第八章 土壤胶体化学和表面反应
第八章 土壤胶体与土壤离子交换-胶体性质
土壤胶体的结构和性质
4. 土壤胶体的吸附性和交换能力
由于胶体的巨大表面能，使其对周围分 子或离子有很强的吸附力，同样胶体的电 性使其扩散层的离子与土壤溶液中的离子 有交换能力。
比表面积 （cm2·g-1）
45,200
226,000
452,000
2,260,000
很显然,土粒越细比表面越大,土壤中颗粒的形状多种多样. 只有砂粒近 似球形,但其表面大多不平,大部分粘粒多为片状,棒状,针状, 实际上胶 体的表面积比光滑的球体大得多。
由于土壤胶体具有巨大表面积，从而具有巨大的表面能。
立方体数 目 1 103 106 109 1012 1015 1018 1021
总表面积
6cm2 60cm2 600cm2 6000cm2 6m2 60m2 600m2 6000m2
比表面积 （cm2·cm-3）
6 6×10 6×102 6×103 6×104 6×105 6×106 6×107
土壤胶体的结构和性质
土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减 小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等 措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构； 相反，土壤水分过多，土壤溶液电解质浓度相应减小，扩散层加厚， 胶粒互相排斥而成溶胶状。 常年泡水的沤水田、烂泥田，土粒分散，缺少结构，通气性差， 栽秧后易产生浮秧，就是因为胶粒分散，土壤不沉实。这种情况下， 施用石灰（CaO）、石膏（CaSO4），增加Ca2+浓度，对沉实土壤， 改良土性，有明显效果。
H2SiO3
HSiO3- +H+
SiO32-+H+ （带正电）
土壤胶体的结构和性质
第八章胶体化学(粘土——水系统)
第八章胶体化学( 粘土——水系统)教学要求：1. 明确胶体的概念及胶粒的粒径范围。
明确憎液溶胶的主要特征。
2. 明确胶体的光学性质（丁达尔效应）、动力性质（布朗运动、扩散、沉降）。
3. 熟悉溶胶的电学性质（电泳、电渗），理解胶粒带电的原因。
4. 明确扩散双电层理论，能根据胶体制备条件写出胶团的结构式。
5. 掌握憎液溶胶的稳定和聚沉的原因，了解电解质及其他因素对溶胶稳定性的影响。
6. 清楚聚沉值、聚沉能力、价数规则的含义，能判断电解质聚沉能力的大小。
7. 了解粘土胶体结构的带电原因，及影响其阴、阳离子交换能力大小的因素。
8. 明确影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性、可塑性的因素。
教学重点难点：1．明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。
2．重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。
明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。
胶体化学部分省略粘土——水系统1粘土的荷电性（1）负电荷：①粘土晶格内离子的同晶置换，硅氧四面体中Si4+被Al3+所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。
蒙脱石：2：1型，二八面，层间水，高岭石：1：1型，二八体，无层间水高岭石中破键,少量同晶置换，③吸附在表面的腐殖质离解而产生。
（2）两性电荷①高岭石在酸性或中性及弱碱性条件下，带正电荷。
②高岭石在强碱性条件下，OH基中H解离，使得边面带负电荷。
2 粘土的离子吸附与交换粘土由于同晶置换，破键和吸附腐殖质的离解使得粘土带负电。
（1）吸附：介质中的阳离子。
H+饱和是纯粘土；Na+饱和是Na粘土；自然界中大量存在是Ca2+。
离子被吸附的难易程度取决于离子的电价及水化半径，电价升高，易被吸附，同价阳离子+>K+>Na+>Li+水化半径越小，越被吸附。
其顺序 H+>Al3+>Ba2+Sr2+>Ca2+>Mg2+NH4（2）离子交换：由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被吸附在粘土颗粒上的阳离子，就可能被吸附能力更强的离子所置换。
第八章土壤胶体表面化学
B. 土壤胶体的种类 土壤质地完全相同的两种土壤， 它们所带的电荷数量可以完全不同。这是有胶体 类型不同所致。 C. pH值 主要影响可变电荷的数量。
三、土壤胶体表面电位
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。
