第章土壤膠體化學(xué)和表面化學(xué)ppt課件

1、主要內(nèi)容 (重點)：教學(xué)目的與要求：教學(xué)方式與手段：課時安排與進度：1.1.土壤膠體的外表性質(zhì)重點土壤膠體的外表性質(zhì)重點 2.2.土壤膠體對陽離子交換反響重點土壤膠體對陽離子交換反響重點 3.3.土壤膠體的陰離子的吸附與交換土壤膠體的陰離子的吸附與交換 了解土壤膠體的外表類型、外表電荷來源與種類，掌握土壤雙電層的構(gòu)造特征；牢記土壤陽離子交換作用的規(guī)律以及影響陽離子有效性的要素以及陽離子交換對土壤性質(zhì)的影響。幻燈，動畫演示；案例分析；土壤吸附實驗；課時數(shù)：4課時第四章第四章 土壤膠體化學(xué)和外表反響土壤膠體化學(xué)和外表反響第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid) 的外表性質(zhì)一、土壤膠體外表類型一

2、硅氧烷型外表二水合氧化物型外表三有機物外表二、土壤膠體的比外表和外表積二、土壤膠體的比外表和外表積 (一一)土壤膠體的外表積土壤膠體的外表積表81 土壤中常見粘土礦物的比外表積m2g-1膠體成分內(nèi)外表積外外表積總外表積蒙脫石蛭 石水云母高嶺石埃洛石水化埃洛石水鋁英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800我國幾種主要土壤的比外表積： 磚紅壤 6080m2g-1 紅 壤 100150m2g-1 黃棕壤 200300m2g-1 (

3、二)比外表積的測定方法1、儀器法2、吸附法 氮氣、甘油、乙二醇醚等總之：總之：2：1型粘土礦物和有機質(zhì)的含量越型粘土礦物和有機質(zhì)的含量越高，土壤的比外表積越大。高，土壤的比外表積越大。三、土壤外表電荷和電位三、土壤外表電荷和電位 一土壤電荷的原因和種類一土壤電荷的原因和種類 1、永久電荷(permanent charge)* 永久電荷來源于礦物晶格內(nèi)部離子的同晶置換。 2、可變電荷(variable charge)* 隨pH的變化而變化的土壤電荷，這種電荷 稱為可變電荷。 可變電荷的成因主要是膠核外表分子或原子團 的解離：A. 含水氧化硅的解離B. 粘粒礦物的晶面上的OH和H的解離C. 腐殖質(zhì)

4、上某些官能團的解離D. 含水氧化和水鋁石外表的分子中OH的解離； pHM2+M+ Al3Mn2Ca2K+ Rb+NH4+K+Na+Li+ 1 1、陽離子靜電吸附、陽離子靜電吸附表表8 82 2 離子半徑與吸附力離子半徑與吸附力 一價離子Li+Na+K+NH+4Rb+離子的真實半徑(nm)0.0780.0980.1330.1430.149離子的水合半徑(nm)1.0080.7900.5370.5320.509弱弱 強強交換才干2 2鹽基離子與鹽基飽和度鹽基離子與鹽基飽和度1 1鹽基離子與致酸離子鹽基離子與致酸離子* * * * 第一類是氫離子和鋁離子，它們是致第一類是氫離子和鋁離子，它們是致酸離

5、子，與土壤的酸度有親密關(guān)系。酸離子，與土壤的酸度有親密關(guān)系。 第二類是其他的一些金屬離子，如第二類是其他的一些金屬離子，如Ca+2Ca+2、Mg+2Mg+2、K+K+、NH4+NH4+等，在等，在古典化學(xué)上，它們都稱為鹽基離子。古典化學(xué)上，它們都稱為鹽基離子。 2 2 鹽 基 飽 和 度 鹽 基 飽 和 度 ( b a s e s a t u r a t i o n ( b a s e s a t u r a t i o n percentage)BSPpercentage)BSP 在土壤膠體所吸附的陽離子中，鹽基離子在土壤膠體所吸附的陽離子中，鹽基離子的數(shù)量占一切吸附的陽離子的百分比，叫鹽基

