Скачать презентацию Коллоиднаяпочв твердой часть фазы почвы Соловьева Т П Скачать презентацию Коллоиднаяпочв твердой часть фазы почвы Соловьева Т П

Почвенные коллоиды.ppt

  • Количество слайдов: 44

Коллоиднаяпочв твердой часть фазы почвы Соловьева Т. П. , доцент кафедры почвоведения и экологии Коллоиднаяпочв твердой часть фазы почвы Соловьева Т. П. , доцент кафедры почвоведения и экологии почв ТГУ solovyevat@bio. tsu. ru

Гранулометрические фракции Ø Камни – более 3 мм Ø Гравий – 3– 1 мм Гранулометрические фракции Ø Камни – более 3 мм Ø Гравий – 3– 1 мм Песок: Ø Крупный – 1– 0, 5 мм Ø Средний – 0, 5– 0, 25 мм Ø Мелкий – 0, 25– 0, 05 мм Пыль: Ø Крупная – 0, 05– 0, 01 мм Ø Средняя – 0, 01– 0, 005 мм Ø Мелкая – 0, 005– 0, 001 Ил: Ø Глинистый (грубый) – 0, 001– 0, 0005 мм Ø Коллоидный (тонкий) – 0, 0005– 0, 0001 мм Ø Коллоиды – менее 0, 0001 мм. 2

Образование почвенных коллоидов Ø Почвенные коллоиды образуются в процессе выветривания и почвообразования в результате Образование почвенных коллоидов Ø Почвенные коллоиды образуются в процессе выветривания и почвообразования в результате дробления крупных частиц или путем соединения молекулярно раздробленных веществ. 3

Дисперсная фаза и дисперсионная среда Ø В почве хорошо развита поверхность раздела между твердой Дисперсная фаза и дисперсионная среда Ø В почве хорошо развита поверхность раздела между твердой фазой (которая является дисперсной фазой), жидкой и газообразной фазами (которые являются дисперсионной средой). Между ними непрерывно происходят процессы обмена и устанавливается равновесие. Твердая фаза (дисперсная фаза) Жидкая фаза (дисперсионная среда) Газообразная фаза (воздух) 4

Особенность коллоидов Ø Характерная особенность коллоидов – большая суммарная и удельная поверхность. Ø Удельная Особенность коллоидов Ø Характерная особенность коллоидов – большая суммарная и удельная поверхность. Ø Удельная поверхность – это суммарная площадь поверхности почвенных частиц, отнесенная к единице массы или площади. Ø Удельная поверхность определяет химическую активность почв. Ø С увеличением дисперсности частиц их химическая активность возрастает. 5

Удельная поверхность гранулометрических фракций возрастает по мере увеличения дисперсности частиц Суммарная удельная поверхность 1 Удельная поверхность гранулометрических фракций возрастает по мере увеличения дисперсности частиц Суммарная удельная поверхность 1 грамма почвы Крупная пыль Крупный и средний песок 37 см 2/г 6 Коллоиды 7, 6 102 см 2/г или 760 см 2/г 4, 4 105 см 2/г или 440000 см 2/г)

Ø Почвенный поглощающий комплекс – это совокупность минеральных, органических, органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, Ø Почвенный поглощающий комплекс – это совокупность минеральных, органических, органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы. 7

1. Состав и строение почвенных коллоидов 8 1. Состав и строение почвенных коллоидов 8

9 9

Ø Коллоидная мицелла электронейтральна. Ø Основная масса ее принадлежит грануле, поэтому заряд гранулы рассматривается Ø Коллоидная мицелла электронейтральна. Ø Основная масса ее принадлежит грануле, поэтому заряд гранулы рассматривается как заряд всего коллоида. Ø Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое отрицательно заряженные ионы и диссоциирующие в раствор Н-ионы, называются ацидоидами (кислотоподобными). Пример - гуминовая кислота. Ø Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое положительно заряженные ионы и посылающие в раствор ионы ОН, называются базоидами. 10

