页数：45页文件大小：428.1 KB来源： 土壤学ppt课件
本课件为土壤学第8章土壤胶体表面化学，先讲硅氧烷型、水合氧化物型与有机物型三类表面及其比表面，再分析土壤电荷的起源、数量与表面电位和双电层结构；随后系统讲解阳离子的吸附交换、交换能力顺序、CEC 与盐基饱和度，最后比较阴离子的静电吸附与非专性、专性吸附。
第8章 土壤胶体表面化学 Soil Colloid Surface Chemistry。
思考：
本章要点：
土壤化学反应主要发生在胶体表面和溶液中！
A colloid（胶体）：由极细颗粒组成的物质状态，粒径范围约 5 nm — 0.0002 mm。
土壤胶体：
第一节 土壤胶体的表面类型 Surface of Soil Colloids：
硅氧烷型表面：Si-O-Si，是 2:1 型矿物的基面。特点：非极性、疏水，不易解离，可发生同晶置换。
水合氧化物型表面：M-OH，M 为配位金属离子（如 Al、Fe）或硅离子，存在于水合氧化物和氢氧化物表面。特点：极性、亲水，带可变电荷。
有机物型表面：羧基（-COOH）、羟基（-OH）、醌基（=O）、醛基（-CHO）、甲氧基（-OCH3）、氨基（-NH2）等，主要来自腐殖质。
解离与质子化：R-COOH·H2O ⇌ R-COO- + H3O+；R-NH2·H2O ⇌ R-NH3+ + OH-。
第2节 土壤胶体的表面性质 1. 土壤胶体的比表面积 Specific Surface Area（m²/g）
| 胶体 | 总表面 | 外表面 | 内表面 |
|---|---|---|---|
| 蒙脱石 Montmorillonite | 700—850 | 15—150 | 700—750 |
| 蛭石 Vermiculite | 400—800 | 1—50 | 400—750 |
| 伊利石 Illite | 90—150 | 90—150 | 0—5 |
| 高岭石 Kaolinite | 5—40 | 5—40 | 0 |
| 埃洛石 Halloysite | 10—45 | 10—45 | 0 |
| 水化埃洛石 | 430 | 25—30 | 400 |
| 水铝英石 Allophane | 260—800 | 130—400 | 130—400 |
2. 土壤表面电荷和电位 Soil Surface Charge and Potential
1）土壤电荷的起因和种类：H 解离/缔合、边缘断键、专性吸附、同晶置换。
注意：
Origin of Charge：图示腐殖质 Humus、蛭石 Vermiculite、蒙皂石 Smectite、伊利石 Illite、高岭石 Kaolinite 及铁铝氧化物 Fe & Al Oxides 的可变电荷比例、恒定电荷比例与正负电荷数量差异。
说明：本页原文为图片表格，各胶体的可变电荷比例、恒定电荷比例与正负电荷数值呈粘连状，无法安全切分，此处仅作文字概述，具体数值建议对照原图核实。
2）土壤胶体表面电位 Soil Colloid Surface Potential，Nernst（能斯特）equation：
ψ = [(RT)/(nF)] ln (H+)/(H+)zpc；25℃ 时 ψ = 0.059（PZC – pH）volts。
双电层理论 Electric Double Layer：Helmholtz Double-Layer，ψ = (4πσχ)/D，电位随距胶体表面的距离呈线性衰减。示意黏土表面与土壤溶液中电位随距离的分布。
Gouy-Chapman Double-Layer：扩散双电层模型，黏土表面外侧土壤溶液中电位随距离呈指数衰减。
Cx = Cx0 exp(-zeψ/kT)：Cx 为距离 x 处阳离子浓度（mol/L），Cx0 为本体溶液中阳离子浓度，z 为价数，e 为电荷量，ψ 为电位，k 为 Boltzmann 常数，T 为绝对温度。
ψx = ψ0 exp(-Kx)；室温下 k = 3×10⁷ zC1/2；1/k 为双电层厚度（mm）。
电解质浓度/价态与 DDL 厚度：随电解质浓度升高，双电层厚度 1/k 减小；二价离子压缩双电层的作用强于一价离子。应用：解释胶体絮凝-分散与土壤板结。
说明：本页原文为图片图表，浓度与厚度数值对应关系粘连，未还原为表格，具体数值建议对照原图核实。
前次课程复习：
第3节 阳离子吸附与交换 Adsorption and exchange of cations：物质在界面上富集的过程称为吸附 adsorption（如活性炭吸附作用）。
离子吸附思考题（课本第 168 页）：
1. Cation Exchange：
Ca2+-colloid + 2 H+ ⇌ 2 H+-colloid + Ca2+，即 H+ 置换被土壤胶体吸附的 Ca2+。
Ca-X + 2 H+ ⇌ 2 H-X + Ca2+（X 代表土壤固相）；X(ad) + 2 H+ ⇌ 2 H(ad) + X+2（ad 表示吸附态阳离子）。
Adsorbed cations 吸附性阳离子：
2. 离子交换能力受三方面影响：
一价阳离子的真实半径与水合半径
| 离子 | 真实半径（nm） | 水合半径（nm） |
|---|---|---|
| Rb+ | 0.149 | 0.509 |
| NH4+ | 0.143 | 0.532 |
| K+ | 0.133 | 0.537 |
| Na+ | 0.098 | 0.790 |
| Li+ | 0.078 | 1.008 |
交换能力顺序：Cs > Rb > K > Na > Li；Th > La > Ba > Sr > Ca > Mg。
3. 阳离子交换作用特点：
吸附等温线 Adsorption isotherms：
4. 阳离子交换量 CEC，Cation Exchange Capacity：土壤吸附和交换阳离子的能力。CEC = SSA × σ（表面电荷密度）。
CEC 取决于：
ECEC = ∑ NH4-acetate exchangeable bases + 1 M KCl extractable Al。
几种土壤胶体组分的 CEC
| 胶体组分 | CEC（cmol/kg） |
|---|---|
| 腐殖质 Humic substances | 200 |
| 蛭石 Vermiculite | 100—150 |
| 蒙脱石 Montmorillonite | 70—95 |
| 伊利石 Illite | 10—40 |
| 高岭石 Kaolinite | 3—15 |
| 氧化物 | 2—4 |
5. 盐基饱和度 BS（Base Saturation Percentage）：盐基离子（Ca、Mg、K、Na）占 CEC 的百分数。
BSP (%) = exchangeable base ions (cmol/kg) / CEC (cmol/kg)。
延伸问题：盐基饱和度与土壤 pH 的关系？BS 与肥力、质地的关系？
6. 交换性阳离子的有效度
| 土壤 | 交换性 Ca（cmol/kg） | CEC（cmol/kg） | Ca 饱和度（%） |
|---|---|---|---|
| A | 6 | 8 | 75 |
| B | 10 | 30 | 33 |
交换性阳离子组成与小麦幼苗吸钙量
| 土壤 | 交换性阳离子组成 | 小麦幼苗吸 Ca 量（mg） | 小麦幼苗干重（g） |
|---|---|---|---|
| A | 40%Ca + 60%H | 11.15 | 2.80 |
| B | 40%Ca + 60%Mg | 7.83 | 2.79 |
| C | 40%Ca + 60%Na | 4.36 | 2.34 |
影响因素：离子饱和度、陪伴离子、粘土矿物组成、阳离子固定。生产上可采取集中施肥；砂土肥效快。
7. 阳离子专性吸附 Specific adsorption：
第4节 阴离子吸附与交换 Adsorption and Exchange of Anions。
土壤吸附的阴离子：
阴离子被土壤吸附的次序：F- > 草酸根 > 柠檬酸根 > H2PO4- > HCO3- > HBO3- > SO42- > Cl- > NO3-。
静电吸附：由土壤胶体表面带正电荷引起。
负吸附：电解质溶液加入土壤后阴离子浓度相对增大的现象。阴离子价数影响：Cl- = NO3- < SO42- < Fe(CN)64-；陪伴阳离子影响：Cl- 负吸附时 Na+ > K+、Ca2+ > Ba2+。
专性吸附指阴离子进入粘土矿物或氧化物表面的金属原子的配位壳中，与羟基或水合基配位，并通过共价键或配位键直接结合在固体的表面；发生在双电层的内层，也称为配位体交换吸附。
图示磷酸根在氧化铁表面的专性吸附：磷酸根与表面羟基发生配位体交换，形成稳定的内圈络合物。
阴离子专性吸附与非专性吸附比较
| 比较项目 | 非专性吸附 Nonspecific | 专性吸附 Specific |
|---|---|---|
| 载体 Carriers | 层状硅酸盐 phyllosilicates | 氧化物和氢氧化物 Oxides and hydroxides |
| 阴离子作用 Anion's role | 反离子 Opposite ions | 配位体、电位决定离子 Ligands ion, potential dominating ions |
| 发生条件 Condition | 低于电荷零点 <PZC | 任意 pH Any pH |
| 机理 Mechanisms | 阴离子交换反应 Anion exchange reaction | 配位体交换反应 Ligands exchange reaction |
| 结果 Results | 不改变表面电荷 No | 降低正电荷、增加负电荷 |
| 位置 Location | 扩散层 Diffuse layer | 内层 Inner layer |
| 吸附力 Adsorption force | 静电作用 Electrostatics | 配位键、共价键 Ligand bond, coordinate bond |
阴离子专性吸附的作用：
小结 一、概念：比表面、永久电荷、可变电荷、双电层、阳离子交换量、有效阳离子交换量、盐基饱和度、阴离子负吸附、专性吸附。
二、简答题：
下载地址：{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}