土壤胶体表面化学课件

1、土壤胶体表面化学 第6章提问 1、活性酸和潜性酸的定义？ 2、什么叫交换酸和水解酸？两者谁最能代表潜性酸？ 3、ESP 是什么？有什么意义？ 4、土壤Eh？ 此值为何能作为土壤通气性指标？ 5、土壤缓冲性的概念及意义？ 6、交换性Al3是南方土壤酸化的主要原因，为什么? 7、交换性Na是北方土壤碱化的重要原因，为什么？ 8、中和土壤酸度的石灰需要量的主要依据是什么？ 9、举出酸性土有代表性的指示植物？ 10、铁、锰元素为何在强度还原条件下产生毒害？ 11、土壤酸性或强酸性条件下有什么危害？ 2 第7章 土壤胶体表面化学 土壤胶体表面化学3 提 要 n第一节 土壤胶体的表面类型与构造 n第二节

2、土壤胶体表面性质 n第三节 土壤胶体对阳离子的吸附与交换 n第四节 土壤胶体对阴离子的吸附与交换 4 第一节 土壤胶体的表面类型与构造 土壤胶体表面化学5 胶体 n分散质粒子直径在1-100nm之间的分散系 粗分散系胶体分散系分子分散系 100 nm1-100 nm 0.0-1 nm 悬浮体胶体 真溶液 多相态多相态 单相态 土壤胶体表面化学6 n土壤胶体：土壤中颗粒直径或至少在一个方向 2 m的固相组分 n土壤粘粒： M2+ M+。因此，当土壤溶 液中含有浓度相同的一价、二价和三价阳离子 时，土壤胶体首先吸附三价阳离子，如Al3+ Ca2+K+。 n对同价阳离子而言，吸附强度主要决定于离子

3、的水合半径。一般情况下，离子的水合半径越 小，离子的吸附强度越大。 土壤胶体表面化学 n一般土壤中： nFe3+、Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+ n (H+含量丰富，水化半径小，运动速度快)。 土壤胶体表面化学 阳离子的专性吸附 n土壤中产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要 是铁、铝、锰等的氧化物及其水合物。 n被专性吸附的离子主要是过渡金属离子(B族): 核 电荷数较多，离子半径小，水合热较大，多以水 合离子形式存在，吸附能障小，有利于与土壤固 相表面的吸附。 土壤胶体表面化学 n吸附形式为：过渡金属离子与铁、铝、锰等表 面羟基形成络合物，pH降低。 土壤胶体表面化学 n层状

4、硅酸盐矿物在某些情况下对重金属离子也可 以产生专性吸附作用（络合物），边面裸露羟基 具有一定专性吸附能力。 n被土壤专项吸附的金属离子均为非交换态，不能 参与一般阳离子交换反应。 n氧化物对过渡金属离子的专性吸附作用在表面带 负电荷、正电荷或零电荷时均可发生。 土壤胶体表面化学 阳离子专性吸附的实际意义 n对多种微量重金属离子起富集作用。 n调控金属元素的生物有效性和生物毒性。 n土壤溶液中Zn、Co、Cu、Mo等微量金属离子的 浓度受专性吸附的控制。 n对水体的重金属污染起一定的净化作用，但专性 吸附作用也给土壤带来潜在的污染威胁。 土壤胶体表面化学 NH4+ NH4+ 阳离子交换反应 n土

5、壤胶体静电吸附的阳离子，可以被其它类型 的阳离子交换而从胶体表面解吸。这种能相互 交换吸附的阳离子叫做交换性阳离子。把交换 性阳离子发生交换吸附的反应称之为阳离子交 换作用。 土壤胶体表面化学 阳离子交换反应的特点 n快速可逆：任何一方的反应都不能进行到底， 只有不断排除生成物，并反复浸提，才能把胶 体表面上的钙离子和钾离子全部交换出来。 n遵循等价交换的原则 n符合质量作用定律：阳离子交换作用按等摩尔 进行，即20克钙离子可以和39克钾离子交换。 土壤胶体表面化学 阳离子交换反应的特点 n交换反应受补偿离子和陪伴离子的影响 如：NaOH 和 NaCl n交换受温度影响较小，而与交换点位置直接

6、相 关： 外表面上的交换可瞬时发生，一小时内达 到平衡； 内表面上的交换反应较慢，因为离子在到 达交换点前需要在晶层间隙中运动，受离子 扩散规律制约，所以往往需要很长时间才能 达到平衡。 土壤胶体表面化学 阳离子交换能力 n阳离子交换量(CEC, Cation Exchange Capacity)：土 壤所能吸附和交换阳离子的容量, 用每千克 土壤所含的全部交换性阳离子的厘摩尔数表 示cmol(+)/kg。 n土壤CEC实质上就是土壤净负电荷的总量。 土壤胶体表面化学 阳离子交换量是评价土壤肥力和环境容量 的一个重要指标。它直接反应土壤可以提 供速效养分的数量，也能表示土壤保肥能 力、缓冲能力

