Топырақтың коллоидты бөлігі және оның сіңіру қабілеттілігі

Топырақ коллоидтары туралы тү сінік. Мө лшерлері 0, 1-ден – 0, 001 μ (микрон – миллиметрдің мың нан бір бө лігі) минералдық, органикалық жә не органикалық -минералдық бө лшектер мен молекулалар коллоидтар деп аталады. 1 μ немесе 0, 001 мм-ден кіші бө лшектерде коллоидтық қ асиеттер байқ ала бастайды, оларды коллоид алды фракциясы деп атайды. Олар сумен коллоидты ерітінділер тү зеді, броундық қ озғ алыс байқ алады, қ ағ аз сү збеден ө теді, ал органикалық сү збеден ө тпейді. Бө лшектері 1 μ -нан ү лкен су ерітіндісі су суспензиясын, ал 0, 001 μ -нан кем бө лшектер – нағ ыз немесе молекулалы ерітінділер қ ұ райды. Коллоидты бө лшектерге дейін бө лінген заттар ү лкен меншікті беттерге ие. Коллоидтар механикалық қ ұ рамы бойынша лайлы тұ нба (бө лшектері 0, 001 мм кіші), ал екі мү шелік жіктеу бойынша – физикалық балшық фракциясына (бө ліктері 0, 01 мм кіші) жатады.

Топырақ коллоидтарының қ ұ рамы жә не қ асиеттері. Топырақ тардың қ асиеттері кө бінесе, коллоидты бө лшектердің қ ұ рамы мен қ асиеттеріне байланысты ө згереді. Табиғ атта коллоидты бө лшектер минералдар мен тау жыныстарының бұ зылуы мен топырақ тү зілуі, органикалық заттардың ыдырауы, органикалық жә не минералдық қ осылыстар қ атысатын қ арашірік пайда болуы кезінде тү зіледі. Коллоидты бө лшектер пайда болу жолдарына қ арай қ ұ рамына екіншілік топырақ балшық тары кіретін минералдық бө лшектерге (гидрослюдалар, каолинит, гетит, темір тотығ ының гидраты), сонымен бірге алғ ашқ ы минералдардың (кварц жә не слюдалар) ұ сақ бө лшектеріне, қ ұ рамына қ арашірік қ ышқ ылдары, фульвоқ ышқ ылдар мен олардың тұ здары кіретін органикалық бө лшектерге жә не қ ұ рамына балшық ты жә не басқ а да екіншілік минералдар қ осылыстары кіретін органикалық -минералдық бө лшектерге бө лінеді. Ә рбір коллоидты бө лшектер кристалды немесе аморфты қ ұ рылымды біртекті заттардан тұ рады. Су немесе ауа жә не коллоидты бө лшектер шекарасында орналасқ ан атомдар еркін валенттілікке ие болады.

Еркін валенттіліктің пайда болу себептерінің бірі – топырақ ерітінділеріндегі молекулалардың диссоциациясы (лат. dissociatio – молекулалардың қ ұ рамдас бө лшектерге бө лінуі, ыдырауы). Мысалы, бұ зылу ү дерісі кезінде пайда болатын ортокремний қ ышқ ылының Н₄SiO₄ молекулалары жартылай диссоциацияланғ ан кезде иондарғ а (3Н⁺, Н₂SiO₄) жә не сутегінің оң зарядталғ ан иондары ерітіндіге ө ткенде теріс зарядқ а ие болады. Екіншілік балшық ты минералдардан тұ ратын коллоидтарда теріс заряд молекулалардың жартылай диссоциациялануы мен катиондардың Н⁺, Са₂⁺, Мg₂⁺, Fe₃⁺ ерітіндіге жә не басқ а да сілтілік жә не сілтілік-жерлік элементтердің ө туі кезінде, сонымен бірге ү ш валентті элементтердің екі валенттілерге ауысуы кезінде жә не кремнезем атомдарындағ ы оттектік байланыстар ү зілуі кезінде пайда болады.

Органикалық қ осылыстарда карбоксильді (–СООН), фенолгидроксильді (–ОН) жә не кейбір басқ а да топтар диссоциациялайды. Ішіндегі ө те белсендісі – карбоксильді топтар. Сутегінің катионы топырақ ерітінділерімен ө зара ә рекеттесуі кезінде бө лініп шығ ады, ал анион органикалық коллоидты бө лшекпен бекітіліп қ алады да, теріс заряд алады. Сонымен бірге топырақ тарда оң заряды бар коллоидты бө лшектер тү зіледі, мысалы, металдардың гидрототық тарының бір немесе барлық гидрооксильді иондарының диссоциациясы кезінде тү зіледі.

