Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Физическая поглотительная способность.






Физическая поглотительная способность способность почвы поглощать из раствора целые молекулы растворенных минеральных и органических веществ и молекул воды.

Физическая поглотительная способность почвы зависит от гранулометрического, минералогического состава, а также гумусности почв.

Песчаные и малогумусные почвы обладают пониженной адсорбционной способностью в сравнении с глинистыми и высокогумусными.

С увеличением содержания гидратов железа и алюминия, как и минералов монтмориллонитовой группы, активность почв к поглощению повышается.

 

Физико-химическая поглотительная способность (полярная адсорбция). Физико-химическая (обменная) поглотительная способность, или коллоидно-химическая адсорбция, обусловлена наличием на поверхности коллоида электрического заряда.

Так как в почве преобладают отрицательно заряженные коллоиды (ацидоиды), то сильнее выражена способность почвы к обменному поглощению катионов, нежели анионов

 

2.Почвенные коллоиды

 

Поглотительная способность почвы неразрывно связана с наличием в ней высокодисперсных частиц—коллоидов, учение о которых создавалось в первой четверти 20 век.

В состав почвенной массы входят частицы самых разных размеров. Самые мелкие из них, размерами от 0, 2 до 0.001 мкм относятся к коллоидам.

Почвенные коллоиды образуются в процессе выветривания и почвообразования, в результате дробления крупных частиц, или путем соединения молекулярно раздробленных веществ и подчиняются законам, установленным для таких систем в физической и коллоидной химии.

В почвах коллоиды образуют двухфазную систему, состоящую из дисперсной фазы (твердые коллоидные частицы) и дисперсионной среды (почвенный раствор). Высокодисперсные системы по величине частиц делятся на три группы.

Таблица 1.Классификация высокодисперсионных систем почвы

Предколлоидные системы Коллоидные системы Молекулярные растворы
диаметр частиц I мкм-100 нм диаметр частиц 100-1 нм диаметр частиц < 1 нм

 

Коллоиды в почвах представлены сложной системой минеральных, органических и органоминеральных соединений. В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды, на долю которых приходится 85—90% их общей массы.

К минеральным относятся глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюда, иллит, вермикулит и др.); гидроксиды железа, алюминия, марганца, кремния и их комплексные соли — коагели.

 

К органическим относятся гумусовые вещества, их соли, (гуматы, фульваты), некоторые полисахариды.

 

Органо-минеральные коллоиды широко распространены в верхних горизонтах всех почв. Они представляют собой сложные образования высокодисперсных минералов и гумусовых веществ.

Основными минералами, входящими в состав этих коллоидов, являются монтмориллонитовая и гидрослюдистая группы, а также всегда сопутствующие им в почве полуторные окислы и кремнезем, в меньшей степени распространено участие в их образовании каолинитовых минералов.

 

Формируются эти коллоиды в почве в процессе склеивания (адгезии) гумусовых кислот и их производных с поверхностью минеральной частицы, вследствие чего вещества минеральной природы в них преобладают.

 

В любой почве основная масса коллоидов находится в форме гелей, различных по степени гидратации и прочности связи с поверхностью твердых частиц.

Часть коллоидов находится в почве в свободном состоянии,

часть образует пленки на поверхности более крупных гранулометрических фракций, сильно дегидратирована.

Первая категория коллоидов легко пептизируется при щелочной реакции и насыщении их диффузного слоя натрием.

Вторая категория очень прочно связана с поверхностью крупных гранулометрических фракций, и их пептизация затруднена.

 

Основное свойство коллоидовспособность к поглощению веществ из растворов как в виде молекул, так и в виде ионов.

Поглощенные вещества могут обмениваться на другие, находящиеся в растворе, т.е. коллоиды обусловливают поглотительную и обменную способность почв.

Это свойство определяется высокой реакционной способностью, обусловленной большой суммарной и удельной поверхностью, которая тем больше, чем выше дисперсность коллоидов (табл. 2). Если в почве содержится 10% коллоидных частиц, то сумма их поверхности на площади 1 га составит 70 тыс. га.

С увеличением суммарной поверхности растет суммарная поверхностная энергия и возрастает химическая активность коллоидов.

Удельная поверхность выше в суглинистых почвах, чем в песках и супесях, и выше в гумусовом горизонте, чем в нижележащих.

