ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.03.2024
Просмотров: 89
Скачиваний: 3
Коллоиды, способные сильно гидратироваться, т.е. удерживать мощные водные пленки, называются гидрофильными. Это присуще аморфной кремниевой кислоте, минералам группы монтмориллонита, гумусовым кислотам. Коллоиды, слабо гидратирующиеся, называются гидрофобными. К ним относятся гидроксиды железа и алюминия, минералы группы каолинита и другие вещества. Деление почвенных коллоидов на гидрофильные и гидрофобные в известной степени условно. Это связано уже с тем, что по мере диспергирования и измельчения твердых коллоидных частиц гидратация их возрастает и они становятся более гидрофильными, чем до измельчения. Способность к гидратации определяется не только природой коллоида, но и составом ионов компенсирующего слоя, которые сами способны притягивать молекулы воды электростатическими силами. Каждый ион, подобно коллоидной мицелле, окружен диполями воды. Чем больше водная пленка, тем меньше энергия поглощения иона, так как сильногидратированный ион не может достаточно близко подойти к частице. Это влечет за собой увеличение диффузного слоя и электрокинетического потенциала. Гидратация ионов возрастает от трехвалентных к одновалентным.
Важнейшим свойством почвенных коллоидов является их агрегативная устойчивость, способность коллоидной системы сохранять неизменной степень дисперсности.
В почве коллоиды могут находиться в состоянии золя, или во взвешенном состоянии, разделенные жидкой фазой. Такое существование коллоидных частиц связно с наличием электрического заряда (электрокинетического потенциала) и гидратной оболочки на поверхности частиц. Электрический заряд способствует взаимному отталкиванию коллоидных частиц, а гидратная оболочка препятствует слипанию их при столкновениях.
В силу различных причин заряд коллоидов снижается, гидратная оболочка уменьшается, коллоиды начинают взаимодействовать между собой, что ведет к слипанию частиц и выпадению их в осадок в виде геля. Это явление называется коагуляцией. Коагуляцию коллоидов вызывает периодическое высушивание, нагревание, промораживание почвы, поскольку приводит к дегидратации частиц и потере ими водной оболочки. Особенно сильное коагулирующее воздействие на коллоидные частицы, сопровождающееся снижением величины электрокинетического потенциала, оказывают электролиты, в частности легкорастворимые соли. Минимальная концентрация электролита, при которой коллоиды выпадают в осадок, называется порогом коагуляции.
При насыщении коллоидов одновалентными катионами их элек- трокинетический потенциал значительно выше, чем при насыщении двухвалентными. Следовательно, чем больше валентность ионов компенсирующего слоя коллоидов, тем меньше их электрокинетический потенциал, тем легче идет процесс коагуляции.
Коллоиды, насыщенные одновалентными катионами, будут находиться в основном в состоянии золя. Такие почвы характеризуются неблагоприятными агрофизическими свойствами. Во влажном состоянии они сильно набухают, становятся вязкими, содержат много недоступной растениям влаги. В сухом состоянии очень плотные и содержат мало агрономически ценных агрегатов. Замена натрия на кальций, магний, железо будет способствовать переходу коллоидов в гель и улучшению агрофизических свойств почвы.
Коагулирующее действие электролитов может сводиться также к отнятию молекул воды от гидратной оболочки, что приводит к сжатию диффузного слоя и укрупнению частиц вследствие их слипания. Коагуляция может происходить и в результате взаимодействия разнозаряженных коллоидных частиц. Так взаимодействуют в кислой среде положительно заряженные гидроксиды железа и алюминия с отрицательно заряженными коллоидами гумусовых кислот.
Для некоторых коллоидов характерна способность к обратному переходу из геля в золь. Это явление носит название пептизация. Она происходит под влиянием одновалентных катионов и при уменьшении концентрации солей в почвенном растворе. Коллоиды, которые могут легко переходить из золя в гель и обратно, называют обратимыми. Обычно легко обратимы гидрофильные коллоиды, насыщенные одновалентными катионами. Необратимая коагуляция характерна для гидрофобных коллоидов, насыщенных двух- и трехвалентными катионами.
К особому виду коагуляции относится тиксотропия — самопроизвольное обратимое превращение золя в гель. При этом происходит застудневание дисперсной фазы вместе с дисперсионной средой. При механическом воздействии гель снова способен перейти в золь. Это явление встречается во многих зонах. В яркой форме тиксотропия проявляется в мерзлотных и слитых почвах, отдельных генетических горизонтах солонцов. Способствуют тиксотропии преобладание минералов монтмориллонитовой группы, насыщенность ППК одновалентными катионами, высокая влажность и щелочная реакция. Тиксотропная почва содержит много воды, лишена воздухопроницаемости, в ней создаются анаэробные условия и развивается оглеение.
В почвах происходит и так называемый процесс старения коллоидов. Старение не сопровождается изменением химического и минералогического состава, но свойства коллоидов изменяются резко. Снижается их гидрофильность, способность к адсорбции, степень дисперсности. Коллоиды утрачивают связь с дисперсионной средой и коагулируют, в дальнейшем может произойти частичная кристаллизация гелей.
Агрегативная устойчивость коллоидных систем возрастает в присутствии веществ, называемых стабилизаторами. В почвах эту функцию часто выполняют гуматы и фульваты натрия. Адсорбируясь на поверхности гидрофобных частиц, они обеспечивают увеличение их гидратации. Стабилизация коллоидных частиц при адсорбции на них высокомолекулярных веществ может происходить и в результате теплового движения и взаимного отталкивания гибких макромолекул, только частично связанных с коллоидами в результате адсорбции отдельных их участков.
Агрегативная устойчивость коллоидных систем имеет важное значение в процессах профильной дифференциации веществ в почвах. Коллоиды, обладающие высокой устойчивостью и длительное время находящиеся в состоянии золя, способны перемещаться в почвенном профиле на разную глубину, что приводит к формированию системы элювиальных и иллювиальных горизонтов. Коллоиды малоустойчивые быстро выпадают в осадок.
-
Понятие о почвенном поглощающем комплексе.
Любая почва способна поглощать и удерживать разнообразные вещества, приходящие с ней в соприкосновение. Важнейшую роль в этом играет почвенный поглощающий комплекс (ППК), представление о котором было впервые сформулировано К. К. Гедройцем. ППК по К. К. Гедройцу представляет собой совокупность нерастворимых в воде органических, минеральных и органо-минеральных соединений, находящихся преимущественно в высокодисперсном состоянии и обладающих высокой реакционной и ионообменной способностью. Реакция обмена между ионами почвенного раствора и ионами, удерживаемыми
ППК, является наиболее характерной особенностью почвенного поглощающего комплекса как составной части почвы.
Вещественный состав ППК в определенной мере унаследован от почвообразующей породы в соответствии с ее гранулометрическим, минералогическим и химическим составом. Однако свои главные, специфические особенности он приобретает в процессе почвообразования в результате трансформации и взаимодействия минеральных компонентов с гумусовыми веществами и их органо-минеральными производными, что оказывает существенное влияние на свойства поверхности тонкодисперсных частиц.
Минеральная основа ППК состоит в основном из глинистых минералов. В разных количественных соотношениях это обычно минералы групп каолинита и монтмориллонита, гидрослюды, вермикулит, хлориты и смешанослойные образования. В ней также присутствуют аллофаны и цеолиты, аморфные соединения алюминия, железа и кремния. Вообще в почве содержится большое количество разнообразных минеральных компонентов, в той или иной степени участвующих в формировании ППК.
Органическая часть ППК представлена в основном специфическими гумусовыми веществами. В почвах они находятся в виде гелей, труднорастворимых солей двух- и трехвалентных катионов и прочных адсорбционных комплексов с глинистыми минералами и гидроксидами. На долю адсорбционных комплексов может приходиться до 70% почвенного органического вещества.
Многокомпонентность и химическая неоднородность ППК обусловливают наличие большого спектра различных по составу и свойствам функциональных групп на поверхности почвенных частиц, участвующих в ионообменных и адсорбционных процессах.
Итак, в состав ППК входят компоненты различной природы и с разными свойствами, при этом важную роль в проявлении его специфических особенностей играют удельная поверхность почвенных частиц и их размеры. Почвенный поглощающий комплекс может состоять из частиц различного размера, но главная роль в его формировании принадлежит почвенным коллоидам.
-
Механическая поглотительная способность почвы.
Это способность почвы как всякого пористого тела задерживать в своей толще различные частицы, находящиеся в фильтрующейся через почву воде. Механическая поглотительная способность проявляется благодаря наличию в почве сложной системы пор, капилляров и ходов корней. Полые пространства нередко заканчиваются тупиками. Поэтому почва способна механическим путем задерживать не только крупные взвешенные частицы, но и также илистые и коллоидные. По мере заполнения каналов тонкодисперсными частичками механическая поглотительная способность почвы возрастает. При определенных условиях это может привести к образованию плохо проницаемого для воды горизонта, который будет служить водоупором.
Механическая поглотительная способность определяется гранулометрическим и агрегатным составом почвы и плотностью сложения. Плотные глинистые почвы практически полностью задерживают взмученные тонкодисперсные частицы. Легкие по гранулометрическому составу и рыхлые почвы с крупными агрегатами обнаруживают плохую механическую поглотительную способность.
При таком понимании механическое поглощение не относится к сорбционным процессам. В то же время в почве возможен ряд внутридиффузионных процессов, например диффузия молекул органических соединений в поровые пространства почвенных частиц с последующим механическим (или в сочетании с другими силами) удержанием молекул. Так как это приводит к перераспределению растворенного вещества между фазами системы, то такие явления могут быть отнесены к сорбции.
