土壤学——土壤胶体和表面性质
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第3章 土壤基本性质
与土壤溶液中的阳离子相互交换的 过程。
可用下式来表示：
土壤 Mg2＋ ＋10NH4＋ 胶粒 AI3＋
K＋
土壤 10NH4+ ＋Ca2＋、Mg2＋、Al3＋、K＋、 2H＋ 胶粒
离子半径及水化程度与交换力的关系 离子半径（A） 离子
Na＋ NH4＋ K＋ Mg2＋ Ca2＋ H＋
价数
1 1 1 2 2 1
绿泥石粘粒矿物结构示意图
由两层四面体与两层八面体构成2：2型矿物
非硅酸盐粘土矿物 （一）氧化铁 （二）氧化铝
（三）氧化硅
起重要作用的主要是非晶质（无定形）的铁铝 氧化物。非晶质的铁铝氧化物可以吸附阴离子 ，如土壤中磷酸根离子的吸附，使磷被固定， 失去其有效性。
二、土壤胶体的共同特性****
（1）具有巨大的比表面积和表面能 （2）带电性 （3）分散性和凝聚性 （4）吸附代换性
（二）粘土矿物基本类型 与特性
硅氧片和铝氧片如何联结？
硅氧四面体
铝氧八面体
硅氧片
铝氧片 晶层
1:1型粘土矿物 2:1型粘土矿物
晶体颗粒 层状铝硅酸盐矿物
四个类组：
高岭石类 蒙脱石类 水云母类 绿泥石组矿物
高岭石类（1:1型矿物）
包括：高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等 特点：(1）1:1型的晶层结构 （2）膨胀性差 （3）同晶替代极少或没有，保肥力差 （4）胶体特性较弱，主要是晶架上的-OH在一定条件下，H+ 向外解离，使其带负电 （5）六角片状，粘着力和可塑性较弱（与蒙脱石比） 高岭组粘土矿物是 南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在 华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。
2、可变电荷(variable charge)*** 随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电荷 称 为可变电荷。
可用下式来表示：
土壤 Mg2＋ ＋10NH4＋ 胶粒 AI3＋
K＋
土壤 10NH4+ ＋Ca2＋、Mg2＋、Al3＋、K＋、 2H＋ 胶粒
离子半径及水化程度与交换力的关系 离子半径（A） 离子
Na＋ NH4＋ K＋ Mg2＋ Ca2＋ H＋
价数
1 1 1 2 2 1
绿泥石粘粒矿物结构示意图
由两层四面体与两层八面体构成2：2型矿物
非硅酸盐粘土矿物 （一）氧化铁 （二）氧化铝
（三）氧化硅
起重要作用的主要是非晶质（无定形）的铁铝 氧化物。非晶质的铁铝氧化物可以吸附阴离子 ，如土壤中磷酸根离子的吸附，使磷被固定， 失去其有效性。
二、土壤胶体的共同特性****
（1）具有巨大的比表面积和表面能 （2）带电性 （3）分散性和凝聚性 （4）吸附代换性
（二）粘土矿物基本类型 与特性
硅氧片和铝氧片如何联结？
硅氧四面体
铝氧八面体
硅氧片
铝氧片 晶层
1:1型粘土矿物 2:1型粘土矿物
晶体颗粒 层状铝硅酸盐矿物
四个类组：
高岭石类 蒙脱石类 水云母类 绿泥石组矿物
高岭石类（1:1型矿物）
包括：高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等 特点：(1）1:1型的晶层结构 （2）膨胀性差 （3）同晶替代极少或没有，保肥力差 （4）胶体特性较弱，主要是晶架上的-OH在一定条件下，H+ 向外解离，使其带负电 （5）六角片状，粘着力和可塑性较弱（与蒙脱石比） 高岭组粘土矿物是 南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在 华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。
2、可变电荷(variable charge)*** 随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电荷 称 为可变电荷。
土壤学
名词解释土壤：陆地表面由矿物，有机物质，水，空气和生物组成，具有肥力且能生长植物的末固结层。
肥力：土壤具有能供应与协调植物正常生长发育所需的养分，水分，空气和热量的能力。
土壤矿物质：岩石风化形成的矿物颗粒岩石：一种或树种矿物的集合体母质：原生积岩经过一系列风化、搬运、堆积作用，在地表形成的一层疏松的最年轻的地质矿物质层，它是形成土壤的基础，是土壤的前身。
粒级：根据单个土粒的当量粒径的大小，可将土壤粒分为若干组。
土壤机械组成：土壤是由大小不同的土粒按不同的比例组合而成的，这些不同的粒级混合在一起表现出的土壤粗细状况，称土壤机械组成。
土壤质地：土壤中各粒级含量百分率的组成。
土壤有机质：存在于土壤中所有含碳的有机化合物矿质化过程：有机质在微生物作用下，有机质分解变为二氧化碳和水等，而N,P,S等以矿质盐类释放出来，同时释放能量，为植物和微生物提供养分和能量。
腐殖化过程：指土壤、堆肥或江河湖海等水体淤泥中的有机物质转变成为腐殖质的过程。
腐殖质：芳香族有机化合物和含氮化合物缩合成的一类复杂的高分子有机物，呈酸性，颜色为褐色或暗褐色。
