土壤化学性质土壤胶体课件.ppt
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1、第五章 土壤化学性质第一节第一节 土壤胶体及其性质土壤胶体及其性质第二节第二节 土壤酸碱性土壤酸碱性第三节第三节 土壤氧化还原反应土壤氧化还原反应第1页,共56页。第一节第一节 土壤胶体及性质土壤胶体及性质一、土壤胶体一、土壤胶体colloid (一)土壤胶体:土壤中颗粒直径大小在(一)土壤胶体:土壤中颗粒直径大小在1-1001-100毫微毫微米在长、宽、高的三个部分至少有一个方向在此范围米在长、宽、高的三个部分至少有一个方向在此范围的固体颗粒,具有胶体性质的微粒部分。的固体颗粒,具有胶体性质的微粒部分。第2页,共56页。土壤中粒径土壤中粒径11nmnm或或2nm2nm的矿物质颗粒和腐殖的矿物
2、质颗粒和腐殖质(质(分散相分散相dispersed phase)分散在土壤溶)分散在土壤溶液(液(分散介质分散介质dispersion medium)中的分)中的分散体系。散体系。第3页,共56页。(二)、土壤胶体的类型和来源1、土壤胶体的类型土壤胶体的类型土壤胶体通常分为三大类:土壤胶体通常分为三大类:无机胶体、有机胶体无机胶体、有机胶体、和有机无机复合体和有机无机复合体 含水氧化物含水氧化物1.1 1.1 无机胶体无机胶体 层状硅酸盐矿物(层状硅酸盐矿物(粘土矿物)粘土矿物)第4页,共56页。1.2 1.2 无机胶体无机胶体inorganic colloid:其主体是粘土矿物;粘:其主体是
3、粘土矿物;粘土矿物一般是指含有土矿物一般是指含有-OH-OH基的结晶质的硅酸盐次生矿物。基的结晶质的硅酸盐次生矿物。1.3 1.3 粘土矿物的来源:粘土矿物的来源:由云母等矿物经过风化或成土作用演变而来;由云母等矿物经过风化或成土作用演变而来;由矿物的分解产物在一定条件下合成而成由矿物的分解产物在一定条件下合成而成;在一定条件下由粘土矿物互相之间演化形成,即由一种在一定条件下由粘土矿物互相之间演化形成,即由一种演变成另一种粘土矿物。演变成另一种粘土矿物。第5页,共56页。1.4 有机胶体:是由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素有机胶体:是由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成的高分子有机化合物,是非晶质
4、的物质。组成的高分子有机化合物,是非晶质的物质。其最主要的成分是各种腐殖质(胡敏酸、富里酸、胡其最主要的成分是各种腐殖质(胡敏酸、富里酸、胡敏素等),还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等。敏素等),还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等。具有强吸水性、亲水性。具有强吸水性、亲水性。第6页,共56页。2、土壤胶体的来源:土壤胶体的来源:有机质有机质 粘土矿物粘土矿物 氧化物氧化物第7页,共56页。二、土壤胶体的构造和性质(一)土壤胶体的构造(一)土壤胶体的构造 1 土壤胶体分散系包括:土壤胶体分散系包括:胶体微粒胶体微粒colloid droplet(为分散相(为分散相dispersed phase)
5、和)和微粒间溶液微粒间溶液(为分(为分散介质散介质dispersion medium)两大部分。)两大部分。第8页,共56页。胶体微粒在构造上可分为微粒核胶体微粒在构造上可分为微粒核droplet core、决定电位离子层、决定电位离子层electric potential ion layer和补偿离子层和补偿离子层compensation ion layer三部分组成三部分组成。第9页,共56页。(1)微粒核)微粒核droplet core:主要由腐殖质、无定形的主要由腐殖质、无定形的SiO2(amorphous quartz)、氧化铝、氧化铝aluminium oxide、氧化铁氧化铁ir
6、on oxide、铝硅酸盐晶体、铝硅酸盐晶体aluminosilicate crystal物质、蛋白质分子物质、蛋白质分子protein molecule以及有机以及有机无机胶体的分子群所构成。无机胶体的分子群所构成。第10页,共56页。(2)双电层双电层 微粒核表面的一层分子,通常解离成离子,形成符号微粒核表面的一层分子,通常解离成离子,形成符号相反而电量相等的两层电荷,所以称之为双电层。双相反而电量相等的两层电荷,所以称之为双电层。双电层由电层由决定电位离子层决定电位离子层和和补偿离子层补偿离子层组成。组成。第11页,共56页。(2)双电层双电层(electric)double layer
7、:是由土壤胶:是由土壤胶体表面的负电荷和代换性阳离子的正电荷构成。体表面的负电荷和代换性阳离子的正电荷构成。Stern层层:在紧贴着土壤胶体颗粒表面的那一部分在紧贴着土壤胶体颗粒表面的那一部分阳离子受电场静电引力作用极度强阳离子受电场静电引力作用极度强,与土壤胶体表与土壤胶体表面成平行密实排列面成平行密实排列,牢牢地被吸引着牢牢地被吸引着,难于移动难于移动,此此层称为层称为Stern层层。第12页,共56页。Gouy层:在层:在Stern层的外面,阳离子受静电引力和热层的外面,阳离子受静电引力和热运动的影响,胶体(扩散层)周围的阳离子数量随运动的影响,胶体(扩散层)周围的阳离子数量随着离胶体表
