土壤的化学性质.doc

第五章土壤的化学性质
主要学习目标：要求学生了解土壤胶体的晶格构造，掌握土壤胶体的性质。本章是今后学习肥料学的基础。因为土壤胶体的行为影响着土壤的发生发展、土壤的理化性质及土壤保肥供肥能力。
第一节土壤胶体
一、概念
土壤胶体是指颗粒直径小于0.001mm或0.002mm的土壤微粒。
目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。这是因为胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。没有截然划分的界限。
二、土壤中的胶体主要分为三类
1、土壤无机胶体：主要是矿物在化学风化过程中产生的次生矿物，包括氧化硅类、三氧化物类和层状铝硅酸盐等。有时将无机胶体称为粘土矿物。
粘土矿物的来源有以下几个途径：（1）由白云母、黑云母演变而来；（2）在一定条件下有矿物的分解产物合成形成；（3）由一种粘土矿物演变成另一种粘土矿物。
2、土壤中有机胶体主要是腐殖质，它是有机质在土壤微生物等的作用下形成的。
3、有机无机复合体是土壤腐殖质和粘土矿物通过混合和吸附结合在一起，结合过程比较复杂。
三、硅酸盐粘粒的晶格构造
1、粘土矿物的基本单位：有2个即硅氧片和铝氧片
（1）硅氧片：由硅氧四面体连接而成。
硅、氧两元素能组成一个单位的原因：一是硅具有正原子价，而氧具负原子价，二者可相互吸引。二是与原子大小有关，四个氧原子堆积成四面体时，其间所形成的空隙与硅原子的大小基本相似。但四面体的键价并不平衡（SiO44-），因此许多四面体可共用氧原子形成一层。此时键价仍不平衡，可与铝水八面体结合形成各类粘土矿物。
（2）铝氧片，又称铝氧八面体。
由六个氧原子围绕一个铝原子构成。六个氧原子所构成的八面体空隙与铝原子的大小相近似。许多铝八面体相互连接，形成铝氧片。铝氧片有两个层面的电价不平衡，可与氢原子连接形成水铝矿，或与硅氧片通过不同方式的连接结合成为铝硅酸盐。粘土矿物分为二层矿物和三层矿物；
四、粘土矿物负电荷的来源（本章的重点是土壤的电化学特性）
1、同晶取代：晶格构造中的中央离子被其他阳离子取代后会产生负电荷（被电荷比它低的取代）。
2、晶格断裂产生电荷。
3、胶体表面分子解离产生电荷。随pH变化改变而产生的电荷称可变电荷
五、几种主要土壤胶体
1、高岭石（kaolinite）是二层型（1：1）粘土矿物，是强烈化学风化条件下的产物（南方）（教材p1788-3构造图）晶格较稳定，硅酸盐层之间由氢键连接，作用力很强，间隙小，水分子或其他离子很难进入层间。因此只有外表面，没有内表面，无胀缩性（陶器不会太大），比表面积较小，为30m2/g。高岭石带有的电荷一部分是晶格破裂产生的，另外晶格表面的—OH在土壤酸度变化时带有可变电荷，但高岭石的带电量较少；
2、伊利石属三层型（2：1）粘土矿物，主要分布在干旱半干旱地区。硅酸盐层间由钾离子连接，晶格距离比较稳定。晶格的边缘具有胀缩性，比表面积外表面小，内表面比大，表面积为100m2/g，；伊利石带有的电荷是由同晶代换产生的，其中有一部分负电荷被钾离子中和，伊利石的带电量比高岭石多。
3、蒙脱石属三层型（2：1）粘土矿物，主要分布在干旱和半干旱地区的土壤中。硅酸盐层之间由钙离子和镁离子连接，硅酸盐层之间全部胀缩性，内表面积非常大，比表面积为800m2/g，带有的电荷是由同晶代换产生的，带电量比伊利石多。
4、含水氧化物包括非晶质的硅酸和含水氧化铁或氧化铝。非晶质的硅酸是各种铝硅酸盐经过化学风化过程的最后产物，其所带电荷是由H+解离产生的。含水氧化铁或氧化铝的种类有褐铁矿、赤铁矿、针铁矿、水铝石和三水铝石。它们均属两性胶体，所带电荷随pH值变化有很大不同，在溶液偏酸时，解离出—OH—，成为(OH)2+带正电，在溶液偏碱时，解离出H+，成为(OH)2O—带负电。
5、腐殖质胶体高分子有机化合物，呈球形，具三维空间的网状结构。负电荷主要是由羧基和酚羟基解离的氢离子引起，与pH相关，腐殖质胶体中的NH2可接受氢离子而带正电荷。
六、土壤胶体的性质
土壤胶体是物理化学性质最活泼的部分。土壤的保肥性、供肥性、酸碱反应、缓冲性能，以及土壤的结构、土壤的物理机械性质等，都与土壤胶体有密切关系。
巨大的比表面积和表面能
颗粒小，有巨大的比表面积。表面巨大的表面能能吸附大量的水分子、养分和其他分子态物质。有些微生物也被吸附在表面。
带电性和离子吸收代换性能
一般胶体带负电，可吸附大量的阳离子。而且大部分的离子，具有代换能力。这对养分的供应与保存以及土壤的酸碱、缓冲性有很大的意义。
分散性和凝聚性
土壤胶体，在一定条件下，可以分散在介质中，呈溶胶状态。有时又可以相互凝聚，呈凝胶状态。这种凝聚一般是在阳离子的作用下产生的。不同阳离子的凝聚能力：
Fe3+>Al3+>>Ca2+>Mg2+>>K+>NH4+>Na+,凝聚作用