土壤胶体性质

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九、十章 土壤胶体和土壤化学性质,【教学目标】,了解土壤胶体的种类、性质，掌握土壤胶体对阳离子、阴离子的吸附作用及影响因素；了解土壤酸碱性、氧化还原反应产生的机制、缓冲性及影响因素，掌握调节途径；及其对植物生长的影响。,1,第一节 土壤胶体,第二节 土壤的吸附（吸收）性能 与离子交换作用,第三节 土壤酸碱性,第四节 土壤的氧化还原作用,第五节 土壤缓冲性,2,第一节 土壤胶体,一、土壤胶体的概念,二、土壤胶体的种类,三 、壤胶体的基本构造,四、土壤胶体的基本性质,3,雾，尘，烟,牛奶,4,一、土壤胶体的概念,（一）胶体是一种分散系统,分散介质：土壤溶液和土壤空气,分散相：土壤固相颗粒,（二）分散相的大小范围,土壤胶体：0.001mm （1m）1nm。,一般胶体：0.1m1nm。,5,二、土壤胶体的种类,（一）有机胶体,土壤中的有机物质，尤其是腐殖质（主体）；微生物是一种生物胶体（少量，活跃，作用大，易分解）。,（二）无机胶体,层状铝硅酸盐矿物和无定形氧化物。,（三）有机无机复合胶体,土壤有机质的绝大部分是以有机无机复合体的形式存在的。土壤的有机无机复合体中含C量占土壤总C量的百分数称为,有机无机复合度,。一般为50%70%。,6,7,层状铝硅酸盐,8,9,高膨胀性的蒙脱石粘土矿物封水塘,10,低膨胀性的高岭石粘土矿物制砖、陶瓷,11,粘粒含量高的土壤干燥龟裂,12,三、土壤胶体的基本构造,胶体微粒构造图,胶粒（基本单元）,（一）微粒核（胶核）,（二）双电层结构,全电位,电动电位,决定电位离子层与扩散层外缘的电位差,胶体本身特性,电动电位高低决定于非活,性补偿离子层与扩散层外缘的,电位差。,扩散层离子少，水化度大,扩散层厚，电动电位高，反之,则反。,13,当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面与溶液的界面上，形成了由一层固相表面电荷和一层溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间结构，称为双电层结构。,图82 双电层模型,14,Boltzmann方程,C,x,=C,o,exp(,),Gouy（1910）,和,Chapman（1913）,提出的双电层模型,x=,o,exp( -K,x ),式中,o,为表面电位，k是与离子浓度、价数、介电常数和温度有关的常数。在室温下：,k310,7,Z,C,o,1/K,称为扩散双电层的厚度。,离子价数越高，离子浓度越大，K值越大，双电层的厚度越小，因此，增加离子的价数和浓度，可使双层压缩。,15,胶体微粒,胶核,双电层,决定电位离子层（内,）,补偿离子层（外）,非活性离子层,扩散层,16,四、土壤胶体的基本性质,（一）胶体的表面积和表面能,比表面,=总面积/质量,例如, 设有一半径为r的球形土粒, 土壤的密度为2.65g/cm,3, 则其比面为,比表面4r,2,/(4/3r,3,2.65),1.13/r (cm,2,/g),表面能,界面上的物质分子,(,表面分子,),所具有的多余的不饱和能量,17,层状铝硅酸盐的内外表面,胶体电子,显微图像,18,各种胶体的比表面积,胶体类型 比表面积(m,2,g,-1,),蒙脱石 600800,伊利石 50200,高岭石 140,蛭 石 600800,水铝英石 70300,腐殖质 800900,19,（二）土壤胶体的带电性,土壤电荷的来源：,同晶置换（,永久电荷）: 