高等土壤化學(xué)土壤氧化物

本文格式為Word版，下載可任意編輯——高等土壤化學(xué)土壤氧化物第三章第三章土壤氧化物土壤氧化物中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資環(huán)學(xué)院中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資環(huán)學(xué)院劉月仙劉月仙聯(lián)系方式聯(lián)系方式liuyuexianliuyuexian劉冠男等，土壤膠體對(duì)重金屬運(yùn)移行為的影響.2022.黏粒硅鋁酸黏粒硅鋁酸鹽鹽黏粒氧化物黏粒氧化物一、土壤氧化物（soiloxide）概況層狀硅酸鹽礦物是土壤粘粒礦物組成中的主要片面，除層狀硅酸鹽外，還有氧化物。

氧化物是土壤粘粒礦物的次級(jí)組成成分。

土壤中的氧化物一般包括Fe2O3、MnO、Al2O3、SiO2、TiO2等及其水合物氧化物是硅酸鹽礦物徹底風(fēng)化后的產(chǎn)物，結(jié)晶布局較簡(jiǎn)樸，常見(jiàn)于濕熱的熱帶和亞熱帶地區(qū)的土壤中，更加是基性巖（玄武巖、安山巖、石灰?guī)r）上發(fā)育的土壤中含量最多。

一、土壤氧化物概況土壤氧化物特點(diǎn)土壤氧化物特點(diǎn)數(shù)量少，作用大數(shù)量少，作用大對(duì)土壤的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)有巨大影響。

對(duì)土壤肥力（養(yǎng)分保蓄）和土壤發(fā)生具有重要意義，更加是對(duì)熱帶、亞熱帶土壤（磚紅壤、紅壤等）土壤性質(zhì)和分類研究，氧化物是必不成少的材料。

對(duì)養(yǎng)分元素和重金屬污染元素離子的吸持、遷移及有效性、毒性均有極其重要的作用。

二、土壤氧化物的分類依結(jié)晶化學(xué)簡(jiǎn)樸氧化物氫氧化物重氧化物羥基氧化物等對(duì)比簡(jiǎn)樸的、流行的是以氧化物組成分類，有氧化鐵、氧化錳、氧化鋁、氧化硅、水鋁英石、氧化鈦等二、土壤氧化物的分類氧化物以不同形態(tài)存在無(wú)定形,游離態(tài),絡(luò)合態(tài)等土壤氧化物，以不同的形態(tài)存在，因而有不同的名稱，如Fe2O3以氫氧化鐵存在→→無(wú)定形鐵；

氧化鐵及其水合物→→游離鐵；

與有機(jī)質(zhì)絡(luò)合、以絡(luò)合物存在→→絡(luò)合鐵。

二、土壤氧化物的分類不同形態(tài)具有不同的性質(zhì)可用不同的方法來(lái)測(cè)定三、土壤氧化物種類1.鐵氧化物2.鋁氧化物3.硅氧化物鐵氧化物（ironoxide）包括兩大類鐵的氫氧化物（羥基氧化鐵）鐵的氧化物按照化學(xué)形態(tài)羥基氧化鐵FeOOH是土壤、沉積物和水體的主要成分；

具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)、較高的比外觀積、輕微的顆粒結(jié)構(gòu)，可以凈化自然環(huán)境介質(zhì)中的污染物（李夢(mèng)捷，2022;Fortinetal.，2022；

周順桂等，2022;熊慧欣，2022）。

鐵氧化物包括兩大類鐵礦物按照化學(xué)形態(tài)根本布局單元是八面體，即由六個(gè)O2-和OH-包圍鐵原子形成八面體布局態(tài)布局態(tài)的鐵主要存在于含鐵礦物粘粒和層狀硅酸鹽中；

游離態(tài)游離鐵亦稱游離氧化鐵，是指氧化鐵及其水合物，主要存在于粘土礦物的外觀，能與環(huán)境發(fā)生猛烈的作用，其活性要顯著高于結(jié)構(gòu)態(tài)Oades,1963；

熊毅，1983。

游離態(tài)鐵主要包括晶體態(tài)氧化鐵和無(wú)定形氧化鐵，無(wú)定形氧化鐵可以通過(guò)pH3.2的草酸銨緩沖液來(lái)提取。

含H的羥基氧化鐵晶體布局（PostandBuchwald,1991）1、氧化鐵常見(jiàn)的是針鐵礦和赤鐵礦a．針鐵礦分子式αFeOOH分布溫帶、熱帶亞熱帶土壤外形針狀、故名之顏色褐色或褐紅色具有不同的結(jié)晶程度可吸附水，一般含F(xiàn)e2O389.9,H2O10.1。

b.赤鐵礦赤鐵礦分子式分子式αFe2O3分布風(fēng)化程度高的紅壤分布風(fēng)化程度高的紅壤外形六角形板狀外形六角形板狀顏色紅色，肉眼易辯。顏色紅色，肉眼易辯。

