【正文】 第八章 土壤膠體和土壤離子交換 ? 土壤膠體的構(gòu)造和性質(zhì) ? 土壤膠體的類型 ? 土壤陽離子交換作用 ? 土壤陰離子交換作用 內(nèi)容提要 膠體的概念 膠體是物質(zhì)存在的一種狀態(tài)，是一種 分散體系。 一種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的體系，稱為 分散體系或分散系。 根據(jù)分散體系中被分散的物質(zhì)（分散相）的大小，可把分散系分為： 粗分散系、膠體分散系和分子、離子分散系。 何為分散體系？ 一般把分散相顆粒直徑 （ 非球顆粒則指長 、 寬 、高三向中一個(gè)方向的長度 ） 在 1100納米范圍內(nèi)的分散系稱膠體分散系 。 其顆粒大小介于粗分散系和分子 、 離子分散系之間 。 膠體分散系 按聚集狀態(tài)分類：分散介質(zhì) 分散相 名 稱固 溶膠、懸浮液、軟膏液 乳狀液液氣 泡沫固氣液氣溶膠固 固態(tài)懸浮液液 固態(tài)乳狀液固氣 固態(tài)泡沫第一節(jié) 土壤膠體的構(gòu)造和性質(zhì) 一 、土壤膠體的概念 顆粒直徑 （ 非球形顆粒則指其長 、 寬 、 高三向中一個(gè)方向的長度 ） 在 1~100nm范圍內(nèi)的帶電的土壤顆粒 與 土壤水 組成的 分散系 。 注：通常情況下 ， 直徑小于 2181。m（ 或1181。m） 的土粒便具有膠體的性質(zhì) ， 因而被視為土壤膠體顆粒 。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 二 、土壤膠體的構(gòu)造 膠核 雙電層 決定電位離子層 補(bǔ)償離子層 非活性補(bǔ)償離子層 擴(kuò)散層 膠粒 膠團(tuán) _ + _ _ _ + + + + + + + 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 土壤膠體構(gòu)造示意圖 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 這是膠體的固體部分 , 土壤中膠核一般由含水 SiO2 ,Fe2 O3,Al2 O3 、次生鋁硅酸鹽、腐殖質(zhì)或蛋白質(zhì)等分子團(tuán)分子組成 。 (一 ) 膠核 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 由于內(nèi)層電荷的靜電引力的作用 , 吸附土壤溶液中相反的離子 而形成的 :非活性離子層 和 擴(kuò)散層 （發(fā)生離子交換）。 (二 ) 雙電層 決定電位離子層 (內(nèi)層 ) 是固定在膠核表面 , 并決定其電荷和電位的一層離子。 補(bǔ)償離子層 (外層 ) 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 注意 ： 把土壤膠粒完全理解為球形構(gòu)造，顯然是錯(cuò)誤的。現(xiàn)代土壤學(xué)的研究說明，只有 土壤有機(jī)膠粒 ，或 無定形的氫氧化鐵 、 氫氧化鋁 、 含水氧化硅 和 水鋁英石 等礦質(zhì)膠?？梢哉J(rèn)為 近似圓球形構(gòu)造 。而土壤中大多數(shù)礦質(zhì)膠粒，例如 層狀硅酸鹽類粘土礦物 通過 X射線和電子顯微鏡的研究，已經(jīng)明確是 層狀構(gòu)造 . 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 層狀黏土礦物膠體的構(gòu)造示意圖 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 三 、土壤膠體的性質(zhì) 1. 巨大的比表面積和表面能 單位質(zhì)量或體積物體的總表面積稱為比表面積或比面，單位為 cm2g 1或 cm2cm3。 物體分割得愈細(xì)小，單體數(shù)愈多，總面積愈大，比面也愈大。