Бө лшектер зарядын тексеру оң ай. Егер топырақ тың коллоидты ерітіндісіне V – тә різдес трубка арқ ылы тұ рақ ты электр тогын жіберсе, минералдық жә не органикалық коллоидтардың кө п бө лігі оң зарядталғ ан электродқ а жылжып, топырақ коллоидтарының теріс зарядтары туралы тұ жырымның дұ рыстығ ын кө рсетеді. Бұ л қ ұ былыс электрофорез деп аталады.

Коллоидты ерітінділер туралы тү сінік. Коллоидты бө лшектер сумен бірге коллоидты ерітінділердің екі тү рін қ ұ райды – золь – коллоидты ерітінділердің лайлы тү рі жә не гель. Золь тү рінде, ә сіресе, олардың ө те ұ сақ бө лшектері, топырақ қ а терең деп енуге қ абілетті. Бө лшектері шө кпейді, себебі олардың ә рқ айсысы бірдей зарядқ а ие. Бірдей зарядты бө лшектер бір-бірін тебетіні белгілі. Егер тебілу кү ші ауырлық кү шінен кө п болса, онда олардың барлығ ы қ алқ ыма кү йде болады. Бө лшектердің шө гуі ү шін, ерітіндіге қ арама-қ арсы заряды бар заттарды енгізу керек. Бұ л заттар – электролиттер. Бұ ларғ а бірінші кезекте қ арапайым минералдық тұ здар жатады.

Кә дімгі топырақ ерітіндісінде бұ зылу мен топырақ тың тү зілуі кезінде босайтын қ арапайым минералдық тұ здар бары белгілі. Тұ здардың немесе электролиттердің молекулалары суда жақ сы диссоциацияланғ ан. Металдардың оң зарядталғ ан иондары теріс зарядталғ ан коллоидты бө лшектермен ө зара ә рекеттесіп, оларды бейтараптайды. Электрге бейтарап бө лшектер ауырлық кү шінің ә серінен суда ақ ырындап бір-бірімен жабысып, ө те ірі топырақ тү йіртпектерін қ ұ рап, жұ қ а топырақ сызаттарында ү лбір мен тү йіршіктер жасай отырып шө ге бастайды. Суды ұ стай отырып, олар коллоидты ерітіндінің жаң а тү рін – гельді тү зеді. Гель жағ дайында коллоидты ерітінді желімдегіш қ асиетке ие болады (грекше kolla – желім, eidos – тү р, kollodes – жабысқ ақ).

Зольдың гельге ө ту ү дерісі коагуляция деп аталады. Электролит тұ здардың коагуляция ү дерісі басталатын концентрациясын коагуляция баспалдағ ы деп атайды, ол катиондардың валенттілігі мен атомдар салмағ ына тә уелді болады. Олар, коллоидтарда коагуляция ә серінің кө беюіне қ арай, лиотропты қ атар тү зеді: Li⁺, Na₄⁺, NH₄⁺, K⁺, Ca₂⁺, Mg₂⁺, Fe₃⁺. Коагуляция ү дерісін туғ ызатын ең тө менгі концентрацияғ а темір мен алюминий ие, ө те ә лсіз коагуляторлар – бір валентті элементтер, одан кейін екі валентті; толық жә не тез коагуляция ү ш валентті элементтердің ә рекеттесуі кезінде жү реді.

Жауыннан кейін, ә сіресе, кө ктемде, топырақ та судың мө лшері артады да, коллоидтардың бір бө лігі гельден зольғ а ауысады. Бұ ның болу себебі су қ осылғ ан кезде электролит концентрациясы азаяды да бірдей зарядтарғ а ие болып, бір-бірінен тебіледі – пелитизация ү дерісі жү реді. Мұ ндай коллоидтар қ айтымды коллоидтар деп аталады. Бір валентті элементтердің катиондарымен қ анық қ ан коллоидтар (Li⁺, Na⁺, NH₄⁺) гельден зольғ а ауысуғ а қ абілетті қ айтымды коллоидтар қ ұ райды. Бұ ның болуы – бө лшектер ө з ара су ү лбірлерімен бө лініп тұ руы салдарынан жә не су қ осылғ ан кезде тез ажырайтындығ ынан. Қ айтымсыз коллоидтар екі жә не ү ш валентті элементтердің ә серлерінен пайда болады, яғ ни коагуляциядан кейін суды кез келген мө лшерде қ осса да, олар золь жағ дайына ауыспайды.