吸湿水：固相土粒籍其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空气中吸附气态水，附着于土粒表面成单分子或多分子层。
重力水：当土壤水分超过田间持水量时，多余的水分不能被毛管所吸持，就会受重力的作用沿土壤的大孔隙向下渗透，这部分受重力支配的水称重力水。
毛管水：靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分膜状水：吸湿水达到最大后，土粒还有剩余的引力吸附液态水，在吸湿水的外围形成一层水膜。
最大持水量：土壤所能容纳的最大持（含）水量。
田间持水量：毛管悬着水达到最大时的土壤含水量。
土壤通气性：土壤空气与近地层大气进行气体交换以及土体内部允许气体扩散和流动的性能土壤热容量：单位质量或原状体积土壤温度升高1℃或降低1℃所吸收或放出的热量。
孔性：指能够反映土壤孔隙总容积的大小孔隙的搭配及孔隙在各土层中的分布状况等的综合症状。
土壤学名词解释(完全版)
土壤学是以地球表面能够生长绿色植物的疏松层为对象，研究其中的物质运动规律及其与环境间关系的科学，是农业科学的基础学科之一。
主要研究内容包括土壤组成；土壤的物理、化学和生物学特性；土壤的发生和演变；土壤的分类和分布；土壤的肥力特征以及土壤的开发利用改良和保护等。
其目的在于为合理利用土壤资源、消除土壤低产因素、防止土壤退化和提高土壤肥力水平等提供理论依据和科学方法。
名词解释：1、土壤质地:是根据机械组成划分的土壤类型，一般分为砂土、壤土和粘土三类。
2、活性酸:指的是与土壤固相处于平衡状态的土壤溶液中的H+离子。
3、毛管持水量:毛管上升水达最大时称毛管持水量。
4、土壤退化过程:是指因自然环境不利因素和人为开发利用不当而引起的土壤物质流失、土壤性状与土壤质量恶化以及土壤肥力下降，作物生长发育条件恶化和土壤生产力减退的过程。
5、永久电荷:同晶置换一般形成于矿物的结晶过程，一旦晶体形成，它所具有的电荷就不受外界环境（如pH、电解质浓度等）影响，故称之为永久电荷、恒电荷或结构电荷。
6、土壤水分特征曲线:指土壤水分含量与土壤水吸力的关系曲线。
(土壤水分特征曲线表示了土壤水的能量与数量的关系。
)7、富铝化过程:是热带、亚热带地区土壤物质由于矿物的风化，形成弱碱性条件，随着可溶性盐、碱金属和碱土金属盐基及硅酸的大量淋失，而造成铁铝在土体内相对富集的过程。
(包括两方面的作用：脱硅作用（desilication）和铁铝相对富集作用。
)8、盐基饱和度:是指土壤中各种交换性盐基离子的总量占阳离子交换量的百分数。
9、土壤有机质:是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中各种动、植物残体，土壤生物体及其分解和合成的各种有机物质。
10、同晶替代:是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。
11、潜性酸:指吸附在土壤胶体表面的交换性致酸离子(H+和Al3+)，交换性氢和铝离子只有转移到溶液中，转变成溶液中的氢离子时，才会显示酸性，故称潜性酸。
土壤胶体.
土壤胶体总体显负电荷，使得能够紧密结合土 壤中的许多阳离子。提高保肥性。
酸碱性影响土壤胶体的带电性
3.土壤总电荷 • 土壤总电荷等于永久电荷与可变电荷的总和。
• 一般土壤的pH在5~9之间，大部分土壤胶体都带 负电荷。只有两性胶体和少量的同晶替代可能产 生一定量正电荷。
• 但是，整体上来看，土壤胶体以带负电荷为主。 当pH<5时则可能带较多正电荷。 • 土壤中80%以上的土壤电荷集中于粘粒上
一些农业技术措施，如施肥、中耕、浇水、烤田等都 可使土壤中的电解质发生变化，从而使胶体的状态发 生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙质肥料，有 促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。（板结）
（四）土壤胶体吸收性的类型及其意义
土壤胶体吸收性：指土壤能吸收和保持土壤溶 液中的分子、离子、悬浮颗粒、气体以及微生 物的能力。 机械吸收 物理吸收 化学吸收 生物吸收 物理化学吸收
土壤胶 体微粒
土壤胶体 分散系
土壤溶液
决定电位离子层 （内层） 非活性层 补偿离子层 （外层） 扩散层
扩散双电层 （1）决定电位离子层 是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。 （2）补偿离子层，分为两个层次。 一、非活性补偿离子层。 二、扩散层。
二.土壤胶体的基本特性
（一）具有丰富的表面积和巨大的表面能。 1.比表面 是一个比值，即每一单位质量或单位容积的表 面积(单位质量比表面积叫质量比表面，cm2/g， 单位容积比表面叫做容积比表面，cm2/m3）。
因土壤胶粒在同样的 土壤环境中带有同种电荷促使胶粒 互相排斥与分散状态，较少凝聚。
向土壤溶液中加入电解质以中和胶粒上的电性，并减少 土壤水分，可促使溶液凝聚。因土壤中的胶体一般情况 下带负电的为多，所以加入阳离子有使胶体凝聚的作用。
土壤学-1土壤胶体的构造和性质
土壤胶体的结构和性质
