专业基础课程,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,土壤与植物营养学/,第六章 土壤胶体化学和表面反应,土壤与植物营养学,Soil Science and Plant Nutrition,7:34 AM,土壤与植物营养学Soil Science and Plant,1,第六章 土壤胶体化学和表面反应,第一节 粘土矿物,第二节 土壤胶体,第三节 土壤胶体的表面性质,第四节 土壤胶体对阳离子的吸附交换反应,第五节 土壤胶体对阴离子的吸附与交换,11/19/2024,第六章 土壤胶体化学和表面反应 第一节 粘土矿物10/8/,2,粘土矿物,土壤中最主要的粘土矿物有：,高岭石、伊利石（水云母）、蒙脱石；,还有蛭石、绿泥石、水铝英石等。,11/19/2024,粘土矿物10/8/2023,3,硅四面体,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,11/19/2024,硅四面体O2-Si4+O2-O2-O2-10/8/2023,4,组硅氧四面体,硅,氧,四,面,体,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,11/19/2024,组硅氧四面体硅O2-Si4+O2-O2-O2-10/8/20,5,O,2,-,O,2,-,O,2,-,O,2,-,Si,4+,D硅氧四面体,硅,氧,四,面,体,O-,Si,O,-,O-,O-,11/19/2024,O2-O2-O2-O2-Si4+D硅氧四面体硅O-SiO-O,6,组硅氧四面体,硅,氧,四,面,体,O,-,O,-,O,-,O,-,Si,11/19/2024,组硅氧四面体硅O-O-O-O-Si10/8/2023,7,D硅层（硅氧片）,硅层（硅氧片）,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,11/19/2024,D硅层（硅氧片）硅层（硅氧片）O2-Si4+O2-O2-O2,8,硅层（硅氧片）,硅层（硅氧片）,O,-,Si,O,-,O,2-,O,2-,O,-,Si,O,-,O,O,-,O,-,Si,O,-,O,-,O,11/19/2024,硅层（硅氧片）硅层（硅氧片）O-SiO-O2-O2-O-Si,9,硅层,的六角形晶穴,硅层,O,-,Si,4+,O,-,O,-,O,-,Si,4+,O,-,O,O,-,O,-,O,2-,Si,4+,O,-,O,O,-,O,Si,4+,O,-,O,-,O,-,O,-,Si,4+,O,-,O,-,O,O,Si,4+,O,-,O,O,-,11/19/2024,硅层的六角形晶穴硅层O-Si4+O-O-O-Si4+O-OO,10,铝,氧,八,面,体,组铝氧八面体,Al,3+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,11/19/2024,铝组铝氧八面体Al3+O2-O2-O2-O2-O2-O2-1,11,铝,氧,八,面,体,D铝氧八面体,Al,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,11/19/2024,铝D铝氧八面体AlO1.5-O1.5-O1.5-O1.5-O,12,铝层（铝氧片）,铝层（铝氧片）,O,2-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1.5-,O,1.5-,Al,O,1.5-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1-,O,1.5-,Al,O,1-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1-,O,1.5-,Al,O,1-,11/19/2024,铝层（铝氧片）铝层（铝氧片）O2-O1.5-O-O-O1.5,13,D硅层（硅氧片）,硅层（硅氧片）,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Si,4+,O,2-,O,2-,O,2-,11/19/2024,D硅层（硅氧片）硅层（硅氧片）O2-Si4+O2-O2-O2,14,硅层（硅氧片）,硅层（硅氧片）,O,-,Si,O,-,O,2-,O,2-,O,-,Si,O,-,O,O,-,O,-,Si,O,-,O,-,O,11/19/2024,硅层（硅氧片）硅层（硅氧片）O-SiO-O2-O2-O-Si,15,硅层（硅氧片）,硅层（硅氧片）,O,-,Si,O,-,O,2-,O,2-,O,-,Si,O,-,O,O,-,O,-,Si,O,-,O,2-,O,-,O,-,Si,O,-,O,O,11/19/2024,硅层（硅氧片）硅层（硅氧片）O-SiO-O2-O2-O-Si,16,O,O,-,Si,O,O,-,Si,O,O,-,O,O,-,Si,O,O,-,Si,硅层（硅氧片）图示法,硅层（硅氧片）图示法,11/19/2024,OO-SiOO-SiOO-OO-SiOO-Si硅层（硅氧片）,17,D铝层（铝氧片）,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Al,3+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Al,3+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Al,3+,铝层（铝氧片）,11/19/2024,D铝层（铝氧片）O2-O2-O2-O2-O2-O2-Al3+,18,铝层（铝氧片）,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Al,3+,铝层（铝氧片）,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Al,3+,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,Al,3+,11/19/2024,铝层（铝氧片）O2-O2-O2-O2-O2-O2-Al3+铝,19,铝层（铝氧片）,铝层（铝氧片）,O,2-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1.5-,O,1.5-,Al,O,1.5-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1-,O,1.5-,Al,O,1-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1-,O,1.5-,Al,O,1-,11/19/2024,铝层（铝氧片）铝层（铝氧片）O2-O1.5-O-O-O1.5,20,D铝层（铝氧片）,铝层（铝氧片）,O,2-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1.5-,O,1.5-,Al,O,1.5-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1-,O,1.5-,Al,O,1-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1-,O,1.5-,Al,O,1-,H,+,H,+,H,+,H,+,H,O,O,O,O,H,H,H,11/19/2024,D铝层（铝氧片）铝层（铝氧片）O2-O1.5-O-O-O1.,21,铝层（铝氧片）图示法,O,2-,O,-,O,-,O,-,O,-,Al,O,-,O,-,O,-,Al,O,-,O,-,O,-,O,-,O,-,Al,Al,铝层（铝氧片）图示法,11/19/2024,铝层（铝氧片）图示法O2-O-O-O -O-AlO-O-O-,22,O,-,Si,O,-,O,2-,O,-,O,-,Si,O,-,O,O,-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,0.5-,O,0.5-,Al,1:1晶层,1:1,晶 层,11/19/2024,O-SiO-O2-O-O-SiO-OO-O1.5-O1.5-,23,O,-,Si,O,-,O,2-,O,-,O,-,Si,O,-,O,O,-,O,-,Si,O,-,O,2-,O,-,O,-,Si,O,-,O,O,-,O,1.5-,O,0.5-,O,0.5-,O,1.5-,O,0.5-,O,0.5-,Al,2:1晶层,2:1,晶 层,11/19/2024,O-SiO-O2-O-O-SiO-OO-O-SiO-O2-O,24,O,-,Si,O,-,O,-,O,-,D硅层（硅氧片）同晶置换,同,晶,置,换,O,2-,Si,4+,Si,Al,3+,Al,11/19/2024,O-SiO-O-O-D硅层（硅氧片）同晶置换同O2-Si4+,25,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,Al,3+,D铝层（铝氧片）,同晶置换,同,晶,置,换,Al,3+,Fe,2+,Al,3+,Mg,2+,O,2-,O,2-,11/19/2024,O1.5-O1.5-O1.5-O1.5-O1.5-O1.5-,26,硅层（硅氧片）同晶置换,硅层（硅氧片）同晶置换,O,2-,Si,4+,O,-,O,2-,O,2-,O,-,Si,4+,O,-,O,O,-,O,-,Si,4+,O,-,O,-,O,Al,3+,11/19/2024,硅层（硅氧片）同晶置换硅层（硅氧片）同晶置换O2-Si4+O,27,D硅层（硅氧片）同晶置换与永久电荷,硅层（硅氧片）,同晶置换与永久电荷,O,-,Si,O,-,O,2-,O,2-,O,-,Si,O,-,O,O,-,O,-,Si,O,-,O,-,O,Al,3+,Al,O,2-,11/19/2024,D硅层（硅氧片）同晶置换与永久电荷硅层（硅氧片）O-SiO-,28,Al,O,1-,Al,O,1.5-,D铝层（铝氧片）同晶置换与永久电荷,铝层（铝氧片）,同晶置换与永久电荷,