蒙、伊高,矿物晶格断键（,永久电荷）:高伊蒙,表面分子的解离（,可变电荷,，,pH影响）,一般情况下，土壤胶体的净电荷常表现为负电荷,分为,永久电荷,和,可变电荷,Si,4+,Al,3+,Al,3+,Fe,2+,、Mg,2+,、Ca,2+,20,可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子团的解离：,A.,含水氧化硅的解离,B.,粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离,C.,腐殖质上某些官能团的解离,D.,含水氧化和水铝石表面的分子中OH的解离； pH,Ca,2+,Mg,2+,NH,4,+,K,+,Na,+,26,27,第二节 土壤的吸附（吸收）性能,与离子交换作用,一、土壤吸附（吸收）性的含义,二、土壤吸附（吸收）的类型及意义,三、土壤的离子交换作用,四、对土壤肥力的影响,28,一、土壤吸附（吸收）性的含义,土壤的,吸附（吸收）性,是指土壤能吸附（吸收）并保持一些物质的性质。它主要是吸收（附）并保持土壤溶液中的,离子,、,分子,及一些,悬浮物质,的性质。,29,腐殖质胶体对阳离子的吸附,30,二 土壤吸收性能的类型及意义,（一）机械吸收性能,（土壤孔隙对物质的机械阻留）,（二）物理吸收性能,（表面能，主要是分子态物质）,（三）化学吸收性能,（沉淀，主要是阴离子）,（四）生物吸收性能,（生物对养分的吸收固定）,三个特点：,选择性、表聚性和创造性,31,土壤胶体所带的,负（正）电荷,，吸附土壤溶液中,电性相反,的离子，被吸附的离子还能与土壤溶液中的,同电性的离子,发生,交换,而达到,动态平衡,。,也叫“土壤的离子交换作用”,(五）物理化学吸收性能,（主要是土壤胶体静电力作用）,土壤的,阳,离子交换,土壤的,阴,离子交换,32,根据,吸附机理,，可把土壤吸附性能分为：,交换性吸附、专性吸附、负吸附三种。,1 、阳离子吸附,（1）,交换性吸附,靠静电引力（库仑力）从从溶液中吸附反号电荷离子或极性分子，所,吸附的离子,（极性分子）可与溶液中的,其它离子,进行交换。这种能相互交换的阳离子叫交换性阳离子。,土壤胶体,NH,4,NH,4,K Na,K Na,H Mg,+3Ca,2+,土壤胶体,Ca,Ca,Ca,H Mg,+2K,+,+2Na,+,+2NH,4,+,33,致酸离子,：Al,3+,和H,+, 和土壤酸度有密切关系,盐基离子,：其它阳离子,盐基饱和土壤,和,盐基不饱和土壤,盐基饱和度,盐基饱和度交换性盐基量/交换性阳离子总量100,影响阳离子吸附的,速度、数量和强度,决定于,胶体表面电,位、离子价数和半径,等因素。,34,（2）专性吸附,是非静电因素引起的土壤胶体对离子的吸附，,是指离子通过与胶体表面离子交换与晶体上的阳离子共,享1-2个氧原子，形成共价键而被吸附的现象。,OH -1 O-M 0,Fe +M,2+,Fe +H,+,OH OH,或 M,2+,+H,2,O=MOH,+,+H,+,OH -1 O-MOH -1,Fe +MOH,+,Fe +H,+,OH OH,35,2、阴离子吸附,（1）阴离子的静电吸附（交换吸附）,土壤胶体表面带有少量正电荷对阴离子的吸附。,主要吸附的阴离子有Cl,-,、NO,3-,、ClO,4-,等。,（2）阴离子的负吸附,一般情况下土壤主要带,负电荷,，对,阴离子,具有,排斥,作用，使土壤胶体表面阴离子的浓度低于整体溶液中该离子浓度的现象。,36,（3）阴离子专性吸附,阴离子进入,粘土矿物,或,氧化物,表面的金属原子的,配位壳,中，与配位壳中的,羟基,或,水合基,重新配位，并直接通过,共价键,或,配位键,结合在固体表面。