Образование почвенных коллоидов.
Коллоиды - частицы размером от 0,2 до 0,001 микрона (мю). Коллоидные частицы проходят через обычные фильтры, не оседают в воде, обнаруживают броуновское движение, т.е. хаотично движутся в растворе. В воде образуют коллоидные растворы или системы. Коллоидные свойства начинают проявляться у частиц размером < 1 микрона (мю). Образуются двумя путями:
1. Конденсационным
2. Дисперсионным
При конденсации образование коллоида идёт за счёт физического или химического соединения молекул или ионов.
Дисперсионное образование происходит при механическом или химическом раздроблении более крупных частиц.
По своей природе коллоиды делятся на:
1. Минеральные
2. Органические
3. Органо-минеральные
Минеральные коллоиды содержат в себе вторичные минералы, т.е. частицы вторичных минералов (гидрослюды, минералы групп монтмориллонита, каолинита).
Органические коллоиды почв представлены основными группами гумусовых веществ (гуминовые и фульвокислоты и их соли гуматы и фульваты).
Органо-минеральные коллоиды представлены соединениями гумусовых веществ с глинистыми и вторичными минералами.
Почвенные коллоиды из-за высокой степени дисперсности обладают большой поверхностной энергией. При взаимодействии почвенных коллоидов (дисперсная фаза) с водой (дисперсионная среда) в системе возникают электрические силы. В результате этого вокруг коллоидных частиц в растворе образуется двойной электрический слой, состоящий из зарядов противоположного знака.
|
|
|
Как правило, чем больше в почве глинистых минералов и гумуса, тем больше в почве коллоидов, количество которых составляет от 1-2% до 30-40% массы почвы.
Коллоидная система вокруг нас постоянна.
Строение почвенных коллоидов.
В кубической кристаллической решётке каждый ион, расположенный внутри решётки, связан с шестью соседними ионами противоположного заряда. Он полностью уравновешивает свою атомную энергию и находится в состоянии покоя. На поверхности решётки ионы связаны менее, чем с 6-ю противоположными зарядами, поэтому их электрические заряды компенсированы не полностью. На гранях у ионов имеются свободные валентности, т.е. он не находится в состоянии покоя.
Наличие неизрасходованных частей валентности увеличивается при дисперкации (измельчении) вещества. Это обуславливает появление электрического поля и вызывает притягивание ионов из раствора, т.е. их поглощение. В результате присоединения ионов в поверхности кристаллической решётки вокруг коллоида возникает слой катионов или анионов, притянутых из окружающего раствора. Они удерживаются остаточными валентностями ионов, расположенных на поверхности решётки. Каждый притянутый ион несёт электрический заряд, который не полностью расходуется на связь с поверхностными ионами решётки. Оставшийся избыток электрической энергии сообщает коллоиду электрический заряд. Ионы, закреплённые на коллоиде силами остаточных валентностей, составляют внутренний электрический слой частицы. Он получил название потенциал образующего слоя. Потенция - это возможность. В результате различия зарядов коллоида и окружающего раствора возникает разность потенциалов. Она носит название электростатического или термодинамического потенциала. Коллоидная частица, обладающая высоким потенциалом (возможностью), не может существовать в растворе в таком виде. Избыток энергии сообщенной частицы потенциал, определяющий слоем, компенсируется притягиванием из раствора ионов с противоположным знаком. Ионы образуют вокруг коллоидной частицы второй внешний слой. Он носит название компенсирующего слоя. В отличие от ионов внутреннего слоя, которые прочно удерживаются силами свободных валентностей, этот слой неодинаков по плотности. Часть ионов притягивается к коллоидам с большей силой, нейтрализуя большую часть электрического заряда, сообщенного ионами потенциал определяющего слоя. Другая часть ионов находится в непредела влияния электростатических сил потенциал-определяющих ионов. Коллоидная частица вместе с внутренним и внешним слоями ионов по Г. Вигнеруназывается мицеллой. Н.И. Горбунов предложил обобщенную схему строения коллоидной мицеллы. Вокруг ядра мицеллы, которая может быть различной по составу и строению, прочно удерживается слой ионов, несущий заряд. Это слой-потенциал определяющих ионов. Ядро мицеллы с потенциал-определяющим слоем называется гранулой. Между гранулой и раствором возникает электростатический потенциал. Под его влиянием из раствора притягиваются компенсирующие ионы. Компенсирующие ионы располагаются вокруг гранулы двумя слоями. Ионы удерживаемыми электростатическими силами образуют первый слой компенсирующий ионов. Ядро мицеллы со слоями потенциал-определяющих и компенсирующие ионов называется коллоидной частицей, т.