Таблица 2

Роль частиц различного размера в формировании общей поверхности среднесуглинистой почвы

 

Размер частиц, мм Содержание. % к массе Поверхность, м2 на 1 г почвы Доля общей поверхности, %
0, 25-0, 05   0, 5 0, 2
0, 05-0, 01   4, 1 1.7
0, 01-0, 005   9, 9 4, 1
0, 005-0, 001   12, 7 5, 2
0, 001-0, 0001   18, 8 7, 8
0, 0001   194, 0 81, 0
Сумма   240.0 100, 0

 

Коллоид имеет сложное строение.

Внутренняя часть, состоящая из агрегатов аморфного или кристаллического вещества разного химического состава, называется ядром (рис.1).

На его поверхности расположен слой прочно удерживаемых потенциалопределяющих ионов, которые вместе с ядром образуют гранулу.

Вокруг гранулы двумя слоями располагаются ионы противоположного (компенсирующего) заряда.

К грануле примыкает слой неподвижных противоионов, прочно удерживаемых электростатическими силами ионов потенциалопределяюшего слоя, образуя вместе с гранулой частицу.

Часть противоионов удалена от частицы, их связь с ней по мере удаления уменьшается. Это диффузный слой, ионы которого способны к эквивалентному обмену на ионы того же заряда из дисперсионной среды и вместе с частицей образуют коллоидную мицеллу.

Свободный электрический заряд коллоидной частицы (дзета-потенциал) — разность потенциалов вследствие удаления частиц противоионов от границы компенсирующего слоя к внешней границе диффузного слоя, колеблется от 0 до 40—60 мВ. Коллоидная мицелла электронейтральна при дзета-потенциале, равном нулю, что является изоэлектрической точкой коллоида.

Заряд коллоида появляется в связи с нарушением равновесия между зарядами, расположенными на поверхности раздела твердая частица — раствор, а также в связи с изменением химического состава и структуры коллоидного вещества.

 

Рис.1. Схема строения коллоидной мицеллы (по Н. И. Горбунову

 

Классификация коллоидов в зависимости от заряда ионов потенциал -определяющего слоя.

В зависимости от заряда ионов потенциал - определяющего слоя коллоиды делятся на

ацидоиды — отрицательно заряженные,

базоиды — положительно заряженные и

амфолитоиды, которые в кислой среде имеют положительный заряд, в шелочной — отрицательный.

 

К ацидоидам относятся глинистые минералы, гидроксиды кремния и марганца, гумусовые кислоты и органоминеральные коллоиды.

В качестве базоидов в кислой среде выступают гидроксиды железа и алюминия, белки, тела мелких бактерий, которые в щелочной среде имеют свойства ацидоидов.

 

Коллоиды в почве могут находиться в состоянии геля (коллоидный осадок) или золя (коллоидный раствор).

Золь может переходить в гель – процесс называется коагуляцией.

Коагуляция может происходить при встрече разнозаряженных коллоидных частиц, которые, соединяясь друг с другом, образуют коагелъ.

 

Гель может переходить в золь.

Это — пептизация. При прочих равных условиях она происходит при уменьшении концентрации солей в растворе.

Переход коллоидов из одного состояния в другое обусловлен изменением электрического потенциала коллоидных частиц и зависит от степени их гидратации.

 

Коллоиды, легко переходящие из геля в золь, называются обратимыми.

Обратимыми являются гидрофильные коллоиды, насыщенные высокогидратированными одновалентными катионами,

необратимыми — гидрофобные коллоиды, насыщенные двух-и особенно трехвалентными катионами с низкой степенью гидратации (низкой обводненностью).

 

Особым видом коагуляции является тиксотропия: когда масса геля неотделима от золя, образуется студень, который можно превратить в состояние золя при механическом воздействии.

Тиксотропия распространена в почвах, образующихся под воздействием вечной мерзлоты.

От состава и свойств коллоидов зависит поглотительная способность почвы.

 

В почве под влиянием различных факторов — периодическое высушивание, нагревание, увлажнение, промораживание, изменение реакции среды и др. — происходит изменение вновь образующихся при выветривании и почвообразовании органических минеральных коллоидов.

Одним из таких изменений является процесс старения коллоидов, под которым понимается самопроизвольное уменьшение их свободной поверхностной энергии.

Старение обычно не сопровождается изменением химического и минералогического состава коллоидов, но при этом резко изменяются их свойства: они становятся более гидрофобными, уменьшается их сорбционная способность, связь с дисперсионной средой, может произойти частичная кристаллизация гелей.

Для некоторых коллоидов причиной старения является окисление кислородом воздуха, например переход оксида Fe (II) в оксид lll). Свет, особенно ультрафиолетовое излучение, ускоряет старение коллоидов.

