第五章(1) 土壤膠體化學與表面反應

土壤膠體化學2021/5/911、本章的基本原理是理解土壤化學性質(zhì)的基礎(chǔ)；粘土礦物是膠體的基礎(chǔ)。2、土壤膠體的表面性質(zhì)對土壤的理化性質(zhì)有全面深刻的影響；學好本章可對各章融會貫通。3、土壤膠體化學是土壤化學的核心內(nèi)容之一。教學目標2021/5/92第一節(jié)土壤膠體的種類、構(gòu)造

土壤膠體土壤膠體的概念土壤膠體的種類土壤膠體的基本構(gòu)造土壤膠體的基本性質(zhì)土壤膠體對離子的吸附作用土壤膠體吸附性的含義土壤吸附性的類型及其意義2021/5/93土壤膠體的概念膠體：細小顆粒（一般小于0.001mm粘粒）均勻地分散于分散劑中形成的兩相體系。土壤膠體：指土壤中的細小顆粒均勻地分散于土壤水中而形成的兩相體系。土壤膠體是土壤中最細小、最活躍的部分，土壤膠體的組成和性質(zhì)對土壤的理化性質(zhì)，如土壤的吸附性、酸堿性、緩沖性以及土壤結(jié)構(gòu)都有很大的影響。土壤膠體是一種分散系統(tǒng)分散系統(tǒng)通常由兩種物質(zhì)所組成，一種物質(zhì)的分子呈連續(xù)分布狀態(tài)，稱為分散介質(zhì)；另一種物質(zhì)的分子是不連續(xù)的，稱為分散相，分散相均勻地分散在分散介質(zhì)中，構(gòu)成膠體分散系統(tǒng)。在一般情況下，是把土壤固相顆粒作為分散相，而把土壤溶液和土壤空氣看做分散介質(zhì)。土壤膠體的大小范圍一般將土壤上限規(guī)定為0.001mm，即1

m，這比一般膠體大10倍，因為這樣大小的顆粒已明顯表現(xiàn)出膠體性質(zhì)，如黏粒又稱為膠粒。2021/5/94土壤膠體的種類（一）土壤膠體從形態(tài)上可分為無機膠體(也稱礦質(zhì)膠體)、有機膠體和有機—無機復合膠體。有機膠體土壤中的有機物質(zhì)，尤其是腐殖質(zhì)，是土壤中含有的一類分子量大、結(jié)構(gòu)復雜的高分子化合物，具有明顯的膠體性質(zhì)，故稱之為土壤有機膠體．土壤腐殖物質(zhì)是土壤有機膠體的主體，此外，還有少量的蛋白質(zhì)、多肽，氨基酸以及多糖類高分子化合物也具有膠體的性質(zhì)。土壤中還有大量的微生物，它們本身也具有膠體性質(zhì)，是一種生物膠體。它帶有大量的活性功能團，尤其是表面的酸性功能團如H+解寓后，使其帶有大量的負電荷，陽離子代換量可高達300—500cmol(M+)/kg。無機膠體無機膠體又稱礦質(zhì)膠體，主要是層狀鋁硅酸鹽礦物和無定形氧化物組成，一般為極細微的黏粒，在數(shù)量上，無機膠體比有機膠體高幾倍到幾十倍，通常用土壤中黏粒(d<0.001mm)的含量來反映土壤無機膠體的數(shù)量。2021/5/95土壤膠體的種類（二）有機一無機復合體：土壤中的有機膠體和無機膠體通過物理、化學或物理化學的作用，相互結(jié)合在一起形成有機一無機復合體。土壤有機質(zhì)因其性質(zhì)極為活躍，絕大部分是以有機—無機復合體的形式存在的。有機無機復合度：一般把土壤的有機—無機復合體中含碳量占土壤總碳量的百分數(shù)稱為有機無機復合度，作為衡量土壤有機—無機復合體的數(shù)量指標。土壤有機無機復合度可達50％～70％。有機—無機復合體特點：