Ә детте, коагуляция кезінде су молекуласын тұ ту ү дерісі жү реді, сонымен қ оса элементтің валенттілігі мен атомдық салмағ ы аз болғ ан сайын, гель ө зінде суды кө п мө лшерде ұ стап тұ ра алады. N⁺-пен қ анық қ ан гельдер ө з салмағ ынан 1000 есе артық суды ұ стауғ а қ абілетті. Осы қ асиетті пайдалана отырып, натрий тұ здарынан жә не силикаттар коллоидтарынан кә дімгі кең се желімін дайындайды. Кө п мө лшерде суды ұ стайтын коллоидтар гидрофильді коллоидтар деп аталады (герекше: hydor – су, pelleo – жақ сы кө ремін). Оларғ а Na⁺, К⁺, Са₂⁺, Мg₂⁺ қ анық қ ан коллоидтары жатады. Аз мө лшерде суды ұ стайтын коллоидтар гидрофобты коллоидтар (грекше: phobos – ү рей) деп аталады. Коагуляция кезінде бұ л коллоидтар суы мү лдем жоқ гельдер немесе ұ нтақ тар – седименттер қ ұ райды. Оларда желімдеу қ абілеті болмайды.

Топырақ тағ ы қ арашірік заттарының гельдері ө те жақ сы желімдегіш қ абілетке ие. Бұ л коллоидтар топырақ бө лшектерін жақ сы желімдейді, олар қ айтымсыз, сол себепті ө те жақ сы структура қ ұ рушы болып табылады. Берік тү йіртпектер қ ұ рамайды жә не судың ә серінен сутегімен қ анық қ ан коллоидтар еріп, тарайды. Темірмен қ анық қ ан коллоидтар ө те берік, қ ұ рамында су аз, топырақ тың тығ ыз горизонттарының пайда болуына себеп болады.

Коллоидтардың коагуляциясы зарядтары ә ртү рлі коллоидтардың бір-бірін бейтараптандыруы, су мө лшерін азаюы, мысалы, судың булануы, қ атуы, жылынуы кезінде жү реді. Табиғ и жағ дайларда су бө лшектерінің босауы мен коллоидтардың “ескіруі” жү реді, яғ ни гельдер суды жоғ алтады. Гельдердегі судың жоғ алуы басында олардың желімдегіш қ абілетін азайтады, одан кейін ол қ абілет толық жойылады. Қ арашіріктің сусызданғ ан гельдері қ айтымсыз, желімдеу қ абілеті жоқ жә не оларды микроағ залар нашар пайдаланады.

Кө ктемде, кө бінесе топырақ ерітіндісі сұ йылғ ан кезде, катиондар мен аниондар мө лшері азайып, органикалық заттың золі жә не минералдардан туындағ ан коллоидты бө лшектер судың тө мен ағ уына байланысты, топырақ кескіні (профиль) бойымен тө мен жылжиды.

Топырақ коллоидтарының маң ызы. Топырақ коллоидтары ө те ү лкен меншікті беттер мен энергияғ а ие болуына байланысты, топырақ тардағ ы жү ретін барлық ү дерістерге белсенді қ атысады. Топырақ коллоидтарының ә р алуан қ ұ рамы, топырақ тағ ы ылғ алдың ә серінен олардың коллоидты ерітінділері – зольдардың жылжуғ а қ абілеттілігі жә не гель тү рінде бекуі, коллоидтарының қ ұ рамы мен касиеттері арқ ылы ерекшеленетін топырақ қ абаттарының – горизонттардың пайда болуына, органикалық жә не органикалық -минералдық заттардың аналық жынысқ а терең деп енуіне алып келеді.

Топырақ коллоидтарын қ анық тыратын катиондарғ а жә не олардың желімдегіш қ абілетіне байланысты мө лшерлері жә не суғ а беріктігі жағ ынан ә ртү рлі, топырақ тың сулық -физикалық қ асиеттерін сипаттайтын топырақ тү йіртпектері қ ұ ралады. Коллоидтар диссоциацияғ а қ абілеттілігі жә не осығ ан байланысты химиялық белсенділігі арқ ылы топырақ тағ ы барлық физикалық -химиялық ү дерістерге қ атысады да, қ оректік элементтердің топырақ ерітіндісінде ә рқ ашан болуын жә не топырақ тың ең маң ызды қ асиеттерінің бірі – сің іру қ абілетінің тұ рақ ты болуын қ амтамасыз етеді.

Топырақ тың сің іру қ абілеттілігі. Топырақ тардың сің іру қ абілеттілігі туралы ілімнің іргетасын К. К. Гедройц (1955) қ алағ ан. Топырақ ү ш бө ліктен (фазадан) тұ рады – қ атты, сұ йық жә не газ тә різдес (бу), сондық тан топырақ – ү ш фазалық кеуекті дене. Ерітінділер мен суспензиялар топырақ тарда жылжи отырып, топырақ бө лшектерімен ү йкеліске тү седі. Молекулалар мен иондардың бір бө лігі тұ тылады жә не алмасады. Топырақ тың қ атты кү йде суспензиялар мен ерітінділерден ә ртү рлі заттарды сің іру жә не олармен алмасу қ абілеттілігін топырақ тың сің іру қ абілеттілігі деп аталады.

Топырақ тың сің іру қ абілеттілігін: механикалық, физикалық, физикалық -химиялық, химиялық жә не биологиялық сияқ тыбес тү рге жіктейді.

