Почвенные коллоиды

Коллоиды – мелкораздробленные частицы почвы, размером менее 0,0001 мм, менее 0,1 мк. Коллоиды настолько малы, что не просматриваются в простой микроскоп, не задерживаются обычными фильтрами, а только биологической мембраной. Они находятся в почвенном растворе, представляя коллоидную систему, которая состоит из коллоидных частиц и дисперсной среды (почвенного раствора). Коллоиды обладают большой свободной поверхностной энергией, то есть избыточной энергией молекул поверхностного слоя.

Количество коллоидов в почве зависит от механического состава, от гумусного состояния почв. Оно составляет от 1-2 до 30-40 % от массы почвы. Причем 85-90 % составляют мнеральные коллоиды.

Чем тяжелее почва по механическому составу, тем больше в ней коллоидов, чем больше гумуса – тем больше коллоидов.

По происхождению различают 3 группы коллоидов:

1. минеральные, которые образовались в результате физического и, особенно, химического, выветривания. Это глинные минералы, зерна вторичных минералов – гидроокислы железа и алюминия;

2. органические, которые образуются в результате гумификации. Например, гуминовые кислоты, полисахариды и др.

3. органно-минеральные, которые в основном представленв органно-минеральными комплексами, например гумусовых веществ с глинными минералами.

Строение коллоидной частицы

Коллоидную частицу называют МИЦЕЛЛОЙ.

• Ядро мицеллы состоит из недиссоциированных молекул какого-либо вещества: глинные минералы, гуминовые кислоты и др. . Оно нейтрально.

• На поверхности ядра формируется двойной слой ионов, образующий границу раздела с дисперсной средой. Этот слой называют ионогенный. Он состоит из:

• Потенциалопределяющего слоя ионов (+ или --), прочно связанных с ядром (внутренний слой),

• Компенсирующего слоя противоположно заряженных ионов.

Ядро + 1 слой = гранула

Ядро + 1 слой + 2 слой = частица.

• Часть ионов компенсирующего слоя в дисперсной среде образует внешний диффузный слой, ионы которого не прочно связаны с ядром и вступают в обменные реакции. Обмен идет по законам химических реакций. Любой катион на поверхности частицы может быть вытеснен и заменен любым другим катионом почвенного раствора.

В зависимости от состава ионов в потенциалопределяющем слое коллоиды могут быть заряжены положительно, отрицательно или нейтрально:

• Коллоиды, которые имеют в потенциалопределяющем слое анионы, заряжены отрицательно и называются ацидоидами.

• Коллоиды, содержащие в потенциалопределяющем слое катионы, заряжены положительно и называются базоидами,

• Коллоиды, которые могут менять заряд в зависимости от реакции среды и ведут себя как базоиды и ацидоиды, называются амфолитоиды.

• В кислой среде (много Н⁺) они ведут себя как основания,

• В щелочной среде (много ОН^-) – как кислоты.

В почве большинство коллоидов ацидоиды, то есть заряжены отрицательно, есть амфолитоиды, а вот чистых базоидов – нет.

Почвенные ацидоиды представлены большинство коллоидов всех происхождений, амфолитоиды – гидроксиды железа и алюминия, белковые вещества.

По отношению к воде коллоиды делят на:

• Гидрофильные, которые сильно гидротируются и набухают в воде. Это коллоиды органических веществ и вторичные глинные минералы.

• Гидрофобные, которые характеризуются слабой гидротацией и плохо набухают в воде, быстро выпадая в осадок. Чаще это минеральные коллоиды.

Коллоиды в почве находятся в 2 состояниях: золь и гель. Состояние коллоида определяется наличием заряда.

Золь – коллоидный раствор. Обусловлен наличием заряда в коллоидной системе. Коллоиды рассеяны в дисперсной среде.

Гель – коллоидный осадок. Заряд в коллоидной системе отсутствует, дисперсная фаза отделяется от дисперсной среды.

Коллоидное состояние непостоянно, коллоиды могут переходить из одного состояния в другое в результате реакций коагуляции и пептизации.

Коагуляция – переход из состояния золя в состояние геля. Коллоиды теряют заряд и слипаются в агрегаты. Вызывается: 1. действием электролитов в дисперсной среде (почвенном растворе), ионы которых несут противоположный заряд, 2. при взаимодействии двух коллоидных систем, имеющих разный заряд, 3. высушивание почвы, 4. замораживанием почвы и др. причинами. Легче коагулируют гидрофобные коллоиды, чем гидрофильные (у них мешает водная оболочка).

Электролитами для ацидоидов (их больше в почве) могут быть катионы натрия, калия, аммиака, магния, кальция, водорода и др.

Коагулированные гели могут быть обратимые и необратимые. Обратимые снова переходят в золи при удалении электролита.

Пептизация – переход геля в золь. Связана с восстановлением заряда коллоидной системы. Пептизация происходит при удалении избытка электролита или при воздействии ионов ОН^-, которые усиливают заряд ацидоидов.

Наиболее желательным (положительным) для почвы является процесс коагуляции. В состоянии золя (раствора) коллоиды могут вымываться из почвы, а в состоянии геля – закрепляться, слипаясь в агрегаты или налипая на частица и структурные отдельности. Коагуляция способствует образованию структуры почвы. Пептизация, наоборот, способствует разрушению структуры, обеднению коллоидами верхних горизонтов почвенного профиля.

Значение коллоидов в почве:

• Способствуют оструктуриванию почвы,

• Способствуют образованию почв особого типа с большим содержанием устойчивых гелей – желтоземы, красноземы.

• Обуславливают поглотительную способность почв.