1.有機—無機復合體的穩(wěn)定性比單純的有機膠體高。

2.有機—無機復合膠體的黏性、塑性要比黏粒弱，其表面積和代換量一般比復合前有機膠體和無機膠體兩者之和小，不具有加和性。

3.土壤有機—無機復合體是形成良好的穩(wěn)定性團聚體的基礎(chǔ)，其水穩(wěn)性要比單純的礦質(zhì)團聚體高。

4.一般把有機無機復合體分為G0、G1、G2組。其中G1組是通鈣離子為鍵橋把有機質(zhì)和礦物質(zhì)連接起來的。但這種連結(jié)并不牢固，可用中性NaCl溶液拆開。2021/5/96土壤膠體的基本構(gòu)造據(jù)雙電層理論，膠體微粒在構(gòu)造上，可分為微粒核和雙電層兩部分。微粒核(膠核)

它是膠體微粒的核心物質(zhì)，主要由腐殖質(zhì)、硅酸鹽礦物、土壤氧化物、蛋白質(zhì)分子以及有機—無機復合膠體的分子群組成。

雙電層結(jié)構(gòu)

作為膠粒微粒核的物質(zhì)在溶液中通常是帶電荷的，由于靜電引力的作用，在微粒核的外圍形成一個反號電荷的離子層，這樣就構(gòu)成了雙電層。微粒核表面的電荷數(shù)量和密度對外層的反號離子的多少及兩層電荷間電位具有決定作用，故稱為決定電位離子層。外層電荷(離子)對決定電位離子層起補償作用，使整個膠體微粒達到電中性，故稱之為補償離子層，而這些來源于溶液中的反號高于就稱為補償離子。根據(jù)補償離子的活性又可把補償離子層分為兩層：靠近膠核表面的決定電位離子層的補償離子被吸附得很緊，活性很小，難以解離，不起交換作用，故稱為非活性補償離子層。另一層距膠核表面較遠，吸附的較松，有較大的活動性，可以和周圍的寓于交換，稱為擴散層．（見圖

）2021/5/972021/5/98

膠體微粒

膠粒

膠核

雙電層決定電位離子層（內(nèi)）

補償離子層（外）非活性離子層擴散層2021/5/99第二節(jié)土壤膠體的特性一、膠體有巨大的表面積和表面能在固體物質(zhì)的破碎過程中，其總表面積和比表面是不斷增加的。所謂比表面是指單位質(zhì)量的物質(zhì)的表面積總和，即比表面＝總面積／質(zhì)量。一定質(zhì)量的物體，顆粒愈細則總比表面積愈大。不同土壤的膠體組成不同，土壤的比表面積也不同。一般土壤中有機質(zhì)含量高，2：1型黏粒礦物多，則比表面積較大，如黑土。反之，如果有機質(zhì)含量低，1：1型黏粒礦物較多，則其比表面積就較小，如紅壤、磚紅壤。比表面積愈大，表面能就越高，產(chǎn)生的物理吸附作用就愈強。因此，一般土壤質(zhì)地愈黏，其物理吸附作用愈強。二、土壤膠體帶有電性土壤膠體帶電的事實，可以通過電泳現(xiàn)象觀察到，當直流電通過一土壤膠體溶液時，膠粒大多向陽極聚集，而所吸附的高于卻向陰極聚集。這一現(xiàn)象說明土壤膠體在總體上是帶負電的。2021/5/910土壤電荷的來源是由土壤膠體本身的構(gòu)造決定的，主要有以下幾種情況:同晶代換硅氧片中的Si4+有時可被大小與其相近的電性相同的其他離子(一般為Al3+)所代換,由于土壤中多數(shù)的同晶代換是以低價代換高價的陽離子，故產(chǎn)生的主要是負電荷。礦物晶格斷鍵礦物在風化破碎的過程中，其晶格邊緣的離子，有一部分未被中和，這就產(chǎn)生了剩余價鍵，它以負電荷居多。以這種方式產(chǎn)生的電荷，高嶺石>伊利石>蒙脫石。表面分子的解離黏粒礦物的晶格表面的OH差，腐植酸分子的酸性含氧官能團(如羥基、酚羥基)和羧基和黏粒中的無定形膠體(如硅酸膠體、氧化鐵、鋁等)，在介質(zhì)的pH值發(fā)生變化時，就有不同程度的解離，從而使膠粒帶電。三、土壤膠體有凝聚和分散現(xiàn)象膠體有兩種存在狀態(tài)。一種是分散相均勻地分散在介質(zhì)中，稱溶膠，另一種是分散相在外因的作用下，相互凝結(jié)聚合在一起，稱為凝膠。2021/5/911溶膠和凝膠并不是永久不變的，在一定條件下，可以相互轉(zhuǎn)化。由溶膠變成凝膠的過程稱為膠體的凝聚；反之，由凝膠轉(zhuǎn)化為溶膠的過程，稱為膠體的分散。土壤膠體在大多數(shù)情況下都是凝聚狀態(tài)，凝聚態(tài)的土壤膠體可以用一價的陽離子如Na+、K+使其分散。壤膠體存在狀態(tài)主要受兩種力的作用。一是膠粒之間的靜電斥力，它使膠體分散，二是膠粒之間的分子引力，它使膠粒相互吸引呈凝聚的趨勢。如果靜電斥力大于分于引力，則膠體呈分散的溶膠狀，反之，若靜電斥力小于分子引力則膠體呈凝膠狀。這兩種力的大小都與膠粒之間的距離有關(guān)。土壤中常見的陽離于按其對膠體的凝聚力的大小，可排成如下順序：Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+由此可見，陽離子價數(shù)高的其凝聚力大于價數(shù)低的。高價陽離子濃度低，不能使分散的膠體凝聚下來。相反，低價陽離子的濃度很高，則可以凝聚。2021/5/912土壤膠體(soilcolloid)的表面性質(zhì)一、土壤膠體表面類型（一）硅氧烷型表面（二）水合氧化物型表面（三）有機物表面2021/5/913土壤無機膠體主要包括：

