第五节 土壤吸附与离子交换

土壤阳离子交换性能的分析1.1概述土壤中阳离子交换作用，早在19世纪50年代已为土壤科学家所认识。

当土壤用一种盐溶液（例如醋酸铵）淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca2+、Mg2+、K+、Na+等。

它们称为交换性阳离子。

在交换中还可能有少量的金属微量元素和铁、铝。

Fe3+ (Fe2+)一般不作为交换性阳离子。

因为它们的盐类容易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物。

土壤吸附阳离子的能力用吸附的阳离子总量表示，称为阳离子交换量[cation exchange capacity，简作（Q）]，其数值以厘摩尔每千克（cmol·kg-1）表示。

土壤交换性能的分析包括土壤阳离子交换量的测定、交换性阳离子组成分析和盐基饱和度、石灰、石膏需要量的计算。

土壤交换性能是土壤胶体的属性。

土壤胶体有无机胶体和有机胶体。

土壤有机胶体腐殖质的阳离子交换量为200～400cmol·kg-1。

无机胶体包括各种类型的粘土矿物，其中2:1型的粘土矿物如蒙脱石的交换量为60～100cmol·kg-1，1:1型的粘土矿物如高岭石的交换量为10～15cmol·kg-1。

因此，不同土壤由于粘土矿物和腐殖质的性质和数量不同，阳离子交换量差异很大。

例如东北的黑钙土的交换量为30～50cmol·kg-1，而华南的土壤阳离子交换量均小于10cmol·kg-1，这是因为黑钙土的腐殖质含量高，粘土矿物以2:1型为主；而红壤的腐殖质含量低，粘土矿物又以1:1型为主。

阳离子交换量的测定受多种因素影响。

例如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。

作为指示阳离子常用的有NH4+、Na+、Ba2+，亦有选用H+作为指示阳离子。

各种离子的置换能力为Al3+> Ba2+>Ca2+> Mg2+> NH4+> K+> Na+。

离子交换吸附概念
离子交换吸附，是吸附类型中的一种现象，其过程中，吸附质的离子由于静电引力作用聚集在吸附剂表面的带电点上，并置换出原先固定在这些带电点上的其它离子。

这是一个可逆过程，能进行离子交换吸附的吸附剂被称为离子交换剂。

离子交换吸附在生物方面的主要应用体现在植物根部细胞表面吸附的阳离子、阴离子与土壤溶液中阳离子、阴离子的交换过程；而在工业上，它主要通过借助于离子交换剂上的离子和废水中的离子进行交换反应，从而去除废水中的有害离子。

此外，离子交换也可以用于水处理等领域，是一种属于传质分离过程的单元操作。

例如，离子交换树脂可以充夹在阴阳离子交换膜之间形成单个处理单元，并构成淡水室。

这种液固相反应过程涉及到物质在液相和固相中的扩散过程。

土壤阳离子交换作用名词解释
土壤中带负电荷的胶体所吸附的阳离子，在静电引力、离子本身的热运动或浓度梯度的作用下，可以和土壤溶液或其它胶体表面的阳离子进行交换。

离子交换膜是一种高聚物电解质材料，在膜体结构上的活性基团带有可解离的离子，所以具有负载电流并有离子选择透过性的独特性能。

阳离子交换膜带有阳离子交换基团，如带有磺酸基团的届于强酸性阳离子交换膜，带有羧酸、磷(膦)酸等基团的属于弱酸性阳离子交换膜。

阳离子交换膜主要对溶液中的阳离子具有选择透过的特性，主要用于电渗析、反参透等膜分离技术、水处理、分离提纯以及隔摸电解技术等方面。

阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，通常是磺酸型的，带有固定基团和可解离的离子，如钠型磺酸型固定基团是磺酸根，解离离子是钠离子。

阳离子交换膜可以看作是一种高分子电解质，由于阳膜带负电荷，虽然原来的解离正离子受水分子作用解离到水中，但在膜外通电通过电场作用，带有正电荷的阳离子就可以通过阳膜，而阴离子因为同性排斥而不能通过，所以具有选择透过性。