O,2-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1-,O,1.5-,Al,O,1-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1-,O,1.5-,H,+,H,+,H,+,H,+,H,O,O,O,O,H,H,H,Mg,2+,Mg,Fe,2+,Fe,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,11/19/2024,AlO1-AlO1.5-D铝层（铝氧片）同晶置换与永久电荷铝,29,可变电荷,可,变,电,荷,O,2-,O,-,Al,O,2-,O,-,O,-,Al,O,-,O,2-,O,-,O,O,Si,O,O,Si,O,O,-,O,O,Si,O,O,Si,Al,O,-,O,-,Al,O,-,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,OH,-,OH,-,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,OH,-,H,+,11/19/2024,可变电荷可O2-O-AlO2-O-O-AlO-O2-O-OO,30,可变电荷,OH,O,-,O,2-,O,2-,OH,Al,O,-,OH,O,1.5-,O,0.5-,O,2-,OH,Al,O,-,O,-,O,-,Al,O,-,Al,O,O,Si,O,O,0.5-,Si,O,O,-,O,O,Si,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,0.5-,Si,O,O,Si,O,O,-,O,Si,可,变,电,荷,H,+,H,+,H,+,OH,-,H,+,OH,-,11/19/2024,可变电荷OHO-O2-O2-OHAlO-OHO1.5-O0,31,硅层,的六角形晶穴,硅层的六角形晶穴,O,-,Si,4+,O,-,O,-,O,-,Si,4+,O,-,O,O,-,O,-,O,2-,Si,4+,O,-,O,O,-,O,Si,4+,O,-,O,-,O,-,O,-,Si,4+,O,-,O,-,O,O,Si,4+,O,-,O,O,-,11/19/2024,硅层的六角形晶穴硅层的六角形晶穴O-Si4+O-O-O-Si,32,高岭石,OH,OH,O,2-,O,2-,OH,Al,OH,OH,OH,O,0.5-,O,2-,OH,Al,OH,O,-,O,-,Al,O,-,Al,O,O,Si,O,O,Si,O,O,-,O,O,Si,O,O,Si,O,O,Si,O,O,Si,O,O,-,O,O,Si,O,O,Si,6(OH) 6-,4Al 12+,2(OH)+4O 10-,4Si 16+,6O 12-,0.72nm,C,轴,b轴,1:1,型层状硅酸盐（高岭石）晶体结构示意图,又称1:1 型矿物，,包括高岭石、珍珠陶土、迪恺石、及埃洛石等矿物,高岭组,11/19/2024,高岭石OHOHO2-O2-OHAlOHOHOHO0.5-O2,33,6O 12,-,4Si 16,+,2(OH)+4O 10,-,4-xAl+xMg (12-3x+2x),+,2(OH)+4O 10,-,6O 12,-,4Si 16,+,蒙脱石,蒙蛭组,又称2:1 型膨胀性矿物，包括蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石,OH,O,-,O,2-,O,2-,OH,Al,O,-,OH,O,-,O,0.5-,O,2-,OH,Al,O,-,O,-,O,-,Al,O,-,Al,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,O,Si,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,Si,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,O,Si,O,O,Si,0.962.14nm,C,轴,b轴,阳离子,nH,2,O,2:1,型层状硅酸盐（蒙脱石）晶体结构示意图,Mg,Fe,O,0.5-,O,0.5-,O,0.5-,O,0.5-,Na,+,NH,4,+,11/19/2024,6O 12-4Si,34,水云母,OH,O,-,O,2-,O,2-,OH,Al,O,-,OH,O,-,O,0.5-,O,2-,OH,Al,O,-,O,-,O,-,Al,O,-,Al,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,O,Si,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,Si,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,O,Si,O,O,Si,1.0nm,C,轴,b轴,6O 12,-,(4-y)Si+yAl (16-4y+3y),+,2(OH)+4O 10,-,4Al 12,+,2(OH)+4O 10,-,6O 12,-,(4-y)Si+yAl (16-4y+3y),+,yK,+,水云母（伊利石）晶体结构示意图,K,+,K,+,K,+,Al,Al,Al,O,-,O,-,O,-,水云母组,又称2:1 型非膨胀性矿物，包括伊利石、水云母等矿物,11/19/2024,水云母OHO-O2-O2-OHAlO-OHO-O0.5-O2,35,土壤中硅酸盐粘土矿物性质比较,理化,性质,粘 土 矿 物 类 型,高岭组,蒙蛭组,水云母组,晶层结构,1:1型,2:1型,2:1 型,晶层间,联结力,铝层OH群与硅层O成氢键联结，层间距固定水及离子难入层间,两硅层O成氧桥及层间阳离子与O的静电引力。层间不固定，水及离子易入内,层间K,+,与层面O键联结及与负电荷中和，层间较固定水及养分较难入内,同晶置换,没有或极少,主要在铝层Mg,2+,、Fe,2+,取代 Al,3+,，少量在硅层,主要在硅层， Al,3+,取代Si,4+,，少量在铝层,CEC (cmol/kg),110,80150,2040,阳离子,有效性,吸附在胶粒表面，故有效性大,吸附在胶粒晶层之间，故有效性较小,吸附在胶粒晶层之间又不活动，有效性最小,形状,规则的六角形薄片,不规则的絮状薄片,不规则的薄片,大小(m),0.10.5,0.010.1,0.10.2,比面(m,2,/g),5020,700800,100200,涨缩性,粘结性,粘着性,弱,强,中等,11/19/2024,土壤中硅酸盐粘土矿物性质比较理化粘 土 矿 物 类,36,土壤胶体概念,土壤中的固相、液相和气相呈互分散的胶体状态，其固体颗粒直径1m，土壤胶体常指这些固相颗粒。即土壤学中所指的土壤胶体是指土壤颗粒直径小于2m或者小于1m的土壤微粒。,11/19/2024,土壤胶体概念10/8/2023,37,土壤胶体的种类,矿质胶体,矿质胶体指土壤矿物中的细分散颗粒，比表面大，并带电荷，具有胶体特性。主要为极细微的粘土矿物，包括成分简单的含水氧化物和成分复杂的各种次生层状铝硅酸盐类等。,11/19/2024,土壤胶体的种类10/8/2023,38,土壤胶体的种类,矿质胶体,含水氧化物,主要包括水化程度不等的铁、铝、硅的氧化物。,含水氧化硅,是一种非晶质的凝胶，其化学式为SiO,2,nH,2,O或写成H,2,SiO,3,11/19/2024,土壤胶体的种类10/8/2023,39,土壤胶体的种类,矿质胶体,含水氧化物,含水氧化铁,褐铁矿 2Fe,2,O,3,3H,2,O,针铁矿Fe,2,O,3,H,2,O,多水针铁矿3FeO,3,4H,2,O,一水赤铁3Fe,2,O,3,H,2,O,11/19/2024,土壤胶体的种类10/8/2023,40,土壤胶体的种类,矿质胶体,含水氧化物,含水氧化铝,主要有水铝石Al,2,O,3,H,2,O,三水铝石Al,2,O,3,3H,2,O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。,11/19/2024,土壤胶体的种类10/8/2023,41,土壤胶体的种类,矿质胶体,粘土矿物胶体,土壤中最主要的粘土矿物有高岭石、伊利石（水云母类）、蒙脱石，,还有蛭石、绿泥石、水铝英石等。,11/19/2024,土壤胶体的种类10/8/2023,42,土壤胶体的种类,有机胶体,土壤有机胶体指土壤中腐殖质、多糖等高分子化合物的细分散状态，具胶体特性。,有机胶体主要是腐殖质。,11/19/2024,土壤胶体的种类10/8/2023,43,土壤胶体的种类,有机矿质复合体,土壤中有机胶体和矿质胶体一般很少单独存在。,有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩合、阳离子桥接及氢键合等作用连结在一起的复合体，称有机矿质复合体。因复合体具有高度的吸收性能故又称为吸收性复合体。,11/19/2024,土壤胶体的种类10/8/2023,44,土壤胶体的构造,微粒核（胶核）,是土壤胶体微粒的核心部分，它是由组成胶体微粒的基本物质的分子群所组成。,双电层,双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷离子，在固相界面正负电荷分别排成两层，在电解质溶液中部分反号离子呈扩散状态分布。双电层分以下两层。,11/19/2024,土壤胶体的构造10/8/2023,45,土壤胶体的构造,决定电位离子层,是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。,补偿离子层,补偿离子层分以下两层：,非活性补偿离子层,扩散层,11/19/2024,土壤胶体的构造10/8/2023,46,胶体结构示意图,胶,核,补偿离子层,（外离子层）,双 电 层,胶 团 （胶 胞）,胶 粒,扩,散,层,位,离,决,定,电,层,子,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,胶,液,溶,间,团,胶 体 结 构 示 意 图,子,离,性,偿,补,活,非,层,11/19/2024,胶体结构示意图胶补偿离子层双 电 层胶,47,土壤胶体的性质,巨大的表面能,在物体的表面，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，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能量是由于表面的存在而产生，所以叫做表面能。