(1)層狀硅酸鹽礦物

它是無機膠體的主要組分，大都是呈結(jié)晶態(tài)的次生礦物，主要有l(wèi):1型的高嶺石類、2:1型的蒙脫石類及水化云母類。

(2)含水氧化物類膠體

①含水氧化硅膠體。

多為游離的無定形氧化硅的水合物(SiO2·nH2O)，當發(fā)生電離時，使H+解離到溶液中，致使膠體帶負電。

H2SiO3(Si02·nH20)=H++HSiO3-=H++Si032－

土壤中氧化硅的含量很多，多以石英存在于沙粒和粉粒之中，只有無定形的氧化硅才可能具有膠體性質(zhì)，無定形的氧化硅可溶于土壤溶液，形成Si(OH)4，通過聚合過程，向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。②含水氧化鐵、鋁膠體。

含水氧化鐵、鋁在土壤中多以結(jié)晶態(tài)的礦物存在，最常見的鐵氧化物是針鐵礦和赤鐵礦。土壤中的氧化鐵一般以兩種以上的形態(tài)混合存在，土壤中含水氧化鋁膠體是礦物風化而來的，有晶態(tài)的，也有非晶態(tài)的，Al203、A1(OH)3、A100H是晶態(tài)，無定形鋁主要是羥基鋁及其聚合物，A13+在溶液中可形成較大的OH-A1聚合物呈溶膠狀。2021/5/9142021/5/9152021/5/9162021/5/9172021/5/9182021/5/919二、土壤膠體的比表面和表面積(一)土壤膠體的表面積表8－1土壤中常見粘土礦物的比表面積（m2·g-1）膠體成分內(nèi)表面積外表面積總表面積蒙脫石蛭石水云母高嶺石埃洛石水化埃洛石水鋁英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-8002021/5/920我國幾種主要土壤的比表面積：磚紅壤60－80m2

g-1

紅壤100－150m2

g-1

黃棕壤200－300m2

g-1

(二)比表面積的測定方法1、儀器法2、吸附法氮氣、甘油、乙二醇醚等總之：2：1型粘土礦物和有機質(zhì)的含量越高，土壤的比表面積越大。2021/5/921三、土壤表面電荷和電位

（一）土壤電荷的起因和種類

1、永久電荷(permanentcharge)***

永久電荷起源于礦物晶格內(nèi)部離子的同晶置換。

2、可變電荷(variablecharge)***

隨pH的變化而變化的土壤電荷，這種電荷稱為可變電荷。零點電荷：如果在某個pH值時，粘土礦物表面上即不帶正電荷，也不帶負電荷，其表面電荷等于零，此時的pH值稱為零點電荷（ZPC）。2021/5/922可變電荷的成因主要是膠核表面分子或原子團的解離：

A.

含水氧化硅的解離

B.

粘粒礦物的晶面上的OH和H的解離

C.

腐殖質(zhì)上某些官能團的解離

D.

含水氧化和水鋁石表面的分子中OH的解離；pH<3.2

從上述四種情況來看，土壤膠體所帶的電荷數(shù)量和性質(zhì)與介質(zhì)的pH值有密切關(guān)系。2021/5/923（二）土壤的電荷數(shù)量**1、土壤電荷主要集中在膠體部分。

2、膠體組成成分是決定其電荷數(shù)量的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤膠體組成不同，其所帶電荷的數(shù)量也不同。3、土壤膠體組分間的相互作用對電荷數(shù)量有影響。2021/5/924***影響土壤電荷數(shù)量的因素主要有：C.pH值主要影響可變電荷的數(shù)量。B.土壤膠體的種類土壤質(zhì)地完全相同的兩種土壤，它們所帶的電荷數(shù)量可以完全不同。這是有膠體類型不同所致。A.質(zhì)地一般來說，土壤的質(zhì)地越粘，土粒越細，其電荷總量也越多。所以粘土的電荷數(shù)量要比壤土類和砂土類高得多。2021/5/9252021/5/9262021/5/927

當靜電引力與熱擴散相平衡時，在帶電膠體表面與溶液的界面上，形成了由一層固相表面電荷和一層溶液中相反符號離子所組成的電荷非均勻分布的空間結(jié)構(gòu)，稱為雙電層***(圖8-2)。（三）土壤膠體表面電位圖8－2雙電層模型

2021/5/9282021/5/929Boltzmann方程

Cx=Coexp()Gouy（1910）和Chapman（1913）提出的雙電層模型

x=

oexp(-K

x)

式中

o為表面電位，k是與離子濃度、價數(shù)、介電常數(shù)和溫度有關(guān)的常數(shù)。在室溫下：k＝3×107Z

Co1/K稱為擴散雙電層的厚度。

離子價數(shù)越高，離子濃度越大，K值越大，雙電層的厚度越小，因此，增加離子的價數(shù)和濃度，可使雙層壓縮.2021/5/9301879年1910年1924年1947年2021/5/931第三節(jié)土壤的吸收性能

土壤的吸附性：土壤能吸附并保持一些物質(zhì)的性質(zhì)。它主要是吸收(附)并保持土壤溶液中的離子、分子以至一些懸浮物質(zhì)的性質(zhì)。土壤吸附性的應用：施用人糞尿作肥料時，常將人糞尿和土壤拌勻，以防止其中的氨揮發(fā)損失；堆制有機肥時，覆土而避免養(yǎng)分逸失，也減少臭味的散發(fā)和空氣污染。2021/5/932土壤吸附性的類型及其意義按吸附的機理和作用力的性質(zhì)可將吸附性分為下列5種類型：機械吸附：是指土壤對進入其中的固體物質(zhì)的機械阻留作用。

機理：土壤是個多孔體系，孔隙的狀況極其復雜，如大小孔隙相互連接，孔徑彎曲多種多樣。這樣隨水(灌水或降水)進入土壤的一些固體物質(zhì)，如有機殘體，肥料顆粒和細小的黏粒等被截留，使這些物質(zhì)保存于土壤中。物理吸附：是指借助于土壤表面張力而吸附在土壤顆粒表面的物質(zhì)分子。

機理：由于土壤的細粒部分具有巨大的表面積和表面能，要降低土壤顆粒的表面能，只有靠降低其表面張力來完成，當土壤細粒吸附表面張力較小的物質(zhì)分于以后就可以降低其表面能。

影響因素：質(zhì)地和膠體類型，表面積越大，物理吸附越強?；瘜W吸附：是指進入土壤溶液的某些成分經(jīng)過化學作用，生成難溶性化合物或沉淀，因而保存于土壤中的現(xiàn)象．這種吸附是以化學反應為基礎(chǔ)的，故稱為化學吸收。2021/5/933在土壤中易發(fā)生化學吸收的部分主要是土壤溶液中的陰離子，如：

磷酸根：PO43-HPO43-H2PO43-

碳酸根：CO32-

硅酸根：SiO32-HSiO3-

硫酸根：S042-機理：這些陰離子在土壤中容易和土壤中的高價陽離子發(fā)生化學反應，形成沉淀物質(zhì)?；瘜W吸收雖然可以減少可溶性物質(zhì)(養(yǎng)分)的流失，但卻使這些營養(yǎng)物質(zhì)的有效性大大降低，事實上它是提高磷肥或其他營養(yǎng)物質(zhì)肥效的最大障礙。生物吸附：是指借助予生活在土壤中的生物(包括植物、微生物和一些小動物)的生命活動，把有效性養(yǎng)分吸收、積累、保存在生物體中的作用，又稱為養(yǎng)分生物固定。生物吸收的方式有3個特點：(1)選擇性(2)表聚性(3)創(chuàng)新性**物理化學吸附：是發(fā)生在土壤溶液和土壤膠體界面上的一種物理化學反應，土壤膠體借助于極大的表面積和電性，把土壤溶液中的離子吸附在膠體的表面上面保存下來，避免這些水溶性的養(yǎng)分流失，被吸附在膠體表面的養(yǎng)分離子并不失去其有效性，還可被解吸下來供作物吸收利用，也可通過植物根系接觸代換被吸收。2021/5/934離子吸附的動力主要是靜電引力，按照吸附的離子種類可分為陽離子吸附和陰離子吸附。陽離子吸附通常情況下，土壤膠體綜合表現(xiàn)為帶負電，故在膠體上吸附的離子主要為陽離子。土壤中常見的吸附性陽離子有：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Fe3+、Fe2+、Al3+和H+等。陰離子吸附某些膠體或膠體的局部也可帶正電荷，如溶液中pH值低于等電點時，兩性膠體——含水氧化鋁、鐵或腐植酸中的氨基(一NH2)就會帶正電荷。這種膠體就可以吸附陰離子，發(fā)生陰離子吸附作用。和土壤中陽離子吸附相比，陰離子的吸附作用則弱得多。按照土壤對陰離子吸附能力的大小和難易程度籠統(tǒng)的將其分為3類：①易被土壤吸收的，如P043-、HPO42-、H2PO4-、SiO32-和有機酸根離子如草酸根C2042-等②不易被吸附甚至發(fā)生負吸附的陰離子，如Cl-、NO3-、NO2-等。③介于二者之間的陰離子如S042-、C032-等。

·2021/5/935

土壤膠體對陽離子的吸附交換反應

一、離子吸附的一般概念

根據(jù)物理化學的反應，溶質(zhì)在溶劑中呈不均一的分布狀態(tài)，溶劑表面層中的濃度與溶液內(nèi)部不同的現(xiàn)象稱為吸附作用**。

凡使液體表面層中溶質(zhì)的濃度大于液體內(nèi)部濃度的作用稱為正吸附，反之則稱為負吸附.2021/5/936二、陽離子靜電吸附

由庫侖定律可知:土壤膠體表面所帶的負電荷愈多，吸附的陽離子數(shù)量就愈多；土壤膠體表面的電荷密度愈大，陽離子所帶的電荷愈多，則離子吸附得愈牢。M3+>M2+>M+

Al3＋>Mn2＋>Ca2＋>K+

Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+

1、陽離子靜電吸附2021/5/937表8－2離子半徑與吸附力

一價離子Li+Na+K+NH+4Rb+離子的真實半徑(nm)0.0780.0980.1330.1430.149離子的水合半徑(nm)1.0080.7900.5370.5320.509強

弱2021/5/9382．鹽基離子與鹽基飽和度（1）鹽基離子與致酸離子***在土壤里，被膠體吸附著的陽離子，可以分為兩類：

第一類是氫離子和鋁離子，它們是致酸離子，與土壤的酸度有密切關(guān)系。

第二類是其他的一些金屬離子，如Ca+2、Mg+2、K+、NH4+……等，在古典化學上，它們都稱為鹽基離子。2021/5/939（2）鹽基飽和度(basesaturationpercentage)BSP

在土壤膠體所吸附的陽離子中，鹽基離子的數(shù)量占所有吸附的陽離子的百分比，叫鹽基飽和度***。鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反應；而鹽基不飽和的土壤則具有酸性反應，為酸性土壤；

