Материал: GOSY-1_vmeste

По строению ядра 3 группы коллоидов:

1. Минеральные коллоиды. Ядро образовано вторичными минералами, которые являются продуктами химического выветривания и которые входят в состав илистой фракции мелкозема. Множество вторичных минералов.

Большая емкость поглощения: монтмориллонит. Если присутствует в составе илистой фракции много коллоидов, то больше величина емкости поглощения.

Средняя емкость поглощения: каолин, каолинит, гидрослюды.

Маленькая емкость поглощения: Гетит, гематит, гидрогитит.

2. Органические коллоиды. Ядро образовано молекулами гуминовых кислот и белковых соединений.

3. Органоминеральные коллоиды. Ядро образовано одновременно и минеральными и органическими соединениями.

Отрицательный заряд приобретают коллоиды за счет разрыва связей и облома пакетов глинистых минералов, различных форм почвенных кальцитов, несиликатных соединений железа и алюминия (их оксидов и гидроксидов) и освобождения валентностей краевых ионов кислорода, при изоморфном замещении в кремнекислородных тетраэдрах минералов группы монтмориллонита четырехвалентного кремния трехвалентным алюминием, алюминия — двухвалентными катионами — железом, магнием. Заряды у коллоидов органической природы (например, гуминовая кислота) возникают за счет диссоциации водородных ионов карбоксильных (СООН) и фенолгидроксильных (ОН) групп. Наибольшей способностью к диссоциации обладает водород карбоксильной группы. В коллоидной кремнекислоте электрический потенциал создается благодаря диссоциации ионов водорода.

В зависимости от знака заряда коллоиды делятся на ацидоиды и базоиды. Ацидоидами называются коллоиды, несущие отрицательный заряд и диссоциирующие в раствор Н+-ионы. Такие коллоиды характеризуются кислотоподобными свойствами. К группе ацидоидов относятся коллоидная кремнекислота, гуминовые кислоты, фульвокислоты и кристаллические глинистые минералы. Базоидами "называются коллоиды, несущие положительный заряд и диссоциирующие в раствор ОН~-ионы, то есть обладающие свойствами оснований. К группе базоидов относятся гидраты окиси железа и алюминия, а также белковые соединения. Коллоиды гидроксидов железа, алюминия, протеины в зависимости от реакции среды ведут себя то как кислоты (ацидоиды), то как основания (базоиды). Коллоиды с такой двойственной функцией называются амфотерными коллоидами, или амфолитои-дами.

При некотором значении рН, которое называется изоэлектри-ческой точкой или изоэлектрическим рН, коллоид посылает в окружающий раствор одинаковое количество катионов и анионов и становится электронейтральным

Физическое состояние почвенных коллоидов.

Коллоиды в почве находятся главным образом в форме гелей, Во влажной почве небольшое количество коллоидов может находиться в состоянии золя (частицы разделены водной фазой). Раздельное существование коллоидных частиц в состоянии золя связано с наличием электрокинетического потенциала и водной (гидратационной) оболочки на поверхности частиц. Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга, могут долго находиться в суспензии, не образуя осадка. Гели и золь= тверд. диспер-ая фаза,жидкая диспер-ая среда.

При падении электрокинетического потенциала и уменьшении заряда частиц разноименно заряженные коллоиды, сталкиваясь друг с другом при хаотическом движении, склеиваются, увеличиваются в размерах и выпадают в осадок. Процесс соединения коллоидных частиц и образования геля из золя называется коагуляцией, дальнейшее осаждение — седиментацией. Переход коллоида из состояния геля в состояние золя называется пептизацией. Коллоиды, которые могут легко переходить из золя в гель и обратно, называются обратимыми. В почве много коллоидов, трудно переходящих в состояние золя и составляющих группу необратимых коллоидов.

