第八章 土胶体及其对离子的吸附交换作用

土壤学课程教案课程编号： _______________________ 章节名称及内容：土壤胶体和土壤离子交换（下）所在课程顺序号：第14个教案授课学时与时长： 1.75学时授课教师：王聪课程类型：学类核心巡一、教学目标1、熟练掌握阳离子交换量和盐基饱，深刻理解离子交换在土壤肥力上的意义二、教学内容1、土壤吸附能力三、教学重点1、阳离子交换量、盐基饱和度、土壤养分离子有效性的影响因素四、教学难点1、影响土壤养分离子有效性的因素五、教学方法课堂讲授、多媒体辅助和板书相结合。

六、教学过程开始课堂讲授前播放一段相关的视频或则提出与本次课程相关的几个问题进行提问并讲解上次课堂留下的问题和作业，然后开始进行课堂讲授，讲授过程穿插问题提问，本次课程结束时布置作业或则留下几个问题进行下次课堂的提问主要内容8.2土壤吸附能力8.2土壤吸附能力8.2.1土壤吸附的概念1概念：土壤的吸附性能：土壤颗粒表面具有能够吸附阴阳离子、气体、液体等物质的能力。

土壤吸附性能是土壤的重要特性，由于具有吸附性能，使土壤起到“库”的作用，避免了土壤养分的淋失，从而达到保蓄养分的能力，这对于植物营养、±壤肥力以及污染土壤的自净能力等方面起极其重要的作用O8.2.2土壤吸附的类型交换性吸附：土壤胶粒带有电荷借静电引力从溶液中吸附带异号电荷的离子或极性分子。

土壤固相从溶液中吸附离子的同时，也伴随着固相表面上交换离子的解吸。

（最主要的吸附类型）专性吸附：非静电因素引起的土壤对离子的吸附作用。

它是指离子通过表面交换与晶体的阳离子共用1个或2个氧原子，形成共价键而被土壤吸附的现象。

负吸附：指土粒表面的离子或分子浓度低于整体溶液中该离子或分子的浓度的现象。

8. 2.3土壤阳离子交换与吸附作用1.概述土壤阳离子交换作用：指土壤胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的作用。

交换性阳离子：被土壤胶体表面所吸附，能被土壤溶液中的阳离子所交换的阳离子。

第八章土壤阳离子交换性能的分析P152第一节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（例如铵离子）的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca 2+、Mg2+、K+、Na+等交换性阳离子。

在交换中还可能有少量的金属微量元素和铝。

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阳离子交换量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+、Ba 2+，亦有选用H+作为指示阳离子。

各种离子的置换能力为：Al 3+ > Ba2+> Ca 2+> Mg 2+> NH4+> K+> Na+。

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。

土壤胶体的离子交换作用离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。

一、土壤阳离子交换吸附作用的概念1.土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。

2.当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。

二、土壤阳离子交换吸附作用的特点1. 可逆反应：在自然状况下，很难把土壤胶体上某一阳离子完全彻底地代换到溶液中去。

同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。

在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca2+，其次有Mg2+、K+、Na+等。

2. 等量交换：以等量电荷关系进行，如一个Ca2+可交换两个Na+；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。

3. 速度受交换点位置和温度的影响：①位置：如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。

高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。

（高岭石〉蒙脱石〉水云母）②温度：高温可加快离子交换反应的速率，因为温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多。

三、影响阳离子交换作用的因素1.阳离子的交换能力：（指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。

）主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量（或称阳离子与胶体的结合强度），它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。

a.离子电荷价：M3+> M2+> M+（M表示阳离子）b.离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径大水化半径小，交换能力越强。

第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用案例土壤胶体是土壤中非常重要的组分，对土壤的肥力、水分保持能力以及离子的吸附与交换起着重要作用。

本文将通过几个案例来说明土壤胶体的性质以及其对离子的吸附交换作用。

案例一：土壤胶体的类型及性质土壤胶体是土壤中40% ~ 60% 的固相组分，主要由胶体颗粒组成。

根据颗粒的粒径大小，土壤胶体可以被分为黏粒、胶粒和微胶粒。

黏粒的粒径最大，一般大于0.02 mm；胶粒的粒径介于0.02 mm ~ 0.001 mm 之间；微胶粒的粒径最小，一般小于0.001 mm。

土壤胶体具有很强的吸附能力和交换能力。

由于其表面上带有电荷，可以吸附并固定住许多阳离子和有机物质。

此外，土壤胶体还能与溶液中的离子进行交换，释放出其中的离子并吸附其他离子。

这种吸附交换作用对土壤肥力和养分的供应起着至关重要的作用。

案例二：土壤胶体对阳离子的吸附作用土壤胶体对阳离子的吸附作用是通过电荷相互作用和化学吸附来实现的。

土壤胶体表面带有负电荷，而阳离子带有正电荷，因此它们之间会发生吸引作用。

吸附机制包括静电吸附、配位吸附和离子交换吸附等。

以钙离子（Ca2+）为例，由于钙离子具有较高的电荷密度和较大的水合半径，可以与土壤胶体表面的负电荷进行静电吸附。

此外，钙离子还可以与胶体表面上的氧化物进行配位吸附，形成较稳定的络合物。

这些吸附作用使得土壤胶体能够有效地保持土壤中的钙元素，并在需要时释放出来。

案例三：土壤胶体对阴离子的吸附交换作用土壤胶体对阴离子的吸附交换作用主要是通过离子交换机制实现的。

由于土壤胶体表面带有负电荷，可以吸附和交换一些带有正电荷的离子，如氢离子（H+）、铝离子（Al3+）以及其他多价离子。

以磷酸盐离子（PO43-）为例，磷酸盐离子在土壤中很容易被吸附并固定在土壤胶体上。

一方面，磷酸盐离子可以与土壤胶体表面的氧化铝和氧化铁形成较稳定的络合物，进行配位吸附。

另一方面，磷酸盐离子还可以与土壤胶体表面的负电荷进行离子交换，取代其中的其他阴离子。

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。

土壤胶体离子的吸附和交换过程土壤，是地球表面能够生长植物的疏松表层，它就像是一个巨大的“宝库”，其中包含着无数微小但极其重要的成分，土壤胶体离子就是其中之一。

土壤胶体离子是指土壤中直径在 1 到 100 纳米之间的微小颗粒，它们带有电荷，能够对周围的离子进行吸附和交换。

这个过程对于土壤的肥力、结构和生态功能都有着至关重要的影响。

让我们先来了解一下土壤胶体离子的吸附过程。

想象一下，土壤胶体离子就像是一个个微小的“磁铁”，它们能够吸引周围带有相反电荷的离子。

比如，带负电荷的土壤胶体离子可以吸附带正电荷的离子，像铵离子（NH₄⁺）、钾离子（K⁺）等。

这些吸附过程主要有物理吸附和化学吸附两种方式。

物理吸附就像是用胶水把东西粘住，比较容易发生，也比较容易解吸。

比如说，一些离子只是因为靠近胶体表面而被暂时吸附住，没有发生强烈的化学作用。

而化学吸附则像是把两个东西焊接在一起，吸附力更强，也更难让被吸附的离子脱离。

土壤胶体离子的吸附能力还受到很多因素的影响。

比如胶体离子的种类和数量，不同类型的胶体离子吸附能力有所不同。

有机胶体通常比无机胶体具有更强的吸附能力。

另外，土壤的酸碱度（pH 值）也很关键。

在酸性条件下，土壤胶体离子对阳离子的吸附能力会增强；而在碱性条件下，对阴离子的吸附能力可能会提高。

接下来，我们再看看土壤胶体离子的交换过程。

这就像是一场“离子的换位游戏”。

当土壤溶液中的离子与已经被吸附在胶体表面的离子具有相同的电荷时，它们就有可能发生交换。

比如说，土壤溶液中的钙离子（Ca²⁺）可能会与已经被吸附的钾离子（K⁺）进行交换。

这种交换是动态平衡的，也就是说，一边在进行交换，另一边也在不断地调整，以达到一个相对稳定的状态。

离子交换对于土壤中的养分供应和保持起着重要作用。

通过交换，植物能够从土壤中获取所需的营养离子。

同时，这也有助于调节土壤溶液中离子的浓度和比例，维持土壤的化学平衡。

土壤胶体离子的吸附和交换过程还与土壤的肥力密切相关。