土壤对重金属离子的吸附土壤对重金属离子的吸附是环境污染和生态修复领域的重要研究内容。

重金属离子如铜、铅、锌、镉等在环境中含量过高时，会对人类和生态系统产生危害。

土壤作为环境中重金属离子的重要“过滤器”和“储存库”，对其吸附行为的研究有助于深入理解重金属离子的环境行为和生态风险。

首先，土壤对重金属离子的吸附主要取决于土壤的理化性质。

土壤的有机质、pH值、阳离子交换容量（CEC）等都是影响其吸附重金属离子的关键因素。

有机质可以通过配位作用与重金属离子形成络合物，增强土壤对重金属的吸附能力。

pH 值则通过影响土壤表面的电负性来影响吸附，而CEC则反映了土壤对阳离子的吸附能力。

其次，重金属离子的性质如离子半径、电荷数和极化率等也对其在土壤中的吸附有影响。

一般来说，离子半径小、电荷数高、极化率低的重金属离子更易被土壤吸附。

此外，重金属离子的浓度、吸附时间、温度等也会影响其在土壤中的吸附行为。

关于土壤对重金属离子的吸附机制，主要有离子交换、专性吸附和表面络合等。

离子交换是土壤表面离子与重金属离子在静电作用下的交换，专性吸附则是土壤表面的特定基团与重金属离子形成配位键的吸附。

表面络合则是土壤表面的配位基团与重金属离子形成稳定的络合物的吸附。

在实际的环境中，土壤对重金属离子的吸附还受到许多环境因素的影响。

例如，土壤中的水分含量会影响土壤表面的湿润程度，从而影响其吸附能力。

土壤中的氧化还原状态会影响重金属离子的溶解度和化学形态，从而影响其吸附行为。

此外，土壤中的生物活动和微生物群落也会影响其对重金属离子的吸附。

土壤对重金属离子的吸附过程是一个复杂的多相反应过程，涉及物理、化学和生物等多个方面。

这一过程受到多种因素的影响，包括前述的土壤理化性质、重金属离子性质和环境因素等。

对这一过程的深入理解和研究，有助于我们更好地理解和预测土壤环境中的重金属行为，对于环境保护和污染治理等方面具有重要的意义。

对于土壤对重金属离子的吸附研究，未来的研究方向也很多。

土壤对阳离子的吸附摘要：1.土壤对阳离子吸附的定义和过程2.影响土壤阳离子吸附的因素3.吸附阳离子对土壤性质的影响4.结论正文：一、土壤对阳离子吸附的定义和过程土壤对阳离子的吸附是指土壤中的胶体颗粒对阳离子的选择性吸附。

这一过程主要发生在土壤溶液中，土壤溶液中的阳离子会与土壤胶体颗粒发生交换反应，从而被吸附在土壤颗粒表面。

二、影响土壤阳离子吸附的因素1.土壤胶体类型：不同类型的土壤胶体其阳离子交换量差异较大，例如，有机胶体>蒙脱石>水化云母>高岭石>含水氧化铁、铝。

2.土壤质地：土壤质地越细，其阳离子交换量越高。

3.土壤黏土矿物的SiO2/R2O3比率：对于实际的土壤而言，土壤黏土矿物的SiO2/R2O3比率越高，其交换量就越大。

4.土壤溶液pH 值：土壤胶体微粒表面的羟基（OH）的解离受介质pH 值的影响，当介质pH 值降低时，土壤胶体微粒表面所负电荷也减少，其阳离子交换量也降低；反之，则阳离子交换量增加。

三、吸附阳离子对土壤性质的影响1.土壤胶体类型：不同类型的土壤胶体对阳离子的吸附能力不同，从而影响土壤的物理和化学性质。

2.土壤质地：土壤质地越细，其阳离子交换量越高，土壤的保水性和肥力也相应提高。

3.土壤黏土矿物的SiO2/R2O3比率：这一比率越高，土壤的交换量就越大，土壤的保水性和肥力也相应提高。

4.土壤溶液pH 值：土壤溶液pH 值对土壤中阳离子的吸附量有显著影响，从而影响土壤的物理和化学性质。

四、结论土壤对阳离子的吸附是一个重要的土壤过程，影响这一过程的因素有土壤胶体类型、土壤质地、土壤黏土矿物的SiO2/R2O3 比率以及土壤溶液pH 值。

材料科学基础西安建筑科技大学第 5 章5.3.2 黏土的离子吸附与交换黏土的离子吸附与交换离子吸附黏土表面带有电荷会吸附介质中的异号离子以平衡电价离子交换一种离子取代原先吸附在黏土上的另一种离子的现象离子交换反应特点同号离子相互交换；离子等电量交换；交换和吸附是可逆过程，其速率受离子浓度影响；离子交换不影响黏土本身结构。