8、面距离的增加而减少,由稠密变为稀疏,着离胶体表面距离的增加而减少,由稠密变为稀疏,呈扩散式分布,此层称为呈扩散式分布,此层称为Gouy层。层。第13页,共56页。第14页,共56页。(二)二)土壤胶体的性质土壤胶体的性质 1 土壤胶体比表面和表面能土壤胶体比表面和表面能 比表面积(比面)比表面积(比面)specific surface area是指单位重量或单位体积的总表面是指单位重量或单位体积的总表面积(积(cm2/g,cm3/cm3)。第15页,共56页。由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触,因而在内、由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触,因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力,
9、不能相互抵消,所以外方面受到的是不同分子的吸引力,不能相互抵消,所以具有多余的表面能。具有多余的表面能。这种能量产生于物体表面,故称为表面能。这种能量产生于物体表面,故称为表面能。胶体数量愈多,比面愈大,表面能也愈大,吸附能力也就胶体数量愈多,比面愈大,表面能也愈大,吸附能力也就愈强。愈强。第16页,共56页。球状土粒的比面第17页,共56页。2 土壤胶体有凝聚和分散作用土壤胶体有凝聚和分散作用凝聚作用凝聚作用:土壤胶体溶液如受到某些因素的影响,使胶体土壤胶体溶液如受到某些因素的影响,使胶体微粒下沉,由溶胶变成凝胶,这种作用叫做胶体的凝聚微粒下沉,由溶胶变成凝胶,这种作用叫做胶体的凝聚作用;作
10、用;分散作用分散作用:由凝胶分散成溶胶,叫做胶体的分散作用。由凝胶分散成溶胶,叫做胶体的分散作用。第18页,共56页。促使胶体凝聚或分散的原因,主要决定于电动电位促使胶体凝聚或分散的原因,主要决定于电动电位的高低。而电动电位的高低又取决于扩散层的厚度的高低。而电动电位的高低又取决于扩散层的厚度.凡电荷数量少而水化度大的离子凡电荷数量少而水化度大的离子(如如Na+),形成的扩散,形成的扩散层厚,电动电位高。使胶体分散;层厚,电动电位高。使胶体分散;电荷数量多,水化度小的离子电荷数量多,水化度小的离子(如如Ca2+),形成的扩散,形成的扩散层薄,电动电位降至一定程度时,胶体即可凝聚。层薄,电动电位
11、降至一定程度时,胶体即可凝聚。第19页,共56页。电解质种类对胶体的凝聚作用有影响:一般是一价电解质种类对胶体的凝聚作用有影响:一般是一价离子离子二价离子二价离子Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+K+Na+电解质浓度对胶体的凝聚也有很大影响电解质浓度对胶体的凝聚也有很大影响:浓度大浓度大,可可促使凝胶形成。促使凝胶形成。第20页,共56页。(三)土壤胶体电荷 a、永久电荷、永久电荷permanent charge:它是由于粘粒矿物:它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。这种电荷一旦产生晶层内的同晶替代所产生的电荷。这种电荷一旦产生后,就不能改变,而成为粘粒矿物的永久性质。后,就不能改
12、变,而成为粘粒矿物的永久性质。这种电荷不受介质的这种电荷不受介质的pH值的影响,主要发生在值的影响,主要发生在2:1型粘粒矿物中,在型粘粒矿物中,在1:1型矿物中极少。型矿物中极少。第21页,共56页。b、可变电荷、可变电荷variable charge:胶核表面分子或胶核表面分子或原子团的解离所产生的电荷,没有永久性质,它的原子团的解离所产生的电荷,没有永久性质,它的数量和性质随着介质的数量和性质随着介质的pH值而改变。所以称为可变值而改变。所以称为可变电荷。电荷的数量和性质随介质电荷。电荷的数量和性质随介质pH而改变的电荷。而改变的电荷。第22页,共56页。c、土壤的、土壤的pH0值是表征
13、其可变电荷特点的值是表征其可变电荷特点的一个重要指标,它被定义为土壤的可变正、一个重要指标,它被定义为土壤的可变正、负电荷数量相等时的负电荷数量相等时的pH值,或称为可变电值,或称为可变电荷零点、等电点荷零点、等电点pH(isoelectric pH。第23页,共56页。SiliconTetrahedronAluminumOctahedronMgAlExamples of Isomorphic SubstitutionAl3+for Si4+Mg2+for Al3+第24页,共56页。产生可变电荷可的主要原因有:粘粒矿物粘粒矿物晶面晶面上上-OH-OH 基的解离基的解离含水铁、铝氧化物的解离含
14、水铁、铝氧化物的解离腐殖质上某些原子团的解离腐殖质上某些原子团的解离含水氧化硅的解离含水氧化硅的解离粘粒矿物粘粒矿物晶层晶层上的断键等。上的断键等。第25页,共56页。二二 土壤胶体的交换吸附作用土壤胶体的交换吸附作用 土壤吸收性能是指土壤能吸收和保留土壤土壤吸收性能是指土壤能吸收和保留土壤溶液中的分子和离子,悬液中的悬浮颗粒、溶液中的分子和离子,悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。土壤吸收性能亦气体以及微生物的能力。土壤吸收性能亦称土壤吸收保肥性能。称土壤吸收保肥性能。第26页,共56页。(一)土壤吸收性能类型(1)机械吸收性)机械吸收性mechanical absorbability:
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