7、的大小。 土壤CEC 20 （cmol/kg） 环境容量 低 中 高 (保肥能力) CEC的现实意义 土壤胶体表面化学 1）质地: 越粘重的土壤, 阳离子交换量越大 2）胶体种类: 有机质2：1型膨胀性矿物2：1型非膨胀性矿物 1：1矿物 氧化物 质地砂土砂壤土壤土粘土 CEC157815182530 CEC的影响因素 土壤胶体表面化学 常见土壤胶体的CEC大小 土壤胶体 CEC cmol(+)/kg 腐殖质 200 蛭 石 100-150 蒙脱石 70-95 伊利石 10-40 高岭石 3-15 氧化物 2-4 土壤胶体表面化学 CEC的影响因素 3）土壤pH值: 一般情况下，随着pH的升高

8、， 土壤的可变负电荷增加，土壤的阳离子交换 量也增加。 土壤胶体表面化学 判断题 1一价的阳离子不能置换胶体上吸附的二价或 三价阳离子。 2土壤溶液中的阳离子，一旦被土壤胶体所吸 附就永远对作物无效了。 土壤胶体表面化学 u土壤胶体表面吸附的阳离子可以分为两种 类型，一是盐基离子，如Ca2+、Mg2+、K+、 NH4+等，二是致酸离子，包括土壤胶体吸附 的H+、A13+离子。 盐基离子 土壤胶体表面化学 盐基饱和度 n在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子的数 量占所有吸附阳离子的百分比，称为盐基饱和 度（base saturation，BS%）。 =100% 交换性盐基总量 盐基饱和度 阳离子

9、交换量 土壤胶体表面化学 计算题： 测得某土壤的交换性阳离子含量分别为： Ca2+ 6 cmol(+)/kg Mg2+ 5 cmol(+)/kg H+ 2 cmol(+)/kg K+ 5 cmol(+)/kg Na+ 4 cmol(+)/kg Al 3+ 28 cmol(+)/kg 试计算土壤的盐基饱和度。 土壤胶体表面化学 盐基饱和度与土壤性质 n盐基离子多是植物营养所需要的养分，土壤盐 基饱和度越高，盐基离子的有效性也就越高， 所以盐基饱和度的高低反映了土壤保蓄阳离子 的能力，是土壤肥力水平的重要指标之一。 nBS%80%，肥沃 80%BS%50% 中等肥沃 BS% 草酸根 柠檬酸根 H2

10、PO4- HCO3- HBO3- SO42- Cl - NO3- 土壤胶体表面化学 n阴离子与土壤胶体间同样存在静电吸附与专性 吸附。 n吸附作用力受阴离子价数、离子半径及水合半 径影响。 土壤胶体表面化学 一、阴离子的静电吸附 n土壤对阴离子的静电吸附是由表面带有正电荷的 土壤胶体引起。 n产生静电吸附的阴离子主要是Cl-、NO3-、C1O4- 离子等，与胶体对阳离子的静电吸附一样，这种 吸附作用是由胶体表面与阴离子之间的静电引力 所控制的。 n离子的电荷及其水合半径直接影响着离子与胶体 表面的作用力。 土壤胶体表面化学 二、阴离子专性吸附 n阴离子进入粘土矿物或氧化物表面的金属原子 的配位

11、壳中，与配位壳中的羟基或水合基重新 配位，并直接通过共价键或配位键结合在固体 的表面。 n这种吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配 位体交换吸附。 土壤胶体表面化学 磷酸根在氧化铁表面的专性吸附 OH21+ OH2 0 Fe + H2PO4- Fe +H2O OH2 H2PO4 OH 1- O 3- Fe + PO43- Fe + H2O OH PO4 OH2 0 OH 2- Fe + HPO42- Fe +H2O OH HPO4 土壤胶体表面化学 三. 阴离子专性吸附与非专性吸附的区别 OH OH2 Cl - + H2PO4- H2PO4 OH +H2O + Cl- 土壤 胶体 土壤 胶体

12、OH OH +HCl OH OH2 Cl - 土壤 胶体 土壤 胶体 土壤胶体表面化学 能专性吸附阴离子的主要矿物类型： 1）氧化铁、氧化铝的凝胶 2）水铝石、三水铝石、水铝英石 3）高岭石 土壤胶体表面化学82 Comparison of specific adsorption and nonspecific adsorption of anions forcebond 土壤胶体表面化学 本章思考题 u土壤为什么具有电性？ u土壤阳离子交换作用及其意义 u盐基饱和度及其意义 u土壤施肥与土壤带电性的关系 u土壤中常见重金属离子的吸附交换的特点 土壤胶体表面化学 本章 复习题 1、土壤胶体的表面类型有哪些？举例说明？ 2、何谓土壤胶体的比表面？受哪些因素影响？ 3、土壤表面电荷种类有几类？各产生的原因及特点？ 4、土壤胶体的双电层的厚度取决