离子吸附与交换是一个反应中同时进行的两个不同过程。

离子交换与吸附例Ca +是从溶液中转移到黏土胶体上吸附过程Na+是从黏土中转移到溶液中解吸过程离子吸附是黏土胶体与离子之间的相互作用，离子交换则是离子之间的相互作用。

粘土粘土黏土的阳离子交换性质应用提纯黏土及制备吸附单一离子的黏土将带有阳离子的黏土通过带一种离子的树脂发生交换反应鉴定黏土矿物各种黏土矿物的阳离子交换容量数值差距较大可测定cec鉴定矿物组成X– 树脂 + Y–黏土 → Y–树脂 + X–黏土X为单一离子 Y为混合离子黏土的阳离子交换容量 cecPH=7时，100g干黏土所吸附离子的毫摩尔数mmol。

是黏土荷电多少、吸附量大小的表征。

矿物高岭石多水高岭石伊利石蒙脱石蛭石cec3~1520~4010~4075~150100~150（100g/mmol)高岭石 同晶置换少，主要断键吸附高岭石＜伊利石＜蒙脱石 伊利石 层间结合牢固，分散度小蒙脱石 结构疏松，分散度高影响阳离子交换容量的因素cec矿物组成黏土的分散度黏土内有机质含量介质PH 高岭石＜伊利石＜蒙脱石PH 高，碱性强，净负电荷↑，cec ↑ 含量愈高cec 愈大组成不同影响程度不同测定cec 是定性鉴定黏土矿物组成的方法之一。

阳离子交换序列取决于黏土与吸附阳离子之间作用力的大小。

黏土吸附阳离子的电荷数吸附阳离子的价数愈高，吸引力愈强。

黏土的吸附能力次序：M3+＞M2+＞M+离子的水化半径随着水化半径增大，吸附能力减弱。

电价相同电价不同离子半径 增大水化半径 减小 吸附能力 上升Li+ Na+ K+ NH4+电 荷 数 上升吸附能力 上升Na+ Ca2+ Al3+离子浓度相同H+＞Al3+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+ （前面离子可交换后面离子）H+位于首位，因其水化半径小，电荷密度大。

第七章土壤离子吸附与交换第一节土壤胶体一、土壤胶体土壤胶体是土壤中高度分散的部分，是土壤中最活跃的物质，其重要性犹如生物中的细胞，土壤的许多理、化现象，例如土粒的分散与凝聚、离子吸附与交换、酸碱性、缓冲性、粘结性、可塑性等都与胶体的性质有关。

所以，只有深入研究土壤胶体的性质，才能了解土壤理、化现象发生的本质。

二、土壤胶体的种类和构造在胶体化学中，一般指分散相物质的粒径在1—100毫微米之间的为胶体物质，而土壤胶体微粒直径的上限一般取2000毫微米。

1.胶体的种类土壤胶体按其成分和特性，主要有三种：1）土壤矿质胶体：包括次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石等）、简单的铁、铝氧化物、二氧化硅等。