Сің іру қ абілеттілігінің барлық тү рлері топырақ тың коллоидты бө лшектеріне тә уелді, олардың ішінде екеуі – физикалық жә не физикалық -химиялық сің іру топырақ тың коллоидтары жә не олардың қ асиеттеріне байланысты.

Механикалық сің іру қ абілеттілігі – топырақ суспензиялары бө лшектерін топырақ тың тұ ту қ абілеттілігі. Топырақ суспензиялары топырақ қ а судың ағ ып келуі жә не сің уі кезінде пайда болады. Топырақ қ а енетін су ө зімен бірге қ алқ ыма бө лшектерді, молекулаларды жә не иондарды ала жү реді. Бө лшектер топырақ тың кеуек жү йелері мен жолдары арқ ылы сумен бірге жылжи отырып, біртіндеп ондағ ы тар аралық тарда тұ тылып қ алады. Бұ л кө бінесе, бұ рылыстар мен бітеу жерлерде болады. Топырақ кеуектері неғ ұ рлым тар болғ ан сайын онда топырақ суспензияларының кө п бө лшектері тұ тылады. Мысалы, тастар суспензия бө лшектерін нашар ұ стайды, қ ұ мдарда топырақ бө лшектері ұ сталады, саздық топырақ тарда – коллоидты бө лшектер, сонымен бірге микроағ залар ұ сталады. Топырақ тардың механикалық сің іру қ абілеттілігі топырақ ерітінділерін қ алқ ыма бө лшектерден жоғ арғ ы дә режеде тазалауды қ амтамасыз етеді. Олардың бір бө лігі жоғ арғ ы қ абатта қ алады да, жинала береді, уақ ыт ө те топырақ тың механикалық қ ұ рамы ө згереді. Топырақ тардың сің іру қ абілетінің бұ л тү рі суару, су суспензияларын ө ндірістік мақ сатта пайдалану жә не ауыз суын тазалау кездерінде пайдаланылады.

Топырақ тардың физикалық сің іру қ абілеттілігі – бұ л коллоидтық бө лшектердің топырақ ерітініділерінен су ү лбірлерінің беткі керілуін тө мендететін заттардың молекулаларын сің іру қ абілеттілігі.

Механикалық сің іру кезінде суспензиялар бө лшектерден босап, молекулалар мен иондары бар ерітінділерге айналады. Ә рбір топырақ бө лшегі су ү лбірімен қ оршалып қ алады.

Бө лшектердің беттерінде судың молекулалық қ абаты су ү лбірінің ү лкен кү шпен керілуі арқ ылы ұ сталып тұ ратыны белгілі. Ә детте, су ү лбірінің керілуі ауамен арадағ ы шекарада 0⁰С кезінде 75, 5 дин/см тең. Сол себепті топырақ та ұ сақ бө лшектер кө п болғ ан сайын су ү лбірінің жалпы беті де ү лкен болады, беттің керілу кү шінің энергиясы да артады.

К. К. Гедройц (1955), ә ртү рлі тұ здардың ерітінділерін зерттей отырып, заттарды екі ү лкен топқ а бө луге болатынын анық тады: су ү лбірінің беттік энергиясын тө мендететіндер жә не оны жоғ арылататындар. Су ү лбірінің беттік керілу кү ші ә ртү рлі қ ышқ ылдар мен тұ здардың ә сер етуі кезінде ө згереді. Бейорганикалық қ ышқ ылдар мен олардың тұ здары кө бінесе жоғ арылатады, ал органикалық қ ышқ ылдар, спирттер, алкалоидтар жә не бояулар су ү лбірінің беткі керілуін тө мендетеді жә не олардың топырақ ерітіндісіндегі концентрациясы кө п болғ ан сайын беткі керілу кү шейе тү седі. Сол себепті топырақ ерітіндісіндегі топырақ бө лшектерінің айналасындағ ы заттар молекулаларының орналасуы ә ртү рлі. Су ү лбірінің беткі керілуін тө мендететін заттардың молекулалары онымен тұ тылады – бұ л қ ұ былыс оң адсорбция деп аталады. Су ү лбірінің беткі керілуін жоғ арылататын заттар топырақ бө лшектерінен біршама қ ашық тық та орналасатын болса, бұ л қ ұ былысты теріс адсорбция (лат. ad – кезде, sorber – сің іру, сору) деп атайды.

Соныменен, топырақ ерітіндісінің енуі кезінде су ү лбірінің беткі керілуін тө мендететін заттар, яғ ни органикалық қ ышқ ылдар, спирттер, алкалоидтар, топырақ та тұ тылып жиналатын болады, ал беткі керілуді жоғ арылататын заттар – барлығ ынан жиі диссоциацияланатын бейорганикалық тұ здар сумен жуылып кетеді. Су ү лбірінің беттік энергиясының кемуі тек қ ана оң адсорбцияның салдарынан ғ ана емес, сонымен бірге топырақ бө лшектерінің жалпы беттерінің кішіреюімен қ оса жү ретін коагуляция ү дерістері кезінде де жү реді, яғ ни физикалық сің іру қ абілеттілігі едә уір дә режеде топырақ коллоидтарының жағ дайларына тә уелді.