,OH,2,0,OH,2,0,M +F,-,M +OH,-,OH F,37,阴离子吸附能力分类：,根据,阴离子,在土壤中,吸附能力,大小，可分为三类：,易,被吸附的,阴离子,（磷酸根、硅酸根、有机酸根离子）,极少,吸附或,负,吸附的,阴离子,（氯离子、硝酸根、亚硝酸根）,介于,两者,之间的,阴离子,（硫酸根、碳酸根离子）,各种,阴离子,被土壤吸附的次序如下：,F-,草酸根 柠檬酸根,H2PO4- HCO3- HBO3- SO42- Cl - NO3-,38,三、土壤的离子交换作用,离子交换作用,：,在土壤溶液中存在的,阳离子,可以将胶体上吸附的,阳离子,代换下来，即溶液中的离子与胶体表面上的离子互换位置。,（一）离子交换的反应过程,离子解吸,离子吸附,39,（二）交换反应的基本规律,可逆性,等当量性,受质量作用定律的支配,K=,产物,1,产物,2, / ,反应物,1,反应物,2,反应迅速,土壤阳离子交换作用的特征,40,2 胶体的表面性质,3 酸度与温度条件,离子的,电荷数,离子的,水化半径,离子的,浓度,Fe,3+, Al,3+,H,+, Ca,2+, Mg,2+, NH,4,+, K,+, Na,+,（三）影响交换反应的因素和条件,1离子交换能力,41,由库仑定律可知:,土壤胶体表面所带的负电荷愈多，吸附的阳离子数量就愈多；,土壤胶体表面的电荷密度愈大，阳离子所带的电荷愈多，则离子吸附得愈牢。,M,3+,M,2+,M,+,Al,3,Mn,2,Ca,2,K,+,Rb,+,NH,4,+,K,+,Na,+,Li,+,42,表82 离子半径与吸附力,一价离子,Li,+,Na,+,K,+,NH,+,4,Rb,+,离子的真实半径(nm),0.078,0.098,0.133,0.143,0.149,离子的水合半径(nm),1.008,0.790,0.537,0.532,0.509,强,弱,交换能力,43,（四）阳离子交换量,阳离子交换量,：,土壤能吸附的交换性阳离子的最大量用cmol（+）/kg表示，一般在,pH=7,的条件下（即用,中性的溶液作交换剂,）测定。,(,CEC, Cation Exchange Capacity,),20,cmol(+)/kg,干土较大,保肥力和缓冲性能的指标：,44,CEC的测定原理,45,*影响土壤阳离子交换量的因素有：,（1）,质地,质地越粘重，含粘粒越多的土壤，,其阳离子交换量也越大。,质地,砂土,砂壤土,壤土,粘土,CEC,15,78,1518,2530,（2）,有机质,OM %,CEC,（3）,胶体的性质及构造,蒙脱石 高岭石,（4）,pH值,在一般情况下，随着pH的升高，土壤的可变电荷,增加，土壤的阳离子交换量也增加。,46,不同类型土壤胶体的阳离子交换量(cmol/kg干土),不同pH值下粘粒矿物的交换量,胶体种类,SiO,2,/R,2,O,3,一般范围,平均值,蒙脱石,4,60,100,80,伊利石,3,4,20,40,30,高岭石,2,5,15,10,含水氧化铁、铝,极微,有机胶体,200,500,350,47,（一）土壤吸收性能对土壤养分状况的影响,（1）影响土壤的保肥性,（2）影响土壤的供肥能力,（二）影响土壤的酸碱性,（三）影响土壤的缓冲性,（四）影响土壤的物理性质,四、土壤吸收性能对土壤肥力的影响,48,本章小结,土壤胶体,：,含义、类型和基本构造,离子吸附（吸收）作用：,原因、类型及对土壤性状产生的影响,土壤的离子交换作用：,何谓离子交换作用、吸附、解吸和平衡,49,思考题,1.什么是土壤胶体、土壤阳离子交换、交换性阳离子、盐基,饱和度、盐基不饱和度？交换反应的基本规律？,2.有机、无机胶体的结合机制和方式有那几种？,3.了解土壤的双电层结构。影响土壤胶体凝聚和分散的原因,有那些？,4.土壤吸收性能有几种？,5.阳离子交换量的主要特征是什么？影响阳离子交换量大小,的因素有哪些？,50,