第章土壤胶体化学和表面化学ppt课件

1、主要内容 (重点)：教学目的与要求：教学方式与手段：课时安排与进度：1.1.土壤胶体的外表性质重点土壤胶体的外表性质重点 2.2.土壤胶体对阳离子交换反响重点土壤胶体对阳离子交换反响重点 3.3.土壤胶体的阴离子的吸附与交换土壤胶体的阴离子的吸附与交换 了解土壤胶体的外表类型、外表电荷来源与种类，掌握土壤双电层的构造特征；牢记土壤阳离子交换作用的规律以及影响阳离子有效性的要素以及阳离子交换对土壤性质的影响。幻灯，动画演示；案例分析；土壤吸附实验；课时数：4课时第四章第四章 土壤胶体化学和外表反响土壤胶体化学和外表反响第一节 土壤胶体(soil colloid) 的外表性质一、土壤胶体外表类型一

2、硅氧烷型外表二水合氧化物型外表三有机物外表二、土壤胶体的比外表和外表积二、土壤胶体的比外表和外表积 (一一)土壤胶体的外表积土壤胶体的外表积表81 土壤中常见粘土矿物的比外表积m2g-1胶体成分内外表积外外表积总外表积蒙脱石蛭 石水云母高岭石埃洛石水化埃洛石水铝英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800我国几种主要土壤的比外表积： 砖红壤 6080m2g-1 红 壤 100150m2g-1 黄棕壤 200300m2g-1 (

3、二)比外表积的测定方法1、仪器法2、吸附法 氮气、甘油、乙二醇醚等总之：总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比外表积越大。高，土壤的比外表积越大。三、土壤外表电荷和电位三、土壤外表电荷和电位 一土壤电荷的原因和种类一土壤电荷的原因和种类 1、永久电荷(permanent charge)* 永久电荷来源于矿物晶格内部离子的同晶置换。 2、可变电荷(variable charge)* 随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电荷 称为可变电荷。 可变电荷的成因主要是胶核外表分子或原子团 的解离：A. 含水氧化硅的解离B. 粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离C. 腐殖质

4、上某些官能团的解离D. 含水氧化和水铝石外表的分子中OH的解离； pHM2+M+ Al3Mn2Ca2K+ Rb+NH4+K+Na+Li+ 1 1、阳离子静电吸附、阳离子静电吸附表表8 82 2 离子半径与吸附力离子半径与吸附力 一价离子Li+Na+K+NH+4Rb+离子的真实半径(nm)0.0780.0980.1330.1430.149离子的水合半径(nm)1.0080.7900.5370.5320.509弱弱 强强交换才干2 2盐基离子与盐基饱和度盐基离子与盐基饱和度1 1盐基离子与致酸离子盐基离子与致酸离子* * * * 第一类是氢离子和铝离子，它们是致第一类是氢离子和铝离子，它们是致酸离

5、子，与土壤的酸度有亲密关系。酸离子，与土壤的酸度有亲密关系。 第二类是其他的一些金属离子，如第二类是其他的一些金属离子，如Ca+2Ca+2、Mg+2Mg+2、K+K+、NH4+NH4+等，在等，在古典化学上，它们都称为盐基离子。古典化学上，它们都称为盐基离子。 2 2 盐 基 饱 和 度 盐 基 饱 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 在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子的数量占一切吸附的阳离子的百分比，叫盐基

6、的数量占一切吸附的阳离子的百分比，叫盐基饱和度饱和度* * * *。盐基饱和的土壤具有中性或碱性反响；盐基饱和的土壤具有中性或碱性反响；而盐基不饱和的土壤那么具有酸性反响，为酸而盐基不饱和的土壤那么具有酸性反响，为酸性土壤；性土壤； 克土）量阳离子交换量（毫克当克土）当量交换性盐基总量（毫克盐基饱和度100/100/ 100%三、阳离子交换 一阳离子交换作用* 在土壤中，被胶体静电吸附的阳离子，普通都可以被溶液中另一种阳离子交换而从胶体外表解吸。对这种能相互交换的阳离子叫做交换性阳离子，而把发生在土壤胶体外表的阳离子交换反响称之为阳离子交换作用*。 观看演示观看演示Cation Exchang

7、e Capacity - - - - - - - - - - - - - - - -SOILCa+2Mg+2Al+3K+Ca+2Mg+2H+Ca+2H+Ca+2Exchangeable CationsH+K+Mg+2Ca+21阳离子交换作用是可逆反响。2交换是等当量进展的。3阳离子交换受质量作用定律的支配。 * 阳离子交换作用的特征：阳离子交换作用的特征： 阳离子交换量是评价土壤肥力的一个目的。 CEC 20 *土壤阳离子交换量土壤阳离子交换量(cation exchange capacity)-CEC 是指土壤溶液为中性是指土壤溶液为中性pH = 7时，时，每千克土所吸附和交换阳离子的厘摩尔