双电层模型
胶核 胶体微粒
胶粒
决定电位离子层（内） 双电层 非活性离子层 补偿离子层（外） 扩散层
Boltzmann方程
Cx=Coexp( )
Gouy（1910）和Chapman（1913）提出的双电层模型
x=o exp(-Kx)
式中o为表面电位，k是与离子浓度、价数、 介电常数和温度有关的常数。在室温下：k ＝3×107 Z Co 1/K称为扩散双电层的厚度 。 离子价数越高，离子浓度越大，K值越大，双电层 的厚度越小，因此，增加离子的价数和浓度，可使 双电层压缩 。
***影响土壤阳离子交换量的因素有：
（1）质地 质地越粘重，含粘粒越多的土壤， 其阳离子交换量也越大。
质地 CEC 砂土 1~5 砂壤土 7~8 壤土 15~18 粘土 25~30
（2）有机质 OM % CEC
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 高岭石
（4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤 的可变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
（三）土壤电荷数量
土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离 子的厘摩尔数表示。CEC即为pH7时土壤净负电 荷的数量。
土壤电荷主要集中在胶体部分。
土壤学第八章 土壤酸碱性和氧化还原过程
全文电子教材土壤与土壤资源学（上篇：土壤学）林学专业第八章土壤酸碱性和氧化还原过程第一节土壤酸碱性一、土壤酸度类型及来源1、活性酸由土壤溶液中游离的H+引起的，常用pH值表示，即溶液中氢离子浓度的负对数。
土壤中的水分含有各种可溶的有机、无机成分，有离子态、分子态，还有胶体态的，因此土壤中的水实际上是一种极为稀薄的溶液。
盐碱土中土壤溶液的浓度比较高。
土壤酸碱性主要根据活性酸划分：pH在6.6~7.4之间为中性。
我国土壤pH一般在4-9之间，在地理分布上由南向北pH逐渐减小，大致以长江为界。
长江以南的土壤为酸性和强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性，少数为强碱性。
2、潜性酸土壤胶体上吸附的氢离子或铝离子，进入溶液后才会显示出酸性，称之为潜性酸，常用1000克烘干土中氢离子的厘摩尔数表示潜性酸可分为两类：（1）代换性酸：用过量中性盐（氯化钾、氯化钙等）溶液，与土壤胶体发生交换作用，土壤胶体表面的氢离子或铝离子被侵提剂的阳离子所交换，使溶液的酸性增加。
测定溶液中氢离子的浓度即得交换性酸的数量。
（2）水解性酸：用过量强碱弱酸盐（CH3COONa）浸提土壤，胶体上的氢离子或铝离子释放到溶液中所表现出来的酸性。
CH3COONa水解产生NaOH，pH值可达8.5，Na+可以把绝大部分的代换性的氢离子和铝离子代换下来，从而形成醋酸，滴定溶液中醋酸的总量即得水解性酸度。
要改变土壤的酸性程度，就必须中和溶液中和胶体上的全部交换性氢离子和铝离子。
在酸性土壤改良时，可根据水解性酸来计算所要施用的石灰的量。
3、土壤酸的来源（1）土壤中H+的来源由 CO2引起（土壤空气、有机质分解、植物根系和微生物呼吸）；土壤有机体的分解产生有机酸；硫化细菌和硝化细菌还可产生硫酸和硝酸；生理酸性肥料（硫酸铵、硫酸钾等）的施用。
（2）气候对土壤酸化的影响在多雨潮湿地带，盐基离子被淋失，溶液中的氢离子进入胶体取代盐基离子，导致氢离子积累在土壤胶体上。
345林业基础知识综合(土壤学)
林业基础知识综合（土壤学部分）考试大纲一、考试性质土壤作为水土流失的主要对象，其土壤组成、理化性质、剖面特性、地域差异及分布格局等均对土壤侵蚀产生不同程度的影响。
全面了解土壤及其地面组成物质的特性并深入认识水土流失规律，对揭示土壤侵蚀机理和设计实施有效的水土保持措施具有重要意义。
本课程考试是为招收林学一级学科生态工程方向专业型硕士研究生而设置的具有选拔功能的水平考试，其主要目的是测试考生对土壤学基本概念、重要机制和理论体系等内容的掌握程度和应用相关知识解决问题的能力。
本课程与植物学共同构成林业基础知识综合（150分）的考试科目，卷面分值各为75分。
为帮助考生明确本考试科目的考试复习范围和有关要求，特制定本考试大纲。
二、考试的基本要求要求考生全面系统地掌握土壤学的基本概念、理论与方法，熟悉本专业研究对象的基础属性，具有运用本课程基础理论、技术和方法分析土壤侵蚀机理、设计水土保持综合措施和有效防治水土流失的能力。
三、考试方法和考试时间考试采用闭卷笔试形式。
卷面满分为50分，考试时间为3个小时。
