土壤化学性质土壤胶体及其特征
土壤胶体性质
土壤胶体性质直径为2～0.μm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～m2)，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。
土壤胶体的种类土壤胶体通常可以分成无机胶体、有机胶体、有机—无机无机胶体。
下面我们了解这三类胶体。
ⅰ无机胶体：无机胶体在数量上远比有机胶体要多，主要是土壤粘粒，它包括fe、al、si等含水氧化物类粘土矿物以及层状硅酸盐类粘土矿物。
1、fe、al、si等含水氧化物含水氧化硅：多写成sio2·h2o，也可写成偏硅酸h2sio3，sio2·h2o发生电离时能解离出h+而使胶体带负电荷。
含水水解fe、al：多译成fe2o3·nh2o、al2o3·nh2o，也需用fe（oh）3、al（oh）3的形式去则表示，它就是硅酸盐矿物全盘风化的产物，在风化程度低的土壤上这类矿物较多。
这类矿物属两性胶体，它的带电情况主要取决于土壤的酸碱反应，酸性条件（ph\uc5）带正电荷，碱性条件下带负电荷。
2、层状硅酸盐类矿物层状硅酸盐类矿物，从外部形态上看是极细微的结晶颗粒，从内部构造上看，都是由两种基本结构单位硅氧四面体和铝氧八面体所构成，并且都含有结晶水只是化学成分和水化程度不同而已。
结构特征：p69图3—5、图3—6a：基本结构单位：构成层状硅酸盐矿物的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。
硅氧四面体：由一个硅离子（si4+）和四个氧离子（o2-）共同组成，其中三个氧离子（o2-）形成三角形为底，si4+属这个三角形之上，三个氧离子（o2-）的中心底凹处，第四个o2+属顶部，恰好把si2+砌在下面，象这样的结构体从外表面看看存有四个面，每个面存有三个o2+共同组成，si4+居四个面的中心，我们称作硅氧四面体。
7 土壤胶体化学和表面反应
Soil colloid and Ion Exchange
第一节 土壤胶体 soil colloid
一.土壤胶体概念（soil colloid）
（一）分散系统（分散体系） 分散体系是由两种或两种以上物质组成的，一种物质呈连续分 布状态，量相对也比较大，称为分散介质(分散剂）；另一种物质分 子不连续，量也比较小，称为分散相（质）。分散相如果与分散介 质之间没有明显物理界面，分散体系称为溶液，若果分散介质与分 散相有明显的物理界面，叫做悬浮液（粗分散体系）。当分散相介 于二者之间时，构成了相对稳定的体系，叫做胶体系统。 土壤本身就是一个复杂的 The soil contains minute particles called soil colloids. They are smaller than one hundredth-thousand of a millimeter. Soil colloids are thin and disc-like. There are mineral as well as organic soil colloids. Mineral colloids are usually found to be fine particles of clay minerals.
Isomorphic substitution is the replacement of one atom by another of similar size in a crystal lattice without disrupting or changing the crystal structure of the mineral , either in the tetrahedral or octahedral layer. Excess negative charge also occurs when octahedrally coordinated divalent cations such as Mg(II) or Fe(II) substitute for Al(III) in the octahedral layer. Isomorphic substitution that does not give rise to charge is Fe(III) substituting for Al in the octahedral layer. This is because both cations have a charge of +3.
