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

Устудией, образованных белками, скорость синерезиса зависит также

иот pH. Так, для желатина он активнее всего проявляется в изоэлектрической точке.

Практическое значение синерезиса велико. Чаще всего явления си­ нерезиса в быту и промышленности нежелательны. Например, с синерезисом связано черствение хлеба и отмокание кондитерских изде­ лий — мармелада, желе, фруктовых джемов, карамели. Борьба с черствением хлеба представляет важную народнохозяйственную проблему. Вредное действие оказывает синерезис в промышленности искусствен­ ного волокна, взрывчатых веществ, в производстве многих красителей.

чины электрического заряда и степени гидратации коллоидных частиц. В результате уменьшается способность коллоидов тканей и органов связывать воду. Более поздние исследования показали, что процес­ сы старения белков связаны не только со структурообразованием в растворах высокополимеров, но и с явлениями медленно протекающей денатурации. Именно процессами синерезиса и дегидратации объясня­ ется появление у тканей с увеличением возраста организма новых ка­ честв — большей жесткости и меньшей эластичности.

Однако объяснять причину старения живого организма только ста­ рением его коллоидов нельзя. Как известно, в организме происходит непрерывный обмен веществ, процесс ассимиляции и диссимиляции, разрушение органической субстанции и образование ее. И хотя прото­ плазма всех организмов находится в коллоидном состоянии, причи­ ны старения их кроются не в физико-химических, а более сложных, би­ ологических процессах. В самом деле, в любом растворе того или иного коллоида не наблюдается специфического, присущего именно живым организмам обмена веществ и энергии, явлений ассимиляции и дисси­ миляции. Если у коллоидов протоплазмы в процессе ее жизнедеятель­ ности и наблюдается постепенное понижение водосвязывающей спо­ собности, уменьшение стойкости и изменение других свойств, сходных с изменениями коллоидных растворов, то они происходят в результате направленного изменения химического состава коллоидов организма, определяемых п р о ц е с с а м и о б м е н а в е щ е с т в .

— 489 —

§137. Почвенные коллоиды

Кпочвенным коллоидам относятся высокодисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит почвенный раствор, а дисперсной фазой — части­ цы почвы размерами от 0,2 до 0,001 мк. В развитии учения о почвенных коллои­ дах, а также в выяснении их роли в создании почвенного плодородия большое

значение имели работы К. К. Г е д р о й ц а в первые десятилетия XX в. Они посвящены разработке вопроса о поглотительной способности почв. Под этим понятием Гедройц понимал способность почвы поглощать (задерживать) находя­ щиеся в почвенном растворе соединения. Дело в том, что коллоиды почвы, имея огромную поверхность, обладают способностью адсорбировать из окружающей среды не только ионы электролитов, но и значительные количества газов, пароз

ижидкостей.

Всвоих исследованиях К. К. Г е д р о й ц вскрыл закономерности обмена катионов в почвах и влияния состава обменных катионов на свойства почв, а так­ же разработал ряд методов изучения обменного поглощения катионов. Совокуп­ ность соединений, которые обладают способностью к обменным реакциям, назва­ на Гедройцем почвенным поглощающим комплексом. С химической точки зрения он характеризуется как комплекс нерастворимых в воде алюмосиликатных, ор­ ганических и органоминеральных соединений, с физической точки зрения — как «совокупность почвенных соединений, которые находятся в почве в мелко­ раздробленном состоянии, это высокодисперсная часть почвы, ультрамеханическая часть ее, по всей вероятности, близко совпадает с коллоидной частью поч­ вы».

Исследования академика Гедройца были продолжены и развиты В. Р. Виль­

ямсом, Г. Вигнером, И. Н. Антиповым-Кратаевым, С. Мэттсоном, А. Н. Соко­ ловским, Н. П. Ремезовым, С. Н. Алешиным, Н. И. Горбуновым и другими ис­ следователями.