6、的數(shù)量占一切吸附的陽離子的百分比，叫鹽基飽和度飽和度* * * *。鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反響；鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反響；而鹽基不飽和的土壤那么具有酸性反響，為酸而鹽基不飽和的土壤那么具有酸性反響，為酸性土壤；性土壤； 克土）量陽離子交換量（毫克當(dāng)克土）當(dāng)量交換性鹽基總量（毫克鹽基飽和度100/100/ 100%三、陽離子交換 一陽離子交換作用* 在土壤中，被膠體靜電吸附的陽離子，普通都可以被溶液中另一種陽離子交換而從膠體外表解吸。對這種能相互交換的陽離子叫做交換性陽離子，而把發(fā)生在土壤膠體外表的陽離子交換反響稱之為陽離子交換作用*。 觀看演示觀看演示Cation Exchang

7、e Capacity - - - - - - - - - - - - - - - -SOILCa+2Mg+2Al+3K+Ca+2Mg+2H+Ca+2H+Ca+2Exchangeable CationsH+K+Mg+2Ca+21陽離子交換作用是可逆反響。2交換是等當(dāng)量進展的。3陽離子交換受質(zhì)量作用定律的支配。 * 陽離子交換作用的特征：陽離子交換作用的特征： 陽離子交換量是評價土壤肥力的一個目的。 CEC 20 *土壤陽離子交換量土壤陽離子交換量(cation exchange capacity)-CEC 是指土壤溶液為中性是指土壤溶液為中性pH = 7時，時，每千克土所吸附和交換陽離子的厘摩爾

8、數(shù)每千克土所吸附和交換陽離子的厘摩爾數(shù)稱為土壤的陽離子交換量。稱為土壤的陽離子交換量。CEC：cmol(+)kg-1 保肥才干低中高*影響土壤陽離子交換量的要素有：影響土壤陽離子交換量的要素有：1質(zhì)地質(zhì)地 質(zhì)地越粘重，含粘粒越多的質(zhì)地越粘重，含粘粒越多的土壤，其陽離子交換量也越大。土壤，其陽離子交換量也越大。2有機質(zhì) OM % CEC3膠體的性質(zhì)及構(gòu)造蒙脫石 高嶺石4pH值 在普通情況下，隨著pH的升高，土壤的可變電荷添加，土壤的陽離子交換量也添加。質(zhì)地砂土砂壤土壤土粘土CEC157815182530表表8-3 8-3 不同類型土壤膠體的陽離子交換量不同類型土壤膠體的陽離子交換量 土壤膠體 C

9、ECcmol(+).kg-1 腐殖質(zhì)蛭 石蒙脫石伊利石高嶺石倍半氧化物 200100-15070-9510-403-152-4Structure of Humic AcidR-C00-R-C00-R-C00-R-C00-R-C00-Contributes to high CEC 200 cmol(+)/kg4 4影響陽離子交換才干的要素影響陽離子交換才干的要素* * *1 1電荷的影響；電荷的影響；根據(jù)庫侖定律，陽離子的價數(shù)根據(jù)庫侖定律，陽離子的價數(shù)越高，交換才干也越大。越高，交換才干也越大。2 2離子的半徑及水化程度離子的半徑及水化程度 同價的離子，其交換才干的大小是同價的離子，其交換才干的

10、大小是根據(jù)其離子半徑及離子的水化程度根據(jù)其離子半徑及離子的水化程度的不同而不同的。的不同而不同的。3 3離子濃度和數(shù)量因子。離子濃度和數(shù)量因子。 5 5交換性離子的有效度交換性離子的有效度 * * *影響交換離子有效度的要素主要影響交換離子有效度的要素主要有：有： 1 1離子飽和度離子飽和度 離子的飽和度越大，被解吸的時離子的飽和度越大，被解吸的時機就越大，有效度機就越大，有效度 就越大就越大 2 2土壤中的互補離子效應(yīng)土壤中的互補離子效應(yīng) 3 3粘土礦物類型的影響粘土礦物類型的影響 4 4由交換性離子變?yōu)榉墙粨Q性離子的由交換性離子變?yōu)榉墙粨Q性離子的有效度問題有效度問題表8-5 互補離子與交換

