Топырақ коллоидтары

Топырақ көлемі әр түрлі бөлшектерден тұратын күрделі жүйе. Оның құрамында ірі, ұсақ бөлшектермен қатар өте майда, ұнтақталған коллоид бөлшектері де бар. Коллоидтардың көлемі 0,001-0,02 мкм болып келеді. Олар топырақ салмағының 1-2%-нан – 30-40%-на дейінгі мөлшерін алуы ықтимал. Коллоидтардың ең басты маңызы топырақтың сіңіру қабілетінің өте жоғары болуына ықпал етуі. Өйткені, біріншіден, топырақтың қатты бөлігінің жалпы бет ауданының негізгі үлесі коллоид бөлшектер арқылы қалыптасады. Екіншіден, коллоид бөлшектерінің физикалық және химиялық қасиеттері олардың бетінде сіңіру құбылыстарының белсенді жүруіне жағдай жасайды.

Ірі бөлшектермен салыстырғанда ұнтақ бөлшектердің бет ауданы өте мол болады (16-кесте). Осы кестеде көрсетілген мәліметтер салмағы жағынан кем болып тұрса да, алатын бет ауданының мөлшеріне байланысты ұнтақ бөлшектер топырақта басты орын алатынын дәлелдейді. Топырақ салмағының 4% ғана құрап тұрған коллоид бөлшектер (0,00001мм) оның жалпы бетінің ауданының 81,0% қалыптастыруға қатысты болып келеді.

16-кесте. Орташа құмбалшықты топырақтың жалпы беті ауданының қалыптасуына әр көлемді бөлшектердің ықпалы (21)

Топырақ коллоидтарының қасиеттері олардың құрамына және құрылысына байланысты. Коллоид бөлшектердің негізін оның өзегі (ядросы) құрайды (31-сурет). Ол аморфты немесе кристаллды құрылымды, күрделі құрамды химиялық қосылыстан түзіледі. Өзектің үстіне коллоидтың потенциялын анықтайтын қозғалмайтын иондар қабаты орналасқан. Өзекпен осы қабат бірігіп коллоид түйіршігін (грануласын) құрайды. Олар топырақ ертіндісінен өзіне потенциалы арқылы қарсы заряды бар иондарды тартып жинақтап, теңгеру иондары қабатын түзейді. Сөйтіп коллоид бөлшектің қос иондар қабаты құрылады. Екінші, соңғы қабат екіге жіктелген болып келеді. Оның ішкісі қозғалмайтын теңгеру иондарынан, ал сыртқысы жылжымалы, қозғалмалы иондардан құралған. Коллоидтың өзегі, потенциал анықтаушы және жылжымайтын теңгеру иондары қабаты коллоид түйірін (частицасын) түзейді. Ал барлық қабаттары бар коллоид бөлшегі - Г.Вигнер ұсынысы бойынша мицелла деп аталады. Коллоидтардың сыртқы жылжымалы иондары топырақ ерітіндісіндегі өзі тектес иондарға эквивалентті түрде ауысуға қабілетті болып келеді. Жоғарыда сипатталған ерекшеліктерінің себебінен коллоидтардың иондарды сіңіру қабілеті өте жоғары болады.

Коллоидтар топырақта минералды, органикалық, органикалық- минералды қосылыстар түрінде кездеседі.

Минералды коллоидтарға балшықты минералдар, кремнийдің, темірдің, алюминийдің тотықтарының коллоидты түрлері жатады. Ал органикалық коллоидтарды қарашірінді және ақуыз тектес қосылыстар құрайды. Қарашірінді коллоидтарының алмаспалы сіңіру қабілеті өте жоғары (400-500м-экв 100г топырақта) және олар көбінесе шөгінді (гель) күйінде болады. Органикалық-минералды коллоидтар қарашіріндінің балшық минералдарымен және үш валентті металл тотықтарының шөгінділерімен қосылыстар түзуі арқылы құралады. Бұл коллоидтардың да сіңіру қабілеті жоғары болып келеді.

Теріс заряды бар коллоидтар ацидоидтар, ал оң заряды барлар- базоидтар деп аталады. Кейде топырақ коллоидтарының заряды қоршаған ортаның реакциясына байланысты өзгермелі болады. Ондай коллоидтарды амфолитоидтар дейді. Топырақтағы коллоидтардың басым бөлігі теріс зарядты ацидоидтар.

Коллоидтар топырақта золь (коллоидтік ерітінді) және гель (коллоидті қоймалжың тұнба) күйінде кездеседі және олар бір күйден екінші күйге көше береді. Коллоидтардың ерітіндіден (зольдан) тұнбаға көшуін коагуляция, ал керісінше, тұнбадан (гельден) ерітіндіге көшуін пептизация (бытырау) деп атайды. Золь күйінде коллоидтар топырақтың қабаттарында жылжып, жиылады, ал гель күйінде топырақта бекіп қалады. Яғни, коллоидтар құрамындағы қоректік заттар жылжиды және бекиді. Сонымен бірге коллоидтар гель күйіне көшу барысында топырақ түйіршіктілігін қалыптастырады. Сумен әрекетіне қарай коллоидтар гидрофильді және гидрофобты болады. Гидрофильді коллоидтар суды мол сіңіріп тұтады, ал гидрофоботылардың осы қасиеті керісінше, шамалы.

Топырақтағы коллоидтардың физикалық жағдайы оның құрамына сіңген катиондарға байланысты. Коллоидтар үлкенірек валенттілігі бар катиондарға бай болса, олар тезірек коагуляцияға ұшырайды. Ал оларда бір валентті натрий иондары мол болса, онда коллоидтар золь күйіне көшіп, ыдырап, суды мол сіңіріп түйіршіктілігін жоғалтады. Егер натрий иондарын кальций ионымен алмастырсақ топырақта коагуляция жүріп, суда ерімейтін берік түйіршіктер пайда болады. Сонымен бірге топырақтың температурасы өзгергенде, топырақ кепкенде каогуляция құбылыстары байқалады. Топырақта коллоидтар негізінен гель күйінде болады.