4. 土壤胶体的吸附性和交换能力 由于胶体的巨大表面能，使其对周围分 子或离子有很强的吸附力，同样胶体的电 性使其扩散层的离子与土壤溶液中的离子 有交换能力。
第二节 土壤胶体的类型
土壤胶体的类型
一、 无机胶体 主要包括：
含水氧化铁
含水氧化铝 含水氧化硅 水铝英石 次生铝硅酸盐类
土壤胶体的结构和性质
如Al（OH）3在碱性环境中的解离：
Al(OH)3+NaOH 胶核中的分子 Al(OH)2O-+Na++H2O 带负电荷的胶体核粒
如Al（OH）3在酸性环境中的解离： Al(OH)3+HCl 胶核中的分子 Al(OH)2++Cl-+H2O 带正电荷的胶体核粒 Fe(OH)3或Al(OH)3解离H+ 而成为带负电的胶体，还 是解离OH-而成为带正电 的胶体主要取决于溶液的 pH状状分状： 分散相 名 状 固 溶状、状浮液、状膏 液 乳状液 状 泡沫 固 状溶状 液 固 固状状浮液 液 固状乳状液 状 固状泡沫
第一节 土壤胶体的构造和性质
土壤胶体的结构和性质
一 、土壤胶体的概念
颗粒直径（非球形颗粒则指其长、宽、高三向 中一个方向的长度）在1~100nm范围内的带电的 土壤颗粒与土壤水组成的分散系。
OH↓ Al(OH)2O-+ H2O （pH>5）
纯净的氢氧化铁的等电点为pH7.1，氢氧化铝等 电点为pH8.1，所以它们在大多数酸性或中性土 壤中都带正电荷。
土壤胶体的类型
3.水铝英石
（非晶质无定形的胶态）
农业上促进土壤团粒结构形成措施的理论解释：
土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减 小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等 措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构；
2章-4节-土壤化学性质及其生态效应-《环境土壤学》
化学吸收可以让养分流失也降低了养分有效性。
（四）土壤生物吸收：生物有机体对养分选择吸收，并以有机质形式在土壤中积 累过程，在通过微生物分解，将养分释放供植物利用。
（五）土壤物理化学吸收：土壤胶体对溶液中的离子态物质的吸附作用。对土壤 离子态物质迁移，养分供给，土壤缓冲性有重大影响。
二、土壤胶体及其性质
铁铝水化氧化物在不同pH下带不同电荷
+
OH2
H+
M OH2
OH
M OH2
OH-
_
OH
M OH + H2O
三水铝石在酸性环境中带正电荷
OH2 +
OH
O-
2 .4 土壤胶体的性质
（3）土壤胶体的电位
电位又称电势，是指单位电荷在静电场 中的某一点所具有的电势能。电位是电 能的强度因素，它的大小取决于电势零 点的选取，其数值只具有相对的意义。
造
使胶体具有双电层结构。
图
示
胶体微粒
胶核 双电层
决定电位离子层（内） 非活性离子层
补偿离子层（外） 扩散层
2.4 土壤胶体的性质
（1）具有较大的比表面积，包括外表面积和内表面积，因此具有表面能，是土 壤具有物理吸附性能的动力机制。 我国几种主要土壤的比表面积：
砖红壤 60－80m2g-1；红壤 100－150m2g-1；黄棕壤 200－300m2g-1 ，总之：2： 1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。
• 胶体（英语：Colloid）又称胶状分散体（colloidal dispersion）是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状 态的物质，一种分散，另一种连续。分散的一部分是由微 小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm 之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体
（四）土壤生物吸收：生物有机体对养分选择吸收，并以有机质形式在土壤中积 累过程，在通过微生物分解，将养分释放供植物利用。
（五）土壤物理化学吸收：土壤胶体对溶液中的离子态物质的吸附作用。对土壤 离子态物质迁移，养分供给，土壤缓冲性有重大影响。
二、土壤胶体及其性质
铁铝水化氧化物在不同pH下带不同电荷
+
OH2
H+
M OH2
OH
M OH2
OH-
_
OH
M OH + H2O
三水铝石在酸性环境中带正电荷
OH2 +
OH
O-
2 .4 土壤胶体的性质
（3）土壤胶体的电位
电位又称电势，是指单位电荷在静电场 中的某一点所具有的电势能。电位是电 能的强度因素，它的大小取决于电势零 点的选取，其数值只具有相对的意义。
造
使胶体具有双电层结构。
图
示
胶体微粒
胶核 双电层
决定电位离子层（内） 非活性离子层
补偿离子层（外） 扩散层
2.4 土壤胶体的性质
（1）具有较大的比表面积，包括外表面积和内表面积，因此具有表面能，是土 壤具有物理吸附性能的动力机制。 我国几种主要土壤的比表面积：
砖红壤 60－80m2g-1；红壤 100－150m2g-1；黄棕壤 200－300m2g-1 ，总之：2： 1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。