Топырақ тардың физикалық -химиялық сің іру немесе ауысу қ абілеттілігі дегеніміз ең алдымен, коллоидты бө лшектердің топырақ ерітіндісінен иондарды тұ ту жә не айырбастау қ абілеттілігі. Топырақ бө лшектерін қ оршайтын су ерітіндісінде заттардың иондарғ а диссоциацияланғ ан едә уір мө лшері – катиондары мен аниондары (катиондар оң, аниондар – теріс зарядталғ ан) болады. Мысалы: топырақ ерітіндісінде Na⁺, K⁺, Ca₂⁺, Mg₂⁺, Fe₃⁺, Н⁺ катиондары жә не Cl^-, SO₄^-, PO₄, NO₃^- аниондары болуы мү мкін.

Топырақ колоидтары, сонымен бірге оң немесе теріс зарядқ а ие, сондық тан теріс зарядталғ ан бө лшектер барлық минералдық жә не органикалық бө лшектердің негізгі бө лігі катиондарды, ал оң зарядталғ аны – аниондарды тұ тады.

Топырақ та коллоидты бө лшектер кө п болғ ан сайын сің ірілген катиондар мен аниондардың кө п мө лшерін тұ тып қ алады. Катиондар мен аниондар топырақ бө лшектерімен айтарлық тай берік тұ тылады жә не тек қ ана топырақ ерітіндісімен жанасқ ан кезде ғ ана басқ аларымен ығ ыстырылуы мү мкін. Ығ ыстыру химиялық алмасу реакциясы нә тижесінде жү реді. Иондар алмасуы эквиваленттік мө лшерде ө те тез жү реді, яғ ни бір Са⁺ катионы екі Н⁺ немесе К⁺ катионына алмасады ә рі топырақ тың кез келген катионы топырақ ерітіндісінің кез келген катионымен алмасуы мү мкін.

Топырақ коллоидтары Na⁺, K⁺, Ca₂⁺, Mg₂⁺, Fe₃⁺, Н⁺, Al₃⁺ иондарын жедел сің іреді. Бұ л қ атар сің ірілу энергиясының тө мендеуі бағ ытында жазылғ ан. Олардың ішіндегі кү рделі, кешенді, суда ерімейтін қ осылыстарды барлығ ынан жиі тү зетіндері Al⁺ жә не Fe₃⁺. Сол себепті табиғ и жағ дайда Н⁺, Ca₂⁺, Mg₂⁺, K⁺, жә не сирек жағ дайда N⁺ сің ірілген кү йде болады, олардың қ ұ рамы топырақ тү зілу ү дерістері мен факторларына тә уелді. Сің ірілген катиондар саны ә ртү рлі мө лшердегі бө лшектердің кө лемі мен қ ұ рамына, ә сіресе, коллоидты бө лшектерге, яғ ни механикалық қ ұ рамына тә уелді.

Сің ірілген катиондардың немесе негіздердің жалпы саны 100 г топырақ та мг-экв-пен кө рсетіледі. Миллиграм-эквивалент – бұ л элементтің атомдық салмағ ын валенттілігіне бө лгендегі миллиграммен берілген ө рнегі. Мысалы, Ca₂⁺ сутегі бойынша эквивалентті 20, 04 мг, ал Mg₂⁺ – 12 г. 100г топырақ эквивалентін есептеу ү шін анық тауғ а алынғ ан топырақ салмағ ын 100-ге бө ліп, алынғ ан санды негіздердің жалпы мө лшеріне немесе сің ірілген катиондар қ осындысына кө бейтеді. Сің ірілген катиондар саны минералдық қ ұ рамғ а да тә уелді. 100 г топырақ та каолин, гидрослюда 20 г, серицит 20–40 г, монтмориллонит 60–100 мг-экв тұ та алады. Ө те жоғ арғ ы сің іру қ абілеті топырақ тың органикалық заттарына тә н. Мысалы, қ арашірік 100 г топырақ та катиондарды 180-ге, ал гумин қ ышқ ылдары – 186 мг-экв дейін сің іре алады.