土壤胶体种类及其主要特点
土壤胶体种类及其主要特点1. 有机胶体呀，那可是土壤胶体中的大明星呢！就像在一场盛大的音乐会中最耀眼的歌手。
比如腐殖质胶体，它可是有着很强的吸附能力和保肥能力呢，能把养分紧紧抱住，不轻易让它们流失。
想想看，如果没有它，土壤的肥力还能这么好吗？2. 无机胶体呢，也是功不可没呀！好比是土壤的坚强卫士。
像蒙脱石胶体，它的表面积大得惊人，能吸纳好多好多的物质。
这不就像一个超级大口袋，什么都能装下嘛！3. 还有铁铝氧化物胶体，哇哦，那可是土壤胶体里的厉害角色呢！可以说它像一个忠诚的守护者。
以赤铁矿胶体为例，它对土壤的结构和性质有着重要影响，没有它可不行啊！4. 水合氧化物胶体也不能小瞧呀！就如同是土壤的默默奉献者。
比如氧化铝胶体，它在土壤中发挥着独特的作用，默默无闻却不可或缺。
不就像是生活中那些默默付出的人一样吗？5. 层状硅酸盐胶体呢，是土壤胶体家族中的重要成员哟！就像一个经验丰富的长者。
像高岭石胶体，它的特性可是非常独特的，能影响土壤的好多方面呢，你说重要不重要？6. 土壤中的凝胶体又是怎样的呢？这就像是一个神秘的宝库。
它有时藏得很深，但一旦发挥作用，那可真是让人惊叹不已呀！7. 那土壤胶体中的复合体呢？嘿，这可像是一个团结的小集体。
它们相互协作，共同为土壤的良好状态努力着。
这不就跟我们大家一起合作做事一样吗？8. 还有那些不太起眼的土壤胶体小类别呢，也都有着自己的使命呀！就像舞台上的配角，虽然不那么耀眼，但缺了他们可不行。
9. 总之呢，土壤胶体的种类好多呀，每一种都有着独特的特点和作用，它们共同构建了丰富多彩的土壤世界。
这些土壤胶体，就像是一群各司其职的小伙伴，共同为我们的土地贡献着力量呢！我们真的要好好保护它们呀！。
土壤的组成与性质
二 土壤胶体的性质
• 土壤胶体的比表面积和带电性，使土壤具有吸附 性。 • （1）土壤胶体具有巨大的比表面积，比表面积越 大，吸附性也越强。 • （2）土壤胶体的电性： • 土壤胶体微粒内部一般带负电荷， 形成一个负离子层（决定电位离 子层），其外部由于电性吸引而 形成一个正离子层 （反离子层 或扩散层），即合称双电层。
Eh < 300 mV，土壤有机质起主要作用，还原状 态；
旱地 Eh 大致为400-700 mV；
水田 Eh 大致为300-200mV。
28
影响Eh的因素
（1）土壤通气情况
（2）pH值：受氧体系支配，pH下降则Eh上升 （3）有机质状况：有机质分解时形成大量还原性物 质 （4）无机物状况：还原性或氧化性物质的含量
1
土壤的组成及性质
1
土壤的组成 土壤胶体的性质
2
3 4
土壤的酸碱性 土壤的氧化还原性
2
一 土壤组成
土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相 体系，它们的相对含量因时因地而异。
20～30%的空气
20～30%的水 45%的矿物质
5%的有机质
3
一 土壤组成
土壤中生物最活跃
的一层，有机质大 部分在这一层
9
次生矿物
• ①简单盐类： • 次生矿物中的简单盐类属水溶性盐，易淋溶流 失，一般土壤中较少，多存在于盐渍土中。它们 都是原生矿物经化学风化后的最终产物，结晶构 造也较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。 • 方解石(CaCO3)、白云石［Ca、Mg(CO3)2］、石 膏(CaSO4· 2H2O) 。
pH
• 土壤的氧化还原性
Eh
31
18
三 土壤的酸碱性
土壤胶体的特征
土壤胶体的特征土壤胶体是直径为2～0.001微米土粒的通称。
其含量约占土重的2%～50%，是土壤中化学性质最活跃的部分。
什么是土壤胶体（土壤胶体的特点）土壤胶体类型①矿质胶体：又称无机胶体，指土壤粘粒中矿质部分，是岩石风化产物的最细部分。
除有少量石英、长石等原生矿物外，主要是次生矿物，包括蒙脱石、水云母、蛭石、高岭石和水铝英石及铁、铝、锰、硅、钛等氧化物及其水合物。
②有机胶体：来源于动、植物和微生物的残体及其分解或合成产物，是由多糖、蛋白质与腐殖质等所组成。
③有机矿质复合胶体：是由矿质胶体与有机胶体通过离子间的库仑引力和表面分子间的范德华引力缔合而成的，土壤中此类胶体往往不少。
什么是土壤胶体（土壤胶体的特点）土壤胶体特性土壤胶体除了具有与其化学组成相对应的一般性质外，还有以下特性：①表面积大：土壤胶粒的表面积随粒径的减小而增大。
表面积也因粘粒的矿物类型而异，蒙脱石、蛭石表面积最大，达600～800米2/克，水云母次之90～130米2/克，高岭石最小10～20米2/克（见比表面）。
胶体的巨大表面积，使土壤具有物理吸附性能。