• 胶体（英语：Colloid）又称胶状分散体（colloidal dispersion）是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状 态的物质，一种分散，另一种连续。分散的一部分是由微 小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm 之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体
第六章土壤
（1）决定电位离子层 （又称：双电层内层、内离子层） 是固定在微粒核表面，并决定其胶体的 电荷和电位的一层离子。 其带电的符号决定于胶核的性质。 （也就是说，带正/负电是由胶核性质
决定的。
（2）补偿离子层
（又叫斥，异电相吸）吸附带 相反电荷的离子，形成补偿离子层。补 偿离子层分布着与决定电位离子层符号 相反，数量相等的电荷。
（2）影响阳离子代换量的因素 阳离子交换量：每千克土中所含全部阳离子 总量，称为阳离子代换量，或称交换性阳离 子总量。 ①胶体的种类：粘土矿物的交换量是：蒙脱 石＞伊利石＞高岭石；含水氧化铁、铝的交 换量极低；有机胶体的交换量很大，而腐殖 质含量高的土壤，其交换量远高于粘土矿物。 ②溶液的PH值： 一般随PH值的增加，土 壤负电荷随之增大，交换量增大。
我们知道矿物在物理、化学、生物同化作用 后产生破碎，在破碎的过程中，晶体晶格边 缘的离子有一部分电荷未得到中和，而产生 剩余价键，使晶层带电。 例如: 晶格在Si层或Al层截面上断裂，≡Si－O－ Si≡或＝Al－O－Al＝.在断裂后，断面上留 下≡Si－Oˉ，＝Al－Oˉ从而带负电。也可能 是≡Si－O键或＝Al－O键断裂产生边角上， ≡Si或＝Al等价键不饱合，而带正电。
（一）阳离子的代换作用 1、阳离子代换的特点 （1）是一种可逆反应，能迅速达到 平衡，进行速度不受温度和土壤反应 的影响。 （2）阳离子代换按等摩尔关系进行： 在代换的过程中，离子与离子之间是 从以离子价为根据，作等价交换的。
2、影响阳离子代换的因素 主要有两个方面： ①影响阳离子代换能力的因素； ②影响阳离子代换速度的因素。 （1）影响阳离子代换能力的因素 阳离子的代换力：一种阳离子将其他阳离 子从胶体微粒上代换下来的能力，称为阳 离子的代换力。 各种阳离子的代换力的大小顺序是 Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+> NH4+> K+>Na+，阳离子代换力的大小受下列离 子支配：
决定的。
（2）补偿离子层
（又叫斥，异电相吸）吸附带 相反电荷的离子，形成补偿离子层。补 偿离子层分布着与决定电位离子层符号 相反，数量相等的电荷。
（2）影响阳离子代换量的因素 阳离子交换量：每千克土中所含全部阳离子 总量，称为阳离子代换量，或称交换性阳离 子总量。 ①胶体的种类：粘土矿物的交换量是：蒙脱 石＞伊利石＞高岭石；含水氧化铁、铝的交 换量极低；有机胶体的交换量很大，而腐殖 质含量高的土壤，其交换量远高于粘土矿物。 ②溶液的PH值： 一般随PH值的增加，土 壤负电荷随之增大，交换量增大。
我们知道矿物在物理、化学、生物同化作用 后产生破碎，在破碎的过程中，晶体晶格边 缘的离子有一部分电荷未得到中和，而产生 剩余价键，使晶层带电。 例如: 晶格在Si层或Al层截面上断裂，≡Si－O－ Si≡或＝Al－O－Al＝.在断裂后，断面上留 下≡Si－Oˉ，＝Al－Oˉ从而带负电。也可能 是≡Si－O键或＝Al－O键断裂产生边角上， ≡Si或＝Al等价键不饱合，而带正电。
（一）阳离子的代换作用 1、阳离子代换的特点 （1）是一种可逆反应，能迅速达到 平衡，进行速度不受温度和土壤反应 的影响。 （2）阳离子代换按等摩尔关系进行： 在代换的过程中，离子与离子之间是 从以离子价为根据，作等价交换的。
2、影响阳离子代换的因素 主要有两个方面： ①影响阳离子代换能力的因素； ②影响阳离子代换速度的因素。 （1）影响阳离子代换能力的因素 阳离子的代换力：一种阳离子将其他阳离 子从胶体微粒上代换下来的能力，称为阳 离子的代换力。 各种阳离子的代换力的大小顺序是 Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+> NH4+> K+>Na+，阳离子代换力的大小受下列离 子支配：
六 土壤胶体表面化学
教学目标 与要求
主要研究内容：土壤胶体的表面结构、表面性 质和表面上发生的化学及物理化学反应；是一种 微观研究领域。
土壤粘粒的巨大表面使土壤具有高的表面活性，
其表面所带的电荷则是土壤具有一系列化学性质
的根本原因，也是土壤与纯砂粒主要不同之处。
土壤化学的核心内容是土壤胶体的表面化学。
第一节 土壤胶体的表面类型与构造
六、交换性阳离子的有效度
交换性阳离子对植物都是有效性的，但有效程度却不一样， 主要受下列因素的影响。 （一）离子饱和度 (degree of ion saturation)
土壤吸咐某种交换性阳离子的数量，占土壤交换性阳离子
总量的百分数。离子饱和度愈高，其有效性愈高。 土壤阳离子交换与离子饱和度 土壤 A CEC[cmol(+)/kg] 8 交换性钙[cmol(+)/kg] 6 饱和度(%) 75
或部分置换，或在酸性条件下解吸。
（二）影响阳离子专性吸附的因素