8、数每千克土所吸附和交换阳离子的厘摩尔数称为土壤的阳离子交换量。称为土壤的阳离子交换量。CEC：cmol(+)kg-1 保肥才干低中高*影响土壤阳离子交换量的要素有：影响土壤阳离子交换量的要素有：1质地质地 质地越粘重，含粘粒越多的质地越粘重，含粘粒越多的土壤，其阳离子交换量也越大。土壤，其阳离子交换量也越大。2有机质 OM % CEC3胶体的性质及构造蒙脱石 高岭石4pH值 在普通情况下，随着pH的升高，土壤的可变电荷添加，土壤的阳离子交换量也添加。质地砂土砂壤土壤土粘土CEC157815182530表表8-3 8-3 不同类型土壤胶体的阳离子交换量不同类型土壤胶体的阳离子交换量 土壤胶体 C

9、ECcmol(+).kg-1 腐殖质蛭 石蒙脱石伊利石高岭石倍半氧化物 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影响阳离子交换才干的要素影响阳离子交换才干的要素* * *1 1电荷的影响；电荷的影响；根据库仑定律，阳离子的价数根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换才干也越大。越高，交换才干也越大。2 2离子的半径及水化程度离子的半径及水化程度 同价的离子，其交换才干的大小是同价的离子，其交换才干的

10、大小是根据其离子半径及离子的水化程度根据其离子半径及离子的水化程度的不同而不同的。的不同而不同的。3 3离子浓度和数量因子。离子浓度和数量因子。 5 5交换性离子的有效度交换性离子的有效度 * * *影响交换离子有效度的要素主要影响交换离子有效度的要素主要有：有： 1 1离子饱和度离子饱和度 离子的饱和度越大，被解吸的时离子的饱和度越大，被解吸的时机就越大，有效度机就越大，有效度 就越大就越大 2 2土壤中的互补离子效应土壤中的互补离子效应 3 3粘土矿物类型的影响粘土矿物类型的影响 4 4由交换性离子变为非交换性离子的由交换性离子变为非交换性离子的有效度问题有效度问题表8-5 互补离子与交换

11、性钙的有效性 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) ABC 40%Ca+60%H40%Ca+60%Mg40%Ca+60%Na 2.802.792.34 11.157.834.36 在土壤胶体上各种交换性盐在土壤胶体上各种交换性盐 基离子之间的相互影响的基离子之间的相互影响的作用作用互补离子效应陪伴离子效应互补离子效应陪伴离子效应四、阳离子的专性吸附四、阳离子的专性吸附一阳离子专性吸附的机理 产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要是铁、铝、锰等的氧化物及其水合物。 层状硅酸盐矿物在某些情况下对重金属离子也可以产生专性吸附作用 反响的结果使体系的pH值下降 ！阳离子专性

12、吸附的实践意义阳离子专性吸附的实践意义: 由于专性吸附对微量金属离子具有富集作用的特性，因此，正日益成为地球化学领域或地球化学探矿等学科的重要内容。 土壤和堆积物中的锰、铁、铝、硅等氧化物及其水合物，对多种微量重金属离子起富集作用，其中以氧化锰和氧化铁的作用更为明显。 专性吸附在调控金属元素的生物有效性和生物毒性方面起着重要作用。有实验阐明，在被铅污染的土壤中参与氧化锰，可以抑制植物对铅的吸收， 土壤是重金属元素的一个汇，对水体中的重金属污染起到一定的净化作用，并对这些金属离子从土壤溶液向植物体内迁移和累积起一定的缓冲和调理作用。另一方面，专性吸附作用也给土壤带来了潜在的污染危险。第三节第三节

13、 土壤胶体对阴离子的吸附与交换土壤胶体对阴离子的吸附与交换一土壤吸附的阴离子土壤中的阴离子依其吸附才干的大小可分为三类：1易被吸附的阴离子 最重要是：H2PO4- HPO42- PO43-HsiO3- SiO32- C2O42- 2吸附作用很弱或进展负吸附的阴离子Cl- NO3- NO2- 3中间类型的离子：SO42- CO32- 各种阴离子被土壤吸收的次序如下：F- 草酸根 柠檬酸根 H2PO4- HCO3- HBO3- SO42- Cl - NO3-二阴离子的负吸附所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的胶体外表越近，阴离子数量越少的景象。负吸附景象随着土壤胶体的数量和阳离子代换量的添加而添加

14、。但随陪伴阳离子价数的添加而减少。不同的粘粒矿物对负吸附的影响也不同，他们递减的次序为： 蒙脱石 伊利石 高岭石三、阴离子专性吸附三、阴离子专性吸附 阴离子专性吸附是指阴离子进入粘土矿物或氧化物外表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，并直接经过共价键或配位键结合在固体的外表。产生专性吸附的阴离子有F-离子以及磷酸根、硫酸根、钼酸根、砷酸根等含氧酸根离子。 1、阳离子交换作用、阳离子交换作用2、交换性阳离子、交换性阳离子 3、阳离子吸附、阳离子吸附4、阳离子解吸、阳离子解吸 5、CEC6、BS 7、阴离子专性吸附、阴离子专性吸附1. 1. 什么是土壤胶体？它具有哪些主要性质？什么是土壤胶体？它具有哪些主要性质？2. 2. 什么是阳离子交换量？影响阳离子交换量大小的要素有哪些？什么是阳离子交换