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 1 cm3物質(zhì)表面積隨分散度變化的情況 立方體邊長 （ cm） 立方體數(shù)目 總表面積 比表面積 （ cm2cm3） 1 1 6cm2 6 103 60cm2 6 10 106 600cm2 6 102 109 6000cm2 6 103 1012 6m2 6 104 1015 60m2 6 105 1018 600m2 6 106 1021 6000m2 6 107 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 各粒徑土粒的比面 土粒 （粒徑 mm） 比表面積 （ cm2g 1） 土粒 （粒徑 mm） 比表面積 （ cm2g 1） 粗砂粒（ 1） 粘粒（ ）500nm 45,200 中砂粒（ ） 226 膠粒（ ）100nm 226,000 細(xì)砂粒（ ） 2,260 膠粒（ ）50nm 452,000 粘粒（ ） 22,600 膠粒（ ）10nm 2,260,000 很顯然 ,土粒越細(xì)比表面越大 ,土壤中顆粒的形狀多種多樣 . 只有砂粒近似球形 ,但其表面大多不平 ,大部分粘粒多為 片狀 ,棒狀 ,針狀 , 實(shí)際上膠體的表面積比光滑的球體 大得多 。 由于土壤膠體具有巨大表面積，從而具有巨大的 表面能 。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 2. 土壤膠體的帶電性 由于膠體表面的分子解離或吸附溶液中的離子 ,使膠粒帶電 . 土壤中所有膠粒都是帶電的（膠體的基本條件），這是土壤產(chǎn)生離子吸附和交換、離子擴(kuò)散、酸堿平衡、氧化還原反應(yīng)以及膠體的分散與絮凝等現(xiàn)象的根本原因，而這些反應(yīng)都直接或間接關(guān)系到土壤的水、肥、氣、熱性質(zhì)。 因此，土壤膠體的帶電性對(duì)土壤肥力性質(zhì)有重要影響。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) (1)同晶異質(zhì)代換作用 層狀鋁硅酸鹽粘土礦物在形成時(shí)，中心離子可以被其它相近或稍大的同性離子代換而產(chǎn)生電荷，但礦物的結(jié)晶構(gòu)造型式不變。 如 Al3+代 Si4+或 Fe2+代 Al3+等 ,這樣晶體中就產(chǎn)生了剩余負(fù)電荷 ,這種電荷一旦產(chǎn)生 ,就不能改變 ,故稱 永久電荷 。 土壤膠體電荷的來源 指組成礦物的中心離子被電性相同、大小相近的離子替代而晶格構(gòu)造保持不變的現(xiàn)象。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 四面體中的硅可被鋁代換 Si4+ Al3+ 八面體中的鋁可被鐵、鎂代換 Al3+ Fe2+或 Mg2+ 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) (2)晶格破碎邊緣的斷鍵 在礦物風(fēng)化破碎的過程中 ， 晶體晶格邊緣的離子有一部分電荷未得到中和 ， 而產(chǎn)生剩余價(jià)鍵 ， 使晶層帶電 。 例如 晶格在硅層或鋁層截面上斷裂 ， Si— O— Si， Al—O— Al在斷裂后 ， 斷面上留下 Si— O、 Al— O， 從而帶負(fù)電 。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) (3)膠體表面分子的解離 膠核表面的分子或原子團(tuán)的解離 ,這種電荷的數(shù)量和性質(zhì)隨介質(zhì)的 pH而改變 ,故稱 可變電荷 。 ? 黏土礦物晶面上 OH的解離 ? 含水鐵、鋁氧化物的解離（ Al2O3〃3H 2O) ? 腐殖質(zhì)上某些官能團(tuán)的解離（如 COOH） ? 含水氧化硅的解離 來源 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 結(jié)晶的粘土礦物大部分表面都裸露著 — OH原子團(tuán)，在一定條件下： ?當(dāng) H+解離后，則使膠核帶負(fù)電 ，如 H2SiO3和層狀硅鋁酸鹽粘土礦物中解離 H+后使膠核帶負(fù)電。 ?當(dāng) OH發(fā)生解離時(shí)，則膠核帶正電 ，如 Fe(OH)3或Al(OH)3中的 OH解離后則帶正電。這種作用與普通酸堿解離相似，受溶液的 pH影響，因此稱為 可變電荷 。 a. 黏土礦物晶面上 OH的解離 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) Al(OH)3+NaOH Al(OH)2O+Na++H2O 膠核中的分子 帶負(fù)電荷的膠體核粒 Al(OH)3+HCl Al(OH)2++Cl+H2O 膠核中的分子 帶正電荷的膠體核粒 如 Al（ OH） 3在堿性環(huán)境中的解離： 如