四、考试内容和考试要求绪论土壤的概念；土壤的基本组成；土壤与土体、土地概念的关系与区别；土壤在农业生产和生态系统中的重要性；土壤科学发展趋势。
第1章土壤矿物质土壤矿物质的概念；矿物质颗粒分级及其属性；土壤颗粒组成和质地分类体系；土壤质地和肥力的关系及其调控途径。
第2章土壤有机质土壤有机质的来源、组成及其特点；土壤有机物质的性质；土壤有机质对土壤肥力的影响作用。
第3章土壤生物土壤生物多样性；影响土壤微生物活性的因素；土壤微生物的空间分布特征（水平分布、剖面分布、共生等）。
第4章土壤质地和结构土壤三相组成（密度、容重、空袭度）；土粒种类与粒级；土壤机械组成、质地及分类制；不同土壤的肥力特点和利用改良途径；土壤结构及分类；团粒结构及其在土壤肥力上的意义。
第5章土壤水土壤水的类型（吸附水、毛管水、重力水）、相互联系及土壤水有效性；土壤水的能态；土壤水的运动（饱和流、非饱和流、水汽运动）；土壤水的再分布（渗透、蒸发）。
土壤学复习重点
土壤学复习重点第一章绪论1、土壤的物质组成 : 土壤由矿物质、有机质 ( 土壤固相 ) 、土壤水分 ( 土壤液相 ) 、和土壤空气 ( 土壤气相 ) 三相四类物质组成。
2、土壤肥力 : 指土壤在某种程度上能同时不断地供给和调节植物正常生长发育所需要的水分、养分、空气、热量的能力。
3、土壤生产力 : 土壤生长植物并提供产品的能力, 由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外界条件所决定。
4、成土因素 : 气候、生物、地形、母质和时间。
第二章土壤的矿物组成1、矿物 : 矿物是天然产生与地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的化合物或单质。
土壤矿物按矿物来源, 可分为原生矿物和次生矿物; 按矿物的结晶状态 , 可分为结晶质和非晶质。
2、岩石 : 岩石是指由一种或数种矿物组成的自然集合体。
3、风化作用 : 风化作用是指地壳最表层的岩石在空气、水、温度和生物活动的影响下 , 发生机械破碎和化学变化的过程。
包括物理风化、化学风化、生物风化三种类型。
4、物理风化 : 指岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。
特点: 只能引起岩石形状大小的改变 , 而不改变其矿物组成和化学成分。
5、化学风化 : 指岩石在化学因素作用下, 其组成矿物的化学成分发生分解和改变 , 直至形成在地表环境中稳定的新矿物。
特点: 不仅使已破碎的岩石进一步变细,更重要的是岩石发生矿物组成和化学成分的改变, 产生新的物质。
6、生物风化 : 指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作用。
7、构成层状硅酸盐粘土矿物的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。
8、同晶替代 : 是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子替代而晶格构造保持不变的现象。
9、高岭组 :1:1型粘土矿物,晶层由一层硅片和一层铝片重叠而成。
两个晶层的层面间产生了键能很强的氢键 , 不易膨胀。
基层内没有或极少同晶替代现象 , 其电荷数量少。
颗粒较粗、总表面积相对较小 , 可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都较弱。
3土壤科学原理与实践土壤有机质2019
The researchers say the findings show that organic crop production rates change little over time, and that soil fertility increases. They say the findings suggest（暗示着） that organic farmers can help the environment by increasing soil fertility.
The study found that the organic fields produced about twenty percent fewer （ 少 20% ） crops than the other fields. However, the farmers used less fertilizer7 and energy on the organic fields. They found the organic fields were healthier.
