Файл: Болдырев, А. И. Физическая и коллоидная химия учеб. пособие.pdf

тетраэдры заключаются в квадратные скобки; в круглых скобках ста­ вятся катионы октаэдров; катионы между силикатными слоями ста­ вятся перед катионами октаэдров; группы ОН в вершинах октаэдров, к которым не примыкают вершины тетраэдров, ставятся в круглые скобки, после квадратных; вода помещается в конце формулы.

Установлено, что важнейшие физико-химические и водно-физичес­ кие свойства почвы — емкость поглощения, гидрофильность, связность, липкость, реакция среды и многие другие — находятся в прямой зави­ симости от минералогического состава. Теперь известно, что доступ­ ность для растений тех или иных питательных элементов в значитель­ ной мере зависит от вида минералов, содержащихся в почве, и от сте­ пени их дисперсности.

Глинистые минералы в основном сосредоточены в илистой (менее 0,001 мм) фракции почв. Составом и строением минералов этой фрак­ ции в значительной степени определяется и поглотительная способность почвы по отношению к катионам и анионам. Чем выше емкость погло­ щения почвы, тем больший запас питательных элементов в ней сосредо­ точен, следовательно, лучше ее потенциальное плодородие.

Минералы группы монтмориллонита обладают не только наиболь­ шей степенью дисперсности, но и наибольшей поглотительной способ­ ностью (100—150 мг-экв! 100 г). Эти минералы способны сильно набухать и содержат до 30% связанной воды, которая не может усваиваться рас­ тениями. Присутствие минералов монтмориллонитовой группы в поч­ вах всегда положительно сказывается на растениях, обеспечивает боль­ шее содержание в них необходимых питательных элементов. Однако почвы, очень богатые монтмориллонитом, имеют невысокую агрономи­ ческую ценность. При высыхании таких почв образуются трещины, во­ допроницаемость их становится неодинаковой, на поверхности образу­ ется прочная корка. Эти отрицательные свойства монтмориллонита осо­ бенно сильно проявляются на почвах, бедных гумусом. При достаточ­ ном количестве гумуса физико-химические свойства такой почвы зна­ чительно улучшаются за счет образования водопрочных органо-мине­ ральных агрегатов. Практика показывает, что добавление в сильно де­ градированные песчаные почвы глин, содержащих минералы монт­ мориллонитовой группы, положительно сказывается на плодородии.

Минералы каолинитовой группы по своим свойствам резко отлича­ ются от монтмориллонита. Каолинит обладает очень малой емкостью поглощения (7—10 мг-экв! 100 г); он практически не набухает и содержит весьма незначительное количество воды. Почвы, в которых много это­ го минерала, вследствие малой емкости поглощения отличаются низким плодородием. Сам каолинит не содержит поглощенных оснований и поэтому не является источником питания для растений. Почвы, содер­ жащие много каолинита, хорошо отзываются на внесение в них калия и других оснований.

Минералы группы гидрослюд чрезвычайно богаты легкодоступным для растений калием (до 6—7%). Емкость поглощения гидрослюд в

— 49 —

В трудах многих ученых отмечается активное участие глинистых минералов в повышении степени доступности фосфатов почвы, калия и микроэлементов. Наличие в почвах полуторных оксидов, а также ток­ сичного для растений подвижного алюминия обусловлено составом и строением высокодисперсных (в том числе и глинистых) минералов. Таким образом, качественный и количественный состав вторичных ми­ нералов имеет одно из первостепенных значений в создании основного свойства почвы — ее плодородия.

ЖИДКОЕ АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ

§ 12. Характеристика жидкого состояния

Жидкости по своим свойствам занимают промежуточное положе­ ние между твердыми телами и газами и сходны как с теми, так и с дру­ гими. При низких температурах по некоторым свойствам жидкости сходны с газами: они текучи, не имеют определенной формы, аморфны и изотропны, т. е. однородны по своим свойствам в любом направлении. Сдругой стороны, жидкости обладают объемной упругостью, как и твердые тела. Они упруго противодействуют не только всестороннему сжатию, но и всестороннему растяжению. Молекулы их стремятся к некоторому упорядоченному расположению в пространстве, т. е. жидкости имеют зачатки кристаллического строения.

