Почвенные коллоиды обладают рядом специфических свойств. Они нерастворимы в воде. Но ионы поверхностного слоя все-таки могут участвовать в химических реакциях и обмениваться с ионами растворов. Если частицы крупного размера, то доля этих ионов очень мала. Если частицы маленькие – она возрастает.
Особенности свойств коллоидов определяются их малым объемом и большой суммарной поверхности частиц.
Группы коллоидов в почвах:
1) Минеральные коллоиды (и кристаллические вещества– каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и аморфные вещества гидроксиды железа, алюминия, кремния)
2) Органические коллоиды. Гумусовые кислоты, гуминовые кислоты.
3) Органоминеральные коллоиды комплексные соединения оксидов алюминия, железа и гумусовых кислот.
Природа реакции между коллоидами и раствором.
Реакция физико-химического характера. Коллоидные частицы имеют заряд и могут притягивать ионы из окружающей жидкой фазы.
Появление зарядов у коллоидов.
А) коллоиды кристаллического строения.
Во вторичных глинистых минералах много
ККТ
S4+ <- Al3+
И АГО
Al3+ <- Fe2+
или Mg2+
Коллоидная частица получает избыточный отрицательный заряд и способна поглощать катионы из окружающего раствора.
Б) Коллоиды, состоящие из гидроксидов железа и алюминия
Процесс связан с диссоциацией молекул в поверхностном слое частиц.
Если среда очень кислая. Молекула Fe(OH)3 -> Fe(OH)+2 +OH- H+ -> H2O
Коллоидная частица получает положительный заряд.
Если среда щелочная, H3FeO3 -> H2FeO-3 +H+ OH- ->H20
Коллоидная частица получает отрицательный заряд, участвует в притяжении катионов из окружающей среды.
В) Органические коллоиды.
Диссоциация ионов водорода, входящих в состав периферической функциональной группы.
Водород диссоциирует в окружающую среду, коллоидная частица приобретает отрицательный заряд и может поглощать катионы из окружающей среды.
COOH -> H+
OH ->H+
Коллоидные частицы способны поглощать воду из растворов. Механизм этого процесса связан с тем, что молекулы воды имеют форму диполя и вокруг коллоида диполи строго ориентируются, обращаясь к коллоидной частице концом с противоположным зарядом. Некоторые коллоиды сильно гидратируются, некоторые слабо. Выделяют две группы коллоидов.
1) Гидрофильные
2) Гидрофобные
Коллоиды могут находиться в двух состояниях.
1) Золь (взвесь, коллоидный раствор)
2) Гель (коллоиды выпадают в осадок и образуют студнеобразную массу)
Коагуляция – переход из золя в гель.
Пептизация – переход з геля в золь.
В зависимости от того, какими катионами насыщены коллоиды, коллоидная система будет либо в состоянии геля, либо в состоянии золя, либо в промежуточном состоянии.
Экспериментальным путем была выявлена коагулирующая способность различных катионов.
Na+ < K+ < Mg++ < Ca++ <Al+++ <Fe+++
23 39 24 40 27 56 - атомные массы.
Следствие влияния коллоидов на свойства почв.
1. Если почвы насыщены трех и двух валентными катионами, их коллоиды при увлажнении будут оставаться в форме геля.
В почвах будет хорошая структура с плотными агрегатами. Молекулы воды будут поникать в пустоты между агрегатами, и почва не будет переувлажняться. Хороший водный и воздушный режим.
2. Если почвы насыщены одновалентными катионами (натрий), то коллоиды при увлажнении легко переходят из геля в золь. Структура очень непрочная, почвы при переувлажнении набухают, заплывают, делаются воздухо- и водонепроницаемыми.
Состав катионов это очень важный информативный показатель.
1. Почвенный поглощающий комплекс (ППК) - вся масса, присутствующая в данной почве, органических и минеральных коллоидов вместе с поглощенными катионами.
2. Суммарное количество способных к обмену катионов в данной почве – ёмкость катионного обмена (ЕКО). Выражается в мг.экв на 100г. почвы
Max ~ 60-70
Min ~ 2-4
Меньше 20 – малая ЕКО
20-40 - средняя ЕКО
Больше 40 – высокая ЕКО
3) Ca, Mg, K, H, Al
Степень ненасыщенности почв основаниями рассчитывается как
Н%(Н+ Al) от ∑поглощенных катионов
Ca=5 Mg = 5 K=5 H=5
5 от 20= 25%