土壤胶体及讲义其离子交换
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
土壤胶体与离子交换作用
盐 基 饱 和 度 （ % ） =
× 1 0 0 %
阳 离 子 交 换 量 （ c m o l / k g ± ）
它与土壤酸碱反应关系密切
当土壤胶体吸附的阳离子全部或大部分为盐基离子时， 则土壤呈盐基饱和状态，这一土壤称为盐基饱和土壤。 （呈中性或碱性反应） 当土壤胶体所吸附的阳离子仅部分地为盐基离子，而其余 一部分为H+和Al3+时, 则这一土壤胶体呈盐基不饱和状态, 称为盐基不饱和土壤。（呈酸性反应）
3.土壤总电荷
土壤总电荷等于永久电荷与可变电荷的 总和。
一般土壤的pH在5~9之间，大部分土壤胶 体都带负电荷。只有两性胶体和少量的同晶 替代可能产生一定量正电荷。
但是，整体上来看，土壤胶体以带负电荷 为主。当pH<5时则可能带较多正电荷。
土壤中80%以上的土壤电荷集中于粘粒上
（三）土壤胶体存在可改变的状态―凝聚 与分散
（二）土壤胶体的带电性 土壤胶体带电性是其主要的特性。
土壤胶体的电荷
永久电荷 可变电荷
1.永久电荷：不受土壤溶液pH值变化而影响的 电荷类型称为永久电荷，也叫恒电荷或结构电 荷。
同晶替代是产生永久电荷的原因。
2.可变电荷 ： 随着土壤溶液pH变化而变 化的电荷叫可变电荷。
可变电荷产生的原因：主要是胶体表面分 子解离。 （1）含水氧化硅分子解离 （2）粘土矿物晶面上羟基解离（1:1型粘 土矿物在pH<5时可以解离） （3）腐殖质分子表面解离 （4）含水氧化铁铝表面解离出OH-，带正 电荷（在pH<5时带正电荷）
溶液中的阳离子。 2.解吸：这些被吸附的阳离子在一定条件下可以
和土壤溶液中的阳离子互相交换，从胶体表面进入 溶液。
3.阳离子交换作用：通过吸附和解吸，引起离 子位置相互交换的作用。
土壤离子吸附与交换
第七章土壤离子吸附与交换第一节土壤胶体一、土壤胶体土壤胶体是土壤中高度分散的部分，是土壤中最活跃的物质，其重要性犹如生物中的细胞，土壤的许多理、化现象，例如土粒的分散与凝聚、离子吸附与交换、酸碱性、缓冲性、粘结性、可塑性等都与胶体的性质有关。
所以，只有深入研究土壤胶体的性质，才能了解土壤理、化现象发生的本质。
二、土壤胶体的种类和构造在胶体化学中，一般指分散相物质的粒径在1—100毫微米之间的为胶体物质，而土壤胶体微粒直径的上限一般取2000毫微米。
1.胶体的种类土壤胶体按其成分和特性，主要有三种：1）土壤矿质胶体：包括次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石等）、简单的铁、铝氧化物、二氧化硅等。
2）有机胶体：包括腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。
3）有机-无机复合胶体：土壤有机胶体与矿质胶体通过各种键（桥）力相互结合成有机-无机复合胶体。
在土壤中有机胶体和无机胶体很少单独存在，只要存在这两类胶体，它们的存在状态总是有机-无机复合胶体。
2.土壤胶体的构造胶体的构造有两种形式。
若胶体内部组成的分子或离子排列组合有严格规律的为晶形胶粒；若排列无严格规律的则属非晶形胶粒。
土壤无机胶体多属晶形胶体，有机胶体多属非晶质胶体。
土壤胶体微粒构造，从内向外可分为几个圈层：胶核是胶粒的核心，土壤胶体胶核的成分由二氧化硅、氧化铁、氧化铝、次生铝硅酸盐腐殖质等的分子团所组成的微粒核。
微粒核表面的分子向溶液介质解离而带有电荷，形成一个内离子层；在内离子层外面，由于电性吸引，形成带有相反电荷的外离子层。
这两个电性相反组成的电层，称为双电层。
在双电层中，由于内离子层决定着胶体的电位，故又称决定电位离子层；双电层的外层，由于其电荷符号与内层相反，故又称反离子层，亦称补偿离子层。
补偿离子层的离子，因距离内层远近不同，所受的电性引力的大小也不同。
距离近者受吸引力大，不能自由活动，这一部分的离子层，称为非活性补偿离子层。
土壤胶体名词解释
土壤胶体名词解释
[ tǔrǎng jiāo tǐ]
土壤中呈胶体状态的物质。
可分为有机胶体、无机胶体和有机无机复合胶体三类。
有机胶体主要是腐殖质，无机胶体是岩石风化的产物。
土壤胶体对土壤结构的形成和肥力变化起重要作用。
胶体是指直径在1—100nm之间的颗粒，但是实际上土壤中直径＜1000
nm的粘粒都具有胶体的性质，所以通常所说的土壤胶体实际上是指直径在1—1000
nm之间的土壤颗粒，它是土壤中最细微的部分。
直径为2～0.001μm土粒的通称可以是矿质的，即土壤矿质胶体(无机胶体)，主要是次生的黏粒矿物。
也可以是有机的，即土壤有机胶体，主要是多糖、蛋白质和腐殖质。
多数情况下是有机矿质复合体，即核心部分是黏粒矿物，外面是有机胶膜，被吸附在矿质胶体表面。
其特性是：(1)其比表面积相当大(1g胶体大约有200～300m2)，具有相当大的反应活性和吸附性；(2)荷电，有很强的离子交换性；(3)它是土壤各种物质最活跃的部分，因而对土壤性质的影响也最大。
土壤学教案-第八章.土壤胶体和土壤离子交换(下)
土壤学课程教案课程编号： _______________________ 章节名称及内容：土壤胶体和土壤离子交换（下）所在课程顺序号：第14个教案授课学时与时长： 1.75学时授课教师：王聪课程类型：学类核心巡一、教学目标1、熟练掌握阳离子交换量和盐基饱，深刻理解离子交换在土壤肥力上的意义二、教学内容1、土壤吸附能力三、教学重点1、阳离子交换量、盐基饱和度、土壤养分离子有效性的影响因素四、教学难点1、影响土壤养分离子有效性的因素五、教学方法课堂讲授、多媒体辅助和板书相结合。
六、教学过程开始课堂讲授前播放一段相关的视频或则提出与本次课程相关的几个问题进行提问并讲解上次课堂留下的问题和作业，然后开始进行课堂讲授，讲授过程穿插问题提问，本次课程结束时布置作业或则留下几个问题进行下次课堂的提问主要内容8.2土壤吸附能力8.2土壤吸附能力8.2.1土壤吸附的概念1概念：土壤的吸附性能：土壤颗粒表面具有能够吸附阴阳离子、气体、液体等物质的能力。
土壤吸附性能是土壤的重要特性，由于具有吸附性能，使土壤起到“库”的作用，避免了土壤养分的淋失，从而达到保蓄养分的能力，这对于植物营养、±壤肥力以及污染土壤的自净能力等方面起极其重要的作用O8.2.2土壤吸附的类型交换性吸附：土壤胶粒带有电荷借静电引力从溶液中吸附带异号电荷的离子或极性分子。
土壤固相从溶液中吸附离子的同时，也伴随着固相表面上交换离子的解吸。
（最主要的吸附类型）专性吸附：非静电因素引起的土壤对离子的吸附作用。
它是指离子通过表面交换与晶体的阳离子共用1个或2个氧原子，形成共价键而被土壤吸附的现象。
负吸附：指土粒表面的离子或分子浓度低于整体溶液中该离子或分子的浓度的现象。
8. 2.3土壤阳离子交换与吸附作用1.概述土壤阳离子交换作用：指土壤胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的作用。
交换性阳离子：被土壤胶体表面所吸附，能被土壤溶液中的阳离子所交换的阳离子。
第七章 土壤胶体和土壤交换性.
全文电子教材土壤与土壤资源学（上篇：土壤学）林学专业第七章土壤胶体和土壤交换性第一节土壤胶体一、概念土壤胶体是指颗粒直径小于0.001mm或0.002mm的土壤微粒。
目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。
这是因为胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。
没有截然划分的界限。
土壤胶体的成分比较复杂，按化学成分和来源，可分无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体三类。
土壤胶体的一系列性质的表现都是由于具有巨大的比表面和带有电荷的原因。
二、几种主要的胶体类型（一）土壤无机胶体土壤无机胶体存在于极微细的土壤粘粒部分。
包括成分较简单的次生含水氧化铁、含水氧化铝、含水氧化硅等，以及成分较复杂的结晶层状次生铝硅酸盐类（即粘土矿物）。
1、含水氧化硅胶体其分子式为SiO2•H2O或H2SiO3。
在一般情况下，含水氧化硅的外层分子发生解离，解离出H+，而把HSiO3-或SiO32-留在胶核表面，组成决定电位离子层，使胶粒带负电。
土壤反应越偏碱性，硅酸的解离度也越大，所带的负电荷也越多。
2 、含水氧化铁、铝胶体此类胶体包括褐铁矿（2Fe2O3•3H2O）、水赤铁矿（3Fe2O3•H2O）、针铁矿（Fe2O3•H20）、水铝矿（Al2O3•H2O）、三水铝矿（Al2O3•3H2O）等晶质矿物和氢氧化铁[Fe(OH)3]、氢氧化铝[Al(OH)3]等非晶质矿物。
这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物，均为两性胶体，其电荷随土壤溶液酸碱反应的变化而变化。
当环境反应在它的等电点的酸性方面时，它带正电；反应在等电点的碱性方面时，它带负电。
纯净的氢氧化铁的等电点为pH7.1，氢氧化铝等电点为pH8.1。
所以它们在大多数酸性或中性土壤中都带正电荷。
但土壤中氢氧化铁、氢氧化铝胶体都覆被有机胶体。
因此，测定这些胶体的等电点时，其pH值都大大低于纯净氢氧化铁、铝的等电点。
未经去除腐殖质的砖红壤胶体的等电点大约在pH4~5之间。
铁铝氧化物常以胶膜状态包被土壤颗粒，使其成为稳定性很强的土壤结构。
土壤胶体的离子交换作用
土壤胶体的离子交换作用离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。
一、土壤阳离子交换吸附作用的概念1.土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。
2.当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。
二、土壤阳离子交换吸附作用的特点1. 可逆反应：在自然状况下，很难把土壤胶体上某一阳离子完全彻底地代换到溶液中去。
同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。
在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca2+，其次有Mg2+、K+、Na+等。
2. 等量交换：以等量电荷关系进行，如一个Ca2+可交换两个Na+；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。
3. 速度受交换点位置和温度的影响：①位置：如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。
高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。
（高岭石〉蒙脱石〉水云母）②温度：高温可加快离子交换反应的速率，因为温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多。
三、影响阳离子交换作用的因素1.阳离子的交换能力：（指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。
）主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量（或称阳离子与胶体的结合强度），它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。
a.离子电荷价：M3+> M2+> M+（M表示阳离子）b.离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径大水化半径小，交换能力越强。
土壤学 土壤阳离子交换作用
二、土壤阳离子交换作用
1、定义
2、阳离子交换作用的特点
3、阳离子交换能力
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K + > Na
+
问题：低价离子可否代替高价离子？在 什么情况下低价离子可以代替高价离子？
影响阳离子交换能力的因素
（1）电荷的影响
根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换 能力也越大。 （2）离子的半径及水化程度 同价的离子，其交换能力的大小是依据其 离子半径及离子的水化程度的不同而不同的。 （3）离子浓度和数量因子
11.15
B
C
40%Ca+60%Mg
40%Ca+60%Na
2.79
2.34
7.83
4.36
在土壤胶体上各种交换性盐 基离子之 间的相互影响的作用—互补离子效应（陪伴 离子效应）
互补离子效应 effect of complementary ion
胶体表面可同时吸附多种离子，对某一指定离子来说， 伴存的其它离子即为陪补离子(complementary ion)(与 交换反应的离子共存的其它交换性离子总称）也称为陪 补离子。 一般陪补离子与胶体结合力愈强，则所指定的离子交 换性愈大，此种作用称为陪补离子效应。
H Mg Na
2.80 2.79 2.34
11.15 7.83 4.36
二、土壤阳离子交换作用
6、影响交换性阳离子有效度的因素
（1）交换性阳离子的饱和度
（2）陪补离子效应
（3）粘土矿物类型
（４）由交换性离子变为非交换性离子