第六講 土壤膠體

第六講土壤膠體第一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日一）、土壤膠體的概念土壤中的固相、液相和氣相呈互相分散的膠體狀態(tài)，土壤中具膠體行為的顆粒，粒徑可高達(dá)5μm，也可低至0.001μm。目前，土壤學(xué)中所指的土壤膠體是指土壤顆粒直徑小于2μm的土壤微粒。第二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日二）、土壤膠體的組成（一）土壤礦物質(zhì)膠體有時(shí)將無(wú)機(jī)膠體稱為粘土礦物

1、層狀硅酸鹽礦物（1）基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)單元是：硅氧四面體鋁氧八面體第三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日硅氧片第五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日鋁氧片第七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（2）主要類型礦物的晶體構(gòu)造特征A高嶺組：高嶺石、埃洛石等，1：1型，非膨脹性，電荷少，膠體弱；化學(xué)式為Al2Si3O5（OH）4或Al2O3·2SiO2·2H2O，是礦物強(qiáng)烈風(fēng)化作用下的產(chǎn)物。主要存在于我國(guó)的熱帶、亞熱帶地區(qū)，如滇桂南部、閩粵東南部、南海各島和臺(tái)灣等地的土壤中。第八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日高嶺石化學(xué)式為Al2Si3O5(OH)4或Al2O3·2SiO2·2H2O，是礦物強(qiáng)烈風(fēng)化作用下的產(chǎn)物

第九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日B蒙脫組：蒙脫石、蛭石等，2：1型，膨脹性大，電荷多，膠體突出；是由基性火成巖在微堿性環(huán)境下風(fēng)化而成的。廣泛分布在我國(guó)內(nèi)蒙古高原、西北東南部、大小興安嶺、長(zhǎng)白山和東北平原的土壤中。第十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日蒙脫石是由基性火成巖在微堿性環(huán)境下風(fēng)化而成的。第十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日C水化云母組：水化云母（伊利石）等，2：1型，非膨脹性，電荷多，膠體中等是云母分解向蛭石和蒙脫石過渡的中間產(chǎn)物。伊利石是干旱、半干旱地區(qū)土壤中的主要粘土礦物，如新疆、內(nèi)蒙古、青海、甘肅、西藏和東北各地區(qū)的土壤。第十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日伊利石是云母分解向蛭石和蒙脫石過渡的中間產(chǎn)物。是干旱、半干旱地區(qū)土壤中的主要粘土礦物。第十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日表1三種主要類型硅酸鹽粘粒性質(zhì)比較

3～1515～4080～100陽(yáng)離子交換量（cmol/kg）低中等高膨脹度低中等高內(nèi)聚力，可塑性無(wú)中等很大內(nèi)表面小中等大外表面5～20100～120700～800比表面（m2/g）六方型晶體不規(guī)則片狀不規(guī)則片狀形狀0.l～5.00.l～2.90.01～1.0大小（nm）高嶺石伊利石蒙脫石粘粒類型性質(zhì)第十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2．含水氧化物主要包括水化程度不等的鐵、鋁、硅的氧化物。（1）含水氧化硅是一種非晶質(zhì)的凝膠，其化學(xué)式為SiO2·nH2O或?qū)懗蒆2SIO3。第十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（2）含水氧化鐵主要有:褐鐵礦2Fe2O3·3H2O針鐵礦Fe2O3·H2O多水針鐵礦3FeO3·4H2O一水赤鐵3Fe2O3·H2O等。第十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（3）含水氧化鋁主要有水鋁石Al2O3·H2O和三水鋁石Al2O3·3H2O等，也是兩性膠體，其電性決定于溶液的酸堿性。

第二十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日3、我國(guó)土壤次生粘粒礦物的分布南方以高嶺石和含水的氧化物為主；北方以2：1型礦物如蒙脫石、蛭石、水化云母等為主，另有少量氧化物。第二十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日土壤有機(jī)膠體指土壤中腐殖質(zhì)、多糖等高分子化合物的細(xì)分散狀態(tài)，具膠體特性。有機(jī)膠體主要是腐殖質(zhì)。（二）有機(jī)膠體第二十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（三）有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體土壤中有機(jī)膠體和礦質(zhì)膠體一般很少單獨(dú)存在。有機(jī)膠體與礦質(zhì)膠體通過表面分子縮合、陽(yáng)離子橋接及氫鍵合等作用連結(jié)在一起的復(fù)合體，稱有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體。因復(fù)合體具有高度的吸收性能故又稱為吸收性復(fù)合體。第二十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日三）、土壤膠體的構(gòu)造1．微粒核（膠核）微粒核是土壤膠體微粒的核心部分，它是由組成膠體微粒的基本物質(zhì)的分子群所組成。第二十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2．?dāng)U散雙電層擴(kuò)散雙電層是膠體表面電荷吸引反號(hào)電荷離子，在固相界面正負(fù)電荷分別排成兩層，在電解質(zhì)溶液中部分反號(hào)離子呈擴(kuò)散狀態(tài)分布。擴(kuò)散雙電層分以下兩層。第二十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（1）決定電位離子層是吸附在膠粒核表面，決定膠粒電荷正負(fù)及大小的一層離子。（2）補(bǔ)償離子層分為兩個(gè)層次。一、非活性補(bǔ)償離子層。二、擴(kuò)散層。第二十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日決定電位離子層雙電層非活性補(bǔ)償離子層反離子層（或補(bǔ)償離子層）

