土壤化学词条(蒋新、周东美、徐仁扣等)-2011-6-22[1](6)

2019-03-09 17:20

化等作用。生物风化是由于生物新陈代谢产生有机质或机械破坏引起的。一般地,硫化物、碳酸盐最易风化,硅酸盐、氧化物较稳定,尤其是具层状结构、富含水及高价态的变价元素的氧化物和氢氧化物、硅酸盐最稳定。矿物的化学成分与其抗风化能力相关,若含易溶解的Ca、Mg、K、Na元素多,Fe、Si、Al元素少,则易风化。反之,则稳定。

矿物风化序列 weathering sequence of mineral 亦称为“矿物风化阶段”。黏粒粒级的矿物在弱酸性条件下风化的先后顺序,用数字(从1到13)表示。土壤和沉积物矿物风化序列是从建立在矿物学和结晶化学基础上的。这个13级序列分别用典型矿物代表而表示为:石膏(及岩盐等)、方解石(及白云石、文石等)、角闪石(及透辉石等)、黑云母(及海绿石、绿泥石、叶蛇纹石、绿脱石等)、钠长石(及钙长石、微斜长石等)、石英(及方石英等)、伊利石(及白云母、绢云母等)、云母、蒙脱石(及贝得石等)、高岭石(及埃洛石等)、水铝矿(及一水软铝等)、赤铁矿(及针铁矿、褐铁矿等)、锐钛矿(及金红石、钛铁矿、刚玉等)。矿物的风化阶段是由影响因素(气温、水分、酸度和氧化还原电位)和本身因素(矿粒大小和矿物特殊性)以及时间决定的。

断键 broken bond 矿物破裂面两边的原子在互相分开时,其间的键随着断开,其上原有价电子仍能与别的原子键合。表面断键造成矿物表面多余电荷和能量上的不平衡,引发表面反应性。晶格破碎断键可以使得土壤胶体获得可变电荷。粘土矿物因晶格破碎边缘断键而产生的电荷,大多为负电荷,例如,晶格在硅层或铝层截面上断裂,Si—O—Si、Al—O—Al在断裂后,断面上留下Si—O─Si、Al—O─Al,从而带负电。因晶格破裂断键产生的负电荷,高岭石类最多,水云母次之,蒙脱石较少。

脱钾作用 depotassication 含钾矿物中的结合态钾被别的水合阳离子取代而获释的过程。风化作用强的温带湿润、酸性土壤中的矿物脱钾作用较强。如黑云母水化脱钾氧化形成水云母,云母在酸性条件下脱钾形成高岭石。大多数云母的层间阳离子以K+为主,有些K+ 可被Na+, Ba2+,Ca2+等其他离子代替。云母风化为水云母或蛭石时,晶层改变不多,仅层间K+被水化阳离子取代。当三八面体云母中的OH-有一部分被F-置换时,由于F-不至于对K+产生斥力,所以,K+牢固提高,云母风化与F-含量成反相关。

楔形带 wedge zone 云母片的水化脱钾作用由边缘向中心渐进,使薄片边缘作楔状张开形成的区域。钾的释放过程中,首先是含钾矿物的颗粒边缘膨胀, 导致颗粒边缘层面逐步打开,紧接着边缘破损形成楔形带,楔形带随层面打开而增加,随层内全部打开而减少。云母类矿物风化边缘的楔形区域内的K+,可被H+或NH4+交换,但不能为Ca2+、Mg2+等水化半径大的离子所交换。楔形区域内的K是土壤可交换性钾的组成部分。黏土矿物边缘一旦形成楔形区, 它对外源钾素的固定强度就会提高。这种楔形区可以在云母脱钾风化过程中形成,也可以通过土壤溶液中的钾离子或铵离子进入膨胀性矿物层间的复三方网孔后,引起晶层不均匀收缩形成。另外因在酸性土壤上施用石灰而使pH 值升高后,在层间失去复合羟基铝,导致晶层塌陷的同时,也可能形成楔形区。

形位效应 steric effect 亦称为“空间效应”。黏土矿物内表面的有限空间,对体形较大的离子团或分子在离子交换或吸附时造成特殊影响。空间形位是由于每个原子在分子中占据一定的空间产生的。如果原子间靠得太近,就有一个由于电子云重叠而产生的能量,这可能会影响分子构型。当分子内基团大小阻止了与小分子有关的化学反应就发生形位效应。空间位形有时候成为一个问题,但也可以成为有用的工具,可以通过利用其去阻止其他副反应发生而改变分子反应的部位。了解形位效应对于矿物的化学、生物化学等至关重要。形位效应在矿物化学中的影响是普遍的,可以影响反应速率和反应能量。

谐溶 congruent dissolution 矿物完全溶解后不产生沉淀的现象。不谐溶则是矿物在溶解过程中部分成分产生新的固体或沉淀的现象。把晶体置于不饱和溶液中晶体就开始溶解。由于角顶和棱与溶剂接触机会多,所以这些地方溶解快些。因而晶体可溶成近似球状。如明矾的八面体溶解后成近于球形的八面体。晶面溶解时,将首先在一些薄弱地方溶解出小凹坑,称为蚀像。镜下观察发现这些蚀像是由各种次生小晶面组成。不同网面密度的晶面溶解时,网面密度大的晶面先溶解,因为网面密度大的晶面网间距大,容易破坏。

不谐溶 incongruent dissolution 见“谐溶”

嵌插作用 intercalation 外来分子插入黏土矿物层间的过程。嵌插作用几乎发生在所有的黏土矿物中,嵌插反应特指在层状化合物片层之间插入中性分子如H2O、烷基胺、其它有机溶剂等的过程。与离子交换反应的共同点是均不破坏黏土矿物骨架结构,区别是离子交换反应伴随着层间离子的迁出,而嵌插作用仅是中性分子的迁入。嵌入的中性分子可能会与层间离子作用,最终以离子形式存在。如嵌入的H2O与H+作用,以H3O+的形式存在。而一般的烷基胺嵌入到层间以后均以铵盐的形式存在。最早发现的嵌插作用是石墨的阳极膨胀现象。黏土矿物层间距会随着嵌入分子的大小而相应发生改变,一般来说,嵌入分子越大,层间距扩大越多。嵌插作用与嵌入物质种类、浓度和黏土矿物层间电荷密度密切相关,其电荷密度越低,越有利于嵌入反应的进行。

土壤胶体 soil colloid 胶体又称胶状分散体,是一种均匀混合物。土壤胶体常指颗粒直径小于1微米的固相颗粒,也有材料中将土壤胶体定义为直径小于2微米的颗粒。这些颗粒分散于液体中形成胶状悬液。土壤胶体由无机胶体(或矿质胶体)、有机胶体和有机-无机复合胶体组成。土壤胶体是土壤中最细小和最活泼的部分,有巨大的比表面,表面带有电荷,可以发生离子吸附和离子交换等反应。因此土壤胶体有很高的反应活性,对土壤的性质有重要影响,如胶体含量的多少直接影响土壤质地的轻重和保水保肥能力;胶体对阴、阳离子的吸附作用影响土壤的供肥能力和酸碱度;有机-矿质复合体的形成可改善土壤的结构;土壤胶体还影响重金属和农药等污染物在土壤中的活性和生物有效性。(徐仁扣)

土壤胶体类型 type of soil colloid 土壤胶体按不同的标准可以分为不同类型。按化学组成,可将土壤胶体分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体;按表面性质,可将其分为土壤酸胶体、土壤碱胶体和两性胶体。(徐仁扣)

土壤有机胶体 soil organic colloid 指土壤中有机高分子化合物的细分散状态,具有胶体特性。土壤有机胶体由新鲜的或分解的动植物残体和微生物遗体所组成,主要有腐殖质、木质素、蛋白质、纤维素、树脂和其它复杂化合物。来自绿色植物物质的糖、淀粉和简单蛋白质最易分解,其次是粗蛋白质,再其次是半纤维素和纤维素,木质素最难分解。腐殖质是一种复杂有机化合物的混合物,呈黄棕色或暗色,主要由酚酸和其它芳香化合物、蛋白质和肽,以及糖类等有机化合物随机聚合而成,为无定形的复杂的和难于分解的胶体混合物。腐殖质主要包括胡敏酸(HA)、富啡酸(FA)和胡敏素。一般用氢氧化钠或焦磷酸钠从土壤中分离腐殖质,再根据其在稀碱、稀酸和中性盐中的溶解度的不同分离成不同组分。因为其表面含有丰富的含氧官能团如羧基、酚羟基、醇羟基、醌基、羰基和甲氧基,腐殖质在提高土壤肥力、土壤结构的形成、钝化重金属、吸附农药和其它有毒有机污染物等方面发挥重要作用。其中羧酸基和酚羟基有不同程度的离解,使腐殖质带负电荷,具有离子交换性能,这些酸性基团的离解度随pH升高而增加。

腐殖质的消光特性可以表征其分子量和缩合程度,通常用其在465纳米和665纳米波长处的消光度的比率(E4/E6)来说明,HA的E4/E6通常小于5.0,FA则为6.0-8.5。低E4/E6表示腐殖质的分子量和缩合程度增加,芳香结构较多;反之则说明芳香物质的缩合程度低,脂肪族结构较多。

腐殖质具有胶体的一般性质,在电解质作用下可以发生絮凝,其絮凝所需的电解质浓度视溶液的pH和电解质的本性而定,一般三价阳离子使腐殖质絮凝的能力大于二价阳离子,二价阳离子又强于一价阳离子。三价离子Fe3+和Al3+对腐殖质的絮凝能力很强。(徐仁扣)

土壤矿质胶体 soil mineral solloid 也称土壤无机胶体(土壤粘粒),包括土壤母质中矿物的残屑和矿物的风化产物,除少量石英和长石等原生矿物外,主要为次生矿物,并主要由粘粒中的层状硅酸盐、凝胶类硅酸盐和氧化物组成。层状硅酸盐有水云母、蒙脱石、绿泥石、蛭石、高岭石、埃络石以及由这些矿物的单元晶层重叠成的间层矿物等。粘粒氧化物有水铝英石和铁、锰、铝、硅和钛等的氧化物及其水合物。

层状硅酸盐矿物中硅氧四面体与铝氧八面体(或镁氧八面体)按一定的方式结合,根据单元晶片结合方式的不同将这些矿物分为1:1、2:1、2:1:1型。高岭石和埃络石属1:1型矿物;水云母、蛭石和蒙脱石属于2:1型矿物。层状硅酸盐矿物结构中存在同晶置换现象,即四面体和八面体中心原子Si、Al和Mg被性质相似大小相近的其它低价阳离子取代,导致矿物表面带有永久负电荷。这是土壤胶体具有阳离子交换性能和土壤具有保肥能力的主要原因。

土壤中的氧化物在数量上比层状硅酸盐矿物低得多,但它们对土壤性质有重要影响,特别是热带、亚热带地区富含铁、铝氧化物的红壤和富含水铝英石的火山灰土。氧化物是土壤可变电荷的主要来源,是离子专性吸附的主要载体,对土壤团聚体形成有重要作用。

土壤的电荷主要集中在胶体部分,所以土壤的一些化学现象在其胶体部分表现得最为突出。因此,分离土壤胶体并对其进行研究,可以更有效地揭示土壤的化学性质。土壤胶体一般采用沉降法分离,先用过氧化氢溶液去除土壤有机质,然后用物理和化学方法使土壤颗粒在溶液中充分分散,根据不同粒径的土壤颗粒在水中沉降速度的不同,将胶体颗粒从土壤中分离出来。

土壤胶体分散在低浓度电解质溶液中,当颗粒间的静电排斥力与范德华引力相当时,胶体可保持长期稳定状态,但随着电解质浓度增加,胶体颗粒发生絮凝和沉降。除电解质浓度外,电解质种类、温度及离子在颗粒表面的专性吸附也影响胶体的稳定性。(徐仁扣)

有机矿质复合体 organo-mineral complex 土壤有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩聚、阳离子桥接及氢键缔合等作用连结在一起的复合体。土壤粘粒与有机质的作用涉及库伦引力、范德华引力、阳离子键合、阴离子键合、氢键合和共价键合等机制。除与硅酸盐矿物发生表面缔合外,有机物还能进入膨胀性矿物的层间,形成复合体。铁、铝氧化物及其水合物在土壤有机无机复合体形成过程中发挥重要作用,这些氧化物除单独与有机物作用形成复合体外,还能充当层状硅酸盐矿物与有机质作用的“桥梁”,形成三元复合物。铁、铝氧化物形成过程中,有机物可以进入氧化物的结构网格中,形成有机矿质复合体,使其化学反应活性显著增加。土壤有机矿质复合体对土壤性质有重要影响。土壤有机矿质复合体是稳定性团聚体和土壤肥力形成的重要机制和物质基础,团聚体的形成改善土壤的物理性状,复合体中丰富的N、P为植物提供养分,复合体表面丰富的电荷和含氧官能团使其能够吸持养分和污染物,具有保肥能力和消纳污染物的能力。有机矿质复合体的形成也使有机物本身得到保护,吸附在粘粒矿物表面和膨胀性粘粒层间的多糖、氨基酸、肽和蛋白质不易被土壤微生物分解,稳定性提高。(徐仁扣)

土壤酸胶体 soil acidoid 主要出现在早期的土壤化学文献中,指表面带负电荷的有机和无机胶体物质,如黏土矿物和腐殖酸,其化学行为类似于弱酸。这类胶体物质表面能够吸附氢离子和各种其它阳离子。(徐仁扣)

土壤碱胶体 soil basoid 主要出现在早期的土壤化学文献中,指表面带正电荷的土壤有机和无机胶体物质,这类胶体物质表面可以吸附羟基和各种其它阴离子。(徐仁扣)

叠胶 tactoid 胶体悬液中颗粒絮凝时,颗粒平行定向重叠形成的胶体状态。(徐仁扣)

两性胶体 ampholytoid 表面既带正电荷又带负电荷的胶体,如热带、亚热带地区的可变电荷土壤胶体和铁铝氧化物胶体。两性胶体所带表面电荷的数量随介质pH的变化而变化,低pH下主要带正电荷,随着介质pH升高,胶体表面所带正电荷数量减少,负电荷数量增加。胶体表面所带的正电荷数量与负电荷数量相等时的介质pH值称为电荷零点。当介质pH小于电荷零点时,胶体表面带净正电荷(正电荷数量大于负电荷数量);当介质pH高于电荷零点时,胶体表面带净负电荷。介质离子强度对两性胶体表面的电荷数量也有影响,一般随离子强度增加,胶体表面电荷数量增加。(徐仁扣)

土壤胶体动电现象 在固液相共存的体系中,当固相与液相作相对运动时所表现出来的电现象称为动电现象。产生动电现象的原因是土壤胶体表面带电荷,当带电的胶体颗粒分散在溶液中,在其表面形成扩散双电层。主要的动电现象有:电泳、电渗、流动电位和沉降电位。(徐仁扣)

扩散双电层 diffuse double layer; DDL 当带电的胶体颗粒分散在电解质溶液中,由于静电吸引,溶液中带反号电荷的离子(反荷离子)向表面靠近,同时离子的热运动又使离子向远离表面的方向扩散;溶液中带同号电荷的离子(同荷离子)呈相反的运动趋势。当静电吸引与热运动平衡时,在颗粒表面形成主要由反荷离子组成的扩散层,扩散层中反荷离子的数量随距表面的距离的增加而减小,同荷离子随距表面的距离增加呈相反变化趋势,离子呈扩散状分布。胶体表面的带电层称为紧密层,紧密层与扩散层合称为扩散双电层。带电固体与电解质溶解接触时在带电的表面也形成扩散双电层。

双电层理论是胶体化学的基本理论,它经历了一个不断完善的过程。从1853年Helmholtz提出的平行板双电层模型,到Gouy(1910)和Chapman(1913)提出的由反荷离子组成的扩散层学说,这一理论得到很大的发展。Stern(1924) 对Gouy-Chapman双电层模型进行进一步修正,考虑了被吸附离子的大小对双电层的影响,提出了Stern双电层概念和模型。该模型中,反离子与表面电荷之间由厚度为?的不带电层分开,这个不带电层称为Stern层。在Stern层中,介质的介电常数低,电位随距离增加呈直线下降。与Stern层连接的逐渐向液相延伸的为扩散层。Stern层之外的反荷离子的电荷分布与Gouy扩散层中反荷离子的电荷分布相同,其电位随距离增加呈指数关系下降。Grahame(1947)将Stern层进一步区分为由未水合的离子构成的内Helmholtz层和由水合离子构成的外Helmholtz层,使双电层理论得到进一步完善。(徐仁扣)

反荷离子 counter ion 分布在双电层扩散层中所带电荷与胶体颗粒表面所电荷符合相反的离子,称为反荷离子。当胶体颗粒表面带负电荷时,反荷离子为阳离子;当胶体颗粒表面带正电荷时,反荷离子为阴离子。反荷离子主要起平衡胶体颗粒表面电荷的作用,使胶体双电层体系呈电中性状态。双电层扩散层中反荷离子的浓度高于本体溶液中的,这也是带电胶体可对离子产生静电吸附的主要的原因。(徐仁扣)

Zeta 电位(动电电位) zeta potential; kinetic potential 当胶体悬液中的带电颗粒在电场中发生运动时,固相颗粒表面上的液体固定层与液体可移动部分之间的分界面(滑动面)上的电位称为动电电位或zeta电位(或?电位)。Zeta电位是表征胶体双电层特征的重要参数,其大小和正负符合主要决定于胶体颗粒的本性,也受外部条件的影响。胶体颗粒表面带正电荷时,zeta电位为正值;当胶体颗粒表面带负电荷时,zeta电位为负值。当外部条件相同时,zeta电位的绝对值随胶体颗粒表面电荷数量的增加而增大。影响zeta电位的外部因素主要有离子强度、pH和离子的专性吸附。Zeta电位的绝对值随体系离子强度的增加而减小。当胶体颗粒表面带可变电荷时,zeta电位会随体系pH的升高向负值方向位移。离子专性吸附影响胶体表面电荷,因而影响zeta电位。阳离子专性吸附使zeta电位向正值方向位移;阴离子的专性吸附使zeta电位向负值方向位移。Zeta电位一般用微电泳仪测定,通过测量悬液中胶体颗粒在电场中移动时的电泳淌度(胶体颗粒的移动速度),根据Helmholtz-Smoluchowski方程 ?=4??u/?E可计算zeta电位数值,?为粘度;?为介电常数;E为电场强度。(徐仁扣)

动电电荷密度 electrokinetic charge density 当胶体悬液中的带电颗粒在电场中发生运动时,固相颗粒表面上的液体固定层与液体可移动部分之间的分界面(滑动面)上的电荷密度称为动电


土壤化学词条(蒋新、周东美、徐仁扣等)-2011-6-22[1](6).doc 将本文的Word文档下载到电脑 下载失败或者文档不完整,请联系客服人员解决!

下一篇:小组合作学习 让学生成为课堂主人

相关阅读
本类排行
× 注册会员免费下载(下载后可以自由复制和排版)

马上注册会员

注:下载文档有可能“只有目录或者内容不全”等情况,请下载之前注意辨别,如果您已付费且无法下载或内容有问题,请联系我们协助你处理。
微信: QQ: