ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.09.2020
Просмотров: 8787
Скачиваний: 18
почвы
,
значительная
часть
почвенных
коллоидов
является
результатом
взаимной
коагуляции
положительных
золей
Fe(OH)
3
и
Al(OH)
3
c
отрицательными
золя
пе
-
регнойных
кислот
и
SiO
2.
При
взаимной
коагуляции
двух
коллоидов
порога
коа
-
гуляции
не
наблюдается
.
В
природных
условиях
процессы
коагуляции
почвенных
коллоидов
могут
происходить
под
влиянием
дегидратации
.
14.1.
Адсорбционные
свойства
почвенных
коллоидов
.
Адсорбция
-
изменение
концентрации
вещества
на
поверхности
раздела
двух
фаз
в
связи
с
особыми
свойствами
поверхностного
слоя
.
В
почвах
встречаются
два
типа
поверхностей
раздела
фаз
: 1)
твердое
тело
–
газ
и
2)
твердое
тело
-
жид
-
кость
.
Адсорбироваться
могут
газы
,
жидкости
и
вещества
,
растворенные
в
жидко
-
сти
.
У
молекул
,
находящихся
на
поверхности
,
не
полностью
насыщены
силы
вза
-
имного
притяжения
,
за
счет
которых
притягиваются
частицы
из
газовой
или
жид
-
кой
среды
.
В
жидкой
фазе
электроотрицательные
почвенные
коллоиды
удержи
-
вают
вокруг
своих
молекул
катионы
,
которые
сопровождают
молекулу
при
ее
движении
.
Среди
катионов
встречаются
ионы
Н
+
,
металлические
катионы
Ca
+
,
Mg
++
, K
+
, Na
+
,
положительные
ионы
N
Н
4
+
, Mn
++
, Cu
++
, Zn
++
,
в
кислых
почвах
–
Al
+++
.
Эти
ионы
называются
обменными
,
так
как
могут
участвовать
в
процессах
обратимого
обмена
с
ионами
почвенного
раствора
.
Обмен
между
поглощенными
ионами
и
ионами
почвенного
раствора
происходит
непрерывно
,
при
этом
между
ними
устанавливается
кинетическое
равновесие
.
Все
ионы
поглощаются
одинако
-
во
интенсивно
.
Поглощение
зависит
от
валентности
,
степени
гидротации
и
других
причин
.
Гидротированные
ионы
поглощаются
менее
энергично
,
чем
негидротиро
-
ванные
.
Поливалентные
легче
,
чем
одновалентные
.
По
уменьшению
активности
поглощения
ионы
располагаются
в
следующем
порядке
: Al, Ca, Mg,
Н
,
К
, Na.
Вода
,
адсорбированная
на
поверхности
почвенных
частичек
,
приобретает
особые
свойства
.
На
поверхности
твердых
частичек
молекулы
воды
удерживают
-
ся
под
воздействием
сил
электростатического
притяжения
между
ионами
,
распо
-
лагающихся
на
поверхности
твердых
частиц
и
диполяции
воды
.
Поляризацион
-
ные
силы
притягивают
несколько
слоев
диполей
воды
.
По
мере
удаления
слоя
ди
-
полей
воды
от
почвенной
частички
,
ориентация
и
сила
их
притяжения
ослабляет
-
ся
.
Силы
притяжения
поверхностного
слоя
почвенных
частиц
действуют
на
рас
-
стояние
,
равное
нескольким
диаметрам
молекул
воды
.
Адсорбированный
слой
во
-
ды
на
поверхности
частичек
теряет
свою
подвижность
и
сильно
уплотняется
.
Ес
-
ли
в
обычных
условиях
плотность
воды
составляет
1,
то
здесь
она
достигает
1,7
г
/
см
3
,
что
соответствует
давлению
в
несколько
десятков
тысяч
атмосфер
.
В
ре
-
зультате
высокой
плотности
воды
она
замерзает
при
температуре
-78
0
С
,
не
обла
-
дает
электропроводностью
,
не
содержит
растворенных
веществ
,
т
.
е
.
представляет
собой
“
не
растворяющий
объем
”.
Адсорбция
может
быть
положительной
,
при
которой
увеличивается
концен
-
трация
вещества
в
поверхностном
слое
,
и
отрицательной
-
уменьшение
концен
-
трации
вещества
в
поверхностном
слое
.
Явление
адсорбции
жидкости
сопровож
-
дается
выделением
тепла
,
которая
называется
теплотой
смачивания
.
Отношение
теплоты
,
выделившейся
при
смачивании
водой
,
к
теплоте
смачи
-
вания
бензола
(g
Н
2
О
: g
бензол
)
называется
мерой
гидрофильности
.
Различные
компоненты
почвы
имеют
не
одинаковую
меру
гидрофильности
(
табл
.14.1).
Адсорбционные
свойства
почв
зависят
от
удельной
поверхности
почвенных
частиц
,
поэтому
,
чем
тяжелее
гранулометрический
состав
почв
,
тем
большая
их
поглотительная
способность
.
Адсорбционные
свойства
наиболее
резко
выражены
у
глинистых
почв
,
менее
-
у
суглинистых
и
песчаных
.
Таблица
14.1.
Гидрофильность
почвенных
компонентов
(
М
.
В
.
Чапек
).
Теплота
смачивания
кол
/
г
почвы
Почвы
и
их
компоненты
водой
бензолом
Гидрофильность
g
Н
2
О
: g
бензол
SiO
2
·
nH
2
O
5,49
2,70
2,04
Al
2
O
3
·
nH
2
O
11,68
3,65
3,11
Fe
2
O
3
·
nH
2
O
9,05
2,87
3,15
Чернозем
прокаленный
3,46
0,91
3,80
Чернозем
исходный
8,18
0,63
13,0
Торф
50%
разложения
25,0
1,0
25,0
Газы
могут
адсорбироваться
сухой
почвой
.
Их
адсорбция
заключается
в
кон
-
денсации
газа
вокруг
коллоидной
частицы
.
Адсорбция
газа
сопровождается
выде
-
лением
тепла
.
Газы
,
входящие
в
состав
воздуха
,
поглощаются
почвой
с
различной
интенсивностью
.
Поглощению
газов
противостоит
явление
смачивания
,
т
.
е
.
сма
-
чивание
будет
происходить
только
тогда
,
когда
сконденсированные
на
поверхно
-
сти
частицы
газы
будут
вытеснены
жидкостью
.
Из
составляющих
частей
воздуха
,
наиболее
сильно
адсорбируются
водяные
пары
Они
,
конденсируясь
на
поверхности
частичек
,
дают
начало
образования
водной
пленки
,
которая
называется
гигроскопической
влагой
.
Так
как
в
воздухе
над
почвой
и
в
почве
всегда
содержится
некоторое
количество
водяных
паров
,
по
-
этому
почва
в
естественных
условиях
не
пересыхает
до
потери
гигроскопической
влаги
.
14.2.
Поглощение
катионов
почвой
.
Сущность
реакции
катионного
обмена
состоит
в
том
,
что
катионы
внешнего
раствора
вытесняют
из
почвы
поглощенные
ионы
,
а
сами
поглощаются
почвой
в
эквивалентных
количествах
.
Реакция
катионного
обмена
обратимая
и
может
про
-
текать
по
следующей
схеме
:
[
]
[
]
2
2
4
CaCI
ППК
NaCI
ППК
Na
Na
Na
Na
Ca
Ca
+
⇔
+
Поглощение
катионов
почвой
характеризуется
показателем
емкости
обмена
катионов
(
ЕКО
),
которые
представляет
себя
как
способность
почв
удерживать
то
или
иное
количество
катионов
в
обменной
форме
.
ЕОК
выражается
в
мг
-
экв
на
100
г
почвы
.
Величина
ЕОК
определяется
рядом
факторов
,
из
которых
наиболь
-
шее
значение
имеют
гранулометрический
,
химический
и
минералогический
со
-
став
почвенных
коллоидов
,
кислотно
-
щелочная
реакция
почвы
.
Одним
из
основных
факторов
,
оказывающих
влияние
на
величину
поглоще
-
ния
катионов
,
является
количество
предколлоидной
и
коллоидной
фракции
(
раз
-
мер
частиц
с
диаметром
< 0,001
мм
).
В
связи
с
этим
емкость
поглощения
катионов
у
глинистых
почв
выше
,
чем
у
песчаных
.
Однако
выявить
корреляционную
зави
-
симость
между
количеством
поглощенных
катионов
и
содержанием
частиц
или
-
стой
фракции
не
представляется
возможным
вследствие
разнообразного
характе
-
ра
почвенных
коллоидов
.
Влияние
реакции
среды
на
емкость
обмена
катионов
проявляется
в
том
,
что
с
повышением
рН
повышается
величина
емкости
поглощения
.
Для
ацидоидов
это
объясняется
тем
,
что
ионы
Н
+
внешнего
слоя
при
разной
величине
рН
замещаются
по
-
разному
.
У
амфолитоидов
с
повышением
рН
окружающего
раствора
повыша
-
ется
отрицательный
заряд
и
соответственно
-
поглотительная
способность
.
Скорость
обмена
катионов
зависит
от
их
расположения
на
внешней
поверх
-
ности
частиц
.