②带电荷：胶体表面都带电荷，电荷的正、负取决于胶体物质的组成和结构。
胡敏酸及层状硅酸盐的胶粒表面带负电荷，交换性离子是阳离子。
铁、铝的氢氧化物和蛋白质的电荷性质视分散介质的pH而定，既可带正电荷，亦可带负电荷，因而称两性胶体（见表面电荷）。
土壤胶体的带电性使土壤具有离子吸附性能，它对保蓄土壤养分有巨大作用。
③不可逆性：土壤胶体按其状态分为溶胶与凝胶。
胶粒分散在水介质中处于彼此分开的状态为溶胶，溶胶在受到干燥、热、冻结、电解质和时间等因素的影响，可变为凝胶。
在促使溶胶成为凝胶的因素消失以后，亲水胶体的凝胶通常可重新变为溶胶，而疏水胶体则不易复原。
因而前者称可逆胶体，后者称不可逆胶体。
这种不可逆性有利于增强土壤团聚体的稳定性。
什么是土壤胶体（土壤胶体的特点）土壤胶体对土壤性质的影响①胶体含量的多少直接影响土壤质地的轻重、保水保肥能力的大小和耕作的难易。
土壤化学性质土壤胶体及其特征
土壤胶体对土壤养分元素、 土壤胶体对土壤养分元素 、 污染物的迁移 转化有重要作用， 转化有重要作用 ， 这种作用与土壤胶体类型及 其性质密切相关， 土壤胶体均具有双电层结构， 其性质密切相关 ， 土壤胶体均具有双电层结构 ， 如图所示。土壤胶体可分为三种类型 三种类型： 如图所示。土壤胶体可分为三种类型： ① 土壤矿质胶体； 土壤矿质胶体； 有机胶体； ② 有机胶体； 有机-无机复合胶体。 ③ 有机-无机复合胶体。
•
二
土壤的阳离子交换
•(一)、土壤胶体的代换性离子 ( •扩散层离子 扩散层离子 •(二)、阳离子交换作用的基本特征 ( •1、可逆、服从质量作用定律、有选择性 1 可逆、服从质量作用定律、 •2、等当量交换 2
•(三)、影响阳离子交换能力的因素 ( •1、电荷数量：M+++ > M++ > M+ 1 电荷数量： •2、 离子半径及水化半径 2 •原子序大—离子半径大—水化半径小—代换能力强 原子序大—离子半径大—水化半径小— 原子序大 （大） •Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ >K+ > Na+ Fe •H+：质子(半径很小) 、运动快、水化半径小 / 氢键 H 质子(半径很小) 运动快、 •3、离子浓度 3
• 小结
• 一 土壤胶体的特性
• 土壤胶体比表面和表面能、带有电荷、有凝 带有电荷、 聚和分散作用
• 二土壤阳离子交换
• 土壤阳离子交换吸附作用的特点
• 1．阳离子交换吸附作用是一种可逆反应。 阳离子交换吸附作用是一种可逆反应。 • 2．阳离子交换与吸收的过程以等量电荷关系进行 • 3．交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响 • 四、土壤盐基饱和度
2章-4节-土壤化学性质及其生态效应-《环境土壤学》
（四）土壤生物吸收：生物有机体对养分选择吸收，并以有机质形式在土壤中积 累过程，在通过微生物分解，将养分释放供植物利用。
（五）土壤物理化学吸收：土壤胶体对溶液中的离子态物质的吸附作用。对土壤 离子态物质迁移，养分供给，土壤缓冲性有重大影响。
二、土壤胶体及其性质
铁铝水化氧化物在不同pH下带不同电荷
+
OH2
H+
M OH2
OH
M OH2
OH-
_
OH
M OH + H2O
三水铝石在酸性环境中带正电荷
OH2 +
OH
O-
2 .4 土壤胶体的性质
（3）土壤胶体的电位
电位又称电势，是指单位电荷在静电场 中的某一点所具有的电势能。电位是电 能的强度因素，它的大小取决于电势零 点的选取，其数值只具有相对的意义。
造
使胶体具有双电层结构。
图
示
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
2.4 土壤胶体的性质
（1）具有较大的比表面积，包括外表面积和内表面积，因此具有表面能，是土 壤具有物理吸附性能的动力机制。 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 ，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。
• 胶体（英语：Colloid）又称胶状分散体（colloidal dispersion）是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状 态的物质，一种分散，另一种连续。分散的一部分是由微 小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm 之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体
土壤胶体.