成分成分Fe69.94,含含TiO2,Al2O3等混入物等混入物1.氧化鐵1.氧化鐵C.纖鐵礦分子式γFeooH分布及產(chǎn)生氧化恢復(fù)交替土壤中外形纖維狀或塊狀顏色紅褐色成分Fe2O389.9,H2O10.1，與針鐵礦同1.氧化鐵d．．土壤中氧化鐵的轉(zhuǎn)化土壤中氧化鐵的轉(zhuǎn)化〈〈1〉土壤氧化鐵存在形態(tài)〉土壤氧化鐵存在形態(tài)氧化鐵一般以兩種以上形態(tài)混合存在氧化鐵一般以兩種以上形態(tài)混合存在可形成粘膜包在土粒外面可形成粘膜包在土粒外面可形成溶膠沿剖面移動(dòng)可形成溶膠沿剖面移動(dòng)可以結(jié)晶的小顆粒存在于土壤可以結(jié)晶的小顆粒存在于土壤可以形成絡(luò)合物或被吸附在粘土外觀可以形成絡(luò)合物或被吸附在粘土外觀11、、氧化鐵〈〈22〉描述氧化鐵形態(tài)轉(zhuǎn)化的幾個(gè)概念〉描述氧化鐵形態(tài)轉(zhuǎn)化的幾個(gè)概念A(yù)A游離氧化鐵土壤中結(jié)晶形態(tài)的氧化鐵，主要是氧化鐵及其游離氧化鐵土壤中結(jié)晶形態(tài)的氧化鐵，主要是氧化鐵及其水合物水合物BB游離度（游離度（））（游離氧化鐵（（游離氧化鐵（FeFedd））//全鐵（全鐵（FeFeTT））））100100{{反映成土過(guò)程的特點(diǎn)，常用作為風(fēng)化度的指標(biāo)之一反映成土過(guò)程的特點(diǎn)，常用作為風(fēng)化度的指標(biāo)之一}}11、、氧化鐵〈〈22〉描述氧化鐵形態(tài)轉(zhuǎn)化的幾個(gè)概念〉描述氧化鐵形態(tài)轉(zhuǎn)化的幾個(gè)概念C無(wú)定形氧化鐵（Fe0）土壤中沒(méi)有形成結(jié)晶/結(jié)晶差的氧化鐵，膠態(tài)；

{{無(wú)定形鐵含量在無(wú)定形鐵含量在0.60.64.6g/kg4.6g/kg之間（之間（MaluceliMaluceli等，等，19991999））}}1、氧化鐵▲氧化鐵老化過(guò)程無(wú)定形鐵向結(jié)晶形鐵轉(zhuǎn)化過(guò)程，表示為結(jié)晶指數(shù)結(jié)晶指數(shù)Fed-Fe0）/Fe0▲氧化鐵活化過(guò)程結(jié)晶鐵向無(wú)定形鐵轉(zhuǎn)化過(guò)程,表示為活化度活化度Fe0/Fed▲（鐵的活化度0.6一6.2之間）氧化鐵的活化度與氧化鐵的比外觀呈極顯著正相關(guān)，受土壤有機(jī)質(zhì)含量、水分狀況以及PH等的制約，可用來(lái)鑒別土壤發(fā)生特征，作為劃分某些土類的依據(jù).游離鐵Fed），無(wú)定形鐵（Fe0），絡(luò)合鐵（Fep）土壤中游離鐵Fed含量在5858..66121121..99g/kgg/kg之間,鐵游離度游離鐵/全鐵，可反映土壤的發(fā)育程度在3131..996666..77之間，游離鐵和鐵游離度隨深度呈先升后趨于穩(wěn)定。

多數(shù)剖面的無(wú)定形鐵和鐵活化度均隨深度增加而減小，但其與成土年齡之間均沒(méi)有較好的相關(guān)性（南農(nóng)楊艷芳，2022碩士論文）游離鐵y1和鐵游離度y2與土壤年齡a均呈極顯著線性正相關(guān)1.氧化鐵（（33））鐵氧化物形態(tài)轉(zhuǎn)化鐵氧化物形態(tài)轉(zhuǎn)化氧化鐵在土壤植物體系中易受環(huán)境因素影響而發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)化，更加是有機(jī)質(zhì)的作用。土壤中氧化鐵存在著老化和活化兩個(gè)過(guò)程,老化的氧化鐵在有機(jī)質(zhì)和其它因素作用下可被活化無(wú)定形氧化鐵因猛烈吸附有機(jī)質(zhì)可阻礙氧化鐵晶核的生長(zhǎng);有機(jī)酸可阻力凝膠態(tài)的FeOH3老化,如檸檬酸可影響針鐵礦和赤鐵礦的生成,或鐵離子與富啡酸或胡敏酸形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,影響結(jié)晶速率和結(jié)晶產(chǎn)物的性質(zhì)；

