Грунтові колоїди. Будова, властивості і склад ґрунтових колоїдів

Накопичення в грунті елементів живлення рослин пов`язане з поглинальною здатністю грунтів. Академік К. К. Гедройц запропонував під поглинальною здатністю грунту розуміти здатність її поглинати рідини, гази, сольові розчини і утримувати тверді частинки, а також живі мікроорганізми. Поглинювальні процеси в грунті обумовлені переважно тонкодисперсної частиною грунту і особливо колоїдами. зміст колоїдів в грунті рідко перевищує 30% грунтової маси, але вплив їх на властивості грунту і рівень родючості надзвичайно великий.

Грунт складається з частинок різного розміру. Ґрунтовими колоїдами називають частинки діаметром від 0,2 до 0,001 мкм. Вони утворюються при диспергування (роздробленні) великих частинок або при конденсації внаслідок фізичного або хімічної сполуки молекул.

За походженням грунтові колоїди бувають мінеральні, органічні і органо-мінеральні.

Мінеральні колоїди утворюються при вивітрюванні гірських порід. це глинисті мінерали, колоїдні форми кремнезему і полуторні оксиди.

До органічних колоїдам відносяться гумусові речовини грунту, сформовані в процесі гуміфікації рослинних і тваринних залишків.

Відео: ППК - грунтовий поглинаючий комплекс

Органо-мінеральні колоїди утворюються при взаємодії мінеральних і органічних колоїдів.

У різних грунтах зміст колоїдів становить від 1 ... 2 до 30 ... 40% маси грунту. Найбільша кількість колоїдів зазначено в глинистих і суглинних грунтах з високим вмістом гумусу, найменше - в піщаних і супіщаних грунтах, бідних гумусом.

Будова колоїдної частинки (міцели). На малюнку показано будову колоїдної міцели. Ядро міцели - це внутрішня її частина, що складається з недіссоціірованних молекул. Воно може бути аморфним або кристалічним. На поверхні ядра знаходиться подвійний електричний шар іонів, дотичний з дисперсним середовищем (ґрунтовим розчином): внутрішній - потенціал визначає шар нерухомих іонів, міцно пов`язаних з ядром, і зовнішній - компенсуючий шар іонів, що має протилежний заряд.

Мал. Схема будови колоїдної міцели (по Н. І. Горбунову)

Заряд колоїдної міцели визначають іони, безпосередньо пов`язані з поверхнею ядра. Цей заряд виникає в результаті дисоціації молекул на поверхні ядра. Наприклад, молекули гідроксиду алюмінію Аl (ОН) з, що становлять ядро міцели, в кислому середовищі дисоціюють на іони Al (OH)₂⁺ і ОН^-, а в лужному - на АlO (OН)₂^- і Н⁺. Складні іони утримуються на поверхні ядра і визначають знак заряду колоїдної міцели. Тому колоїдна частка гідроксиду алюмінію в кислому середовищі має позитивний заряд, а в лужному - негативний.

Колоїди, що мають кристалічну будову, набувають заряд іншим шляхом. Відомо, що іони кристалічних частинок, що знаходяться на поверхні, не насичені зв`язками і тому можуть притягувати іони з розчинів. При цьому притягуються іони протилежного заряду, внаслідок чого утворюється дифузний шар колоїдної міцели.

Ядро міцели і потенціалопределяющего шар іонів утворюють гранулу. За потенціалопределяющего шаром гранули розташовані компенсуючі іони. Прочносвязанная іони цього шару утворюють нерухомий шар компенсуючих іонів. Потім слід зовнішній, або дифузний, шар іонів, здатних обмінюватися на іони грунтового розчину. Таким чином, колоїдна міцела складається з ядра і двох протилежно заряджених шарів іонів.

Грунтові колоїди за знаком заряду потенціал визначає шару поділяються на негативні (ацідоіди) і позитивні (базоіди). До негативних колоїдам відносяться кремнієва кислота, глинисті мінерали і гумусові кислоти, до позитивних - гідроксиди заліза і алюмінію.

Потенціал ґрунтових колоїдів залежить від їх природи і реакції середовища. Оскільки грунтові частинки мають заряд, вони здатні притягувати дипольні молекули води з навколишнього розчину, утворюючи гідратів плівки. Товщина цієї плівки залежить від величини заряду. У зв`язку з цим розрізняють гідрофільні колоїди (кремнієва кислота, гумусові кислоти), які утримують багатошарові плівки води, і гідрофобні, тобто слабогідратірованние колоїди (гідроксид заліза, каолініт). Гідрофільні колоїди мають спорідненість з водою і здатні сильно набухати, що запобігає їх злипання. Гідрофобні колоїди набухають слабо, тому у них виражена здатність згортатися і випадати в осад.

Коагуляція і пептизація колоїдів. Колоїди можуть перебувати в двох станах: золю (колоїдного розчину) і гелю (колоїдного осаду).

Коагуляцією називається процес переходу колоїдів з стану золю в стан гелю. Злипання колоїдів в агрегати відбувається під впливом електролітів. Коагуляція ацідоідов викликана катіонами електроліту, базоідов - аніонами. Згортання (злипання) колоїдів може відбуватися при взаємодії протилежно заряджених колоїдних систем. При висушуванні або заморожування грунту спостерігаються дегідратація (зневоднення) гідрофільних колоїдів і підвищення концентрації електроліту ґрунтового розчину, що також викликає коагуляцію колоїдів.

При коагуляції колоїдів відбувається склеювання елементарних ґрунтових частинок в грудочки, в результаті чого поліпшуються фізичні властивості грунту. Коагуляцію викликають двовалентні катіони, особливо Са²⁺. Кальцій називають «стражем грунтової родючості», так як він сприяє утворенню структури і зменшує кислотність грунтів.

Пептизація - це зворотний процес коагуляції, при якому колоїди переходять з гелю в золь. Пептизація відбувається при впливі розчинів лужних солей. Наприклад, під впливом одновалентного катіона натрію спостерігається посилена гідратація колоїдів і перехід їх в стан золю. При пептізаціі ґрунтових колоїдів руйнується цінна структура і погіршуються властивості грунту. Так, стовпчастий горизонт солонцевих грунтів, насичений гідратованими катіонами натрію, у вологому стані набухає, а при висиханні розтріскується на великі окремо.

Роль колоїдів в грунті виключно велика: від змісту колоїдної фракції залежать зв`язність, водопроникність, буферність і інші властивості грунту.