100%2021/5/940三、陽離子交換

（一）陽離子交換作用***

在土壤中，被膠體靜電吸附的陽離子，一般都可以被溶液中另一種陽離子交換而從膠體表面解吸。對這種能相互交換的陽離子叫做交換性陽離子，而把發(fā)生在土壤膠體表面的陽離子交換反應稱之為陽離子交換作用***。

（觀看演示）2021/5/941（1）陽離子交換作用是可逆反應,始終處于動態(tài)平衡之中。（2）交換是以離子價為依據(jù)等當量進行的。（3）陽離子交換受質(zhì)量作用定律的支配。即：產(chǎn)物濃度與反應物濃度之比為常數(shù)***陽離子交換作用的特征：2021/5/942

陽離子交換量是評價土壤肥力的一個指標。它直接反應土壤可以提供速效養(yǎng)分的數(shù)量，也能表示土壤保肥能力、緩沖能力的大小。

CEC<1010~20>20 ***土壤陽離子交換量(cationexchangecapacity)-CEC

是指土壤溶液為中性（pH=7）時，每千克土所含的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)稱為土壤的陽離子交換量。（CEC：cmol(+)kg-1

）保肥能力低中高2021/5/943ESP—exchangeablesodiumpercentage

指交換性鈉離子占交換性陽離子總量的百分數(shù)。SAR—sodiumadsorptionratio

指溶液中Na+濃度與Ca2+、Mg2+濃度之和的平方根的比值。ESR—exchangeablesodiumratio

指溶液中交換性鈉與交換性Ca2+、Mg2+離子濃度之和的比值。2021/5/944***影響土壤陽離子交換量的因素有：（1）質(zhì)地質(zhì)地越粘重，含粘粒越多的土壤，其陽離子交換量也越大。（2）有機質(zhì)

OM%

CEC（3）膠體的性質(zhì)及構(gòu)造 蒙脫石＞高嶺石（4）pH值在一般情況下，隨著pH的升高，土壤的可變電荷增加，土壤的陽離子交換量也增加。質(zhì)地砂土砂壤土壤土粘土CEC1~57~815~1825~302021/5/945表8-3不同類型土壤膠體的陽離子交換量

土壤膠體CEC[cmol(+).kg-1]

腐殖質(zhì)蛭石蒙脫石伊利石高嶺石倍半氧化物200100-15070-9510-403-152-42021/5/9464．影響陽離子交換能力的因素**

（1）電荷的影響； 根據(jù)庫侖定律，陽離子的價數(shù)越高，交換能力也越大。

（2）離子的半徑及水化程度同價的離子，其交換能力的大小是依據(jù)其離子半徑及離子的水化程度的不同而不同的。

（3）離子濃度和數(shù)量因子。

2021/5/9475．交換性離子的有效度 **影響交換離子有效度的因素主要有：（1）鹽基飽和度

離子的飽和度越大，被解吸的機會就越大，有效度就越大

（2）土壤中的互補離子效應

（3）粘土礦物類型的影響（4）由交換性離子變?yōu)榉墙粨Q性離子的有效度問題2021/5/948表8-5互補離子與交換性鈣的有效性

土壤

交換性陽離子組成

小麥幼苗干重(g)

小麥幼苗吸鈣量(mg)ABC40%Ca+60%H40%Ca+60%Mg40%Ca+60%Na2.802.792.3411.157.834.36

在土壤膠體上各種交換性鹽基離子之間的相互影響的作用—互補離子效應（陪伴離子效應）2021/5/949四、陽離子的專性吸附（一）陽離子專性吸附的機理

過渡金屬元素的原子結(jié)構(gòu)的特點是導致金屬離子產(chǎn)生專性吸附，而不同于膠體表面堿金屬和堿土金屬靜電吸附的根本原因。產(chǎn)生陽離子專性吸附的土壤膠體物質(zhì)主要是鐵、鋁、錳等的氧化物及其水合物。

2021/5/950陽離子專性吸附的實際意義:

由于專性吸附對微量金屬離子具有富集作用的特性，因此，正日益成為地球化學領(lǐng)域或地球化學探礦等學科的重要內(nèi)容。

土壤和沉積物中的錳、鐵、鋁、硅等氧化物及其水合物，對多種微量重金屬離子起富集作用，其中以氧化錳和氧化鐵的作用更為明顯。2021/5/951

專性吸附在調(diào)控金屬元素的生物有效性和生物毒性方面起著重要作用。有試驗表明，在被鉛污染的土壤中加入氧化錳，可以抑制植物對鉛的吸收，

土壤是重金屬元素的一個匯，對水體中的重金屬污染起到一定的凈化作用，并對這些金屬離子從土壤溶液向植物體內(nèi)遷移和累積起一定的緩沖和調(diào)節(jié)作用。另一方面，專性吸附作用也給土壤帶來了潛在的污染危險。2021/5/952第三節(jié)土壤膠體對陰離子的吸附與交換（一）土壤吸附的陰離子

土壤中的陰離子依其吸附能力的大小可分為三類： 1．易被吸附的陰離子最重要是：

H2PO4-HPO42-PO43- HsiO3-SiO32-C2O42- 2．吸附作用很弱或進行負吸附的陰離子

Cl-NO3-NO2- 3．中間類型的離子：

SO42-CO32-

各種陰離子被土壤吸收的次序如下：F-

>草酸根>檸檬酸根

>H2PO4->HCO3->HBO3->SO42->Cl->NO3-2021/5/953（二）陰離子的負吸附 所謂陰離子的負吸附，是指距帶負電荷的膠體表面越近，陰離子數(shù)量越少的現(xiàn)象。

負吸附現(xiàn)象也受土壤特性影響，其它條件相同，則負吸附現(xiàn)象隨著土壤膠體的數(shù)量和陽離子代換量的增加而增加。但隨陪伴陽離子價數(shù)的增加而減少，不同的粘粒礦物對負吸附的影響也不同，他們遞減的次序為：

蒙脫石＞伊利石＞高嶺石

這種情況也可歸因于膠體負電荷數(shù)量不同的緣故。帶負電荷愈多的土壤膠體，對陰離子的排斥作用愈強，負吸附作用愈明顯。2021/5/954三、陰離子專性吸附

陰離子專性吸附是指陰離子進入粘土礦物或氧化物表面的金屬原子的配位殼中，與配位殼中的羥基或水合基重新配位，并直接通過共價鍵或配位鍵結(jié)合在固體的表面。這種吸附發(fā)生在膠體雙電層的內(nèi)層，也稱為配位體交換吸附。產(chǎn)生專性吸附的陰離子有F-離子以及磷酸根、硫酸根、鉬酸根、砷酸根等含氧酸根離子。2021/5/955如：磷酸根在氧化鐵表面的專性吸附2021/5/956離子交換作用的反應過程離子交換作用：溶液中的離子與膠體表面上的離子互換位置。離子解吸：膠體表面的離子脫離膠體進入溶液。離子吸附：溶液中離子被吸附到膠體表面上。注：由于離子的解吸和吸附作用產(chǎn)生了離子交換，土壤的離子吸附往往是通過離子交換作用表現(xiàn)出來的。土壤膠體微粒上吸附的陽離子和土壤溶液中的陽離子在一定條件下保持動態(tài)平衡關(guān)系，當土壤溶液的離子組成發(fā)生變化時，則土壤膠體上的交換性陽離子必然也發(fā)生變化，即產(chǎn)生離于交換作用，使之達到新的平衡。如下圖所示：2021/5/957陽離子交換作用的基本規(guī)律陽離子交換反應是可逆反應

當溶液中的離子被吸附到膠體表面上和溶液中的離子達到平衡后，如果溶液的濃度或組成發(fā)生變化，則膠體上吸附的交換性離子和溶液中的離子產(chǎn)生離子交換，回歸土壤溶液中，建立起新的平衡。陽離子交換反應是按等當量進行的

和其他化學反應—樣，各種離子間的交換是以離子價為依據(jù)的等當量交換，即等量電荷的離子交換。陽離子交換反應受質(zhì)量作用定律的支配

由于離子交換反應是一個可逆反應，當溫度一定時，有一平衡常數(shù)。陽離子交換反應過程進行迅速

在土壤水分充足時，膠體的補償離子充分水化，交換反應只需幾秒鐘即可完成，灌水可促使交換反應的進行。2021/5/958影響陽離子交換反應的因素離子交換能力

離子價數(shù)越高，則其交換能力越強。同價離子，