11、性鈣的有效性 土壤 交換性陽離子組成 小麥幼苗干重(g) 小麥幼苗吸鈣量(mg) ABC 40%Ca+60%H40%Ca+60%Mg40%Ca+60%Na 2.802.792.34 11.157.834.36 在土壤膠體上各種交換性鹽在土壤膠體上各種交換性鹽 基離子之間的相互影響的基離子之間的相互影響的作用作用互補離子效應(yīng)陪伴離子效應(yīng)互補離子效應(yīng)陪伴離子效應(yīng)四、陽離子的專性吸附四、陽離子的專性吸附一陽離子專性吸附的機理 產(chǎn)生陽離子專性吸附的土壤膠體物質(zhì)主要是鐵、鋁、錳等的氧化物及其水合物。 層狀硅酸鹽礦物在某些情況下對重金屬離子也可以產(chǎn)生專性吸附作用 反響的結(jié)果使體系的pH值下降 ！陽離子專性

12、吸附的實踐意義陽離子專性吸附的實踐意義: 由于專性吸附對微量金屬離子具有富集作用的特性，因此，正日益成為地球化學(xué)領(lǐng)域或地球化學(xué)探礦等學(xué)科的重要內(nèi)容。 土壤和堆積物中的錳、鐵、鋁、硅等氧化物及其水合物，對多種微量重金屬離子起富集作用，其中以氧化錳和氧化鐵的作用更為明顯。 專性吸附在調(diào)控金屬元素的生物有效性和生物毒性方面起著重要作用。有實驗闡明，在被鉛污染的土壤中參與氧化錳，可以抑制植物對鉛的吸收， 土壤是重金屬元素的一個匯，對水體中的重金屬污染起到一定的凈化作用，并對這些金屬離子從土壤溶液向植物體內(nèi)遷移和累積起一定的緩沖和調(diào)理作用。另一方面，專性吸附作用也給土壤帶來了潛在的污染危險。第三節(jié)第三節(jié)

13、 土壤膠體對陰離子的吸附與交換土壤膠體對陰離子的吸附與交換一土壤吸附的陰離子土壤中的陰離子依其吸附才干的大小可分為三類：1易被吸附的陰離子 最重要是：H2PO4- HPO42- PO43-HsiO3- SiO32- C2O42- 2吸附作用很弱或進展負(fù)吸附的陰離子Cl- NO3- NO2- 3中間類型的離子：SO42- CO32- 各種陰離子被土壤吸收的次序如下：F- 草酸根 檸檬酸根 H2PO4- HCO3- HBO3- SO42- Cl - NO3-二陰離子的負(fù)吸附所謂陰離子的負(fù)吸附，是指距帶負(fù)電荷的膠體外表越近，陰離子數(shù)量越少的景象。負(fù)吸附景象隨著土壤膠體的數(shù)量和陽離子代換量的添加而添加

14、。但隨陪伴陽離子價數(shù)的添加而減少。不同的粘粒礦物對負(fù)吸附的影響也不同，他們遞減的次序為： 蒙脫石 伊利石 高嶺石三、陰離子專性吸附三、陰離子專性吸附 陰離子專性吸附是指陰離子進入粘土礦物或氧化物外表的金屬原子的配位殼中，與配位殼中的羥基或水合基重新配位，并直接經(jīng)過共價鍵或配位鍵結(jié)合在固體的外表。產(chǎn)生專性吸附的陰離子有F-離子以及磷酸根、硫酸根、鉬酸根、砷酸根等含氧酸根離子。 1、陽離子交換作用、陽離子交換作用2、交換性陽離子、交換性陽離子 3、陽離子吸附、陽離子吸附4、陽離子解吸、陽離子解吸 5、CEC6、BS 7、陰離子專性吸附、陰離子專性吸附1. 1. 什么是土壤膠體？它具有哪些主要性質(zhì)？什么是土壤膠體？它具有哪些主要性質(zhì)？2. 2. 什么是陽離子交換量？影響陽離子交換量大小的要素有哪些？什么是陽離子交換