Склад ґрунтових колоїдів та їх головні ознаки

ЛЕКЦІЯ № 6

Тема: ҐРУНТОВІ КОЛОЇДИ ТА

ПОГЛИНАЛЬНА ЗДАТНІСТЬ ҐРУНТУ.

План:

1. Склад ґрунтових колоїдів та їх головні ознаки.

2. Фізичний стан ґрунтових колоїдів.

3. Природа та види поглинальної здатності ґрунтів.

4. Ґрунтовий поглинальний комплекс та його характеристики.

5. Екологічне значення поглинальної здатності.

Склад ґрунтових колоїдів та їх головні ознаки

О.Н.Соколовський - батько українського ґрунто­знавства, засновник і перший директор Науково-дослідного інсти­туту ґрунтознавства та агрохімії (тепер національний науковий центр "Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського"), автор першого підручника українсь­кою мовою "Курс сільськогосподарського ґрунтознавства" (1934). Досліджу­ючи склад і властивості гумусу, він дійшов висновку: "яким би не був хімічний склад гумусу, головна його властивість – колоїдність". Тому його підручник починаєть­ся розділом "Колоїди ґрунту, їх динаміка і зв'язані з ними явища". О.Н.Соколовський поділив гумус ґрунтів на дві групи: актив­ний і пасивний. Зразок ґрунту оброблявся 0,1 н розчином NaCl; гумус, який перейшов після обробки до розчину, він назвав актив­ним - ця фракція гумусу може рухатися по профілю, покривати струк­турні відокремлення тоненькою плівкою тощо. Та частина гумусу, яка не переходить (не пептизується) до розчину навіть після дії натрію (розчину NaCl) на ґрунтовий зразок, називається пасив­ною. Останній вид гумусу має важливе значення для утворення аг­рономічноцінної структури з розміром агрегатів від 0,25 мм до 7-10 мм. Особлива його здатність - забезпечення водостійкості струк­тури, тобто здатності не руйнуватися під дією дощової води. Отже, О.Н.Соколовський обґрунтував роль і значення у грунтоутворюючих процесах активного і пасивного гумусу або активних і пасив­них колоїдів у житті ґрунту.

Ґрунт - полідисперсна система, а його найдрібніші частинки (роз­міром менші за 0,0001 мм) називаються ґрунтовими колоїдами. Цей термін уведений англійським ученим Томасом Гремом. Утворюються колоїди шляхом диспергації крупних часток або конденсації молекул в агрегати. На основі досліджень К.К.Гедройца й О.Н.Соколовського можна визначити речовинний склад ґрунтових колоїдів: він може бути органічним, мінеральним і органо-мінеральним.

Органічні колоїди - гумус, до складу якого входять фульво-кислоти, гумінові кислоти та їх солі типу хелатів (внутрішньо-ком­плексні сполуки), з ними ми в певній мірі вже познайомились при вив­ченні гумусу. Мінеральні - це глинисті мінерали, колоїдні форми SiO„ гідроксиди алюмінію, заліза та кремнієвої кислоти. Органо-міне-ральні колоїди утворилися внаслідок з'єднання гумусових кислот із глинистими мінералами. Склад і кількісне співвідношення мінераль­них, органічних і органо-мінеральних колоїдів у ґрунті залежить від характеру грунтоутворюючих порід і типу ґрунтоутворення.

Колоїди - це двофазна система, яка складається з дисперсної фази (колоїдні частинки) та дисперсного середовища (ґрунто­вий розчин).

Г.Вігнер запропонував колоїдну частинку назвати колоїдною міцелою. Узагальнена схема будови колоїдної міцели, якій для наоч­ності надана кулеподібна форма, наведена на рисунку 15. Основу колоїдної міцели складає ядро. Природа ядра визначає поведінку ґрунтових колоїдів. Ядро колоїдної міцели являє собою складну спо­луку аморфної або кристалічної будови різного хімічного складу. На поверхні ядра розміщується шар міцно утримуваних іонів із за­рядом - шар потенціал-визначаючих іонів. Ядро міцели разом із ша­ром потенціал-визначаючих іонів має назву гранули. Між гранулою й розчином, який оточує колоїд, виникає термодинамічний потен­ціал. Під його впливом із розчину притягуються іони протилежного знака (компенсуючі іони). Навколо ядра колоїдної міцели утворюєть­ся подвійний електричний шар, який складається із шару потенціал-визначаючих іонів і шару компенсуючих іонів. Ком­пенсуючі іони розміщуються навколо гранули двома ша­рами: один - нерухомий шар, який міцно утримується електростатичними силами потенціал-визначаючих іонів; зовнішній - дифузний шар, який утримується знач­но меншими силами, і тому може замінюватись іншими катіонами, зумовлюючи цим фізико-хімічну (обмінну) по-глинальну здатність грунтів. Гранула разом із неру­хомим шаром компенсуючих іонів

