Почвенные коллоиды

Количество коллоидов в почвах различно и составляет от 1–2 до

30–40 % массы почвы. Образуются почвенные коллоиды при раздроблении более крупных частиц в процессе выветривания, путем поликонденсации и образовании гумуса, при химических реакциях между продуктами выветривания и почвообразования.

Коллоиды как двухфазная система состоят их дисперсной фазы (коллоидные частицы) и дисперсионной среды (почвенный раствор). Свойства почвенных коллоидов зависят от размеров частиц, их состава и строения. Состав почвенных коллоидов может быть минеральным, органическим, органо-минеральным.

Минеральные коллоиды – это глинные минералы, коллоидные формы кремнезема, оксиды алюминия, железа.

Органические коллоиды состоят из веществ гумусовой и белковой природы, содержать полисахариды и другие органические вещества.

Органо-минеральные коллоиды представлены соединениями гумусовых веществ с глинными минералами и осажденными формами оксидов алюминия и железа.

Поглотительная способность этих трех групп соединений отличается, зависит от удельной поверхности частиц, строении коллоидов, наличия двойного электрического слоя ионов на границе раздела между дисперсной фазой и дисперсной средой.

Коллоидную частицу называют мицеллой. Ядро мицеллы представляет собой агрегат из недиссоциированных молекул какого-либо вещества. Например, глинные минералы (каолинит), гуминовые кислоты, коллоидные формы кремнезема и др. На поверхности ядра формируется двойной электрический слой ионов (ионогенный слой). Он состоит из внутреннего потенциалопределяющего слоя прочно связанных с ядром неподвижных ионов и внешнего слоя компенсирующих противоположно заряженных ионов. Ядро с потенциалопределяющим слоем ионов называется гранулой, гранула и слой компенсирующих ионов – частицей. Часть ионов компенсирующего слоя диффундирует в почвенный раствор, образуя внешний (диффузный) слой. В результате диффузии внешнего слоя между

потенциалопределяющим и диффузным слоями возникает разность потенциалов. Она определяет заряд коллоидной частицы и называется электрокинетическим или дзета-потенциалом. Величина дзета-потенциала колеблется от 0 до 40–60 мВ. Когда электрокинетический потенциал равен 0, коллоид находиться в электронейтральном, или изоэлектрическом, состоянии. Оно называется изоэлектрической точкой коллоида.

В зависимости от состава ионов в потенциалопределяющем слое коллоиды могут иметь отрицательный, положительный или переменные заряды. Коллоиды, содержащие в потенциалопределяющем слое анионы, заряжены отрицательно и называются ацидоиды. Коллоиды, содержащие в потенциалопределяющем слое катионы, заряжены положительно и называются базоиды. Коллоиды, способные менять характер диссоциации молекул двойного электрического слоя ионов в зависимости от реакции среды, имеют переменный заряд и ведут себя как базоиды или ацидоиды. Такие коллоиды называют амфолитоиды. В условиях кислой среды, когда в растворе много ионов Н⁺ и мало ОН^––ионов, амфолитоиды ведут себя как основания: Al(OH)₃ ↔ Al(OH)₂⁺ + OH^–

Базоид

При щелочной реакции, наоборот, высокая активность OH^– –ионов в растворе будет подавлять диссоциацию по основному типу и тот же коллоид

Al(OH)₃ диссоциирует как кислота:

Al(OH)₃ ↔ AlО(OH)₂^– + H⁺

Ацидоид

Так же ведут себя при изменении реакции и коллоиды гидроксидов железа.

При диссоциации амфолитоидов в равной степени по основному и кислотному типу, коллоидная система электронейтральна.

Считается что большинство почвенных коллоидов – ацидоиды, в диффузном слое которых находятся катионы, способные к обменным реакциям. Присутствуют амфолитоиды, типичных базоидов в почве нет.

К ацидоидам относят большинство минеральных, органических, органо-минеральных коллоидов. К амфолитоидам относят группы минеральных высокодисперсных форм гидроксидов железа и алюминия, некоторых глинных материалов, органических коллоидов, состоящих из белков микроорганизмов.

Наличие заряда определяет электрокинетические свойства почвенных коллоидов. В зависимости от наличия или отсутствия заряда коллоиды могут находиться в состоянии золя или геля.

Золь – коллоидный раствор. Обусловлен наличием заряда в коллоидной системе; представляет собой состояние коллоидно-раздробленного вещества.

Гель – коллоидный осадок. При отсутствии заряда в коллоидной системе дисперсная фаза укрупняется и отделяется от дисперсионной среды.

Коагуляция – переход коллоида из состояния золя в состояние геля. Коагуляция может происходить под действием электролитов, при взаимодействии двух противоположно заряженных коллоидных систем, при высушивании или замораживании почв. Коагуляция способствует образованию почвенной структуры, уменьшению связности тяжелых по гранулометрическому составу почв, сохранению от вымывания коллоидов.

Пептизация – переход от состояния геля в состояние золя. Она связана с восстановлением заряда коллоидной системы, повышением её дзета-потенциала за счет действия щелочей и щелочных солей. Например, за счет образования гумусовых солей щелочных металлов, чаще натрия. При пептизации разрушается структура, коллоиды распыляются и приобретают способность к передвижению по почвенному профилю. Верхние горизонты почв обедняются коллоидами, качество почв ухудшается.

Гидратация – способность коллоида поглощать молекулы воды. Гидрофобные коллоиды практически не гидратируются, почвы плохо смачиваются.