Тепловое движение частиц жидкости несколько отличается от та­ кового в твердых телах, так как жидкость обладает более рыхлой струк­ турой. В ней всегда есть свободные места — «дырки», благодаря ко­ торым молекулы могут перемещаться, покидая свое место и занимая одну из соседних свободных «дырок». На новом месте каждая молеку­ ла в течение некоторого промежутка времени совершает колебательные движения около определенной точки равновесия, затем вновь переме­ щается в свободную «дырку» ит. д. Таким образом, тепловое движение молекул жидкости совершается в виде сравнительно редких перемеще­ ний этих молекул из одних временных положений равновесия в другие и тепловых колебаний в промежутках между перемещениями. Именно по этой причине жидкости отличаются высокой текучестью и прини­ мают форму того сосуда, в котором они находятся.

Средней кинетической энергии молекулы жидкости вполне хватает, чтобы совершать перескоки из одного положения равновесия в другое, но этой энергии явно недостаточно для того, чтобы полностью преодо­ леть силы взаимодействия окружающих молекул. Из жидкости вы­ рывается лишь небольшое число наиболее быстрых молекул (процесс испарения). Вследствие этого молекулы в жидкости в отличие от газов, располагаются очень близко друг к другу. В большинстве случаев у жидкостей среднее расстояние между отдельными молекулами равно

примерно 3 А, радиус же силы межмолекулярного взаимодействия мо­

лекулы равен примерно 10 А. Таким образом, тепловые движения мо­ лекул жидкости не выходят за пределы действия когезионных сил, по­ этому жидкости имеют постоянный объем.

— 50 -

В вопросе внутреннего строения жидкостей до сих пор еще многое остается неясным. На сегодняшний день не представляется возможным предвидеть и рассчитывать различные свойства жидкостей, как это уда­ ется во многих случаях для газов и кристаллических веществ. Это объ­ ясняется тем, что внутреннее строение жидкостей значительно сложнее внутреннего строения не только газов, но и кристаллов.

Огромную роль в свойствах жидкостей играет объем молекул, их форма и полярность. Если молекулы жидкости полярны, то происходит ассоциация (объединение) двух или более мо­ лекул в сложный комплекс (рис. 25). В таких жидкостях, как вода, жидкий аммиак, боль­ шую роль в ассоциации молекул играет нали­ чие так называемой водородной связи.

Свойства жидкостей в значительной мере зависят от степени ассоциации их молекул. Как показывает опыт, ассоциированные жидкости обладают более высокой темпера­ турой кипения, меньшей летучестью. С по­ вышением температуры комплексы распада­ ются и тем сильнее, чем слабее силы взаимо­ действия молекул в комплексе.

Существуют и так называемые кристаллические жидкости или жид­ кие кристаллы, которые, будучи жидкостями, обладают, как и кристал­ лические вещества, анизотропными свойствами. В качестве примера

О

Такая форма затрудняет вращение молекул в жидкости и способствует их более упорядоченному расположению. При плавлении кристаллов таких веществ сначала образуется кристаллическая жидкость, которая при дальнейшем повышении температуры превращается в обычную изо­ тропную жидкость.

§ 13. Поверхностное натяжение и поверхностная энергия

Жидкость всегда стремится принять такую форму, при которой ее поверхность при данном объеме будет наименьшей. Этому условию отвечает шар.

Поверхностный слой жидкости по своим физико-химическим свой­ ствам отличается от ее внутренних слоев. На каждую молекулу внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения со стороны окружа­ ющих молекул, поэтому силовое поле каждой молекулы внутри жидко­ сти симметрично насыщено (рис. 26). Равнодействующая всех сил притяжения равна нулю. Иначе обстоит дело с молекулами, которые находятся в поверхностном слое жидкости. На них действуют силы притяжения только со стороны молекул, находящихся в нижней полу­

- 51 -

сфере. Силы, действующие вне жидкости, ничтожны и ими можно прене­ бречь. В результате этого равнодействующие молекулярных сил уже не равны нулю и направлены вниз. Поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидко­ сти. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к со­

кращению.

Наличие у поверхностных молекул жидкости ненасыщенных, неис­ пользованных сил сцепления является источником избыточной поверх­

— 52 —