е. гранула с первым слоем компенсирующих ионов называется этой частицей. Внешний слой ионов частицы является неподвижным, т.е. эти ионы не способны к диссоциации. Между частицей и раствором возникает электро-кинетический потенциал. Под его влиянием находится второй слой компенсирующие ионов. Он носит названиедиффузного слоя или слоя отдиссоциированых ионов.Ионы, находящиеся на диффузном слое коллоида, способны к диссоциации, т.е. «бегать» туда-обратно. Коллоидная частица вместе с диффузным слоем называетсяколлоидной мицеллой. Для наглядности коллоидной мицелле придаётся шарообразная форма. В действительности коллоидная частица имеет вид пластинок, дисков, палочек, иголок и тд. Форма определяется ядром. Структура внешних слоёв более сложная и существует в виде роя облаков ионов. Коллоидная частица электронейтральна, но основная её масса принадлежит грануле (ядру и определяющему иону), поэтому заряд гранулы рассматривается как заряд всего коллоида. Отрицательные гранулы имеют большинство глинистых минералов, кремневая кислота, большинство органических коллоидов. Гидроксиды железа, алюминия, некоторые органические коллоиды образуют гранулы с положительным зарядом. Они проявляют способность поглощать анионы. Коллоиды органической природы проявляют способность присоединения ионов за счёт присоединения функциональных групп: гидроксильных (ОН), карбоксильных (СООН) и карбонильных (С=О).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14. Свойства почвенных коллоидов.
Главным свойством коллоидов является их способность диссоциировать в окружающий раствор ионы диффузного слоя.
Коллоидная мицелла <=(ионы)>межмилеллярый раствор.
В зависимости от знака гранулы коллоиды бывают отрицательно и положительно заряженные. Отрицательно заряженные называются ацидоиды. Они диссоциируют в раствор ионы водорода (Н+) и другие катионы и характеризуются кислотными свойствами. Положительно заряженные коллоиды называются базоиды. Диссоциируют в раствор ОН- ионы и другие анионы и характеризуются свойствами оснований. Коллоиды способны менять свой заряд. Коллоиды с двойной природой называются амфолитоиды.
Среди почвенных коллоидов преобладают ацидоиды. Они играют важную роль в поглощении катионов кальция, магния, натрия, калия, аммония и др.
Наличие коллоидов с базоидными свойствами важно в связи с поглощением анионов. Прежде всего фосфат иона (РО43-).
В природных условиях коллоиды способны взаимодействовать с водой, т.е. гидрататироваться (образуя как бы водную пленку вокруг коллоидной мицеллы). По отношению к воде коллоиды бывают:
1. гидрофильные: способны сильно гидратироваться, т.е. образовывать многослойные пленки воды
2. гидрофобные: гидратируются слабо.
Одним из важных свойств коллоидов является их агрегативная устойчивость- это способность коллоидной системы сохранять неизменной степень дисперсности (сохранять свои размеры). Наибольшей устойчивостью обладают гидрофильные коллоиды. Они сохраняются несколько месяцев. Гидрофобные коллоиды быстрее теряют агрегативную устойчивость, укрупняются и оседают из раствора, т.е. коагулируют. Коагуляция - выпадение в осадок. Коагуляция- это агрегирование коллоидных частиц, иными словами - потеря водной оболочки. Примеры потери водной оболочки: иссушение, замораживание почвы, а также коагуляция происходит при прибавлении в почвенный раствор электролитов кислот, щелочей, солей. В результате коагуляции коллоидов образуется осадок, который называется коагулят. Такое состояние, когда образуется коагулят, называется гель. Некоторые коллоиды имеют способность к обратному переходу коагулята в коллоидный раствор. Это явление называется пепцизацией, а состояние - золь. Этот переход из состояния геля в состояния золь связан с изменением электрического потенциала коллоидных частиц и степени их гидратации.
Гель - пепцизация> золь.
Золь - коагуляция > гель.
Гидрофильные коллоиды способны гидратироваться и переходить в состояние золь. Поэтому они называются обратимыми. Гидрофобные коллоиды не гидратируются и после каогуляции не пептизируются. Они называются необратимыми.
Способность колллидов к диссоциации ионов обуславливает физико-химическое поглощение катионов и анионов из почвенного раствора. С агрегативной устойчивостью коллоидных систем связана их способность перемещаться стоком воды по профилю почвы и формировать иллювиальные горизонты (горизонты вмывания).
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 459; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!