Ø Коллоиды, которые в зависимости от реакции среды ведут себя то, как кислоты (ацидоиды), Ø Коллоиды, которые в зависимости от реакции среды ведут себя то, как кислоты (ацидоиды), то, как основания (базоиды) называются амфолитоидами. Пример - гидроксиды железа, алюминия, протеины Ø В условиях кислой реакции среды подавляется диссоциация Н-ионов, в раствор посылаются ОНионы, коллоид приобретает знак заряда +: Al(OH)3 ↔ Al(OH)2+ + OH– Ø При щелочной реакции гидроксид алюминия ведет себя как кислота и коллоид приобретает отрицательный знак заряда: Al(OH)3 ↔ Al. О(OH)2– + H+ 11

По отношению к жидкой фазе коллоиды делятся на а) гидрофильные и б) гидрофобные. ОН– По отношению к жидкой фазе коллоиды делятся на а) гидрофильные и б) гидрофобные. ОН– – Н+ ОН + – + Н+ Н+ ОН– ОН – Н + Н ОН – 12 Н ОН Н + Н+ – ОН ОН + Н ОН Гидрофильными называются коллоиды, способные поглощать молекулы воды, которые образуют на их поверхности многослойную пленку (гидратация коллоида).

Ø Электрический заряд обусловливает электрокинетические свойства. Ø Коллоиды могут находиться в двух состояниях: 1) Ø Электрический заряд обусловливает электрокинетические свойства. Ø Коллоиды могут находиться в двух состояниях: 1) золя (коллоидного раствора) и 2) геля (коллоидного осадка). Ø В большинстве своем коллоиды в почве находятся в форме гелей. Ø Во влажной почве небольшое количество коллоидов может находиться в состоянии золя. 13

Ø Раздельное существование коллоидных частиц в состоянии золя связано с наличием электрокинетического потенциала и Ø Раздельное существование коллоидных частиц в состоянии золя связано с наличием электрокинетического потенциала и водной (гидратационной) оболочки на поверхности частиц. Ø Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга, могут долго находиться в суспензии, не образуя осадка. Ø При падении электрокинетического потенциала разноименно заряженные коллоиды, сталкиваясь друг с другом при хаотическом движении, склеиваются, увеличиваются в размерах и выпадают в осадок. 14

15 Ø Коагуляция – переход коллоида из состояния золя в состояние геля, дальнейшее осаждение 15 Ø Коагуляция – переход коллоида из состояния золя в состояние геля, дальнейшее осаждение называется седиментацией. Ø Коагулирующая способность электролитов неодинакова и зависит от валентности иона и его атомной массы. Ø Коагуляция коллоидов вызывается: а) действием электролитов, ионы которых несут противоположный знак заряда; б) при взаимодействии двух коллоидных систем, несущих противоположные заряды; в) высушиванием или замораживанием почвы, так как при этом происходит дегидратация (обезвоживание).

Ø Наиболее легко коагулируют гидрофобные коллоиды. Ø Гели могут быть обратимыми и необратимыми. Обратимые Ø Наиболее легко коагулируют гидрофобные коллоиды. Ø Гели могут быть обратимыми и необратимыми. Обратимые гели возвращаются в состояние золя при удалении электролита. Ø Особым видом коагуляции является тиксотропия. Ø Явление тиксотропии широко распространено в почвах, формирующихся в зоне вечной мерзлоты. 16

Ø Пептизация – это переход из состояния геля в золь. Ø Пептизация почвенных коллоидов Ø Пептизация – это переход из состояния геля в золь. Ø Пептизация почвенных коллоидов происходит а) при удалении избытка электролита (в случае обратимых гелей) б) действием ионов ОН–, которые увеличивают заряд ацидоидов; в) при насыщении почвы высокогидратированными катионами. 17

