土壤胶体和土壤离子交换森林土壤

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1、第八章土壤胶体和土壤离子交换第一节土壤胶体的构造与性质一、土壤胶体的概念土壤中的固相、液相和气相呈互相分散的胶体状态，是一个分散系。即土壤学中所指的土壤胶体是指直径小于2μm或者小于1μm土壤颗粒。胶体微粒胶核双电层决定电位离子层（内）补偿离子层（外）非活性离子层扩散层二、土壤胶体的构造1．微粒核（胶核）微粒核是土壤胶体微粒的核心部分，它是由组成胶体微粒的基本物质的分子群所组成。2．扩散双电层（1）决定电位离子层是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。（2）补偿离子层分为两个层次。一、非活性补偿离子层。二、扩散层。胶体微粒的扩散双电层构造图式3

2、、胶团间溶液即土壤胶体分散系中的分散介质，也即是土壤溶液。土粒土壤溶液一、巨大的比表面积和表面能比表面积：单位质量或物体的总表面积称为比表面积或比面，物体愈小比面愈大。第二节　土壤胶体的性质土粒直径(mm)总表面积(cm2)比面(cm2/cm3)103.146131.42600.05628.3212000.0013141660000表面能：由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能量是由于表面的存在而产生，所以叫做表面能。---内表面：指膨胀性粘土矿物的晶层表面和腐植质分子聚集体内部的表面。---外表面：指粘土矿

3、物、氧化物和腐植质分子暴露在外的表面。土壤有机质的比表面大，表观比表面可达700m2/g。胶体成分内表面积外表面积总表面积蒙脱石700—75015—150700—850蛭石400—7501—50400—800水云母0—590—15090—150高岭石05—405—40埃洛石010—4510—45水化埃洛石40025—30430水铝英石130—400130—400260—800土壤中常见矿物的比表面积（m2/g）二、带电性土壤胶体微粒都带有一定的电荷，（一）电荷类型：◆永久电荷(permanentcharge)：由同晶代换作用产生（粘土矿物晶质中的一种离子被另

4、一种离子取代的过程）◆可变电荷(variablecharge)随pH的变化而变化的土壤电荷。◆晶格破碎边缘带电　负电荷土壤胶体的双电层模型可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子团的解离：A.含水氧化硅的解离B.粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离C.腐殖质上某些官能团的解离D.含水氧化和水铝石表面的分子中OH的解离；pH<3.2从上述四种情况来看，土壤胶体所带的电荷数量和性质与介质的pH值有密切关系。（二）土壤的电荷数量1、土壤电荷主要集中在胶体部分。2、胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础。3、有机胶体和无机胶体的电荷具有非加和性。三、土壤胶体的分散性和凝聚

5、性胶体微粒均匀分散在土壤溶液中成为胶体溶液状态，称为溶胶。1．土壤胶体溶液（溶胶）2．土壤中无定形的凝胶体（凝胶）微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈无定型絮状凝胶体，称凝胶。3．分散和凝聚作用由溶胶联结凝聚成凝胶的作用，叫做胶体的凝聚作用。一般地，离子的价数越高，离子半径越大，所产生的凝聚能力越强。常见阳离子凝聚力的排列顺序是：Fe3＋＞Al3＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na＋凝胶分散成溶胶的作用，叫做胶体的分散作用。胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的。第二节　土壤胶体类型一、土壤无机胶体（矿质胶体）主要为极细微的粘土矿物，包括成分简单的含

6、水氧化物和成分复杂的各种次生层状铝硅酸盐类等。1．含水氧化物主要包括水化程度不等的铁、铝、硅的氧化物。（1）含水氧化硅是一种非晶质的凝胶，其化学式为SiO2·nH2O或写成H2SIO3。（2）含水氧化铁主要有:褐铁矿2Fe2O3·3H2O针铁矿Fe2O3·H2O多水针铁矿3FeO3·4H2O一水赤铁3Fe2O3·H2O等。（3）含水氧化铝主要有水铝石Ai2O3·H2O和三水铝石Al2O3·3H2O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。★硅氧四面体（或简称四面体）硅氧四面体是硅酸盐矿物的最基本的结构单位，不同的连接组合方式形成不同的硅酸盐矿物。2、粘土矿

7、物（1）粘土矿物的基本构造特征基本构造★铝氧八面体（或简称八面体）粘土矿物基本构造单位晶层结构★1:1型单位晶层:由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。★2:1型单位晶层由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。同晶替代是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造

8、保持不变的现象。铝＋4＋3（2）粘土矿物类型土壤中最