非腐殖物质：
●特定物理化学性质、结构已知的有机化合物，
●分微生物改变的植物有机化合物和微生物合成的有
机化合物；
●约占20%～30%；
●其中碳水化合物（包括糠醛酸）占土壤有机质的5%
做正确的事（目标） 正确地做事（方法）
2019年秋季学期:
没学过土壤学的研究生： 第1次：每人扩展一个讲座的内容，必须增加一些实践内容。
1 绪论
————
2 土壤矿物质
————
3 土壤有机质
————
4 土壤生物
————
5 土壤质地和结构
————
6 土壤水
《土壤学》作业及复习题09
《土壤学》作业及复习题绪论一、名词解释：–土壤圈–土壤–土壤肥力–土壤生产力–土壤肥力的生态相对性二、填空1.自然界土壤由、、三相物质组成。
2.土壤的本质属性是。
3.四大肥力因子是。
4.土壤是由____、____、___三相组成的，固相约占土壤总体积的___，包括____和____。
5.土地日是每年的。
6.我国耕地面积占土地面积的。
7.土壤生产力的大小由（）和（）共同决定。
三、问答题1.土壤与土壤圈、土壤肥力与土壤生产力；肥力四因素是什么？★2. 简述土壤的基本物质组成。
★3.简述城市绿地土壤的特征。
★4.怎样提高土壤的生产力？5.土壤的基本特性？6.土壤在植物生长繁育中有哪些特殊作用？通过学习本课程您是如何认识土壤在农业生产中的重要作用的？第一章土壤矿物质(Soil mineral )一、名词解释：–风化作用–成土母质–硅铝铁率–同晶代换–粘土矿物二、填空1.土壤矿物质来自__，其矿物组成按其成因可分为____和____。
2.矿物按成因分为（）和（）。
3.根据成因将岩石分为（）、（）和（）三大类。
4.岩石风化作用的类型有（）、（）和（）三大类5.近代气候下形成的母质按其搬运方式和堆积特点，可分为母质和母质。
6.层状硅酸盐粘土矿物的基本结构单位是（）和（）。
7.土壤次生矿物种类主要有_____、______、______。
8.高岭石晶层一面为，另一面为，因而重叠时有＿键.9.粘土矿物的基本构造单元是（）和（）。
10.方土壤的粘土矿物以（）为主，北方土壤的粘土矿物主要以（）为主。
11.高岭石是类型的黏土矿物，蒙脱石是类型的黏土矿物。
12.三、单项选择1、下列风化过程不属于化学风化的为（）： A、溶解 B、水解 C、水化 D、水蚀2、自然界最难风化的矿物种类是（）： A、辉石 B、方解石 C、白云母 D、石英3、下列矿物中属于次生矿物的为（）。
A．石英 B. 正长石 C. 角闪石 D. 方解石4、影响土壤物理风化的主要因素是（）A．温度 B. 结冰 C. 流水 D. 风蚀5、影响土壤化学风化的主要因素是（）A．溶解 B. 水化 C. 水解 D. 氧化6、分布最广的成土岩石是（）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（三）土壤胶体双电层结构和表面电位
胶体微粒
胶核 双电层
决定电位离子层（内） 非活性离子层
补偿离子层（外） 扩散层
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***(图8-2)。
们都称为盐基离子。
（2）盐基饱和度(base saturation percentage)BSP
在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子的数量
占所有吸附的阳离子的百分比，叫盐基饱和度***。
盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应； 而盐基不饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤；
盐基饱和交阳度换离性子盐交基换总量当量量（/量1/1（ 0毫 0克0克0毫克土土克当））100%
中
高
***影响土壤阳离子交换量的因素有：
（1）质地 质地越粘重，含粘粒越多的土壤， 其阳离子交换量也越大。
质地
砂土 砂壤土 壤土
粘土
CEC
1~5
7~8
（2）有机质 OM % CEC
15~18
25~30
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 高岭石
（4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤 的可变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
表8-3 不同类型土壤胶体的阳离子交换量
土壤胶体
CEC[cmol(+).kg-1]
腐殖质 蛭石 蒙脱石 伊利石 高岭石 倍半氧化物
200 100-150 70-95 10-40
3-15 2-4
4．影响阳离子交换能力的因素**
（1）电荷的影响；
总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越 高，土壤的比表面积越大。
(二)比表面积的测定方法
1、仪器法 2、吸附法 氮气、甘油、乙二醇醚等
Байду номын сангаас
三、土壤表面电荷和电位
（一）土壤电荷的起因和种类