Взаимодействию и соединению коллоидных частиц мешают водные пленки, которые удерживаются на их поверхности. По количеству воды, удерживаемой коллоидами, они разделяются на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильные коллоиды сильно гидратированы, труднее коагулируют. Это некоторые органические вещества в почвах, минералы монтмориллонитовой группы. Гидрофобные коллоиды содержат небольшое количество воды. Это — гидроксид железа, минералы каолинитовой группы. Деление коллоидов на гидрофильные и гидрофобные несколько условно, поскольку при измельчении твердых коллоидных частиц степень гидратации их возрастает.

Чем больше валентность поглощенных ионов, больше их заряд, тем меньше будет диссоциация их от коллоидной частицы, меньше электрокинетический потенциал частицы, тем легче идет процесс коагуляции.

все катионы по их коагулирующей способности в ряд лиотропный:

Li⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < K⁺ < Mg²⁺ < H⁺ < Ca²⁺ < Ba²⁺ < Al³⁺ < <Fe³⁺

Коллоиды, насыщенные одновалентными катионами, находятся в основном в состоянии золя; при замене одновалентных катионов двух- и трехвалентными они переходят в гель. Так, насыщение почвенного поглощающего комплекса натрием способствует образованию золя, распылению почвы, увеличению

заряда почвенных коллоидов и их гидратации. Замещение натрия кальцием способствует коагуляции и образованию водопрочной структуры.

рН : Кислая реакция способствует растворению некоторых коллоидов, например гидроксида алюминия; щелочная реакция стимулирует выпадение в осадок коллоидов полуторных оксидов и переход в состояние золя органических и некоторых минеральных коллоидов.

Часть коллоидов в почве находится в свободном состоянии, часть образует пленки на поверхности более крупных гранулометрических фракций путем адгезии, те слипание (склеивание) поверхностей каких-либо веществ различного химического состава, соприкасающихся друг с другом.

В почве при периодическом высушивании, приводящем к дегидратации коллоидов, происходит закрепление гумусовых кислот и их солей на поверхности коллоидных частиц, а минеральных, органических и органоминеральных коллоидов — на поверхности частиц пылеватых и песчаных гранулометрических фракций

Процесс тиксотропии коллоидов имеет две особенности: 1) образующийся из золя гель не отделяется от дисперсной среды, а застудневает вместе с ней; 2) полученный гель обратим и может быть переведен в золь путем механического воздействия (встряхивания, помешивания), по прекращению которого золь снова с течением времени переходит в гель.

В почвах результатом тиксотропии является возникновение особого рода коагуляционно-тиксотропной микроструктуры, которая характеризуется образованием рыхлого каркаса из коллоидных частичек в основном удлиненной формы, внутри которого находится почвенный раствор. Тиксотропия особенно развита в криогенных почвах, вызывая их плывунность. Тиксо-тропные почвы плохо проницаемы для воды и воздуха, в них часто развиваются восстановительные процессы.

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 и минеральных коллоидов. Одним из таких изменений является процесс старения коллоидов, те 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 Fе (III). Свет, особенно ультрафиолетовое излучение, ускоряет старение коллоидов.

Сорбционные процессы в почвах

Основным механизмом физико-химической, или обменной, поглотительной способности почв является процесс сорбции.

Неспецифическая, или обменная, сорбция катионов — способность катионов диффузного слоя почвенных коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов соприкасающегося с ним раствора. Обменные катионы составляют небольшую часть от их общего содержания в почве. В обменном состоянии в почвах обычно находятся Са²⁺, Mg²⁺, К.⁺, NH⁺₄, Na⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, F³⁺, H⁺, Al³⁺. В незначительных количествах могут встречаться и иные катионы (Li⁺, Sr²⁺ и др.) Основными закономерностями обменной сорбции катионов являются:

1. эквивалентность обмена между поглощенными катионами почвы и катионами взаимодействующего раствора.

