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土壤胶体与离子交换作用 第一页，共三十三页，2022年，8月28日 教学目标 使学生掌握土壤胶体的概念、种类与构造、性质；阳离子交换量、阳离子交换作用、盐基饱和度的概念与计算，阳离子交换作用的特点，交换性阳离子有效度 第二页，共三十三页，2022年，8月28日 第一节 土壤胶体 一、土壤胶体的概念及种类 1、概念： 土壤胶体：大小在1-100nm（在长、宽和高三个方向上，至少有一个方向在此范围内）的土壤固体颗粒。 第三页，共三十三页，2022年，8月28日 土壤无机胶体 层状硅酸盐粘土矿物 2：1型如蒙脱石 1：1型如高岭石 氧化物及其水合物 Al Fe Si Ca Mn Ti的氧化物及水合氧化物，常呈胶膜被覆于土粒表面 土壤有机胶 主要是腐殖质及其各种组分 少量的蛋白质或氨基酸 多肽，多糖类化合物 土壤有机矿质复合体 2、类型 第四页，共三十三页，2022年，8月28日 3.土壤胶体的构造 土壤胶体是一种分散系统。土壤胶体分散系统由胶体微粒（分散相）和微粒间溶液（分散介质）两大部分构成。 第五页，共三十三页，2022年，8月28日 土壤胶体颗粒的构造 土壤胶体分散系 土壤胶团 土壤溶液 胶核 双电层 定位离子层（内层） 补偿离子层 非活性层 扩散层 反离子层 胶粒 第六页，共三十三页，2022年，8月28日 当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面与溶液的界面上，形成了由一层固相表面电荷和一层溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间结构，称为双电层 第七页，共三十三页，2022年，8月28日 二.土壤胶体的基本特性 （一）具有丰富的表面积和巨大的表面能。 1.比表面 是一个比值，即每一单位质量或单位容积的表面积(单位质量比表面积叫质量比表面，cm2/g，单位容积比表面叫做容积比表面，cm2/m3）。 第八页，共三十三页，2022年，8月28日 2.影响颗粒表面积的因素 （1）粒径大小 （2）颗粒形状：同体积颗粒表面积最大的是薄片状、最小的是球体 （3）矿物类型 第九页，共三十三页，2022年，8月28日 粘土矿物的表面特征 胶体电子 显微图像 第十页，共三十三页，2022年，8月28日 土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2/g) 胶体成分 内表面 外表面 总表面 蒙脱石 蛭石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石 腐殖质 700~750 400~750 0~5 0 0 400 130~140 - 15~150 1~5 90~150 4~40 10~45 25~30 130~140 - 700~850 400~800 90~150 5~40 10~45 430 260~800 800~900 不同土壤矿物组成不同，比表面积也不同。一般土壤中有机质含量高，2:1型粘粒矿物多，则比表面积较大，如黑土。反之，如果有机质含量低，1:1型粘粒矿物较多，则其表面积就较小，如红壤、砖红壤。 粘土矿物的表面特征 第十一页，共三十三页，2022年，8月28日 （二）土壤胶体的带电性 土壤胶体带电性是其主要的特性。 永久电荷 可变电荷 土壤胶体的电荷 1.永久电荷：不受土壤溶液pH值变化而影响的电荷类型称为永久电荷，也叫恒电荷或结构电荷。 同晶替代是产生永久电荷的原因。 第十二页，共三十三页，2022年，8月28日 2.可变电荷 ： 随着土壤溶液pH变化而变化的电荷叫可变电荷。 可变电荷产生的原因：主要是胶体表面分子解离。 （1）含水氧化硅分子解离 （2）粘土矿物晶面上羟基解离（1:1型粘土矿物在pH5时可以解离） （3）腐殖质分子表面解离 （4）含水氧化铁铝表面解离出OH-，带正电荷（在pH5时带正电荷） 第十三页，共三十三页，2022年，8月28日 第十四页，共三十三页，2022年，8月28日 第十五页，共三十三页，2022年，8月28日 3.土壤总电荷 土壤总电荷等于永久电荷与可变电荷的总和。 一般土壤的pH在5~9之间，大部分土壤胶体都带负电荷。只有两性胶体和少量的同晶替代可能产生一定量正电荷。 但是，整体上来看，土壤胶体以带负电荷为主。当pH5时则可能带较多正电荷。 土壤中80%以上的土壤电荷集中于粘粒上 第十六页，共三十三页，2022年，8月28日 （三）土壤胶体存在可改变的状态―凝聚与分散 1、土壤胶体有两种存在的状态： 一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。 另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一