Поглотительная способность почв

Тематика данной лекции продолжает рассмотрение состава и свойств твёрдой, жидкой и газовой фаз почвы и непосредственно поглотительной способности как одного из главнейших свойств почвы поглощать различные твёрдые, жидкие и газообразные вещества. Изучение этого вопроса очень важно.

О существовании поглотительных свойств почвы, проявляющихся в поглощении газов, паров воды или растворенных веществ, знали давно. Однако современные представления о сорбционных процессах в почве и её поглотительной способности, развитые в работах К.К. Гедройца, Г. Вигнера (20-30 годы XX века), и в более поздних исследованиях А.Н. Соколовского, Н.И. Горбунова, Д. Ди-Глерия и др. ученых, сформировались благодаря развитию представлений физической и коллоидной химии.

Почвенные коллоиды

Почвы необходимо рассматривать как систему, состоящую из четырёх фаз (или частей) – твёрдой, жидкой, газообразной и фазы живого вещества. Все фазы почвы находятся в постоянном взаимодействии, между ними непрерывно протекают реакции обмена и поглощения. Наибольшей подвижностью и изменчивостью обладает газообразная и жидкая фаза, по сравнению с ними твёрдая фаза инертна, но и она содержит активную часть – почвенные коллоиды.

По степени дисперсности (раздробленности) выделяются две формы твёрдого вещества почвы:

1) крупнодисперсная масса - частицы размером более 0,001 мм (10^{-3 мм).}

2) высокодисперсная часть - частицы размером от 0,001 мм и менее:

- частицы d ‹ 0,001 мм относятся к илистой фракций и в этих пределах выделяется коллоидная фракция (коллоиды).

Коллоиды – это минеральные, органические и органоминеральные частицы размером менее 0, 0001 мм.

От 0,001 до 0,0001 мм – предколлоидная стадия;

менее 0,0001 мм (от 10^-4 до 10^{-6 мм) – коллоидная стадия.}

Частицы коллоидов обладают большой удельной поверхностью (10-50 м² на 1 г вещества) и свободной поверхностной энергией. Даже при незначительном содержании частиц коллоидов, они являются главными носителями поглотительных свойств почвы, так как имеют основную долю общей поверхности твёрдой фазы почвы. Связано это с тем, что чем выше степень дисперсности, тем больше удельная поверхность вещества, т.е. поверхность вещества, приходящаяся на единицу объёма.

По составу коллоиды почвы подразделяются на три группы:

1)минеральные - состоящие из вторичных глинистых минералов (гидрослюды, гидраты окиси железа) и первичных минералов (кварца, слюды);

2) органические - гумусовые вещества;

3)органно-минеральные - соединения гумусовых веществ с глинистыми минералами.

Коллоиды – это двухфазные системы, состоящие из дисперсной фазы (твёрдых частиц: гумусовых веществ, гидратов Fe, Аl и др.) и дисперсной среды (почвенного раствора). Единицу коллоида представляет коллоидная мицелла. В мицелле различают три составленные части (или слоя):

· ядро мицеллы;

· потенциалопределяющий слой - слой, определяющий заряд коллоидной частицы;

· слой компенсирующий ионов – внешний слой ионов, нейтрализующих заряд. Слой компенсирующих ионов подразделяется на два слоя: а) слой неподвижных компенсирующих ионов и б) диффузный слой компенсирующих ионов.

В состав коллоидной частицы входит ядро, потенциалопределяющий слой и неподвижный слой компенсирующих ионов. Таким образом, коллоидная частица имеет заряд (выделяют отрицательно заряженные коллоиды – ацедоиды, положительно заряженные – базоиды, нейтральные - амфолитоиды). Коллоидная мицелла электронейтральна и окружена водной оболочкой. Диффузный слой компенсирующих ионов может существовать только при наличии дисперсионной среды, т.е. воды. Если почва высохнет, то ионы диффузного слоя переходят в неподвижный слой.

Коллоидные частицы с водой образуют коллоидные растворы двух типов золи и гели. Золь – коллоидный раствор, в котором частицы находятся во взвешенном состоянии, почти не оседают. В коллоидном растворе частицы какого-либо вещества обладают одинаковыми зарядом и в силу этого отталкиваются друг от друга. Например, коллоидные растворы солонцов не оседают в течении 2-5 лет. Для того, чтобы коллоиды осели и произошло соединение отдельных коллоидных частиц с выпадением осадка, необходимо ввести электролит, имеющий противоположный заряд (обычно простые минеральные соли).

Процесс перехода коллоиды из золя в гель называется коагуляцией (свёртыванием), при этом образуется гель – студнеобразный, рыхлый осадок. Концентрация электролита, т.е. соли, при которой начинается процесс коагуляции, называется порогом коагуляции. Процесс перехода геля в золь – пептизация. Этот процесс возможен для коллоидов, хорошо набухающих в воде (гидрофильных).

Коллоиды, легко переходящие из геля в золь называется обратимыми. Обычно легко обратимы все гидрофильные коллоиды, насыщенные одновалентными катионами Н⁺, Na⁺, K⁺. Обратимые коллоиды не образуют прочных комочков почвы и под воздействием воды агрегаты почвы расплываются, раскалываются (пример – солонцовые почвы). Коллоиды, которые после коагуляции и высушивания вновь не пептизируются являются необратимыми. Свойствами необратимости обладают гидрофобные коллоиды, насыщенные двух – трёхвалентными ионами (Fe³⁺,Mg²⁺, Al³⁺).Эти коллоиды хорошо склеивают почвенные частицы и являются лучшими структурообразователями.

Таким образом, почвенные коллоиды являются главными носителями поглотительных свойств почвы. Физическая и химическая природа поверхностей почвенных коллоидов благоприятствует протеканию на них разнообразных сорбционных процессов.