Сонымен, топырақ тың катиондары мен аниондарының жалпы саны топырақ тың механикалық, минералдық қ ұ рамына жә не олардағ ы органикалық заттар қ ұ рамына тә уелді. Топырақ та лайлы тұ нба бө лшектері, монтморилонит сияқ ты минералдар жә не органикалық заттар кө п болғ ан сайын, тү бінде топырақ тың сің іру кешенін қ ұ райтын сің ірілген иондардың жалпы саны да кө п болады. 0, 001 мм-ден кіші сің іруге қ абілетті бө лшектер жиынтығ ы топырақ тың сің іру кешені (ТСК) деп аталады. Лайлы тұ нба бө лшектерінің саны, шірінді мен минералдардың қ ұ рамы кез келген топырақ та тұ рақ ты болады. Сондық тан топырақ тұ татын катиондар мен аниондар саны да тұ рақ ты. Топырақ пен тұ тылатын катиондар мен аниондардың жалпы саны сің іру кө лемі деп аталып, Е ә ріпімен белгіленеді. Ә р топырақ ү шін сің ірілу кө лемі ә ртү рлі: 100 г қ ұ мдауыт топырақ тарда ол 1-5 мг-экв, қ ұ мдақ тарда 7-8, саздық тарда – 7-8 ден 15-18-ге дейін, балшық ты топырақ тарда 15-30 мг-экв-ге дейін, не одан да жоғ ары, балшық ты кү лгін топырақ тарда 12-18 аралығ ында, шымды кү лгін топырақ тарда 16-25, орманның сұ р топырағ ында – 18-30 жә не қ аратопырақ тарда 30-50 мг-экв. болады.

Сің іру кө лемі екі мә ннен қ ұ ралады – сің ірілген негіз қ осындылары – S, оғ ан негізінен K⁺, Ca₂⁺, Mg₂⁺ кіреді жә не сің ірілген Н⁺, Al₃⁺, олардың жиынтығ ы Н ә рпімен белгіленеді. Сің ірілу кө лемі сияқ ты S жә не Н 100 г топырақ тағ ы мг-экв бойынша ө рнектеледі, сонымен: Е=S+H.

Сің ірілген негіздер мен сутегі мө лшерінің арақ атынасына қ арай топырақ тарды негіздермен қ анық қ ан жә не негіздермен қ анық пағ ан деп ажыратады. Негіздерге қ анық пағ ан топырақ тардың сің іру кешенінде кө п мө лшерде алмасатын сутегі мен алюминий болады жә не олар қ ышқ ылды топырақ тар деп аталады – бұ лар шымды, шымды-шымтезекті жә не орманның сұ р топырақ тары. Егер топырақ тарда сің ірілген негіздердің Ca₂⁺, Mg₂⁺ жә не Na⁺ қ осындылары сің іру кө леміне тең болса, олар негіздермен қ анық қ ан деп аталады – олар қ ара топырақ тар, сұ р топырақ тар, кебірлер, кү рең топырақ тар.

Негіздермен қ анық қ ан топырақ тар, олардағ ы алмасу катиондарына байланысты, бейтарап немесе сілтілі болып есептеледі.

Темір мен алюминийдің оң зарядталғ ан гидрототық тарымен жеткілікті мө лшерде қ анық қ ан топырақ тың сің іру кешені аниондардың физикалық -химиялық сің ірілуін қ амтамасыз етеді. Аниондардың сің ірілуі біркелкі жү рмейді, Cl – анионы ө те аз сің іріледі, содан кейін NO₃₍₂₎, ал одан ә рі артуына қ арай SO₄₍₂₎–, P₂O₄₍₃₎ жә не ОН^-, яғ ни аниондардың валентілігі жә не оның мә ні жоғ арылағ ан сайын, олар жақ сы сің іріледі, тек гидрооксильді топ ОН олардың қ атарына кірмейді.

Сонымен, топырақ тарда сің ірілген кү йдегі кү кірт, фосфор, аз мө лшерде азот жә не хлор қ осылыстары болады. Дегенмен, топырақ тың сің іру кешені кө бінесе теріс зарядталғ ан бө лшектерден тұ рады, сондық тан катиондар сің іріледі.

Сутегі катионымен қ анық қ ан топырақ тардың структурасы судың ә серінен еріп кететін тү йіршікті-шаң ды, ө здері қ ышқ ыл. Коллоидтар гидрофильді, жартылай қ айтымды. Н⁺ катионын қ оректік элемент ретінде пайдаланбайды жә не олар микроағ залар мен ө сімдіктер тіршілігін тежейді.

Жылжымалы тү рдегі алюминий катионы ө сімдіктер ү шін улы, топырақ тарғ а қ ышқ ылдық қ асиет береді, бірақ берік структураның пайда болуына ә сер ететін коагулятор болып табылады.

Натрий – ортағ а сілтілік реакция беретін катион, кө п мө лшерде болса ө сімдікті ө лтіреді, топырақ тың структурасын бұ зады, оны дисперсиялайды; натрий коллоидтары гидрофильді, жылжымалы, тұ здары ериді.

