Походження, будова, склад, властивості та агрономічне значення

ґрунтових колоїдів. Накопичення в грунті елементів зольного й азотного живлення рослин, реакція ґрунтового розчину тісно пов'язані з поглинальною здатністю грунтів. Класик вітчизняного ґрунтознавства К.К. Гедройц запропонував під поглинальною здатністю грунту розуміти його здатність поглинати рідини, гази, сольові розчини, а також утримувати тверді частинки й мікроорганізми. Процеси поглинання в грунті зумовлені переважно тонкодисперсною частиною грунту, особливо колоїдами.

До колоїдів відносять подрібнені речовини діаметром від 0,2 до 0,001 мкм. Вони утворюються в процесі вивітрювання та ґрунтоутворення(в результаті подрібнення грубих часток, сполученням молекулярно подрібнених речовин).

Вони представлені трьома групами сполук: органічними, мінеральними, органо-мінеральними.

Органічні колоїди - представлені переважно гумусовими речовинами. Перебувають в грунті переважно в осадженому стані, з'язані з катіонами Са~;;Ре'. їх перехід в стан колоїдного розчину відбувається під дією лужних катіонів

Мінеральні колоїди - смектіти (монтморилоніт, нонтроніт) слюди і гідрослюди (мусковіт, біотит, іліт); вермикуліт; хлорит; каолініт; галуазит. Загальна їх хімічна формула АЬОг $іОпН₂С). До мінеральних колоїдів належать також гідрослюди алюмінію, заліза та кремнієвої кислоти.

Органо-мінеральні колоїди - утворилися внаслідок з'єднання органічних та мінеральних колоїдів, наприклад гумусових кислот із глинистими мінералами через кальцій.

У грунтах переважають колоїди, які мають від'ємний заряд (гумус і глинисті мінерали), що дає можливість обмінно поглинати катіони.

Грунтові колоїдні системи-дисперсні і гетерогенні, які мають велику загальну й питому поверхню.

Дисперсні системи - рівномірно розподілені тверді частинки дисперсної фази.

Гетерогенна система - дисперсна система у якій частинки дисперсної фази складаються з великої кількості молекул.Як приклад гетерогенних дисперсних систем можна навести завись глини у воді, емульсію масла у воді.

Між частинками гумусових речовин, глини і водою є поверхня поділу, яка володіє визначеним запасом вільної поверхневої енергії. Це дуже суттєва ознака ґрунтових колоїдів як гетерогенної системи.

Колоїди мають міцелярну будову. Основу колоїдної міцели складає ядро. Природа ядра визначає поведінку ґрунтових колоїдів. Ядро колоїдної міцели являє собою складну сполуку аморфної або кристалічної будови різного хімічного складу.

На поверхні ядра розміщується шар міцно утримуваних іонів із зарядом- шар потенціал визначаючих іонів. Ядро міцели разом із шаром потенціал визначаючих іонів має назву гранули. Між гранулою і розчином, який оточує колоїд, виникає термодинамічний потенціал. Під його впливом із розчину притягуються іони протилежного знака (компенсуючі іони). Так, навколо ядра колоїдної міцели утворюється подвійний електричний шар, який складається з шару потенціал визначаючих іонів і шару компенсуючих іонів. Компенсуючі іони, у свою чергу, розміщуються навколо гранули двома шарами: нерухомим і рухомим.

Нерухомий шар міцно утримується електростатичними силами потенціал- визначаючих іонів. Гранула разом із нерухомим шаром компенсуючих іонів називається колоїдною частинкою. Між колоїдною частинкою і оточуючим розчином виникає електрокінетичний потенціал (дзета-потенціал). Під його впливом знаходиться другий (дифузний) шар компенсуючих іонів, які мають здатність до еквівалентного обміну на іони того самого знака заряду з оточуючого розчину.

Колоїдна міцела електронейтральна. Головна маса її належить гранулі, тому заряд останньої розглядається як заряд усього колоїда.

Колоїди, які в потенціалвизначному шарі мають негативно заряджені іони та віддисоційовують у навколишній розчин Н⁺-іони, називаються ацидоїдами (кислотоподібними). До таких колоїдів можна віднести кремнекислоту, гумінові кислоти, глинисті мінерали.

Колоїди, які мають у потенціал -визначному шарі позитивно заряджені іони та віддисоційовують у розчин іони-ОН", називаються базоїдами (лугоподібними). Колоїди гідроксидів заліза, алюмінію, протеїну взалежності від реакції середовища поводять себе як кислота (ацидоїди), то як основа (базоїди).

Колоїди з подвійною функцією називаються амфотерними, або амолітоїдами.

Колоїди у грунті знаходяться переважно у формі гелів, у яких колоїдні частинки зчіплюються між собою й утворюють структурну сітку, у вічках якої утримується вода. Частинки в цьому випадку не відокремлені водною фазою.

У вологому грунті невелика кількість колоїдів може знаходитися у стані золю (частинки відокремлені водною фазою).

Процес з'єднання колоїдних частинок і утворення осаду (тобто перехід зі стану золю в стан гелю) називається коагуляцією. Перехід колоїда зі стану гелю в стан золю називається пептизацією.

Колоїди які можуть переходити із золю в гель і навпаки, називаються оберненими. У грунті знаходиться багато колоїдів, які важко переходять до стану золю, вони складають групу не обернених колоїдів.

Агрономічне значення ґрунтових колоїдів. Кількість і склад ґрунтових колоїдів, а також їх фізичний стан визначають важливі агрофізичні та фізико- хімічні властивості грунту.

Калоїди впливають на гранулометричний склад грунту: чим більше колоїдів, тим важчий грунт за гранскладом, а відповідно, й більш щільний, в'язкий, волого-та теплоємкий. Однак на агрофізичні властивості грунту вирішальний вплив має стан ґрунтових колоїдів. Колоїди знаходяться в грунті у вільному стані у вигляді плівок навколо більш крупних частинок. При коагуляції вони склеюються між собою і, як цемент, склеюють крупніші частинки в агрегати, оструктурюючи грунт. Якщо колоїди не обернені-то структура водостійка. Така коагуляція й утворення водостійкої ґрунтової структури проходить під дією катіонів кальцію і заліза, що входять до дифузного шару колоїдних міцел.

При входженні до дифузного шару колоїдних міцел катіонів натрію та, меншою мірою, калію відбувається перехід колоїдів у стан золю, структура руйнується, грунт стає липким та в'язким, у вологому стані сильно набухає, а при висушуванні-стає дуже щільним, сильно осідає, утворюються великі брили.

Знаючи ці закономірності, людина вносячи в грунт кальцієвмісні сполуки (у випадку кислої чи лужної реакції середовища), насичує колоїди катіоном кальцію, регулюючи тим, крім кислотно-основного стану, й агрофізичні властивості грунту. Колоїди великою мірою визначають поглинальну здатність, фізико-хімічні властивості та буферність грунту. 5.3. Види вбірної здатності грунту.

Здатність грунту поглинати рідини, гази, сольові розчини, затримувати тверді частки-це так звана вбирна здатність грунту (поглинальна здатність). Основна частка поглинальної здатності грунту припадає на грунтові колоїди.

Сукупність високодисперсних мінеральних, органічних і органо- мінеральних частинок твердої фази грунту, здатних поглинати, утримувати іобмінювати молекули, іони, різні речовини та сполуки називається, за К.К.Гедройцом грунтово-поглинальним комплексом.

К.К.Гедройц виділив 5-ть видів поглинальної здатності грунту: механічну, хімічну, біологічну, фізичну та фізико-хімічну.

Механічна поглинальна здатність -це властивість грунтів поглинати тверді частинки, що надходять із водним або повітряним потоком, розміри яких перевищують розміри ґрунтових пор.

Вода при цьому очищається від зависей, що дозволяє використовувати грунт для очищення питних і стічних вод.

Хімічна поглинальна здатність зумовлена утворенням внаслідок проходження хімічних реакцій у грунті важкорозчинних сполук, які випадають із розчину в осад. Це веде к утворенню нової твердої фази. Наприклад: суперфосфат у кислих грунтах взаємодіє з алюмінієм:

2АІ³⁺ + Са(Н₂Р0₄)₂ 2АІ Р0₄+ Са²+4Н⁺ При цьму фосфор зв'язується у нерозчинну сіль АІ Р0₄ і ефективність суперфосфату знижується.

Біологічне поглинання спричиняється здатністю живих організмів (корені рослин, микроорганізмами), які живуть у грунті, поглинати різні елементи. Живі організми володіють вибірковою здатністю до елементів живлення. Вони переводять хімічні сполуки в органічні речовини. Завдяки цьому, поверхневі горизонти грунтів збагачуються не лише органічною речовиною, але й зольними елементами живлення та азотом.

Фізична поглинальна властивість -властивість грунту збільшувати концентрацію молекул різних речовин на поверхні тонко дисперсних частинок.

Тобто вона полягає в зміні концентрації молекул біля поверхні розділу фаз. Тверда фаза грунту, маючи високу питому поверхню, взаємодіє в сухому стані з газами повітря, а в вологому-з компонентами ґрунтового розчину. Енергетичним фактором, що обумовлює явище адсорбції, є вільна енергія молекул та іонів, що знаходяться на поверхні твердої фази грунту. Грунт здатний адсорбувати гази, рідини, тверді речовини.

Фізико-хімічна, або обмінна поглинальна властивість, -властивість грунту поглинати й обмінювати іони, що знаходяться на поверхні колоїдних частинок, на еквівалентну кількість іонів розчину, взаємодіючого з твердою фазою грунту.

Ця властивість грунту зумовлена наявністю у його складі так званого ґрунтового поглинального комплексу (ГПК), зв'язаного з ґрунтовими колоїдами. Са²"

[ГВК] М§²⁺ + 5КСІ = [ГВК] 5К + Са СЬ + М§ СІ₂ + НСІ ЬГ

Окрім еквівалентності, іонному обміну властива і певна зворотність. Будь- яке порушення встановленої рівноваги між колоїдами та розчином неминуче відновлює реакцію обміну. Цей вид вбирної здатності поширюється не лише на катіони, а й на аніони. Проте, через те, що в більшості грунтів

переважають негативно заряджені колоїди, що мають в дифузному шарі міцели катіони, то саме катіонний обмін має найбільший прояв у грунтах.

Питання контролю:

5.4..Поділ осадових порід за іх складом.

2. Що собою являють механічні елементи твердої фази грунту?

3. Класифікація механічних елементів грунту за М.М.Сібірцевим.

4. Поділ грунтів за ступенем каменистості.

5. Що розуміють за гранулометричним складом і аналізом грунтів? б.Зхарактеризуйте піщану,пилувату,мулисту і колоідну фракціі грунтів. 7.У чому полягає практичне значення гран складу грунтів?

8.Значення застосування піскування і глинування грунтів. 9.Основні способи утворення вторинних мінералів. 10.Походження,будова,склад і агрономічне значення колоїдів.

.Класифікації ґрунтових колоїдів за хімічним складом і зарядом. 12.Назвіть і зхарактеризуйте види вбирної здатності грунтів.

Дата добавления: 2014-01-04