5. Первичные минералы.

Первичные минералы имеют магматическое или метаморфическое происхождение и унаследованы от горных пород. Первичные минералы излившихся пород: полевые шпаты (60%), пироксены и амфиболы (17%), кварц (12%), слюды (4%). Они имеют кристаллическое строение. Атомы и ионы встроены в геометрически правильную решётку, основой которой является несколько кристаллохимических структурных элементов (O2, Si, Al, Fe, Ca, Na).

Кварц:

Кремне-кислородный тетраэдр: четыре иона кислорода по углам тетраэдра и кремний в середине SiO2 – кварц, очень устойчивый минерал. В почвах кварца от 40 до 90%. Полевые шпаты. Кислые (SiO2 к Al2O3 = 5-6) и основные (2-3). Кислые – калиевые и натриевые, основные – кальциевые. Более устойчивые кислые ПШ. В почвах ПШ от 15 до 50%. Кремне - алюмо-кислородный тетраэдр. Ca, K, Na

Алюмо-гидроксильный октаэдр. В природе – слюды (биотит и мусковит). Слюды имеют слоистую структуру, трехслойный пакет: слой ККТ, слой АГО, слой ККТ – K, Mg, Na, Fe – опять пакет. Мусковит – калийная слюда, биотит – магнезиально-железистая слюда. Более устойчив мусковит. В почках слюд 4-5%. Пироксены и амфиболы имеют цепочечную структуру из ККТ. В породах 17%, в почвах – меньше. Амфиболы более устойчивые чем пироксены. Кроме вышеперечисленных минералов, в почве есть минералы-оксиды: Fe2O3 – гематит, TiO2 – рутил, FeS2 – пирит. Выветривание – разрушение минералов и горных пород. Физическое выветривание. Агенты: периодическое нагревание и охлаждение; вода; корни растений; деятельность текучих вод, ветра, ледников. Химическое выветривание. Гидратация, окисление, гидролиз.

6. Почвенные коллоиды.

Наименьший диаметр частиц почвенной массы имеет илистая фракция (< 0,001 мм), а в ее пределах – коллоидная фракция (< 0,0001 мм). Твердые вещества в состоянии столь сильной дисперсии имеют большую удельную поверхность.

В состав минеральных коллоидов входят минеральные, органо-минеральные и органические вещества. Часть минеральных коллоидов находится в кристаллическом состоянии (каолинит, гидрослюда, монтмориллонит и др.). Другая часть минеральных коллоидов – это аморфные вещества. К ним относятся аллофаны, свежеосажденные гидроксиды алюминия, железа, марганца, гидраты кремнезема и их комплексные осадки – коагели. Органическая часть почвенных коллоидов – это гумусовые вещества, в том числе органо-минеральные комплексы, а также клетки наиболее мелких бактерий. В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды (85-90%).

Коллоиды обладают сорбционной способностью: на их поверхности сорбируются газовые частицы, молекулы воды и различные находящиеся в почвенном растворе вещества – целые молекулы и отдельные ионы. В системе почвенный раствор – поверхность коллоида устанавливается динамическое равновесие, которое может быть нарушено изменением концентрации и состава растворенных веществ, температуры, давления. Это вызывает обменные реакции.

Различают два вида адсорбции – физическую и физико-химическую. Физическая адсорбция – свойство почвы поглощать из раствора целые молекулы минеральных и органических веществ, а также молекулы воды. Выделяют положительную физическую адсорбцию, представляющие собой притяжение молекул спиртов, органических кислот, алкалоидов и многих высокомолекулярных органических соединений к поверхности коллоидных частиц; а также отрицательную физическую адсорбцию – избирательное поглощение коллоидами (большинство минеральных солей, кислот и щелочей) самой воды, а не растворенных в ней веществ. Вещества с положительной физической адсорбцией вымываются из почвенной толщи хуже, чем вещества с отрицательной.

Физико-химическая, или обменная поглотительная, способность почв состоит в том, что почва способна обменивать некоторую часть катионов (или анионов), находящихся на поверхности твердых частиц, на эквивалентное количество катионов (анионов), находящихся в растворе. Это явление связано с наличием на поверхности коллоидных частиц определенного потенциалопределяющего заряда. На поверхности коллоидов образуется двойной электрический слой и устанавливается электростатическое равновесие. Внутренняя часть коллоида называется ядром, ядро с потенциалобразующим слоем называется гранулой, гранула со слоем неподвижных противоионов – частицей, а частица со слоем диффузных противоионов – мицеллой. Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое отрицательный заряд, называются ацитоидами, положительный заряд – базоидами; если же заряд может изменяться при разных кислотно-щелочных условиях среды – амфолитоидами.

Расположенные в поле электростатического воздействия заряда противоионы могут участвовать в реакциях обмена на ионы того же знака, находящихся в межмицеллярном растворе (в эквивалентных количествах). Эти явления получили название физико-химического поглощения и обмена.

Коллоидные частицы окружены прочно связанными с ними водными пленками, т. е. гидратированы. Присоединение молекул воды к коллоидной частице связано с проявлением поляризационных сил. Коллоиды, способные сильно гидратироваться (удерживать мощные водные пленки), называются гидрофильными, слабо гидратирующиеся – гидрофобными.

Коллоиды могут находиться в состоянии золя, т. е. взвеси или раствора, или в виде студнеобразного осадка – геля. Переход коллоида из золя в гель называется коагуляцией (свертывание), из геля в золь – пептизацией. Такие переходы связаны с изменением электрического потенциала коллоидных частиц и зависят от степени их гидратации. Так, при падении заряда происходит коагуляция. К. К. Гедройц установил ряд ионов по энергии их поглощения (трудности вытеснения):

Li⁺ < Na⁺ < NH₄⁺ < K⁺ < Mg²⁺ < H⁺ < Ca²⁺ < Ba²⁺ < Al³⁺ < Fe³⁺.

Положение водорода между двумя 2-х зарядными ионами связано с очень малой степенью его гидратации, что увеличивает энергию его поглощения.

Коагуляция может также быть вызвана встречей двух разнозаряженных ионов. В таком случае образуется коагель.

Пептизация происходит при уменьшении концентрации солей в растворе.

Коллоиды, легко переходящие из геля в золь называются обратимыми. Обычно легко обратимы все гидрофильные коллоиды, насыщенные однозарядными катионами. Если после коагуляции коллоид не пептизируется, то он называется необратимым.