Многочисленные, исследования этих ученых показали, что адсорбционная способность почвы связана с наличием в ней коллоидных частиц, так как частицы более крупных размеров практически не участвуют в процессах поглощения и являются малоактивной с химической точки зрения ее частью.

По своей природе почвенные коллоиды делятся на минеральные, органиче­ ские и комплексные, т. е. органо-минеральные. Минеральная часть (обычно преоб­ ладающая в составе почвенных коллоидов) в основном состоит из вторичных ми­ нералов, имеющих кристаллическое строение, и из аморфных веществ. В табл. 93 приведен состав минералов высокодисперсной фракции различных почв.

Органические почвенные коллоиды в основном представлены гумусовыми веществами: гуминовыми кислотами, фульвокислотами и гумином. Органо-ми­ неральные соединения представляют собой преимущественно соединения гуму­ совых веществ с глинистыми и другими вторичными минералами.

В природе почвенные коллоиды образуются не только в результате измель­ чения и выветривания горных пород и минералов, но и в результате различных реакций, происходящих в почвах между минеральными и органическими мине­ ралами. Как мы видели из табл. 93, качественный (а также и количественный) состав высокодисперсной части разных почв неодинаков. Так, коллоиднодисперсные частицы в тяжелых глинистых почвах составляют до 50% от веса почвы, в су­ глинистых — до 30%, а песчаных — до 3%.

По своему элементарному составу коллоидная фракция значительно отли­ чается от остальной массы почвы. В почвенных коллоидах содержится меньше кремнезема и значительно больше полуторных оксидов и особенно гумусовых веществ. Одним из важнейших свойств коллоидов почвы является их высокая поглотительная способность. Они легко адсорбируют из водных растворов (точ­ нее из почвенных растворов) различные катионы: К+, Na+, Са2+, Mg2+, NH^, Н* до полного насыщения поверхности коллоидных частиц. После насыщения даль­ нейшая адсорбция может происходить лишь путем обмена уже адсорбированных катионов на катионы почвенного раствора. Общее количество катионов, которое могут поглотить 100 г почвы, получило название емкости поглощения или емкости обмена почвы.

Емкость поглощения принято выражать в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы (мг-экв на 100 г). Для определения емкости поглощения все катионы

— 490 —

Т а б л и ц а 93

— 491 —

почвы вытесняются одним (Ва2+, N H /) путем многократной обработки ее раство­

емкости поглощения любых почв зависит от целого ряда факторов: содержания

100 мг-экв и даже более. Наибольшей емкостью обмена обладают гумусовые веще­ ства почвы: исчисляется сотнями миллиграмм-эквивалентов на 100 г этих ве­ ществ. Вот почему наиболее богатые гумусом почвы обладают и более высокой емкостью поглощения по сравнению с малогумусовыми. В качестве примера можно назвать черноземные почвы, а также верхние горизонты почв.

В силу разнообразия природных условий и особенностей почвообразова­ тельного процесса состав поглощенных катионов у различных типов почв неоди­ наков. Например, черноземные почвы в поглощенном состоянии содержат преимущестррно кальций, а подзолистые и дерново-подзолистые, помимо кальция, со­ держат убиенные водород и алюминий. Солонцовые и солонцеватые почвы содер­ жат поглощенный натрий в различных количествах. Для красноземных почв ха­ рактерно преобладание в почвенном поглощающем комплексе ионов алюминия и водорода. В табл. 94 приведены данные по составу обменных катионов и емкости поглощения в почвах различных зон нашей страны.

Согласно К. К. Гедройцу, все почвы подразделяются на насыщенные и нена­ сыщенные основаниями. Как видно из приведенной выше таблицы, насыщенные основаниями почвы не содержат в поглощенном состоянии ионов водорода и алю­ миния (черноземы обыкновенные и южные и некоторые другие). Ненасыщенные основаниями почвы, кроме кальция и магния, содержат в поглощенном состоя-

— 492 —