Коллоиды, насыщенные одновалентными катионами, находятся в основном в состоянии золя Na+ Fe 3+ Ca Коллоиды, насыщенные одновалентными катионами, находятся в основном в состоянии золя Na+ Fe 3+ Ca 2+ При замене одновалентных катионов двух- и трехвалентными они переходят в гель 18 Mg 2+

насыщение ППК натрием способствует образованию золя распылению почвы, и их гидратации. Na+ Fe 3+ насыщение ППК натрием способствует образованию золя распылению почвы, и их гидратации. Na+ Fe 3+ Ca 2+ насыщение ППК кальцием способствует образованию геля агрегированию почвы 19 Mg 2+

Свойства коллоидов Ø Коллоиды обладают адсорбционными свойствами, т. е. способностью поглощать катионы, анионы и Свойства коллоидов Ø Коллоиды обладают адсорбционными свойствами, т. е. способностью поглощать катионы, анионы и целые молекулы находящихся в почвенном растворе веществ. Различают ионную и молекулярную сорбцию. Ø Ионная сорбция носит обменный характер и заключается в обменной реакции между катионами диффузного слоя мицеллы и окружающего ее раствора. Ø Молекулярная сорбция – это поглощение (фиксация) на поверхности мицеллы молекул каких-либо соединений (например, молекул воды). 20

Состав почвенных коллоидов Ø Различают три группы коллоидов в почве: Ø – минеральные, Ø Состав почвенных коллоидов Ø Различают три группы коллоидов в почве: Ø – минеральные, Ø – органические, Ø – органоминеральные. 21

Минеральные коллоиды 22 Ø Представлены а) глинистыми минералами, б) коллоидными формами кремнезема и полуторных Минеральные коллоиды 22 Ø Представлены а) глинистыми минералами, б) коллоидными формами кремнезема и полуторных оксидов железа и алюминия. Ø Все глинистые минералы имеют кристаллическое строение, пластинчатую форму и являются типичными ацидоидами Ø Емкость поглощения максимальна в минералах группы монтмориллонита и вермикулита, минимальной емкостью обменного поглощения катионов обладают минералы группы каолинита Ø Все глинистые минералы способны к коагуляции при воздействии 2 -х и 3 -х-валентных катионов и легко пептизируются.

Органические коллоиды Ø Представлены в почве гумусовыми кислотами и их солями (гуматами, фульватами). Ø Органические коллоиды Ø Представлены в почве гумусовыми кислотами и их солями (гуматами, фульватами). Ø Все они типичные ацидоиды. Ø Гидрофильные коллоиды, легко меняют состояние – пептизируются при действии щелочных растворов и коагулируют под влиянием 2 -х и 3 -х-валентных катионов. Ø В почве находятся в состоянии гелей. Ø Характерная особенность гумусовых веществ – очень высокая емкость обменного поглощения катионов. Ø К группе органических коллоидов относятся также белковые вещества, представленные в почве плазмой микроорганизмов. Это типичные амфолитоиды, в кислой среде - базоиды, а в щелочной –ацидоиды. 23

Органоминеральные. Ø Комплекс переменного состава из высокодисперсных минералов и гумусовых веществ, покрытых пленками гумусовых Органоминеральные. Ø Комплекс переменного состава из высокодисперсных минералов и гумусовых веществ, покрытых пленками гумусовых кислот, гуматов, фульватов алюмо- и железогумусовых солей. Ø В состав этих коллоидов входят минералы монтмориллонитовой и гидрослюдистой групп, а также полуторные оксиды и кремнезем. Ø Формируются в почве в процессе склеивания (адгезии) гумусовых кислот и их производных с поверхностью минеральной частицы, вещества минеральной природы в них преобладают. Ø Являются ацидоидами и характеризуются относительно высокой емкостью обменного поглощения катионов. 24

Ø !!! ØВ любой почве основная масса коллоидов находится в форме гелей. 25 Ø !!! ØВ любой почве основная масса коллоидов находится в форме гелей. 25