,11/19/2024,土壤胶体的性质10/8/2023,48,土壤胶体的性质,带电性,土壤胶体微粒都带有一定的电荷，在多数情况下带负电荷，但也有带正电荷的，还有因环境条件不同而带不同电荷的两性胶体。,土壤胶体微粒带电的主要原因是由于微粒表面分子本身的解离所致。,11/19/2024,土壤胶体的性质10/8/2023,49,1.含水二氧化硅（H,2,SiO,3,）,H,2,SiO,3,SiO,3,2,2H,2.腐殖质胶体带电,R,COOH R,COO,H, H,由于腐殖质分子量大、官能团多，解离后带电量大。,OH,O,一,11/19/2024,1.含水二氧化硅（H2SiO3） 2.腐殖质胶体带电OHO一,50,土壤中粘土矿物胶体一般都带负电荷，其电荷来源有以下几个方面。,3粘土矿物胶体带电,（1）同晶置换作用,粘土矿物晶质中的一种离子被另一种离子取代的过程。在这个过程中，只改变了矿物质的化学成分，而矿物的结晶构造不变，故叫做同晶置换作用。,11/19/2024,土壤中粘土矿物胶体一般都带负电荷，其电荷来源有以下几个方面。,51,O,-,Si,O,-,O,-,O,-,D硅层（硅氧片）同晶置换,同,晶,置,换,O,2-,Si,4+,Si,Al,3+,Al,11/19/2024,O-SiO-O-O-D硅层（硅氧片）同晶置换同O2-Si4+,52,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,Al,3+,D铝层（铝氧片）,同晶置换,同,晶,置,换,Al,3+,Fe,2+,Al,3+,Mg,2+,O,2-,O,2-,11/19/2024,O1.5-O1.5-O1.5-O1.5-O1.5-O1.5-,53,硅层（硅氧片）同晶置换,硅层（硅氧片）同晶置换,O,2-,Si,4+,O,-,O,2-,O,2-,O,-,Si,4+,O,-,O,O,-,O,-,Si,4+,O,-,O,-,O,Al,3+,11/19/2024,硅层（硅氧片）同晶置换硅层（硅氧片）同晶置换O2-Si4+O,54,D硅层（硅氧片）同晶置换与永久电荷,硅层（硅氧片）,同晶置换与永久电荷,O,-,Si,O,-,O,2-,O,2-,O,-,Si,O,-,O,O,-,O,-,Si,O,-,O,-,O,Al,3+,Al,O,2-,11/19/2024,D硅层（硅氧片）同晶置换与永久电荷硅层（硅氧片）O-SiO-,55,Al,O,1-,Al,O,1.5-,D铝层（铝氧片）同晶置换与永久电荷,铝层（铝氧片）,同晶置换与永久电荷,O,2-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,-,O,-,O,1-,O,1.5-,Al,O,1-,O,1.5-,O,1.5-,O,1.5-,O,1-,O,1.5-,H,+,H,+,H,+,H,+,H,O,O,O,O,H,H,H,Mg,2+,Mg,Fe,2+,Fe,O,2-,O,2-,O,2-,O,2-,11/19/2024,AlO1-AlO1.5-D铝层（铝氧片）同晶置换与永久电荷铝,56,可变电荷,可,变,电,荷,O,2-,O,-,Al,O,2-,O,-,O,-,Al,O,-,O,2-,O,-,O,O,Si,O,O,Si,O,O,-,O,O,Si,O,O,Si,Al,O,-,O,-,Al,O,-,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,OH,-,OH,-,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,11/19/2024,可变电荷可O2-O-AlO2-O-O-AlO-O2-O-OO,57,可变电荷,OH,O,-,O,2-,O,2-,OH,Al,O,-,OH,O,1.5-,O,0.5-,O,2-,OH,Al,O,-,O,-,O,-,Al,O,-,Al,O,O,Si,O,O,0.5-,Si,O,O,-,O,O,Si,O,O,Si,O,O,Si,O,O,O,0.5-,Si,O,O,Si,O,O,-,O,Si,可,变,电,荷,11/19/2024,可变电荷OHO-O2-O2-OHAlO-OHO1.5-O0,58,3粘土矿物胶体带电,（2）晶格破碎边缘带电,矿物质风化破碎过程中，晶格边缘离子一部分电荷未被中和而产生剩余电荷，使晶体边缘带电。,（3）晶格表面OH基解离,当土壤溶液pH值变化时，晶格表 面的OH基发生解离。,(4)两性胶体带电,表面既带负电荷，亦带正电荷的土壤胶体称两性胶体随溶液土壤反应的变化而变化。