Кальций жә не магний катиондары қ ара топырақ тардың сің іру кешенінде басым болады жә не оларғ а бейтарапқ а жақ ын реакция береді. Олар, жақ сы коагуляторлар ретінде, топырақ тарда органикалық заттардың бекуіне септігін тигізеді, ө те қ ұ нарлы топырақ тардың сің іру кешеніне кіреді. Олардың коллоидтары гидрофильді, қ айтымсыз. Топырақ структурасы суғ а берік.

Темір катионы қ ышқ ыл топырақ тардың топырақ тық сің іру кешеніне кіреді. Ол жақ сы коагулятор, топырақ структурасына беріктік береді, фосфор қ ышқ ылының анионымен нашар диссоциацияланады жә не нашар еритін қ осылыстар тү зеді. Гельдері қ айтымсыз, гидрофобты. Аниондары топырақ та шамалы тұ тылады, олардың кейбіреулері (Р₂О₄₍₃₎^- жә не SO₄₍₂₎^-) топырақ та суда ерімейтін тұ здар тү зеді, ал Cl^- жә не NO₃₍₂₎^- егер ө сімдік тамырларымен тұ тылмаса, кө бінесе, топырақ тан шайылып кетеді.

Химиялық сің іру қ абілеттілігі – топырақ тардың нашар еритін қ осылыстар тү ріндегі катиондар мен аниондарды тұ туы. Нашар еритін қ осылыстар тү зілуі заттар концентрациясы артқ ан кезде жә не олардың шө гіндіге тү скен кезінде, сонымен қ атар топырақ ерітіндісінде ө тетін химиялық реакция нә тижесінде жү реді. Мысалы, фосфор мен кальцийдің нашар еритін қ осылыстары қ аратопырақ қ а суперфосфатты салғ ан кезде пайда болады:

2 Са (НСО₃)₂+Са (Н₃РО₄)₂ ^–> Са₃ (РО₄)₂+4СаО+4Н₂О,

3 Са Сl₂+2Na₃PO₄=Ca (PO₄)₂+6NaCl.

Егер топырақ та темір гидраттары болса, темір фосфаты тү зілуі мү мкін: Fe (OH)+H₃PO₄^–=> FePO₄+3H₂O.

Еруі нашар қ осылыстар Ca₂⁺, Mg₂⁺, Fe₃⁺, Al₃⁺ иондардың ө зара ә серлесуі кезінде РО₄₍₃₎^- SO₄₍₂₎^- – CaCO₃, CaSO₄, Ca(PO₄)₂ жә не басқ а да тұ здарда, алмасу реакцияларында: [ТСК]Са+Н₂СО₃ = [ТСК]2Н+СаСО₃ пайда болады.

Сонымен катиондар мен аниондар топырақ та тұ тылуы мү мкін. Олардың кейбір бө ліктері жаң а тү зілімдерді: ақ кө зді, псевдомицелийді, охралық дақ жә не басқ адай формалар тү рінде кездеседі. Химиялық сің іру қ абілеттілігінің арқ асында топырақ тарда фосфор жә не кү кірт сияқ ты қ оректік элементтер жинақ талады, тек азот топырақ тардың мұ ндай формадағ ы сің іру қ абілеттілігінде тұ тылмайды деуге болады. Топырақ тардың биологиялық сің іру қ абілеттілігі ө сімдіктердің қ оректендіру элементтерін таң дап сің іруімен шартталғ ан.

Топырақ тардың биологиялық сің іру қ абілеттілігі. Органикалық заттар тү рінде бекіген қ оректік элементтер топырақ тарғ а тү седі жә не оларда жинақ тала береді. Биологиялық сің іру қ абілеттілігі азоттың жә не барлық маң ызды қ оректік элементтердің ө сімдіктерге тиімді қ атынастарда бекуін қ амтамасыз етеді. Оның эрозиялағ ан, жас, ә лсіз дамығ ан жә не механикалық қ ұ рамы бойынша жең іл топырақ тарда ү лкен ерекше маң ызы бар.

Топырақ тың тү зілу ү дерістері мен бұ зылуы кездерінде ә ртү рлі заттардың қ озғ алуы, бекуі, пайда болуы жә не ыдырауы топырақ тардың маң ызды қ асиеттерін кө рсететін сің іру қ абілетінің барлық формаларының ә сер етуінен жү реді.

Топырақ ортасының реакциясы. Топырақ тардың қ ышқ ылдығ ы қ арашірік жә не басқ а да органикалық қ ышқ ылдардың топырақ қ а енуі нә тижесінде пайда болады. Қ ышқ ылдар топырақ қ а сумен бірге енеді, онда кө мір қ ышқ ылының біраз мө лшері болады. Топырақ тың сің іру кешені мен қ ышқ ылдардың сутегі арасында алмасу реакциясы жү реді:

[ТСК] СаМg + 4Н қ ышқ ылдар → [ТСК] 4Н + қ ышқ ылдар + С тұ здар + Мg тұ здар.

Қ ышқ ылдар топырақ тың ең жоғ арғ ы горизонттарына енетіндіктен, сутегі катионы жоғ арғ ы горизонттан бастап топырақ тардың сің іру кешеніне кіреді. Біртіндеп сің ірілген кү йдегі сутегі мө лшері кө бейеді де, топырақ пен топырақ ерітіндісі қ ышқ ыл бола бастайды.

Топырақ қ ышқ ылдылығ ы формалары. Топырақ тар топырақ ерітінділерінің қ ышқ ылдығ ы (актуальдық қ ышқ ылдық) жә не қ атты фазасы (потенциалдық қ ышқ ылдық) деп ажыратылады. Актуалды қ ышқ ылдық топырақ ерітінділеріне органикалық қ ышқ ылдардың (кө мір, уксус, фульвоқ ышқ ылдар жә не т.б.) енуінен туындайды жә не сутегі иондарының концентрациясы бойынша анық талады.

Потенциалдық қ ышқ ылдық топырақ тың сің іру кешенінде болатын сутегі катиондарына байланысты. Ол алмасу жә не гидролиздік қ ышқ ылдық болып бө лінеді.

Алмасу қ ышқ ылдығ ы – бейтарап КСl тұ здары кө мегімен анық талатын топырақ тың қ атты фазасының қ ышқ ылдығ ы. Алмасу қ ышқ ылдығ ына Н⁺ жә не Al₃⁺ қ атысады. Қ ышқ ылдық ты анық тағ ан кезде:

[ТСК]AlН+4КСl=[ТСК]4К+НСl+AlCl жә не ары қ арай AlCl₃+3H₂O=Al(OH)+3HCl реакциясы жү реді.

Дегенмен, реакция нә тижесінде барлық сутегі емес, оның тек бір бө лігі ғ ана ығ ыстырылады, себебі пайда болатын тұ з қ ышқ ылы диссоциацияланып, қ айтадан ТСК-нен калийді ығ ыстырады, яғ ни алмасу иондарының динамикалық тепе-тең дігі басталады. Хлорлы аммоний судың диссоциациялануын тудырады, нә тижесінде алюминий гидрототығ ы жә не ерітіндіні қ ышқ ылдайтын тұ з қ ышқ ылы тү зіледі.

Актуалды жә не потенциалдық қ ышқ ылдық 1 л су ерітіндісіндегі сутегі иондарының концентрациясын кө рсетеді. Таза дистилденген судың молекулаларының бір бө лігі Н⁺ жә не ОН^– иондарына диссоциацияланады, ондағ ы Н⁺ қ ышқ ылдық, ал ОН^– сілтілік қ асиеттерді анық тайды. Иондар концентрацияларының туындысының судың диссоциацияланбағ ан бө лігіне қ атынасы тұ рақ ты мә н жә не ол мынағ ан тең:

[H⁺][OH^-]=K к. Н₂О=1кг 14, мұ нда, К – диссоциация константасы.

Егер ерітіндіде сутегі иондары басым болса, реакция қ ышқ ылдық болады, ал гидрооксил иондары басым болса, сілтілік, олардың концентрациясы бірдей болса, онда ерітінді бейтарап кү йде болады.

Таза дистилденген судың реакциясы бейтарап, яғ ни иондар концентрациясында Н⁺ жә не ОН^– бірдей жә не ол 1·10^–7 тең. Бұ л мә ндермен жұ мыс істеу ың ғ айсыз болғ андық тан, ерітінділер реакциясы мен орта реакциясын сутегі иондар концентрациясының теріс логарифмімен ө рнектеп, рН белгісімен белгілейді, онда судың бейтарап реакциясы ү шін – log (1·10^–7)=рН=7. Егер рН> 7 – гидрооксил иондары басым болғ анда сілтілік, егер рН< 7 – сутегі басым болса – реакция қ ышқ ылдық. рН мә ні бойынша топырақ тар келесі топтарғ а бө лінеді:

рН рН

Кү шті қ ышқ ылды – 3-4 Бейтарап – 7

Қ ышқ ылды – 4-5, 5 Сілтілі – 7­8

Шамалы қ ышқ ылды – 5, 5-6, 5 Кү шті сілтілі – 8

Гидролиздік қ ышқ ылдық топырақ тың сің іру кешенінің бір бө лігі болып табылады жә не гидролиздік сілтілік тұ здар кө мегімен анық талады, яғ ни олар – кү шті негіз жә не ә лсіз қ ышқ ылдар тұ здары. Ә детте, қ ышқ ылдық ты анық тау ү шін сірке қ ышқ ылды натрий қ олданылады. Бұ л тұ здың ерітінді реакциясы табиғ и жағ дайда пайда болатын кө мірқ ышқ ылды кальций – Са(НСО₃) реакциясына жақ ын.