1、pH：金属离子水解和专性吸附反应均释放H+，pH升
合(化)，产生可离解的水合基(—OH2)或羟基(—OH)，它们与溶
液中过渡金属离子(M2+、MOH+)作用而生成稳定性高的表面络合 物，这种吸附称为专性吸附(Specific adsorption)。 不同于胶体对碱金属和碱土金属离子的静电吸附。
过渡金属（ⅠB 、ⅡB 族等），水合热较大，在水
溶液中呈水合离子形态，并较易水解成羟基阳离子： M2+＋H2O→M（H2O）2+→MOH+＋H+ 水解阳离子电荷减少，致使其向吸附胶体表面靠近 的能障降低，有利于与表面的相互作用。 若过渡金属呈M2+离子态被专性吸附，形成单配
6第六讲 土壤胶体
B 蒙脱组：蒙脱石、蛭石等，2：1型，膨胀 性大，电荷多，胶体突出；
是由基性火成岩在微碱性环境下风化而 成的。 广泛分布在我国内蒙古高原、西北东南 部、大小兴安岭、长白山和东北平原的土壤 中。
蒙脱石
是由基性火成岩在微碱性环境下风化而成的。
• Montmorillonite group
clays)
Properties of kaolinite group
高岭组的特性
1:1 layer （ 1:1型）, formula： Al4Si4O10(OH)8 Non-swell-shrink potential (非胀缩性) 四面体片与八面体片通过共用氧原子结合 成一个晶片，晶片间以较强的氢键相连，水化 时基本不膨胀。
Al-O (gibbsite) sheet
Mg-O (brucite) sheet
片状 黑云母 biotite
• Framework silicates 网状硅酸盐矿物
Framework silicates consist of a threedimensional lattice of Si-O tetrahedra linked through their corners.
n (Al4O12)12-
铝氧片
# unite layer 单位晶层
硅片和铝片以不同方式在C轴上堆叠，形成层状 硅酸盐的单位晶层。两种晶片的配合比例不同，而 构成1：1型、2：1型和2：1：1型晶层。 1:1 layer structure 2:1 layer structure
1:1型单位晶层 2:1型单位晶层 2:1 :1型单位晶层
The permanent charge is more.电荷数量大
土壤胶体表面化学考研知识点总结
土壤胶体表面化学考研知识点总结●土壤胶体的表面类型与构造●土壤胶体：一般将半径 d＜0.001mm（即1 μm）的球形颗粒称为胶体(土壤粘粒又称为土壤胶粒)。
●❗❗❗胶粒基本构造：胶核与双电层●❗❗❗三类表面●硅氧烷型表面(硅氧片的表面)：2∶1型粘粒(蒙脱石、蛭石)的上、下两面；1∶1型粘粒(高岭石)1/2面。
是非极性的疏水表面。
●水合氧化物型表面：羟基化表面(R－OH)；水合氧化物型表面是极性的亲水表面。
电荷来源为表面-OH基质子的缔合(-OH2+)或解离(-OH→-O- + H+)。
产生的电荷为可变电荷。
●有机物型表面：腐质物质为主的表面，表面羧基（—COOH）、酚羟基（R-OH）、氨基（—NH2）、醌基、醛基、甲氧基等活性基团。
解离 H+ 或缔合H+ 产生表面电荷。
产生的电荷为可变电荷。
●土壤胶体表面性质●土壤胶体的表面积●❗比表面 (specific surface) ：单位重量（体积）物体的总表面积。
物体颗粒愈细小，表面积愈大。
●非结晶型氧化物比表面积比结晶型大很多。
●土壤胶体表面电荷●❗❗❗❗❗种类●永久电荷：起源于矿物晶格内部离子的同晶置换，具有的电荷就不受外界环境(如pH、电解质浓度等)影响。
●可变电荷：1）水合氧化物型表面对质子的缔合和解离。
2)土壤有机质表面的可变电荷可来自羧基、氨基、酚羟基等功能团的质子化或解离。
●土壤电荷数量●一般用每千克物质吸附离子的厘摩尔数[cmol (+) /kg]表示●❗❗阳离子交换量CEC ，即土壤净负电荷的数量，非恒值，随pH变化●土壤胶体对阳离子的吸附与交换●吸附●定义：根据物理化学的反应，溶质在溶液中呈不均一的分布状态，溶液表面层中的浓度与其内部不同的现象称为吸附作用。
●阳离子的静电吸附●土壤胶体一般带有大量负电荷●通过静电力(库仑力)使土壤胶体表面能从土壤溶液中吸附阳离子，在胶体表面形成扩散双电层（完全解离，自由移动）●被吸附的阳离子一般都可以被溶液中另一种阳离子交换而从胶体表面解吸●❗❗阳离子静电吸附的速度、数量和强度决定因素●表面负电荷愈多，吸附的阳离子数量就愈多●离子的价态愈高，受胶体的吸持力愈大，吸附能力愈强●同价的离子，离子半径愈大，水化半径愈小，吸附强度愈大●阳离子的交换●定义：交换性阳离子发生交换吸附的反应●作用特点●快速的可逆反应，容易达到动态平衡●遵循等价交换的原则●符合质量作用定律●❗❗阳离子交换量的影响因素●胶体的类型含腐殖质和2:1型粘土矿物较多的土壤，其阳离子交换量较大，而含高岭石和氧化物较多的土壤，其阳离子交换量较小。
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第八章
土壤胶体化学和表面反应
第八章
土壤胶体化学和表面反应
主要内容（重点）：
1.土壤胶体的表面性质（重点） 2.土壤胶体对阳离子交换反应（重点） 3.土壤胶体的阴离子的吸附与交换
教学目标与要求：
了解土壤胶体的表面类型、表面电荷来源 与种类，掌握土壤双电层的结构特征；牢记土 壤阳离子交换作用的规律以及影响阳离子有效 性的因素以及阳离子交换对土壤性质的影响。
C. 腐殖质上某些官能团的解离
D. 含水氧化和水铝石表面的分子中 OH 的解离；
从上述四种情况来看，土壤胶体所带的电荷数量和 性质与介质的pH值有密切关系。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
（二）土壤的电荷数量**
1、土壤电荷主要集中在胶体部分。 2、胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础。 3、有机胶体和无机胶体的电荷具有非加和性。
（3）粘土矿物类型的影响
（4）由交换性离子变为非交换性离子的有效度问题
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节 表8-5
土壤
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
互补离子与交换性钙的有效性
交换性阳离子 组成 小麦幼苗干 重(g) 小麦幼苗吸钙量 (mg)
A B C
40%Ca+60%H 40%Ca+60%Mg 40%Ca+60%Na
表8－1 土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2· g-1）
胶体成分 蒙脱石 蛭 石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石
内表面积 700-750 400-750 0-5 0 0 400 130-400
外表面积 15-150 1-50 90-150 5-40 10-45 25-30 130-400
第 二 类 是 其 他 的 一 些 金 属 离 子 ， 如 Ca+2 、 Mg+2 、 K+ 、 NH4+……等，在古典化学上，它们都称为盐基离子。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
（2）盐基饱和度(base saturation percentage)BSP
在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子的数量占所有吸 附的阳离子的百分比，叫盐基饱和度***。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节 2 2
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
土壤胶体的比表面和表面积
(一)土壤胶体的表面积
（CEC：cmol(+)kg-1 ）
阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。 CEC 保肥能力 <10 低 10~20 中 >20 高
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
***影响土壤阳离子交换量的因素有： （1）质地 质地越粘重，含粘粒越多的土壤， 其阳离子交换量也越大。 质地 CEC 砂土 1~5 砂壤土 7~8 壤土 15~18 粘土 25~30
（2）有机质 OM % CEC
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 高岭石 （4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤的可变电荷
增加，土壤的阳离子交换量也增加。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
表8-3 不同类型土壤胶体的阳离子交换量 土壤胶体 CEC[cmol(+).kg-1]
土壤胶体对阴离子的吸附与交换
土壤中的阴离子依其吸附能力的大小可分为三类：
1．易被吸附的阴离子 最重要是：
H2PO4HsiO3HPO42SiO32PO43C2O42-
2．吸附作用很弱或中间类型的离子：
SO42-
CO32-
各种阴离子被土壤吸收的次序如下： F- > 草酸根 > 柠檬酸根 > H2PO4- > HCO3- > HBO3- > SO42- > Cl - > NO3-
等的氧化物及其水合物。
层状硅酸盐矿物在某些情况下对重金属离子也可以产生 专性吸附作用
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
反应的结果使体系的pH值下降 ！
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
阳离子专性吸附的实际意义: 土壤和沉积物中的锰、铁、铝、硅等氧化物及其水合
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
1
离子吸附的一般概念 根据物理化学的反应，胶体在溶剂中呈不均一的分 布状态，固体颗粒表面的离子浓度与溶液内部不同的现
象称为吸附作用**。
凡使胶体表面层中溶质的浓度大于液体内部浓度的 作用称为正吸附，反之则称为负吸附.
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
2
阳离子静电吸附 1、阳离子静电吸附
由库仑定律可知:
土壤胶体表面所带的负电荷愈多，吸附的阳离子数量就愈多；
土壤胶体表面的电荷密度愈大，阳离子所带的电荷愈多，则离 子吸附得愈牢。 M3+>M2+>M+ Al3＋>Mn2＋>Ca2＋>K+
总表面积 700-850 400-800 90-150 5-40 10-45 430 260-800
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质 60－80m2g-1
我国几种主要土壤的比表面积： 砖红壤 红 黄棕壤 壤 100－150m2g-1 200－300m2g-1
总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比 表面积越大。 (二)比表面积的测定方法 1、仪器法 2、吸附法 氮气、甘油、乙二醇醚等
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
3
土壤表面电荷和电位
（一）土壤电荷的起因和种类 1、永久电荷(permanent charge)***
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第三节
土壤胶体对阴离子的吸附与交换
3
阴离子专性吸附 阴离子专性吸附是指阴离子进入粘土矿物或氧化物表
面的金属原子的配位壳中，与配位壳中的羟基或水合基重新 配位，并直接通过共价键或配位键结合在固体的表面。这种 吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配位体交换吸附。 产生专性吸附的阴离子有F-离子以及磷酸根、硫酸根、 钼酸根、砷酸根等含氧酸根离子。
所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的胶体表面越
近，阴离子数量越少的现象。
负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳离子代换量的增
加而增加。但随陪伴阳离子价数的增加而减少。不同的粘粒
矿物对负吸附的影响也不同，他们递减的次序为：
蒙脱石 ＞ 伊利石 ＞ 高岭石
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第三节 1
土壤吸附的阴离子
永久电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。
2、可变电荷(variable charge)***
随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电荷
称为可变电荷。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子 团的解离： A. 含水氧化硅的解离 B. 粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离
锰，可以抑制植物对铅的吸收， 土壤是重金属元素的一个汇，对水体中的重金属污染起 到一定的净化作用，并对这些金属离子从土壤溶液向植物体
内迁移和累积起一定的缓冲和调节作用。另一方面，专性吸
附作用也给土壤带来了潜在的污染危险。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第三节 2
土壤胶体对阴离子的吸附与交换
阴离子的负吸附
物，对多种微量重金属离子起富集作用，其中以氧化锰和
氧化铁的作用更为明显。 由于专性吸附对微量金属离子具有富集作用的特性， 因此，正日益成为地球化学领域或地球化学探矿等学科的
重要内容。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
专性吸附在调控金属元素的生物有效性和生物毒性方面
起着重要作用。有试验表明，在被铅污染的土壤中加入氧化
及离子的水化程度的不同而不同的。
（3）离子浓度和数量因子。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
***土壤阳离子交换量(cation exchange capacity)-CEC
是指土壤溶液为中性（pH = 7）时，每千克土所含 的 全部交换性阳离子的厘摩尔数称为土壤的 阳离子交换量。
教学方式与手段：
幻灯，动画演示；案例分析；土壤吸附实验；
主要内容（重点）：
课时数：4课时
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节 1
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
土壤胶体表面类型
硅氧烷型表面 水合氧化物型表面 有机物表面
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
腐殖质 蛭 石 蒙脱石 伊利石 高岭石 倍半氧化物
土壤胶体化学和表面反应
第八章
土壤胶体化学和表面反应
主要内容（重点）：
1.土壤胶体的表面性质（重点） 2.土壤胶体对阳离子交换反应（重点） 3.土壤胶体的阴离子的吸附与交换
教学目标与要求：
了解土壤胶体的表面类型、表面电荷来源 与种类，掌握土壤双电层的结构特征；牢记土 壤阳离子交换作用的规律以及影响阳离子有效 性的因素以及阳离子交换对土壤性质的影响。
C. 腐殖质上某些官能团的解离
D. 含水氧化和水铝石表面的分子中 OH 的解离；
从上述四种情况来看，土壤胶体所带的电荷数量和 性质与介质的pH值有密切关系。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
（二）土壤的电荷数量**
1、土壤电荷主要集中在胶体部分。 2、胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础。 3、有机胶体和无机胶体的电荷具有非加和性。
（3）粘土矿物类型的影响
（4）由交换性离子变为非交换性离子的有效度问题
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节 表8-5
土壤
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
互补离子与交换性钙的有效性
交换性阳离子 组成 小麦幼苗干 重(g) 小麦幼苗吸钙量 (mg)
A B C
40%Ca+60%H 40%Ca+60%Mg 40%Ca+60%Na
表8－1 土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2· g-1）
胶体成分 蒙脱石 蛭 石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石
内表面积 700-750 400-750 0-5 0 0 400 130-400
外表面积 15-150 1-50 90-150 5-40 10-45 25-30 130-400
第 二 类 是 其 他 的 一 些 金 属 离 子 ， 如 Ca+2 、 Mg+2 、 K+ 、 NH4+……等，在古典化学上，它们都称为盐基离子。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
（2）盐基饱和度(base saturation percentage)BSP
在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子的数量占所有吸 附的阳离子的百分比，叫盐基饱和度***。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节 2 2
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
土壤胶体的比表面和表面积
(一)土壤胶体的表面积
（CEC：cmol(+)kg-1 ）
阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。 CEC 保肥能力 <10 低 10~20 中 >20 高
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
***影响土壤阳离子交换量的因素有： （1）质地 质地越粘重，含粘粒越多的土壤， 其阳离子交换量也越大。 质地 CEC 砂土 1~5 砂壤土 7~8 壤土 15~18 粘土 25~30
（2）有机质 OM % CEC
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 高岭石 （4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤的可变电荷
增加，土壤的阳离子交换量也增加。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
表8-3 不同类型土壤胶体的阳离子交换量 土壤胶体 CEC[cmol(+).kg-1]
土壤胶体对阴离子的吸附与交换
土壤中的阴离子依其吸附能力的大小可分为三类：
1．易被吸附的阴离子 最重要是：
H2PO4HsiO3HPO42SiO32PO43C2O42-
2．吸附作用很弱或中间类型的离子：
SO42-
CO32-
各种阴离子被土壤吸收的次序如下： F- > 草酸根 > 柠檬酸根 > H2PO4- > HCO3- > HBO3- > SO42- > Cl - > NO3-
等的氧化物及其水合物。
层状硅酸盐矿物在某些情况下对重金属离子也可以产生 专性吸附作用
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
反应的结果使体系的pH值下降 ！
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
阳离子专性吸附的实际意义: 土壤和沉积物中的锰、铁、铝、硅等氧化物及其水合
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
1
离子吸附的一般概念 根据物理化学的反应，胶体在溶剂中呈不均一的分 布状态，固体颗粒表面的离子浓度与溶液内部不同的现
象称为吸附作用**。
凡使胶体表面层中溶质的浓度大于液体内部浓度的 作用称为正吸附，反之则称为负吸附.
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
2
阳离子静电吸附 1、阳离子静电吸附
由库仑定律可知:
土壤胶体表面所带的负电荷愈多，吸附的阳离子数量就愈多；
土壤胶体表面的电荷密度愈大，阳离子所带的电荷愈多，则离 子吸附得愈牢。 M3+>M2+>M+ Al3＋>Mn2＋>Ca2＋>K+
总表面积 700-850 400-800 90-150 5-40 10-45 430 260-800
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质 60－80m2g-1
我国几种主要土壤的比表面积： 砖红壤 红 黄棕壤 壤 100－150m2g-1 200－300m2g-1
总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比 表面积越大。 (二)比表面积的测定方法 1、仪器法 2、吸附法 氮气、甘油、乙二醇醚等
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
3
土壤表面电荷和电位
（一）土壤电荷的起因和种类 1、永久电荷(permanent charge)***
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第三节
土壤胶体对阴离子的吸附与交换
3
阴离子专性吸附 阴离子专性吸附是指阴离子进入粘土矿物或氧化物表
面的金属原子的配位壳中，与配位壳中的羟基或水合基重新 配位，并直接通过共价键或配位键结合在固体的表面。这种 吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配位体交换吸附。 产生专性吸附的阴离子有F-离子以及磷酸根、硫酸根、 钼酸根、砷酸根等含氧酸根离子。
所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的胶体表面越
近，阴离子数量越少的现象。
负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳离子代换量的增
加而增加。但随陪伴阳离子价数的增加而减少。不同的粘粒
矿物对负吸附的影响也不同，他们递减的次序为：
蒙脱石 ＞ 伊利石 ＞ 高岭石
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第三节 1
土壤吸附的阴离子
永久电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。
2、可变电荷(variable charge)***
随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电荷
称为可变电荷。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子 团的解离： A. 含水氧化硅的解离 B. 粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离
锰，可以抑制植物对铅的吸收， 土壤是重金属元素的一个汇，对水体中的重金属污染起 到一定的净化作用，并对这些金属离子从土壤溶液向植物体
内迁移和累积起一定的缓冲和调节作用。另一方面，专性吸
附作用也给土壤带来了潜在的污染危险。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第三节 2
土壤胶体对阴离子的吸附与交换
阴离子的负吸附
物，对多种微量重金属离子起富集作用，其中以氧化锰和
氧化铁的作用更为明显。 由于专性吸附对微量金属离子具有富集作用的特性， 因此，正日益成为地球化学领域或地球化学探矿等学科的
重要内容。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
专性吸附在调控金属元素的生物有效性和生物毒性方面
起着重要作用。有试验表明，在被铅污染的土壤中加入氧化
及离子的水化程度的不同而不同的。
（3）离子浓度和数量因子。
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第二节
土壤胶体对阳离子的吸附交换反应
***土壤阳离子交换量(cation exchange capacity)-CEC
是指土壤溶液为中性（pH = 7）时，每千克土所含 的 全部交换性阳离子的厘摩尔数称为土壤的 阳离子交换量。
教学方式与手段：
幻灯，动画演示；案例分析；土壤吸附实验；
主要内容（重点）：
课时数：4课时
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节 1
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
土壤胶体表面类型
硅氧烷型表面 水合氧化物型表面 有机物表面
第八章
土壤胶体化学和表面反应
第一节
土壤胶体(soil colloid)的表面性质
腐殖质 蛭 石 蒙脱石 伊利石 高岭石 倍半氧化物