活性補(bǔ)償離子層（或離子擴(kuò)散層）第二十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第二十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第二十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

電動(dòng)電位：是指在非活性補(bǔ)償離子層界面上的電位勢(shì)，即非活性補(bǔ)償離子層與粒間溶液之間產(chǎn)生的電位差，也稱為動(dòng)電電位，或擴(kuò)散層電位?？蛇_(dá)幾十毫伏，這電位實(shí)際上是膠體對(duì)溶液所表現(xiàn)出來(lái)的電位勢(shì)。當(dāng)溶液離子濃度增大，有效補(bǔ)償了膠體表面的電荷，擴(kuò)散層變薄，電動(dòng)電位降低。第三十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日

在物體的表面，由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力就不均衡，使表面分子對(duì)外表現(xiàn)有剩余能量，這種能量是由于表面的存在而產(chǎn)生，所以叫做表面能。

四）、土壤膠體的性質(zhì)（一）巨大的表面能第三十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第三十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（二）帶電性

土壤膠體微粒都帶有一定的電荷，在多數(shù)情況下帶負(fù)電荷，但也有帶正電荷的，還有因環(huán)境條件不同而帶不同電荷的兩性膠體。土壤膠體微粒帶電的主要原因是由于微粒表面分子本身的解離所致。第三十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日腐殖質(zhì)解離第三十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日腐殖質(zhì)解離第三十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日2.腐殖質(zhì)膠體帶電－COOH－COO－＋H＋◎－OH◎－O－＋H＋由于腐殖質(zhì)分子量大、官能團(tuán)多，解離后帶電量大，對(duì)土壤保肥供肥性有重要影響。1.含水二氧化硅（H2SiO3）H2SiO3SiO32－＋2H＋第三十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（1）同晶置換作用粘土礦物晶質(zhì)中的一種離子被另一種離子取代的過程。在這個(gè)過程中，只改變了礦物質(zhì)的化學(xué)成分，而礦物的結(jié)晶構(gòu)造不變，故叫做同晶置換作用。3．粘土礦物膠體帶電土壤中粘土礦物膠體一般都帶負(fù)電荷，其電荷來(lái)源有以下幾個(gè)方面。第三十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日永久電荷類似同晶替代所產(chǎn)生的電荷不受介質(zhì)的影響，稱為永久電荷，因其電荷均為負(fù)值，也稱為永久負(fù)電荷。第三十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（2）晶格破碎邊緣帶電礦物質(zhì)風(fēng)化破碎過程中，晶格邊緣離子一部分電荷未被中和而產(chǎn)生剩余電荷，使晶體邊緣帶電。（3）晶格表面OH基解離當(dāng)土壤溶液pH值變化時(shí)，晶格表面的OH基發(fā)生解離。第三十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日表面既帶負(fù)電荷，亦帶正電荷的土壤膠體稱兩性膠體隨溶液土壤反應(yīng)的變化而變化．(4)．兩性膠體帶電第四十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日以Al（OH）3為例說(shuō)明如下：在堿性環(huán)境中帶負(fù)電：

Al(OH)3＋NaOH－Al(OH)2O－＋Na＋＋H2OAl（OH）3＋HClAl（OH）2＋＋Cl－＋H2O在酸性環(huán)境中帶正電：第四十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日可變電荷上面(2)、(3)、(4)引起的膠體帶電荷，受pH影響。因而把因受介質(zhì)pH影響而產(chǎn)生的電荷稱為可變電荷。第四十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（三）土壤膠體的分散性和凝聚性膠體微粒均勻分散在土壤溶液中成為膠體溶液狀態(tài)，稱為溶膠。1．土壤膠體溶液（溶膠）2．土壤中無(wú)定形的凝膠體（凝膠）微粒彼此相互聯(lián)結(jié)凝聚在一起，呈無(wú)定型絮狀凝膠體，稱凝膠。第四十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日3．分散和凝聚作用由溶膠聯(lián)結(jié)凝聚成凝膠的作用，叫做膠體的凝聚作用。凝聚的速度和強(qiáng)度與兩個(gè)因素有關(guān)：一是電解質(zhì)濃度；二是電解質(zhì)種類。第四十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日一般地，離子的價(jià)數(shù)越高，離子半徑越大，所產(chǎn)生的凝聚能力越強(qiáng)。常見陽(yáng)離子凝聚力的排列順序是：

Fe3＋＞Al3＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na＋第四十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日凝膠分散成溶膠的作用，叫做膠體的分散作用。膠體的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的。

第四十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)土壤干燥時(shí)，土壤溶液中的電解質(zhì)濃度相應(yīng)增大，土壤膠體易成凝膠狀態(tài)。相反，當(dāng)土壤水分增多土壤溶液濃度相應(yīng)降低，土壤膠體便會(huì)帶有多余的負(fù)電荷，互相排斥而成溶膠狀態(tài)。

第四十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日一般土壤膠體處于凝膠狀態(tài)。只有當(dāng)漬水過多，或膠體吸附的陽(yáng)離子主要是NH4＋、Na＋，而且又處于稀溶液中，土壤膠體才呈溶膠狀態(tài)。第四十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日（1）土壤膠體發(fā)生分散原因：A、膠粒電動(dòng)電位增大，