Если
катионы
расположены
на
поверхности
частиц
,
то
реакция
об
-
мена
протекает
почти
мгновенно
.
В
случае
,
когда
катионы
располагаются
в
меж
-
пакетных
пространствах
,
для
установления
равновесия
реакции
обмена
требуется
значительное
время
(
до
нескольких
суток
).
Равновесие
между
катионами
почвенных
коллоидов
и
окружающего
их
рас
-
твора
зависит
от
многих
факторов
,
основными
из
которых
являются
: 1)
свойства
катионов
, 2)
свойства
адсорбентов
и
3)
свойства
растворов
.
Из
свойств
катионов
основное
значение
имеет
валентность
.
С
ее
увеличе
-
нием
повышается
способность
катионов
к
внедрению
в
компенсирующий
слой
отрицательных
коллоидов
(
табл
.14.2).
Таблица
14.2.
Способность
к
внедрению
различных
катионов
(
по
К
.
К
.
Гейдройцу
).
Li
Na
NH
4
K
Mg
Ca
Al
Fe
3,8
4,5
6,5
6,8
7,7
10,2
16,7
18,7
В
одних
и
тех
же
условиях
одновалентные
катионы
внедряются
в
меньших
количествах
,
чем
двухвалентные
,
а
двухвалентные
меньше
,
чем
трехвалентные
(M
+
< M
+2
< M
+3
).
Это
объясняется
тем
,
что
многовалентные
ионы
образуют
с
анионами
потенциалопределяющего
слоя
менее
диссоциирующие
соединения
,
чем
одновалентные
.
Ионы
одной
и
той
же
валентности
имеют
неодинаковую
спо
-
собность
к
внедрению
,
что
объясняется
размерами
их
гидрационных
оболочек
.
У
ионов
с
одинаковой
валентностью
,
но
с
различными
радиусами
,
плотность
на
-
пряжения
повышается
с
уменьшением
радиуса
.
Ионы
с
малыми
радиусами
притя
-
гивают
большее
количество
диполей
воды
и
имеют
вместе
с
гидрационной
обо
-
лочкой
больший
размер
,
чем
ион
больших
размеров
.
Наличие
большей
гидраци
-
онной
оболочки
ослабляет
адсорбционную
способность
катиона
,
у
одновалентных
катионов
она
возрастает
в
ряду
Li < Na <
К
≤
NH
4
,
у
одновалентных
- Mg <
Са
.
Ион
Н
+
со
своей
способностью
к
внедрению
занимает
особое
положение
.
В
водных
растворах
в
свободном
виде
протон
Н
+
не
существует
,
а
присоединяет
мо
-
лекулу
воды
,
образует
ион
гидроксония
Н
3
О
с
диаметром
1,35
Ǻ
.
В
связи
с
малым
размером
н
внедряется
сильнее
одно
-,
в
некоторых
случаях
-
и
двухвалентных
ка
-
тионов
.
Одновременно
с
поглощением
катионов
из
раствора
в
эквивалентных
коли
-
чествах
вытесняются
катионы
из
компенсирующих
слоев
.
Способность
к
вытес
-
нению
,
как
и
способность
к
поглощению
,
у
разных
катионов
различна
.
В
данном
случае
наблюдается
следующая
закономерность
:
чем
легче
катион
поглощается
,
тем
труднее
он
вытесняется
.
Например
,
одновалентные
катионы
легче
вытесня
-
ются
,
чем
двухвалентные
и
т
.
д
.
Это
объясняется
теми
же
факторами
,
что
и
их
поглощение
(
степенью
диссо
-
циации
и
величиной
гидрационной
оболочки
).
Способность
вытесняться
у
одно
-
валентных
ионов
падает
в
ряду
Li > Na > NH
4
≥
K > H,
у
двухвалентных
: Mg > Ca.
На
поглощение
ионов
большое
влияние
оказывают
химический
состав
и
структура
адсорбентов
(
табл
. 14.3).
Таблица
14.3.
Обмен
хлоридов
различных
катионов
с
NH
4
-
минералами
.
Минералы
Способность
к
внедрению
NH
4
-
монтмориллонит
NH
4
-
каолинит
NH
4
-
мусковит
NH
4
-
биотит
Li < Na < H < K < Mg < Ca < Ba
Li < Na < H < K < Mg = Ca < Ba
Li < Na < Mg < Ca < Ba < K <H
Li < Na < Mg < Ca < Ba < K <H
Одновалентные
катионы
К
и
Н
поглощаются
слюдами
лучше
,
чем
Са
и
Mg.
Этим
они
отличаются
от
каолинита
и
монтмориллонита
.