2. Поглотительная способность почв 26 2. Поглотительная способность почв 26

!!! Поглотительной способностью почвы называется ее свойство обменно либо необменно поглощать различные твердые, жидкие !!! Поглотительной способностью почвы называется ее свойство обменно либо необменно поглощать различные твердые, жидкие и газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности содержащихся в почве коллоидных частиц. Ø Учение о поглотительной способности почв разработано в трудах К. К. Гедройца, Г. Вигнера, С. Маттсона, Е. Н. Гапона, Б. П. Никольского, Н. П. Ремезова, И. Н. Антипова-Каратаева, Н. И. Горбунова. 27

Виды поглотительной способности К. К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: Ø 1. Виды поглотительной способности К. К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: Ø 1. механическую, Ø 2. биологическую, Ø 3. химическую, Ø 4. физическую Ø 5. физико-химическую. 28

Механическая поглотительная способность Ø Механическая поглотительная способность – это свойство почв поглощать поступающие с Механическая поглотительная способность Ø Механическая поглотительная способность – это свойство почв поглощать поступающие с водным или воздушным потоком твердые частицы, размеры которых превышают размеры почвенных пор. Ø Вода, проходящая сквозь толщу почвы, очищается от взвесей. Ø Это свойство используется для очистки сточных и питьевых вод. При строительстве оросительных систем свойство почв поглощать твердые частицы используют для заиливания дна и стенок каналов в целях уменьшения потерь воды на фильтрацию (кольматирование каналов и водохранилищ). 29

Биологическая поглотительная способность Ø Биологическое поглощение вызвано способностью живых почвообитающих организмов (корни растений, микроорганизмы) Биологическая поглотительная способность Ø Биологическое поглощение вызвано способностью живых почвообитающих организмов (корни растений, микроорганизмы) поглощать различные элементы. Ø Характеризуется большой избирательностью поглощения, что обусловлено специфической потребностью разных видов живых организмов в элементах питания. 30

Химическая поглотительная способность 31 Ø Химическая поглотительная способность обусловлена образованием труднорастворимых соединений в результате Химическая поглотительная способность 31 Ø Химическая поглотительная способность обусловлена образованием труднорастворимых соединений в результате химических реакций, проходящих в почве. Ø Поступающие в почву с атмосферными, грунтовыми или поливными водами катионы и анионы могут образовывать с солями почвенного раствора нерастворимые или труднорастворимые соединения. Например: [ППК 2–)Са 2+ + Na 2 SO 4 → [ППК 2–)2 Na + ↓Ca. SO 4 Al(OH)3 + H 3 PO 4 → ↓Al. PO 4 + 3 H 2 O Na 2 CO 3 + Ca. SO 4 → ↓Ca. CO 3 + Na 2 SO 4

Физическая поглотительная способность Ø Физическая поглотительная способность – способность почвы увеличивать концентрацию молекул различных Физическая поглотительная способность Ø Физическая поглотительная способность – способность почвы увеличивать концентрацию молекул различных веществ у поверхности тонкодисперсных частиц. 32

Физико-химическая поглотительная способность Ø Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность – это способность почвы поглощать Физико-химическая поглотительная способность Ø Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность – это способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы. Ø Это свойство почвы обусловлено наличием в ее составе так называемого почвенного поглощающего комплекса (ППК), связанного с почвенными коллоидами. 33

Почвенный поглощающий комплекс (ППК) 34 Почвенный поглощающий комплекс (ППК) 34

!!! Почвенный поглощающий комплекс – это совокупность минеральных, органических, органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, !!! Почвенный поглощающий комплекс – это совокупность минеральных, органических, органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы. 35

Ø ППК в почвах зависит от: 1. гранулометрического состава 2. минералогического состава 3. содержания Ø ППК в почвах зависит от: 1. гранулометрического состава 2. минералогического состава 3. содержания гумуса, то есть от общего содержания коллоидов. 36

!!! Емкость катионного обмена (ЕКО) Емкость поглощения (ЕП) по К. К. Гедройцу - это !!! Емкость катионного обмена (ЕКО) Емкость поглощения (ЕП) по К. К. Гедройцу - это максимальное количество обменных катионов, которое может удержать почва в обменнопоглощенном состоянии, выраженное в мг·экв/100 г почвы. 37

Ø ЕКО в почвах зависит от: 1. гранулометрического состава 2. минералогического состава 3. содержания Ø ЕКО в почвах зависит от: 1. гранулометрического состава 2. минералогического состава 3. содержания гумуса, то есть от общего содержания коллоидов. Ø Песчаные почвы– 1. . . 5 мг • экв/100 г почвы, Ø супесчаные – 7. . . 8, с Ø суглинистые – до 15. . . 18, Ø глинистые – 25. . . 30 мг· экв/100 г почвы и выше. 38

Состав поглощенных катионов Ø В состав ПК входят катионы кальция, магния, водорода, калия, натрия, Состав поглощенных катионов Ø В состав ПК входят катионы кальция, магния, водорода, калия, натрия, аммония, железа и алюминия. Ø Энергия поглощения катионов зависит от валентности. Сильнее поглощаются двухвалентные катионы (Са 2+, Mg 2+), слабее – одновалентные (Na+, NH 4+, К+). Н+ составляет исключение. Его энергия поглощения во много раз превосходит энергию поглощения даже двухвалентных катионов. 39

Состав ППК в почвах разных типов Ø В черноземах ППК насыщен главным образом Са Состав ППК в почвах разных типов Ø В черноземах ППК насыщен главным образом Са 2+ и Mg 2+. Ø Известно, что эти двухвалентные катионы вызывают коагуляцию коллоидов и способны удерживать одновременно две коллоидные частицы. А так как в черноземах содержится еще и достаточное количество гумуса, то в них формируется ценная структура. 40

Ø В подзолистых почвах, находящихся к северу от черноземной зоны, кроме кальция и магния Ø В подзолистых почвах, находящихся к северу от черноземной зоны, кроме кальция и магния в ППК присутствует Н+, который создает кислую реакцию. Ø В каштановых почвах наряду с Са 2+ и Mg 2+ присутствует Na+. Ø В солонцах особенно много поглощенного Na+. Почвы, насыщенные натрием, во влажном состоянии набухают, а при высыхании сильно уменьшаются в объеме, в них возникают вертикальные трещины, образуя столбчатые отдельности. 41

Насыщенность основаниями Ø В зависимости от наличия поглощенного водорода почвы подразделяются на насыщенные и Насыщенность основаниями Ø В зависимости от наличия поглощенного водорода почвы подразделяются на насыщенные и ненасыщенные основаниями. Ø Насыщенные основаниями - черноземы, каштановые, сероземы. В их поглощающем комплексе находятся только катионы Са 2+ , Mg 2+, Na+. Ø Ненасыщенные основаниями – подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, болотные и другие почвы таежно-лесной и лесостепной зон. В них наряду с катионами Са 2+ и Mg 2+ содержатся катионы Н+ и А 13+. 42

Экологическое значение поглотительной способности почв Ненасыщенные основаниями Насыщенные основаниями Ø Содержат и Ø Реакция Экологическое значение поглотительной способности почв Ненасыщенные основаниями Насыщенные основаниями Ø Содержат и Ø Реакция среды близкая к нейтральной; Ø Хорошо оструктурены; Ø Прочная структура; Ø Обладают благоприятными физическими свойствами Са 2+ 43 Mg 2+ Ø Содержат Н+, Fe 3+ , Al 3+ Ø Реакция среды кислая; Ø Плохо оструктурены; Ø Слабая структура; Ø Обладают неблагоприятными физическими свойствами

почв Благодарю за внимание почв Благодарю за внимание