2）有机胶体：包括腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。

3）有机-无机复合胶体：土壤有机胶体与矿质胶体通过各种键（桥）力相互结合成有机-无机复合胶体。

在土壤中有机胶体和无机胶体很少单独存在，只要存在这两类胶体，它们的存在状态总是有机-无机复合胶体。

2.土壤胶体的构造胶体的构造有两种形式。

若胶体内部组成的分子或离子排列组合有严格规律的为晶形胶粒；若排列无严格规律的则属非晶形胶粒。

土壤无机胶体多属晶形胶体，有机胶体多属非晶质胶体。

土壤胶体微粒构造，从内向外可分为几个圈层：胶核是胶粒的核心，土壤胶体胶核的成分由二氧化硅、氧化铁、氧化铝、次生铝硅酸盐腐殖质等的分子团所组成的微粒核。

微粒核表面的分子向溶液介质解离而带有电荷，形成一个内离子层；在内离子层外面，由于电性吸引，形成带有相反电荷的外离子层。

这两个电性相反组成的电层，称为双电层。

在双电层中，由于内离子层决定着胶体的电位，故又称决定电位离子层；双电层的外层，由于其电荷符号与内层相反，故又称反离子层，亦称补偿离子层。

补偿离子层的离子，因距离内层远近不同，所受的电性引力的大小也不同。

距离近者受吸引力大，不能自由活动，这一部分的离子层，称为非活性补偿离子层。

土壤离子交换吸附能力
土壤离子交换吸附能力是指土壤中离子交换能力和吸附能力的综合表现，是土壤肥力的重要指标。

它是植物营养元素吸收的重要渠道，也是植物抗病虫害的重要保障。

土壤离子交换吸附能力取决于土壤结构和离子交换能力，主要受到土壤有机质、粒径、pH 值、离子交换性等因素的影响。

土壤离子交换吸附能力越强，植物营养元素的吸收就越充分，植物抗病虫害的能力也就越强。

要提高土壤的离子交换吸附能力，可以采取多种措施。

首先，应加强土壤有机质的积累，增加土壤的粒径，改善土壤结构；其次，可以适当调节土壤pH值，改善离子交换性；此外，还可以施用离子交换剂，增加土壤的离子交换吸附能力。

综上所述，土壤离子交换吸附能力是土壤肥力的重要指标，其强弱直接影响植物营养元素的吸收和抗病虫害的能力，要提高土壤的离子交换吸附能力，需要采取多种措施。

土壤对阳离子的吸附
土壤是一种天然的资源，具有吸附阳离子的能力。

阳离子是带有正电荷的离子，在土壤颗粒的表面或孔隙中通过吸附作用与土壤颗粒结合，形成吸附羟基、螯合配位的形式。

土壤颗粒表面的氧化物、氢氧化物、有机质等，具有一定的负电荷，可以很好地吸附阳离子。

土壤的离子交换容量决定了其吸附阳离子的能力大小，较高的离子交换容量意味着土壤能吸附更多的阳离子。

土壤的吸附作用对生态环境和农业生产都具有重要意义。

一方面，土壤吸附阳离子可以减少它们在水体中的浓度，减少水污染和生态风险；另一方面，土壤吸附阳离子可以提供植物生长所需的养分，促进植物健康生长。

因此，合理管理土壤的阳离子吸附能力，对环境保护和农业生产具有重要意义。

不同类型的土壤对阳离子的吸附能力有所差异。

例如，含有高度发育的氧化铁和氢氧化铁的红壤具有很强的吸附能力，而含有高度发育的腐殖质的沼泽土则具有较低的吸附能力。

此外，土壤的pH值、电导率、粘粒含量等也会影响土壤对阳离子的吸附能力。

总之，土壤对阳离子的吸附能力是土壤的重要性质之一。

合理管理土壤吸附能力，可以保护环境、提高农业生产效益，促进可持续发展。

土壤胶体离子的吸附和交换过程1. 引言嘿，朋友们，今天咱们聊聊一个看似不起眼但却超级重要的主题——土壤胶体离子的吸附和交换过程。

听起来是不是有点专业？别担心，我会把它讲得通俗易懂，让你在聚会上也能跟别人侃侃而谈。

2. 什么是土壤胶体？2.1 胶体的基本概念首先，什么是土壤胶体呢？简单来说，土壤胶体就像是土壤里的小魔术师，负责在土壤里“吸附”各种养分。

它们非常小，肉眼根本看不见，但却对植物的生长至关重要。

想象一下，胶体就像一个个小海绵，能吸收水分和养分，给植物提供“营养快线”。

2.2 胶体的种类土壤胶体主要分为有机胶体和无机胶体。

有机胶体来自腐烂的植物和动物残骸，而无机胶体则是来自矿物质的。

就像我们的饮食，荤素搭配，才能保持健康的生活。

土壤也是一样，需要这两种胶体共同作用，才能维持生态平衡。

3. 吸附过程3.1 吸附的概念好了，接下来咱们说说吸附。

听上去好像高大上，其实就是土壤胶体如何“攫取”周围的离子。

就像你在聚会上看到一盘好吃的零食，忍不住想去“抢”一样。

胶体能通过其表面带的电荷来吸附土壤中的阳离子，比如钾、钙、镁等，这些都是植物成长的必需品。

3.2 吸附的机制胶体吸附离子的过程其实挺复杂的，但我给你简单总结一下。

首先，胶体表面是带电的，这种电荷吸引了带反电荷的阳离子。

就好比你有一块磁铁，能吸引小铁屑。

吸附后，胶体就把这些离子“锁”在身边，等植物需要的时候再“放”给它们。

这个过程就像是胶体在做“储蓄”，等到植物开口要东西时，它们就会慷慨地“支取”出来。

4. 交换过程4.1 交换的含义再来说说交换过程。

什么叫做离子的交换呢？简单地说，就是土壤胶体和植物之间的一种“买卖”关系。

植物需要营养，胶体就像个“经纪人”，帮忙转移养分。

有点像你去超市买东西，手里有钱，才能把需要的东西带回家。

4.2 交换的机制交换的过程也不简单。

首先，植物的根部会释放一些酸，帮助“解锁”胶体上的养分。

就像你用钥匙打开一扇门，把里面的东西拿出来。

土壤胶体中离子的吸附和交换过程,保肥作用土壤胶体就像一个超级神秘又有趣的魔法世界。

那些离子呢，就像是一群调皮的小精灵，在这个世界里玩着独特的游戏。

你看啊，土壤胶体这个魔法世界里有好多“小房子”，专门用来收留那些离子小精灵。

当阳离子小精灵们在土壤里游荡的时候，土壤胶体就像一个热情好客的大房东，伸出它那无形的“大手”，把阳离子小精灵们吸附过来。

这就好比是在寒冷的冬天，一个温暖的小屋对瑟瑟发抖的路人有着巨大的吸引力。

而这个吸附的过程可不得了，它就像是一场精心编排的舞蹈。

阳离子小精灵们一个个有序地被土壤胶体邀请进“房子”里。

这时候，土壤胶体就像一个超级收纳盒，把这些离子整整齐齐地放好，可别小看这个过程，这就是土壤保肥的开始呢。

保肥就像是土壤胶体这个魔法世界的伟大使命。

如果把土壤比作一个大银行，那土壤胶体就是银行里最安全的保险柜。

肥料中的离子就像是人们存在银行里的财宝，土壤胶体把这些财宝紧紧锁住，防止它们流失。

说到离子交换，那就更有趣了。

就好像这些离子小精灵们在土壤胶体这个大社区里玩换房子的游戏。

当一种阳离子小精灵被吸附得多了，土壤胶体就会像一个公平的管理员，协调着让一些小精灵和别的小精灵交换“房子”。

这一交换，就像是魔法棒一挥，让土壤里的营养成分重新分配，变得更加合理。

有时候，我觉得土壤胶体像一个超级智能的厨师。

离子就是各种食材，它吸附和交换离子的过程就像是厨师精心调配菜肴。

它把各种离子小食材按照合适的比例搭配起来，做出最适合植物生长的“大餐”。

如果没有土壤胶体这个神奇的存在，那土壤就像是一个漏勺，肥料就会像沙子一样轻易地溜走。

植物就只能可怜巴巴地望着天，祈求老天降下更多的养分。

土壤胶体的保肥作用简直就是大自然给予植物的超级福利。

它就像一个永远不知疲倦的守护者，不管白天黑夜，不管风吹雨打，都紧紧地看守着那些对植物生长至关重要的离子。

我们可不能小看这个小小的土壤胶体啊，它虽然微观得我们肉眼都看不见，但它却像一个巨人一样，撑起了植物生长的一片天。