,11/19/2024,3粘土矿物胶体带电（2）晶格破碎边缘带电 （3）晶格表面O,59,以,Al(OH),3,为例说明如下：,在碱性环境中带电：,Al（OH）,3,NaOH Al（OH）,2,O,Na,H,2,O,Al（OH）,3,HCI Al（OH）,2,Cl,H,2,O,在酸性环境中带正电：,11/19/2024,以Al(OH)3为例说明如下：在碱性环境中带电： Al（OH,60,土壤胶体的性质,土壤胶体的分散性和凝聚性,土壤胶体溶液（溶胶）,胶体微粒均匀分散在土壤溶液中成为胶体溶液状态，称为溶胶。,土壤中无定形的凝胶体（凝胶）,微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈无定型絮状凝胶体，称凝胶。,分散和凝聚作用,由溶胶联结凝聚成凝胶的作用，叫做胶体的凝聚作用。凝聚的速度和强度与两个因素有关：,一是电解质浓度；,二是电解质种类。,11/19/2024,土壤胶体的性质10/8/2023,61,土壤胶体的性质,土壤胶体的分散性和凝聚性,分散和凝聚作用,由溶胶联结凝聚成凝胶的作用，叫做胶体的凝聚作用。,凝胶分散成溶胶的作用，叫做胶体的分散作用。,胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的。,凝聚的速度和强度与两个因素有关：,一是电解质浓度,二是电解质种类,11/19/2024,土壤胶体的性质10/8/2023,62,一般地，离子的价数越高，离子半径越大，所产生的凝聚能力越强。常见阳离子凝聚力的排列顺序是：,Fe,3,Al,3,Ca,2,Mg,2,K,NH,4,Na,阳离子凝聚力,11/19/2024,一般地，离子的价数越高，离子半径越大，所产生的凝聚能,63,土壤胶体的性质,土壤胶体的分散性和凝聚性,当土壤干燥时，土壤溶液中的电解质浓度相应增大，土壤胶体易成凝胶状态。相反，当土壤水分增多土壤溶液浓度相应降低，土壤胶体便会带有多余的负电荷，互相排斥而成溶胶状态。,一般土壤胶体处于凝胶状态。只有当渍水过多，或胶体吸附的阳离子主要是NH,4,、Na,，而且又处于稀溶液中，土壤胶体才呈溶胶状态。,11/19/2024,土壤胶体的性质10/8/2023,64,土壤胶体的交换作用,是指土壤胶体微粒扩散层中的离子与土壤溶液中的离子相互交换过程。可分为：,阳离子交换作用,阴离子交换作用,11/19/2024,土壤胶体的交换作用10/8/2023,65,Cl,-,H,2,PO,4,-,NO,3,-,CO,3,-,Cl,-,SO,4,2-,Cl,-,NO,3,-,Cl,-,SO,4,2-,NO,3,-,Cl,-,Cl,-,CO,3,-,NO,3,-,NH,4,+,NH,4,+,NH,4,+,K,+,K,+,K,+,Ca,2+,Ca,2+,Mg,2+,Na,+,Na,+,Na,+,H,+,H,+,NH,4,+,K,+,土壤,胶粒,Mg,2+,离子的吸附与淋失,Al,3+,Al,3+,11/19/2024,Cl- H2P,66,土壤的阳离子交换作用,阳离子交换作用的过程,是指土壤胶粒所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的过程。,11/19/2024,土壤的阳离子交换作用10/8/2023,67,10NH,4,K,Ca,2,、Mg,2,、,Al,3,、K,、 2H,土壤,胶粒,Mg,2,Al,3,Ca,2,H,H,土壤,胶粒,10NH,4,阳离子交换作用可用下式来表示：,11/19/2024, 10NH4 K Ca2、Mg2,68,10NH,4,K,Ca,2,、Mg,2,、,Al,3,、K,、 2H,土壤,胶粒,Mg,2,Al,3,Ca,2,H,H,土壤,胶粒,10NH,4,吸附,作用,解吸,作用,阳离子的吸附与解吸作用,11/19/2024, 10NH4 K Ca2、Mg2,69,OH,-,Cl,-,NH,4,OH,NH,4,Cl,K,H,H,K,土壤,胶粒,H,K,H,K,土壤,胶粒,NH,4,NH,4,(DH)2.,土壤阳离子交换作用,H,OH,K,Cl,11/19/2024,OH- Cl- NH4OH NH4ClK HH,70,土壤,胶粒,HCl,NaOH,NH,4,+,K,+,Ca,2+,Mg,2+,Na,+,H,+,H,+,Na,H,NH,4,+,OH,-,H,+,H,OH,Cl,-,K,+,K,Cl,11/19/2024,土壤 HClNaOHNH4+K+Ca2+Mg2+Na+H+H,71,土壤阳离子交换作用的特点,可逆反应，迅速平衡,阳离子交换是一种可逆反应。由于反应只是在胶粒表面进行，所以会很快达到平衡。,交换反应是等量电荷对等量电荷的交换,阳离子交换符合质量作用定律,11/19/2024,土壤阳离子交换作用的特点10/8/2023,72,当前位置:土壤胶体化学和表面反应/,土壤胶体的交换作用,（三）影响阳离子交换作用的因素,1阳离子价数和水化半径,一种阳离子将他种阳离子从胶粒上交换下来的能力叫做该种阳离子的交换能力。,11/19/2024,当前位置:土壤胶体化学和表面反应/土壤胶体的交换作用（三）影,73,影响阳离子交换作用的因素,阳离子价数和水化半径,一种阳离子将他种阳离子从胶粒上交换下来的能力叫做该种阳离子的交换能力。,阳离子的相对浓度及交换生成物的性质,11/19/2024,影响阳离子交换作用的因素10/8/2023,74,离子,价数,原子量,离子半径/nm,交换力顺序,未水化,水化,Na,1,23.00,0.93,7.90,6,K,1,18.01,1.33,5.37,5,NH,4,1,39.10,1.43,5.32,4,Mg,2,2,24.23,0.78,13.30,3,Ca,2,2,40.08,1.06,10.00,2,H,1,1.000,0,1,离子半径及水化程度与交换力的关系,11/19/2024,离子价数原子量离子半径/nm交换力顺序未水化水化Na123,75,土壤中常见的阳离子交换能力排列顺序是：,Fe,3,Al,3,H,Ca,2,Mg,2,NH,4,K,Na,凡运动速度快的其交换能力也大。,H,半径小，但水化很弱，水膜薄，运动速度快，因此它在交换能力上具有特殊位置。,阳离子交换能力,11/19/2024,土壤中常见的阳离子交换能力排列顺序是：阳离子交换能力,76,Ca,2,K,2,SO,4,K,K,Ca,SO,4,阳离子的相对浓度及交换生成物的性质,土壤,胶粒,土壤,胶粒,11/19/2024,Ca2 K2SO4,77,Cl,-,H,2,PO,4,-,NO,3,-,CO,3,-,Cl,-,SO,4,Cl,-,NO,3,-,Cl,-,SO,4,2,-,NO,3,-,Cl,-,Cl,-,CO,3,-,NO,3,-,NH,4,+,NH,4,+,NH,4,+,K,+,K,+,K,+,Ca,2+,Ca,2+,Mg,2+,Na,+,Na,+,Na,+,H,+,H,+,NH,4,+,K,+,土壤,胶粒,Mg,2+,离子的吸附与淋失,Al,3+,Al,3+,11/19/2024,Cl- H2PO,78,Cl,-,H,2,PO,4,-,NO,3,-,CO,3,-,Cl,-,SO,4,Cl,-,NO,3,-,Cl,-,SO,4,2,-,NO,3,-,Cl,-,Cl,-,CO,3,-,NO,3,-,NH,4,+,NH,4,+,NH,4,+,K,+,K,+,K,+,Ca,2+,Ca,2+,Mg,2+,Na,+,Na,+,Na,+,H,+,H,+,NH,4,+,K,+,土壤,胶粒,Mg,2+,离子的吸附与淋失,Al,3+,Al,3+,11/19/2024,Cl- H2PO,79,土壤的阳离子交换量,土壤的阳离子交换量（CEC）是指在一定的pH条件下，每千克土壤或胶体所能吸附的交换性阳离子容量。,单位为：,cmol(+) kg,-,1,11/19/2024,土壤的阳离子交换量 单位为： cmol(+) kg-11,80,土壤的阳离子交换量,土壤我国土壤阳离子交换量，由南向北，由西向东有逐渐增多的趋势。,阳离子可分为两大类：,即盐基离子（,Ca,2,、Mg,2,、K,、Na,、NH,4,等）,致酸性离子（,H,与Al,3,）,阳离子的交换量是这两类离子被吸收和交换的总量。,11/19/2024,土壤的阳离子交换量10/8/2023,81,砂土,粘土,CEC,大,小,CEC,北方,南方,小,大,有机质低,有机质高,CEC,小,大,pH,高,pH,低,CEC,大,小,11/19/2024,砂土粘土CEC大小CEC北方南方小大有机质低有机质高CEC小,82,（二）影响阳离子交换作用的因素,影响阳离子交换作用的因素,胶体数量,一般是胶体物质越多，阳离子交换量越大；胶体粒子越少交换量越小；土壤质地愈细，矿质胶体数量愈多，交换量也愈高。,胶体种类,有机胶体交换量最大；矿质胶体中交换量大小是：蒙脱石 伊利石高岭石。,土壤pH,一般来说，随土壤碱度增加(pH值增高)解离度增高，带电量多，反之，随土壤酸度增加(pH值降低)解离度降低，带电量减少。,11/19/2024,（二）影响阳离子交换作用的因素影响阳离子交换作用的因素10/,83,单位：,cmol(+) kg,-,1,土 壤,砂 土,砂壤土,壤 土,粘 土,CEC,15,78,718,2530,不同质地土壤的阳离子交换量,11/19/2024,单位： cmol(+) kg -1土 壤砂 土砂壤土,84,不同类型土壤胶体的阳离子交换量,土壤胶体,CEC/cmol(+),kg,-,1,腐殖质,200,蛭石,100150,蒙脱石,7095,伊利石,1040,高岭石,315,倍半氧化铁,24,11/19/2024,不同类型土壤胶体的阳离子交换量土壤胶体CEC/cmol(+),85,盐基饱和度,就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。,盐基饱和度（）,交换性盐基离子总量, cmol(+) kg,-,1,阳离子交换量, cmol(+) kg,-,1,=,100,11/19/2024,盐基饱和度 就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子,86,盐基饱和度,80%,一般为中性或碱性土壤。,盐基饱和度的大小,常与雨量、母质、植被等自然条件有密切关系。一般干旱地区的土壤盐基饱和度大，多雨地区则小。,11/19/2024,盐基饱和度的大小10/8/2023,87,NH,4,+,Ca,2+,Mg,2+,Na,+,H,+,土壤,胶粒,Al,3+,K,+,11/19/2024,NH4+ Ca2+Mg2+Na+H+土壤Al3+K+10/,88,交换性离子饱和度,粘土矿物类型,互补离子效应,交换性阳离子活度及其影响因素,11/19/2024,交换性离子饱和度粘土矿物类型互补离子效应交换性阳离子活度及其,89,土 壤,CEC/,cmol(+),kg,-,1,交换性钙/,cmol(+),kg,-,1,饱和度/,活度,A,8,6,75,大,B,30,15,50,小,土壤交换性离子饱和度与活度,11/19/2024,土 壤CEC/交换性钙/饱和度/活度A8675大B30155,90,互补离子效应,土壤胶体表面总是同时吸附着多种交换性阳离子。对某一指定离子而言，其它同时存在的离子都认为是该离子的互补离子，也称陪补离子。,11/19/2024,互补离子效应10/8/2023,91,互补离子效应,假定某一土壤同时吸附有H,+,、Ca,2+,、 Mg,2+,和K,+,等4种离子，对H,+,离子来讲， Ca,2+,、 Mg,2+,和K,+,离子是它的互补离子。而Ca,2+,离子的互补离子则是H,+,、Mg,2+,和K,+,。胶体表面并存的交换性阳离子之间的互相影响就是离子的互补效应。,当某种交换性阳离子与不同类型的互补离子共存在时，由于互补效应，该离子的有效度也会不同。一般说来，某离子的互补离子被土壤胶体的吸附力越强，该离子的有效度越高。这实际上是一个竞争吸附的问题。,11/19/2024,互补离子效应10/8/2023,92,K,+,土壤,胶粒,NH,4,+,Ca,2+,Mg,2+,Na,+,Al,3+,11/19/2024,K+土壤 NH4+ Ca2+Mg2+Na+Al3+10/8/,93,互补离子与交换性钙的活度,土 壤,交换性阳,离子组成,小麦幼苗干重/,g,小麦幼苗吸钙量/,mg,A,40Ca+60H,2.80,11.15,B,40Ca+60Mg,2.79,7.83,C,40Ca+60Na,2.34,4.36,11/19/2024,互补离子与交换性钙的活度土 壤交换性阳小麦幼苗干重/g小麦幼,94,粘土矿物类型,不同类型的粘土矿物具有不同的晶体构造特点，因而吸附阳离子的牢固程度也不同。,在一定的盐基饱和度范围，蒙脱石类矿物吸附的阳离子一般位于晶层之间，吸附比较牢固，因而有效性较低。,而高岭石类矿物吸附的阳离子通常位于晶格的外表面，吸附力较弱，因此有效性较高。,11/19/2024,粘土矿物类型10/8/2023,95,土壤阴离子交换作用,被胶粒表面正电荷吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换，称为阴离子交换。,根据土壤胶体对阴离子的吸收力不同，可分为3种类型：,11/19/2024,土壤阴离子交换作用10/8/2023,96,（1）易被土壤胶体吸附的阴离子,如 H,2,PO,4,、HPO,4,2,、PO,4,3,、HSiO,3,、SiO,3,2,及某些有机酸根。,（2）很少被吸附甚至不能被吸收的阴离子,如 NO,3,、NO,2,、Cl,等。,（3）介于上述两者之间的阴离子,如 SO,4,2,、CO,3,2,、HCO,3,以及某些有机酸根 。,11/19/2024,（1）易被土壤胶体吸附的阴离子 10/8/2023,97,阴离子吸附的相对顺序为：,PO,4,3,SiO,3,2,CO,3,2,SO,4,2,Cl,NO,3,11/19/2024,阴离子吸附的相对顺序为：10/8/2023,98,阴离子的静电吸附,土壤对阴离子的静电吸附是由于土壤胶体表面带有正电荷引起的。,产生静电吸附的阴离子主要是Cl,-,、NO,3,-,、ClO,4,-,离子等；,与胶体对阳离子的静电吸附相同，这种吸附作用是由胶体表面与阴离子之间的静电引力所控制的。,11/19/2024,阴离子的静电吸附10/8/2023,99,阴离子的负吸附,大多数土壤在一般情况下主要带负电荷，因此会造成对同号电荷的阴离子的排斥，其斥力的大小，视阴离子距土壤胶体表面的远近，距离愈近斥力愈大，对阴离子排斥愈厉害，表现出较强的负吸附，反之负吸附则弱。,所以，阴离子的负吸附是指电解质溶液加入土壤后阴离子浓度相对增大的现象。,11/19/2024,阴离子的负吸附10/8/2023,100,阴离子的专性吸附,阴离子专性吸附是指阴离子进入粘土矿物或氧化物表面的金属原子的配位壳中，与配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接通过共价键或配位键结合在固体的表面。,这种吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配位体交换吸附。产生专性吸附的阴离子有氟离子以及磷酸根、硫酸根、钼酸根、砷酸根等含氧酸根离子。,11/19/2024,阴离子的专性吸附10/8/2023,101,END,THE END,11/19/2024,ENDTHE END10/8/2023,102,