1、永久电荷(permanent charge)*** 永久电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。
2、可变电荷(variable charge)*** 随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电荷
三、阳离子交换（观看演示）
（一）阳离子交换作用***
在土壤中，被胶体静电吸附的阳离子，一般都可 以被溶液中另一种阳离子交换而从胶体表面解吸。对
这种能相互交换的阳离子叫做交换性阳离子，而 把发生在土壤胶体表面的阳离子交换反应称之为阳 离子交换作用***。
*** 阳离子交换作用的特征：
（1）阳离子交换作用是可逆反应。 （2）交换是等当量进行的。 （3）阳离子交换受质量作用定律的支配。
15-150 1-50 90-150 5-40 10-45 25-30 130-400
700-850 400-800 90-150
5-40 10-45 430 260-800
我国几种主要土壤的比表面积： 砖红壤 60－80m2g-1 红 壤 100－150m2g-1 黄棕壤 200－300m2g-1
第八章 土壤胶体化学和表面反 应
二、土壤胶体的比表面和表面积
(一)土壤胶体的表面积
表8－1 土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2·g-1）
胶体成分
内表面积
外表面积 总表面积
蒙脱石 蛭石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石
700-750 400-750
0-5 0 0 400 130-400
离子的水合半径(nm) 1.008 0.790 0.537 0.532 0.509
交换能力
弱
强
2．盐基离子与盐基饱和度
（1）盐基离子与致酸离子***
第一类是氢离子和铝离子，它们是致酸离 子，与土壤的酸度有密切关系。
第 二 类 是 其 他 的 一 些 金 属 离 子 ， 如 Ca+2 、 Mg+2、K+、NH4+……等，在古典化学上，它
第三节 土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
一、离子吸附的一般概念
根据物理化学的反应，胶体在溶剂中呈不 均一的分布状态，固体颗粒表面的离子浓度与
溶液内部不同的现象称为吸附作用**。
凡使胶体表面层中溶质的浓度大于液体内部
浓度的作用称为正吸附，反之则称为负吸附.
二、阳离子静电吸附
1、阳离子静电吸附 由库仑定律可知:
称为可变电荷。
可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子团 的解离：
A. 含水氧化硅的解离 B. 粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离 C. 腐殖质上某些官能团的解离 D. 含水氧化和水铝石表面的分子中OH的 解离； pH< 3.2
从上述四种情况来看，土壤胶体所带的 电荷数量和性质与介质的pH值有密切关系。
（二）土壤的电荷数量**
1、土壤电荷主要集中在胶体部分。 2、胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础。 3、有机胶体和无机胶体的电荷具有非加和性。
***影响土壤电荷数量的因素主要有：
A. 质地 土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总 量也越多。
B. 土壤胶体的种类 土壤质地完全相同的两种土壤， 它们所带的电荷数量可以完全不同。
土壤胶体表面所带的负电荷愈多，吸附的阳离 子数量就愈多；
土壤胶体表面的电荷密度愈大，阳离子所带的 电荷愈多，则离子吸附得愈牢。
M3+>M2+>M+ Al3＋>Mn2＋>Ca2＋>K+
Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
表8－2 离子半径与吸附力
一价离子
Li+
Na+ K+
NH+4 Rb+
离子的真实半径(nm) 0.078 0.098 0.133 0.143 0.149
***土壤阳离子交换量(cation exchange capacity)-
CEC
是指土壤溶液为中性（pH = 7）时，每千
克土所含 的全部交换性阳离子的厘摩尔数称为
土壤的阳离子交换量。（CEC：cmol(+)kg-1 ）
阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。
CEC
<10 10~20 >20
保肥能力 低
图8－2 双电层模型
Boltzmann方程
ZFx
Cx=Coexp(
)
RT
Gouy（1910）和Chapman（1913）提出的双电层模型
x=o exp(-K•x)
式中o为表面电位，k是与离子浓度、价数、 介电常数和温度有关的常数。在室温下：
k＝3×107 Z •Co
1/K称为扩散双电层的厚度 。
离子价数越高，离子浓度越大，K值越大，双电层的厚度越 小，因此，增加离子的价数和浓度，可使双层压缩 .