 |
45. Почвенные коллоиды. Почвенный поглощающий комплекс (ППК).
|
|
|
|
45. Почвенные коллоиды. Почвенный поглощающий комплекс (ППК).
Почвенный поглощающий комплекс – это совокупность минеральных, органических и органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы почвы.
Почва относится к гетерогенным полидисперсным образованиям, для которых коллоидное состояние вещества имеет большое значение. Поглотительной способностью обладают как коллоидные частицы (0, 2-0, 001 мкм), так и предколлоидная фракция (0, 2-1 мкм). Диаметр частиц в 1 мкм представляет собой грань, отделяющую механические элементы с резко выраженной поглотительной способностью.
Почвенные коллоиды образуются в процессе выветривания и почвообразования в результате дробления крупных частиц или путем соединения молекулярно раздробленных веществ. Характерной их особенностью является большая удельная поверхность, которая обуславливает высокую химическую активность почв.
Особенности поглотительной способности различных почв в значительной степени обусловлены составом почвенного поглотительного комплекса, составом и строением почвенных коллоидов.
46. Строение и заряд коллоидной мицеллы.
В почвах всегда присутствуют минеральные, органические и органоминеральные коллоиды, состав и количественное соотношение которых зависит от характера почвообразующих пород и типа почвообразования.
Форма коллоидов самая разнообразная. Основу коллоидной частицы, называемой коллоидной мицеллой, составляет ее ядро различного химического состава и строения.
Природа ядра во многом определяет поведение почвенных коллоидов. На его поверхности расположен прочно удерживаемый слой ионов, несущий заряд, – это слой потенциал определяющих ионов. Ядро вместе с этим слоем называется гранулой. Между гранулой и раствором, окружающим коллоид, возникает термодинамический потенциал, под влиянием которого из раствора притягиваются ионы противоположного знака (компенсирующие ионы). Так вокруг ядра коллоидной мицеллы образуется двойной электрический слой, состоящий из слоя потенциал определяющего и слоя компенсирующих ионов.
|
|
|
Компенсирующие ионы, в свою очередь, располагаются вокруг гранулы двумя слоями. Один из них – неподвижный, прочно удерживаемый электростатическими силами потенциалопределяющих ионов.
Гранула вместе с неподвижным слоем компенсирующих ионов называется коллоидной частицей. Между коллоидной частицей и окружающим раствором возникает электрокинетический потенциал, под влиянием которого находится второй (диффузный) слой компенсирующих ионов, обладающих способностью к эквивалентному обмену на ионы того же знака заряда из окружающего раствора.
Коллоидная мицелла в целом электронейтральна, но поскольку основная масса ее принадлежит грануле, то заряд последней рассматривается как заряд всего коллоида. Возникновение заряда у различных коллоидов связано с особенностями их химического состава и структуры.
Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое отрицательно заряженные ионы и диссоциирующие в раствор ионы Н+, называются кислотоподобными, их в почвах гораздо больше. Ядра таких коллоидов представлены молекулами гумусовых кислот или глинистыми минералами. Коллоиды же, имеющие в потенциалопределяющем слое положительно заряженные ионы и посылающие в раствор ионы ОН-, называют основными. В кислотной среде: Al(OH)3 ↔ Al(OH)2+ + OH- В щелочной среде: Al(OH)3 ↔ AlО(OH)2- + OH+
47. Сорбционные процессы в почвах и их закономерности. Емкость поглощения (емкость катионного обмена) почвы.
|
|
|
Процесс сорбции, то есть процесс поглощения вещества из окружающей среды, является основным механизмом физико-химической, или обменной поглотительной способностью почв.
Так как в почве больше отрицательных коллоидов, то гораздо активнее идет поглощение катионов.
Неспецифическая, или обменная сорбция катионов – способность катионов диффузного слоя почвенных коллоидов обмениваться на эквивалентное число катионов соприкасающегося с ним раствора.
Процессы обменной сорбции катионов подчиняются следующим закономерностям:
1)эквивалентность обмена между поглощенными катионами почвы и катионами взаимодействующего раствора. [ППК] Ca2+ + 2КС1↔ [ППК] 2К++ СаС12
2)по мере увеличения концентрации катионов энергия их поглощения растет;
3)в ряду разновалентных ионов, энергия поглощения возрастает с увеличением валентности иона: К+ < Ca2+ < Fe 3+. (Под энергией поглощения понимается относительное количество поглощения катионов почвами при одинаковой их концентрации в растворе);
4) внутри рядов ионов одной валентности энергия поглощения возрастает с увеличением атомной массы, атомного номера: 23Na+ < 39K+, 27Mg2+ < 40Ca2+; 27Al3+ < 56Fe3+.
Процесс обмена иона электролита с ионом сорбента проходит через пять последовательных стадий: 1) перемещение вытесняющего иона из раствора к поверхности твердой фазы; 2) перемещение вытесняющего иона внутри твердой фазы к точке обмена; 3) химическая реакция двойного обмена; 4) перемещение вытесняемого иона внутри твердой фазы от точки обмена к поверхности; 5) перемещение вытесняемого иона от поверхности в раствор.
Скорость катионного обмена в почвах определяется, главным образом, внутридиффузионными процессами. Катионы, обладающие большой энергией поглощения, прочнее удерживаются в поглощенном состоянии и труднее замещаются. 75-85 % поглощенных катионов десорбируются за первые 3-5 минут, затем обмен резко замедляется и продолжается до 2-3 суток. Это связано с неоднородностью состава почвенного поглощающего комплекса в процессе поглощения катионов.
Обменные катионы – катионы, поглощенные почвенными коллоидами, способные обмениваться на катионы раствора. Они составляют небольшую часть от их общего содержания в почве. В обменном состоянии в почвах обычно находятся Са2+, Mg2+, К+, NН4+, Na+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, H+, Al3+.
|
|
|
Общее количество всех поглощенных (обменных) катионов, которые могут быть вытеснены из почвы, называется емкостью поглощения или емкостью катионного обмена (ЕКО)
ЕКО зависит от содержания в почве коллоидной и предколлоидной фракций, строения поверхностей их частиц, природы почвенного поглощающего комплекса, реакции среды. При увеличении степени дисперсности входящих в состав почвенного поглощающего комплекса коллоидных и предколлоидных частиц емкость катионного обмена возрастает.
|
|
|