 

3.Состав обменных катионов в почвах и его регулирование

 

На свойства почвы и условия произрастания растений большое влияние оказывает состав обменных катионов. Так, у почв, насыщенных кальцием, реакция близка к нейтральной; коллоиды находятся в состоянии необратимых гелей и не подвергаются, пептизации при избытке влаги; почвы хорошо оструктурены| обладают благоприятными физическими свойствами.

Черноземы являются примером таких почв. Почвы, у которых в составе обменных катионов в значительном количестве ионы натрия имеют щелочную реакцию, отрицательно влияющую на состояний коллоидов и рост растений. Насыщенные натрием коллоиды пептизируются; содержащие их почвы плохо оструктурены, имеют неблагоприятные водно-физические свойства: повышенную плотность, плохую водопроницаемость, слабую водоотдачу, низкую доступность почвенной влаги (солонцы, солонцеватые почвы).

Всоставе обменных катионов всех почв присутствуют Са2+, Mg2+ и в небольших количествах К+ и NH4. Кроме того, в некоторых почвах содержатся катион Н+ и А13+ или Na+.

В зависимости от состава обменных катионов К. К. Гедройц разделил все почвы на две группы:

почвы, насыщенные основаниями, в составе обменных катионов которых присутствуют Са2+, Mg2+ и Na+, и

почвы, ненасыщенные основаниями, содержащие наряду с Са2+ и Mg2+ катионы Н+ и А13+.

 

В разных почвах количество и состав обменных катионов, а следовательно, и емкость обменного поглощения катионов различны.

В черноземах в составе обменных катионов доминируют Са2+ и Mg2+ и отмечается высокая емкость поглощения,

в подзолистых почвах наряду с Са2+ и Mg2+ присутствуют Н+ и А13+, емкость поглощения этих почв значительно ниже.

 

В составе обменных катионов солонцов много обменного натрия.

В профиле почвы величина емкости поглощения обычно уменьшается параллельно снижению количества гумуса.

Состав обменных катионов оказывает большое влияние на свойства почвы и условия произрастания растений. Состав обменных катионов влияет на реакцию и тип коагуляции коллоидов почвы, на ее физические свойства и структурообразование.

У почв, насыщенных Са2+ и Mg2+, реакция близка к нейтральной, коллоиды находятся в состоянии необратимых гелей и не подвергаются пептизации при избытке влаги, почвы хорошо оструктурены и обладают благоприятными физическими свойствами. Таковы черноземы, дерновые почвы.

Почвы, содержащие в составе обменных катионов наряду с Са2+ и Mg2+ значительное количество Na+, характеризуются щелочной реакцией, отрицательно влияющей на состояние коллоидов и рост растений. Коллоиды в этих почвах легко пептизируются, почвы плохо оструктуриваются и имеют неблагоприятные для жизни растений водно-физические свойства (повышенную плотность сложения, плохую водопроницаемость, высокую влагоемкость).

К таким почвам относятся солонцы и сильно солонцеватые почвы.

 

Почвы, не насыщенные основаниями, в составе обменных катионов которых наряду с обменными Са2+ и Mg2+ содержатся Н+ и А13+, имеют кислую реакцию, токсичную для многих культурных растений, в них легко разрушаются коллоиды в результате кислотного гидролиза, они плохо оструктуриваются. Типичные представители таких почв — подзолистые.

Для характеристики количества катионов и их свойств введено понятие ЕКО.

Емкостью поглощения или емкостью катионного обмена (ЕКО) называется общее количество катионов, которое может быть вытеснено из почвы.

ЕКО характеризует физико-химическую поглотительную способность почв и зависит от минералогического и гранулометрического состава почв, а также от содержания в них гумуса.

Емкость поглощения колеблется в широких пределах: она выше в суглинистых почвах, чем в песчаных, и выше в черноземах, чем в дерново-подзолистых.

Органическая часть почвы обладает более высокой поглотительной способностью, чем минеральная. Емкость катионного обмена возрастает также в условиях нейтральной и щелочной реакции почвы, когда сильнее проявляется отрицательный заряд ацидоидов и может меняться в зависимости от энергии катиона вытеснителя.

 

Различные почвы отличаются не только по ЕКО, но и по составу поглощенных катионов. Он разнообразен: все почвы содержат в поглощенном состоянии почти все катионы, среди них больше катионов кальция, магния, калия, аммония, присутствуют микроэлементы, катионы водорода и алюминия.


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.012 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал