Почвенные коллоиды, их строение, свойства и состав.

Почва является сложной полидисперсной системой, состоящей из частиц различной величины. Наиболее дисперсная часть ее, представленная частицами диаметром от 0,02 до 0,0001 нм, называется почвенными коллоидами. Их количество в почве различно  от 1-2 до 30-40% к массе почвы. Образуются они путем диспергации (раздробления) более крупных частиц или конденсации многих молекул в агрегаты молекул.

Строение и свойства коллоидов. Коллоиды  двухфазные системы и состоят из дисперсной фазы (массы коллоидных частиц) и дисперсионной среды (почвенный раствор). Характерными особенностями почвенных коллоидов являются очень большая суммарная и удельная поверхность и наличие двойного электрического слоя ионов на границе раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой.

В почве основная масса коллоидов является ацидоидами, содержит в диффузном слое катионы, способные к обменным реакциям. Присутствуют также амфолитоиды, меняющие знак заряда в зависимости от величины рН. По отношению к жидкой фазе коллоиды делятся на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильными называются коллоиды, способные поглощать молекулы воды, которые образуют на их поверхности многослойную пленку (гидратация коллоида).

Наличие электрического заряда обусловливает электрокинетические свойства, главнейшими из которых являются коагуляция и пептизация коллоидной системы. Коллоиды могут находиться в двух состояниях: золя (коллоидного раствора) и геля (коллоидного осадка).

Коагуляция  переход коллоида из состояния золя в состояние геля. При этом коллоиды теряют заряд и происходит слипание их в агрегаты. Коагуляция вызывается действием электролитов, ионы которых несут противоположный знак заряда. Особым видом коагуляции является тиксотропия  явление, при котором масса геля не отделяется от дисперсионной среды, а образует студень, способный возвращаться в состояние золя при механическом воздействии.

Пептизация  переход из состояния геля в золь. Она вызывается восстановлением и повышением дзета-потенциала коллоидной системы. Пептизация почвенных коллоидов происходит при удалении избытка электролита и действием ионов ОН-, которые увеличивают заряд ацидоидов, при насыщении почвы высокогидратированными катионами.

Электрокинетические свойства коллоидов обусловливают их способность к аккумуляции и передвижению в пределах почвенного профиля, а следовательно, к их участию в формировании аккумулятивных, элювиальных и иллювиальных горизонтов почвы.

Огромное значение имеют адсорбционные свойства коллоидов  способность поглощать катионы, анионы и целые молекулы находящихся з почвенном растворе веществ. Различают ионную и молекулярную сорбцию. Ионная сорбция носит обменный характер и заключается в обменной реакции между катионами диффузного слоя мицеллы и окружающего ее раствора. Молекулярная сорбция  поглощение (фиксация) на поверхности мицеллы молекул каких-либо соединений (например, молекул воды).

Состав почвенных коллоидов. Валовой химический состав почвенных коллоидов отличается повышенным содержанием гумуса и полуторных окислов и пониженным количеством кремнезема.

Различают три группы коллоидов в почве: минеральные, органические и органо-минеральные.

Минеральные коллоиды представлены глинистыми минералами, коллоидными формами кремнезема и полуторных окислов.

Органические коллоиды представлены в почве прежде всего гумусовыми кислотами и их солями (гуматами, фульватами, алюмо- и железогумусовыми соединениями). Все они типичные ацидоиды.

Органоминеральные коллоиды широко распространены в верхних горизонтах всех почв. Они представляют собой комплекс переменного состава из высокодисперсных минералов и гумусовых веществ, покрытых пленками гумусовых кислот, гуматов, фульватов алюмо- и железогумусовых солей.

Поглотительная способность почвы

Одним из главнейших свойств почвы является ее поглотительная способность. Поглотительная способность  способность почвы задерживать «соединения или части их, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии» (К.К. Гедройц).

К.К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности: механическую  свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор;

физическую  изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы;

физико-химическую, или обменную,  способность обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с нею растворе;

химическую  способность анионов растворенных солей давать с катионами нерастворимые соли, выпадающие в осадок;

биологическую  способность микроорганизмов и растений поглощать из почвенного раствора различные вещества.

Совокупность высокодисперсных твердых частиц почвы, способных к реакциям обменного поглощения, К.К. Гедройц назвал почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Механизмами поглотительной способности почв являются:

сорбция  поглощение ионов или молекул веществ, находящихся в растворе, почвенными коллоидами. Различают ионную (обменную) и молекулярную сорбцию;

хемосорбцию  химическую сорбцию ионов или молекул растворенного вещества на поверхности коллоидной частицы путем образования нерастворимых соединений;

адгезия  склеивание твердых частиц почвы с сорбированными веществами.

Кислотность и щелочность почвы

Реакция почвы определяется соотношением свободных ионов Н+ и ОН- в почвенном растворе. Концентрация свободных ионов Н+ выражается величиной рН (отрицательный логарифм концентрации ионов водорода). рН 7 характеризует нейтральную реакцию, рН<7  кислую и рН>7  щелочную.

Кислотность почвы  способность почвы подкислять воду и растворы нейтральных солей.

Различают актуальную (кислотность почвенного раствора) и потенциальную кислотность (характерна для твердой фазы почвы).

В зависимости от характера вытеснения различают две формы потенциальной кислотности  обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность проявляется при обработке почв раствором нейтральных солей.

Гиролитическая кислотность (суммарная кислотность, состоящая из актуальной и потенциальной кислотности).

Доля участия в ППК поглощенных водорода и алюминия определяет степень насыщенности почв основаниями (V) – это количество поглощенных оснований (S’), выраженное в % от емкости поглощения (Е). V=S’/Е*100.

Щелочность почв.

Различают актуальную и потенциальную щелочность.

Актуальная щелочность обусловливается наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей (Nа2СО3, NаНСО3, Са(НСОз)2 и др.), которые при диссоциации образуют гидроксил-ионов.

Потенциальная щелочность – щелочность почв, содержащих натрий, в результате реакции с угольной кислотой образуется сода Nа2СО3 и происходит подщелачивание раствора.

Буферность почвы.

Буферной способностью, или буферностью, называют способность почвы противостоять изменению реакции почвенного раствора.

Буферность зависит от химического состава и емкости поглощения почвы, состава поглощенных катионов и свойств почвенного раствора.

Буферность почв связана с твердой фазой почв; характеризуется числом миллилитров кислоты или щелочи, которое необходимо прибавить, чтобы изменить концентрацию Н-ионов в почвенном растворе.