蒙脱石矿物结构示意图
2:1型
（1）无机胶体
次生层状铝硅酸盐类：1∶1型的高岭石类；2∶1型的蒙脱石 类及水化云母类。
1∶1型的高岭石类： 二层型（1：1）粘土矿物，硅酸盐层之间由氢键连接， 作用力很强，间隙小，水分子或其他离子很难进入层间。
单位晶胞小，形成的颗粒较大, 其胶体的分散度低, 胀缩 性、黏性和吸收容量小，电荷数量也少。
《土壤肥料学》
Soil and Fertilzers
第二章 土壤的物质组成
1
第四节 土壤胶体
soil colloids
2
一、土壤胶体的概念及种类
1、概念： 胶体：颗粒直径 1-100nm 的分散质分散到分 散剂中，构成的多相系统，称为胶体。
在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散质，而把土壤溶液和土壤 空气看做分散剂。 土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分 土壤胶体是土壤肥力性状赖以表现的物质基础中最精华的部分 土壤胶体的组成和性质对土壤的理化性质，如土壤的吸附性、酸碱性、 缓冲性以及土壤结构都有很大的影响
•不同土壤矿物组成不同，比表面积也不同。一般土壤中有机质含量 高，2:1型粘粒矿物多，则比表面积较大，如黑土。 •反之，如果有机质含量低，1:1型粘粒矿物较多，则其表面积就较小， 如红壤、砖红壤。
表面能：由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到
的力不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能 量是由于表面的存在而产生，所以叫做表面能。
23
土壤胶体的表面能与表面积呈正相关
土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2/g)
胶体成分 蒙脱石 蛭石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石 腐殖质 内表面 700~750 400~750 0~5 0 0 400 130~140 外表面 15~150 1~5 90~150 4~40 10~45 25~30 130~140 总表面 700~850 400~800 90~150 5~40 10~45 430 260~800 800~900
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• 四
• •
土壤的阴离子吸附
一、阴离子正、负吸附的概念 正吸附：阴离子被土壤吸附固定的现象。 正吸附
•主要：H2PO4-、HPO42-、PO43-、H2SiO3-、SiO32-、有机酸离子 •负吸附 负吸附：阴离子在胶粒之间的自由溶液分布大于胶粒内分 负吸附 布的现象。 •主要：NO3-、NO2-、Cl•SO42-、CO32-介于中间
土壤胶体对土壤养分元素、 土壤胶体对土壤养分元素 、 污染物的迁移 转化有重要作用， 转化有重要作用 ， 这种作用与土壤胶体类型及 其性质密切相关， 土壤胶体均具有双电层结构， 其性质密切相关 ， 土壤胶体均具有双电层结构 ， 如图所示。土壤胶体可分为三种类型 三种类型： 如图所示。土壤胶体可分为三种类型： ① 土壤矿质胶体； 土壤矿质胶体； 有机胶体； ② 有机胶体； 有机-无机复合胶体。 ③ 有机-无机复合胶体。
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二
土壤的阳离子交换
•(一)、土壤胶体的代换性离子 ( •扩散层离子 扩散层离子 •(二)、阳离子交换作用的基本特征 ( •1、可逆、服从质量作用定律、有选择性 1 可逆、服从质量作用定律、 •2、等当量交换 2
•(三)、影响阳离子交换能力的因素 ( •1、电荷数量：M+++ > M++ > M+ 1 电荷数量： •2、 离子半径及水化半径 2 •原子序大—离子半径大—水化半径小—代换能力强 原子序大—离子半径大—水化半径小— 原子序大 （大） •Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ >K+ > Na+ Fe •H+：质子(半径很小) 、运动快、水化半径小 / 氢键 H 质子(半径很小) 运动快、 •3、离子浓度 3
五 离子吸收代换作用对土壤肥力的作用
• 一、具有较好的保持和供应养分的能力 • 离子态的养分，在土壤胶体的离子代换作用下， 离子态的养分，在土壤胶体的离子代换作用下，保持在 土壤中，这就是土壤的保肥性。 土壤中，这就是土壤的保肥性。被土壤胶体吸收的离子与土 壤溶液间的离子能进行可逆性交换， 壤溶液间的离子能进行可逆性交换，植物可随时从土壤中得 到养分，这就是土壤的供肥性。 到养分，这就是土壤的供肥性。 • 土壤如具有较高的离子代换吸收量，土壤也就具备了较好的 土壤如具有较高的离子代换吸收量， 养分保持与供应能力。 养分保持与供应能力。
• 本章重点：
• • • • • 主要是几种主要土壤胶体的特性以及阳离子的交换过程。 主要是几种主要土壤胶体的特性以及阳离子的交换过程。 土壤胶体的特性以及阳离子的交换过程 其次要了解土壤离子交换对土壤肥力的影响。 其次要了解土壤离子交换对土壤肥力的影响。 本章难点： 本章难点： 主要是土壤胶体的带电性及土壤胶体为什么会带电。 主要是土壤胶体的带电性及土壤胶体为什么会带电。 土壤胶体带电的事实早已被电渗与电泳等现象所证实， 土壤胶体带电的事实早已被电渗与电泳等现象所证实，不同 土壤胶体产生电荷的机制不同。 土壤胶体产生电荷的机制不同。 另外土壤胶体具有双电层构造。 另外土壤胶体具有双电层构造。
• 小结
• 一 土壤胶体的特性
• 土壤胶体比表面和表面能、带有电荷、有凝 带有电荷、 聚和分散作用
• 二土壤阳离子交换
• 土壤阳离子交换吸附作用的特点
• 1．阳离子交换吸附作用是一种可逆反应。 阳离子交换吸附作用是一种可逆反应。 • 2．阳离子交换与吸收的过程以等量电荷关系进行 • 3．交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响 • 四、土壤盐基饱和度
图
土壤胶体结构示意图
一、土壤胶体的特性 • （1）土壤胶体比表面和表面能; 土壤胶体比表面和表面能; 胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大， 胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附 能力也就愈强。 能力也就愈强。
• （2）土壤胶体带有电荷; 土壤胶体带有电荷;
• 永久电荷 • 可变电荷 • （3）土壤胶体有凝聚和分散作用
• 产生可变电荷的主要原因有： 产生可变电荷的主要原因有： 粘粒矿物晶面上①粘粒矿物晶面上-OH 基的解离 含水铁、 ②含水铁、铝氧化物的解离 ③腐殖质上某些原子团的解离 ④含水氧化硅的解离 粘粒矿物晶层上的断键等。可变电荷土壤： ⑤粘粒矿物晶层上的断键等。可变电荷土壤：指 含有较多铁、铝氧化物，土壤带电性随pH pH变化而 含有较多铁、铝氧化物，土壤带电性随pH变化而 变化的土壤。（主要是酸性土壤） 。（主要是酸性土壤 变化的土壤。（主要是酸性土壤） 如：三水铝石
•(四)、土壤阳离子交换量 ( •1、定义： 1 定义： •Cation exchange capacity（ C.E.C. ）—土壤溶 Cation capacity（ 液在一定的pH值时， pH值时 液在一定的pH值时，土壤所能吸附和交换的阳离子的 最大量，称为阳离子交换量 阳离子交换量; 最大量，称为阳离子交换量; •(五)、土壤盐基饱和度(Base saturation ( 土壤盐基饱和度(Base percentage) •土壤胶体上吸附的阳离子可分为两类。 土壤胶体上吸附的阳离子可分为两类。 土壤胶体上吸附的阳离子可分为两类 •一类是致酸离子(H+ 和Al3+)，另一类是盐基离子 一类是致酸离子 一类是致酸离子(H+ Al3+)，另一类是盐基离子 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等 （如Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等，）。 •土壤盐基饱和度（BSP）是指土壤胶体上交换性盐基 土壤盐基饱和度（ 土壤盐基饱和度 BSP） 离子占交换性阳离子总量的百分率。 离子占交换性阳离子总量的百分率。
• 二、使土壤的物理状况得到调节
• 土壤胶粒之间的凝聚作用，是土壤具有结构的根本原因，当 土壤胶粒之间的凝聚作用，是土壤具有结构的根本原因， 土壤胶体表面吸收大量钠离子时，因钠离子的水膜厚， 土壤胶体表面吸收大量钠离子时，因钠离子的水膜厚，且带 电量少，胶体扩散层厚度大，促使胶粒分散。 电量少，胶体扩散层厚度大，促使胶粒分散。而当土壤胶体 特别是有机胶体吸附钙后，因钙离子带电量高，水膜薄， 特别是有机胶体吸附钙后，因钙离子带电量高，水膜薄，胶 粒易于凝聚，形成土壤结构体。在碱性土壤上施石膏， 粒易于凝聚，形成土壤结构体。在碱性土壤上施石膏，可改 良土壤的不良性状。 良土壤的不良性状。
土壤的基本组成、性质、 第一篇 土壤的基本组成、性质、 分类 第二章： 第二章：土壤性质 • §2.2土壤化学性质 土壤化学性质 • 一.土壤胶体及其特征 土壤胶体及其特征 • 二.土壤酸碱性和氧化还原反应
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 一、土壤胶体及其特征
• 主要学习目标： 主要学习目标：
要求学生了解土壤胶体的晶格构造， 要求学生了解土壤胶体的晶格构造，在此基础上掌握土壤 的阳离子交换性质。 的阳离子交换性质。 • 因为土壤胶体是土壤重要的固相组成部分，土壤胶体的行为， 因为土壤胶体是土壤重要的固相组成部分，土壤胶体的行为， 影响着土壤的理化性质以及土壤保肥和供肥能力， 影响着土壤的理化性质以及土壤保肥和供肥能力，最终影响 着土壤肥力的发生发展。 着土壤肥力的发生发展。 •