更加是當(dāng)富啡酸與鐵離子比率高時(shí),可以阻礙氧化鐵沉淀。

Fe3FeOH3α--Fe2O3OH-高溫老化高溫老化α--FeFeOOOOHHFeOH2γ--FeOOHFe2OH-γ--Fe2O3Fe2O3失失水水低低pH,緩沉淀緩沉淀脫水脫水緩慢緩慢氧化氧化[O]富含SO42-、NO3-離子時(shí)，低于40℃條件下40-80℃80℃1.氧化鐵（（44））氧化鐵形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響因素氧化鐵形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響因素pHpH溫度、有機(jī)質(zhì)、溫度、有機(jī)質(zhì)、FeFe22濃度等濃度等pH3,FepH3,Fe33→FeOH→FeOH33pH10,FeOHpH10,FeOH33→α→α--FeOOHFeOOHpH10,FeOHpH10,FeOH33→α→α--FeFe22OO33影響鐵氧化物轉(zhuǎn)化的因素影響鐵氧化物轉(zhuǎn)化的因素主要有Eh、pH、溫度、有機(jī)質(zhì)和陽(yáng)離子。

（1Eh和pHEh和pH條件顯著影響著鐵氧化物的形態(tài)轉(zhuǎn)化,土壤礦物中鐵的價(jià)態(tài)有Fe2和Fe3。Fe2在土壤中充當(dāng)重要的恢復(fù)性物質(zhì),當(dāng)土壤體系處于恢復(fù)條件下，鐵氧化物就會(huì)發(fā)生明顯的恢復(fù)溶解，此時(shí)生成大量的Fe2離子，而當(dāng)土壤溶液的Eh值小于120mV時(shí)，F(xiàn)e3極易被恢復(fù)成Fe2，同時(shí)低pH值的環(huán)境也有利于鐵氧化物的恢復(fù)溶解，不同鐵氧化物的恢復(fù)溶解性差異較大。

（2溫度鐵氧化物的脫水速率和強(qiáng)度會(huì)受到溫度的影響，從而影響到其形態(tài)轉(zhuǎn)化的速率Cornell，1991。

影響鐵氧化物轉(zhuǎn)化的因素影響鐵氧化物轉(zhuǎn)化的因素主要有Eh、pH、溫度、有機(jī)質(zhì)和陽(yáng)離子。

3有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)能阻力氫氧化鐵的老化，使其不易轉(zhuǎn)化為針鐵礦，與此同時(shí)也使針鐵礦和磁赤鐵礦不易轉(zhuǎn)化為赤鐵礦；

理由可能有無(wú)定形氧化鐵猛烈吸附了有機(jī)質(zhì)，進(jìn)而阻礙了氧化鐵晶核的生長(zhǎng)；

鐵與富里酸形成了絡(luò)合物，影響到結(jié)晶產(chǎn)物的性質(zhì)和結(jié)晶的速率（Schwertmann.,1966；

Cornell.,1976；

Kodama,1977。

4陽(yáng)離子鐵氧化物中的鐵離子可片面地被其它離子所取代，例如A13、Mn2、Cr3、Zn2、Cu2和Pb2,取代鐵在自然狀態(tài)下發(fā)生的頻率要大于其它陽(yáng)離子Schwertmann，2000；

Ishikawa,2022。

（1）鐵氧化物和重金屬的相互作用質(zhì)子化質(zhì)子化去質(zhì)子化去質(zhì)子化鐵氧化物鐵氧化物與水接觸與水接觸無(wú)定型的無(wú)定型的FeFe22oo33/Fe/Fe33化合物化合物被水分子包圍被水分子包圍surfOHsurfOH（界面羥基官（界面羥基官能團(tuán)）能團(tuán)）11、無(wú)定型的、無(wú)定型的FeFe22oo33/Fe/Fe33化合物，以膠體形式存在，有一個(gè)共同的特點(diǎn)，具有大化合物，以膠體形式存在，有一個(gè)共同的特點(diǎn)，具有大的比外觀；

的比外觀；

22、在、在FeFe22oo33/Fe/Fe33oo44化合物界面質(zhì)子化或去質(zhì)子化后產(chǎn)生的官能團(tuán)可與溶液中帶化合物界面質(zhì)子化或去質(zhì)子化后產(chǎn)生的官能團(tuán)可與溶液中帶相反電荷的離子發(fā)生外觀合作，即產(chǎn)生吸附。相反電荷的離子發(fā)生外觀合作，即產(chǎn)生吸附。

2.氧化鋁（Aluminumoxide）鋁主要從礦物風(fēng)化而來(lái)，鋁存在形態(tài)有結(jié)晶態(tài)，無(wú)定形態(tài)，活性鋁，絡(luò)合態(tài)鋁等。

▲氫氧化鋁/三水鋁石1分子式AlOH）3orAl2O3.3H2OAl2O363.4,H2O34.62外形與分布極細(xì)鱗片狀，多見(jiàn)于