В
верхних
горизонтах
почвенного
профиля
емкость
поглощения
выше
,
чем
у
нижележащих
,
что
объяс
-
няется
большим
содержанием
органического
вещества
.
На
равновесие
катионов
оказывает
влияние
также
объем
и
концентрация
поч
-
венного
раствора
.
Изучение
соотношения
между
почвой
и
раствором
показывает
,
что
в
начале
количество
вытесненных
катионов
растет
очень
быстро
,
почти
про
-
порционально
,
а
в
дальнейшем
замедляется
.
В
определенных
условиях
прочность
связи
поглощенных
катионов
с
колло
-
идными
частичками
может
быть
настолько
большой
,
что
они
становятся
необ
-
менными
.
Необменно
фиксироваться
могут
все
катионы
,
однако
наиболее
выра
-
жено
это
наблюдается
у
К
+
и
NH
4
+
,
для
которых
характерна
относительно
большая
величина
радиуса
(
К
– 1,33, NH
4
+
- 1, 43
Ǻ
).
Положительная
роль
фиксации
заклю
-
чается
в
том
,
что
катионы
не
вымываются
и
сохраняются
в
почве
.
Отрицательное
-
заключается
в
недоступности
элементов
питания
для
растений
.
14.3.
Поглощение
анионов
почвой
.
Поглощение
почвой
анионов
обусловлено
радом
факторов
:
•
особенностями
анионов
,
которые
по
способности
к
поглощению
распола
-
гаются
в
ряд
Cl
¯
= NO
3
¯
< SO
2
2
¯
< PO
4
3
¯
< OH
¯
.
•
составом
почвенных
коллоидов
,
при
этом
,
чем
больше
в
почве
глинистых
минералов
и
коллоидов
с
базоидными
свойствами
,
тем
больше
анионов
мо
-
жет
быть
поглощено
.
•
электрическим
потенциалом
и
реакцией
среды
,
которая
обуславливает
из
-
менение
потенциала
.
При
этом
подкисление
среды
способствует
поглоще
-
нию
анионов
,
подщелачивание
ослабляет
этот
процесс
.
В
природе
поглощение
анионов
проявляется
в
нескольких
формах
–
механиче
-
ское
,
химическое
,
физико
-
химическое
и
биологическое
.
Механическое
поглощение
и
последующее
осаждение
анионов
происходит
в
ре
-
зультате
механического
захвата
при
коагуляции
коллоидов
.
Химическое
осаждение
имеет
большое
значение
в
поглощении
фосфат
-
ионов
,
ко
-
торые
закрепляются
в
почвах
в
форме
фосфатов
Ca
и
Mg.
В
почвах
с
близкой
к
нейтральной
реакцией
среды
образование
труднорастворимых
основных
фосфа
-
тов
кальция
происходит
в
результате
реакции
обмена
с
катионами
кальция
,
кото
-
рые
находятся
в
диффузном
слое
почвенных
коллоидов
.
Данная
реакция
можно
записать
следующей
схемой
:
[
]
[
]
H
H
ППК
PO
H
Ca
С
a
ППК
→
+
2
4
2
)
(
+ 2CaHPO
4
В
кислых
почвах
поглощение
фосфатов
происходит
в
результате
взаимодействия
с
ионами
железа
,
алюминия
и
марганца
.
При
этом
химическое
осаждение
фосфа
-
тов
происходит
по
следующим
схемам
:
Al(OH)
3
+ H
3
PO
4
→
Al PO
4
+ 3H
2
O
[
]
[
]
+
→
+
Ca
H
H
H
AI
AI
ППК
PO
H
Ca
ППК
2
4
2
)
(
2AlPO
4
Физико
-
химическое
поглощение
фосфатов
происходит
в
природных
усло
-
вий
,
когда
в
адсорбции
фосфатов
принимают
участие
амфотерные
почвенные
коллоиды
и
глинистые
минералы
.
Амфотерные
коллоиды
отличаются
большой
способностью
к
поглощению
фосфатов
в
связи
с
наличием
значительной
поверх
-
ности
по
сравнению
с
кристалическими
формами
гидроокислов
железа
и
алюми
-
ния
.
Глинистые
минералы
поглощают
фосфат
-
ионы
благодаря
наличию
в
кри
-
сталлической
решетке
гидроксил
-
ионов
,
способных
к
реакции
обмена
.
Биологическое
поглощение
анионов
связано
с
жизнедеятельностью
расте
-
ний
и
почвенных
микроорганизмов
.
Растения
своей
корневой
системой
извлекают
из
глубоких
горизонтов
почвы
и
подстилающей
ее
породы
,
различные
элемент
и