2. в ряду разновалентных ионов энергия поглощения возрастает с увеличением валентности иона: Li⁺ < Na⁺ < K⁺ < <NH⁺₄ < Cs⁺ << Mg²⁺< Са²⁺<< Al³⁺ <Fe³⁺

3. энергия поглощения определяется радиусом негидратированного иона: чем меньше радиус, тем слабее связывается ион. Это объясняется большей плотностью заряда, а следовательно, и большей гидратированностью иона.

4. внутри рядов ионов одной валентности энергия поглощения возрастает с увеличением атомной массы, атомного номера.ряды поглощения ионов: одновалентные: ⁷Li<²³Na<¹⁸(NH₄)<³⁹K<⁸⁹Pb; двухвалентные: 27Mg<⁴⁰Ca< <⁵⁹Co<¹¹²Cd; трехвалентные: 27Аl < 56Fe

Есть существует необменное поглощение — фиксация. Неосинтез почвенных минералов всегда сопровождается исчезновением из растворов и фиксацией кремнезема и полуторных окислов, части ионов К, Са, Mg, входящих в кристаллическую решетку вновь возникающих минералов. Но наряду с этим экспериментально установлено распространенное явление собственно необменной фиксации почвенными коллоидами К+ и NH4+, а также Rb+ и Cs+.

ЕКО- Общее количество всех поглощенных (обменных) катионов, которые могут быть вытеснены из почвы, Выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы.

Еко-харак-ка ППК, показатель катионнобменных свойств почв, отражает суммарное кол-во отрицательных зарядов ППК, которые могут взаимодействовать с катионами, или общее кол-во «+» зарядов обменных катионов, компенсирующих эти заряды.

ЕКО зависит от содержания в почве коллоидной и предколлоидной фракций, строения их поверхностей, природы почвенного поглощающего комплекса, рН. от гран состава, от состава преобладающей группы глинистых минералов, содержания и состава гумуса.

Органическая часть почвенного поглощающего комплекса обладает значительно большей емкостью поглощения, чем минеральная. С ростом рН возрастает ионизация функциональных групп гумусовых кислот, глинистых минералов, уменьшается положительный заряд полуторных оксидов и возрастает ЕКО.

Емкость катионного обмена зависит от механического состава почвы и строения веществ, входящих в состав почвенного поглощающего

комплекса. Увеличение ЕКО в тяжелых по механическому составу почвах обусловлено не только нарастанием удельной поверхности, но и изменением природы слагающих различные фракции веществ.

три вида ЕКО:

Емкость катионного обмена стандартная определяется с помощью буферных растворов при постоянном значении рН. насыщать почву ионами Ва2+ из буферного раствора с рН 6,5. После насыщения емкость определяют по количеству поглощенного почвой Ва2+.

Емкость катионного обмена реальная (или эффективная) — определяют путем обработки почвы небуферными растворами солей. О реальной емкости катионного обмена можно судить с достаточной точностью по сумме обменных катионов.

Дифференциальная (или рН-зависящая) емкость катионного обмена характеризует приращение емкости катионного обмена с увеличением рН равновесного раствора; ЛЕКО/ДрН. Чтобы найти дифференциальную ЕКО, почву насыщают катионами одного рода из буферных растворов с различными значениями рН (например, 6,5 и 8,2), а затем рассчитывают или общее приращение ЕКО, или ее приращение на единицу рН.

Те катионы, которые входят в состав ППК и могут быть замещены катионами другого рода при взаимодействии с нейтральными растворами солей, называют обменными катионами; в качестве синонима употребляется термин поглощенные катионы. При характеристике ППК и обменных реакций часто используют термин обменные основания под которым понимают только обменные катионы Са2+, Mg2+, K+ и Na+, тогда как в число обменных катионов входят, кроме того, Н+, А13+ и др. Таким образом, обменные основания составляют только часть обменных катионов. Основаниями являются не сами катионы Са2+, Na+ и т. д., а их гидроксиды.