називається колоїдною частинкою. Між колоїдною частинкою й оточуючим розчином виникає електрокінетичний потенц­іал (дзета- потенціал).Під його впливом знаходиться другий (дифузний) шар компенсуючих іонів, які мають здатність до еквівалентного обміну на іони того самого знака заряду з оточуючого розчину.

Колоїдна міцела електрично нейтральна. Головна маса її нале­жить гранулі, тому заряд останньої розглядається як заряд усьо­го колоїду. Поява заряду може відбуватись двома шляхами: шляхом адсорбції іонів з оточуючого середовища чи шляхом віддисоціації іонів молекулами самої частинки.

Як протікає адсорбція іонів на поверхні колоїдної частинки і чому це явище має місце в ґрунтах? Поверхневі іони твердих части­нок відрізняються від іонів, що знаходяться всередині частинки: якщо у останніх валентності абсолютно насичені зв'язками з оточуючими їх у кристалічній решітці іонами протилежного знака, то в іонів, що на поверхні, валентності насичені не повністю. За рахунок цих нена-сичених валентностей з оточуючого частинку розчину притягуються до поверхні такі іони, що можуть добудувати кристалічну решітку.

Спробуємо уявити утворення важкорозчинної солі СаСО, при взаємодії розчинів СаСІ, та Na₂C0₃:

СаС1₂ + Na₂C0₃ = СаС0₃ + 2NaCl

Завдяки своїй низькій розчинності карбонат кальцію випадає з розчину в осад, молекули зближуються і формують кристалічну ре­шітку. Ріст кристалів зупиняється із закінченням реакції. Якщо на цей момент у розчині залишиться в надлишку один з компонентів реакції, наприклад СаС1₂, то іони С0₃² на поверхні кристалів притя­гуватимуть до себе іони Са²⁺ з розчину. При цьому кожний притяг­нутий іон Са²⁺ витрачатиме на зв'язок з поверхнею лише частину своєї валентності; інша залишається вільною і надає поверхні крис­талика позитивний заряд. Частинка оточується позитивно зарядже­ною іонною оболонкою. У цей же час еквівалентна (до адсорбованих іонів Са²⁺) кількість іонів СІ електростатично притягується до по­верхні частинки, утворюючи при цьому другу іонну оболонку. Цим формується зовнішній дифузний шар з негативно заряджених іонів.

Якщо в розчині, що оточує частинку, в надлишку не СаСІ,, а Na₂C0₃, то добудова кристалічної решітки здійснюватиметься за рахунок адсорбції поверхневими іонами Са^2т іонів CO,² з розчину. Як наслідок, частинка буде оточена негативно зарядженим адсорб­ційним шаром, а зовнішній дифузний шар складуть позитивно заряд­жені іони Na⁺. Аналогічним чином виникає заряд і в таких ґрунтових колоїдах, як Fe(OH)₃-nH₂0 та Α1(ΟΗ)₃·ηΗ,0.

Інший шлях появи заряду пов'язаний з дисоціацією молекул самої частинки. Наприклад, гумінова кислота, віддисоційовуючи Н⁺ своїх карбоксильних груп набуває негативного заряду (за рахунок залишку -СОО), а іони Н⁺ утворять навколо частинки зовнішній дифузний шар. Аналогічно виникає негативний заряд на поверхні частинок кремнієвої кислоти, яка також віддисоційовує Н⁺- іон.

Колоїди, які у потенціал-визначаючому шарі мають негативно заряджені іоний Н⁺ - іони в дифузному шарі, що дисоціюютьу розчин, називаються ацидоїдами (кислотоподібними).

До таких колоїдів можна віднести розглянуті нами кремнекис­лоту і гумінову кислоту, а також мінерали групи монтморилоніту.

Поиск по сайту: