книги из ГПНТБ / Болдырев, А. И. Физическая и коллоидная химия учеб. пособие

§137. Почвенные коллоиды

Кпочвенным коллоидам относятся высокодисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит почвенный раствор, а дисперсной фазой — части­ цы почвы размерами от 0,2 до 0,001 мк. В развитии учения о почвенных коллои­ дах, а также в выяснении их роли в создании почвенного плодородия большое

значение имели работы К. К. Г е д р о й ц а в первые десятилетия XX в. Они посвящены разработке вопроса о поглотительной способности почв. Под этим понятием Гедройц понимал способность почвы поглощать (задерживать) находя­ щиеся в почвенном растворе соединения. Дело в том, что коллоиды почвы, имея огромную поверхность, обладают способностью адсорбировать из окружающей среды не только ионы электролитов, но и значительные количества газов, пароз

ижидкостей.

Всвоих исследованиях К. К. Г е д р о й ц вскрыл закономерности обмена катионов в почвах и влияния состава обменных катионов на свойства почв, а так­ же разработал ряд методов изучения обменного поглощения катионов. Совокуп­ ность соединений, которые обладают способностью к обменным реакциям, назва­ на Гедройцем почвенным поглощающим комплексом. С химической точки зрения он характеризуется как комплекс нерастворимых в воде алюмосиликатных, ор­ ганических и органоминеральных соединений, с физической точки зрения — как «совокупность почвенных соединений, которые находятся в почве в мелко­ раздробленном состоянии, это высокодисперсная часть почвы, ультрамеханическая часть ее, по всей вероятности, близко совпадает с коллоидной частью поч­ вы».

Исследования академика Гедройца были продолжены и развиты В. Р. Виль­

ямсом, Г. Вигнером, И. Н. Антиповым-Кратаевым, С. Мэттсоном, А. Н. Соко­ ловским, Н. П. Ремезовым, С. Н. Алешиным, Н. И. Горбуновым и другими ис­ следователями.

Многочисленные, исследования этих ученых показали, что адсорбционная способность почвы связана с наличием в ней коллоидных частиц, так как частицы более крупных размеров практически не участвуют в процессах поглощения и являются малоактивной с химической точки зрения ее частью.

По своей природе почвенные коллоиды делятся на минеральные, органиче­ ские и комплексные, т. е. органо-минеральные. Минеральная часть (обычно преоб­ ладающая в составе почвенных коллоидов) в основном состоит из вторичных ми­ нералов, имеющих кристаллическое строение, и из аморфных веществ. В табл. 93 приведен состав минералов высокодисперсной фракции различных почв.

Органические почвенные коллоиды в основном представлены гумусовыми веществами: гуминовыми кислотами, фульвокислотами и гумином. Органо-ми­ неральные соединения представляют собой преимущественно соединения гуму­ совых веществ с глинистыми и другими вторичными минералами.

В природе почвенные коллоиды образуются не только в результате измель­ чения и выветривания горных пород и минералов, но и в результате различных реакций, происходящих в почвах между минеральными и органическими мине­ ралами. Как мы видели из табл. 93, качественный (а также и количественный) состав высокодисперсной части разных почв неодинаков. Так, коллоиднодисперсные частицы в тяжелых глинистых почвах составляют до 50% от веса почвы, в су­ глинистых — до 30%, а песчаных — до 3%.

По своему элементарному составу коллоидная фракция значительно отли­ чается от остальной массы почвы. В почвенных коллоидах содержится меньше кремнезема и значительно больше полуторных оксидов и особенно гумусовых веществ. Одним из важнейших свойств коллоидов почвы является их высокая поглотительная способность. Они легко адсорбируют из водных растворов (точ­ нее из почвенных растворов) различные катионы: К+, Na+, Са2+, Mg2+, NH^, Н* до полного насыщения поверхности коллоидных частиц. После насыщения даль­ нейшая адсорбция может происходить лишь путем обмена уже адсорбированных катионов на катионы почвенного раствора. Общее количество катионов, которое могут поглотить 100 г почвы, получило название емкости поглощения или емкости обмена почвы.

Емкость поглощения принято выражать в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы (мг-экв на 100 г). Для определения емкости поглощения все катионы

— 490 —

Т а б л и ц а 93

— 491 —

почвы вытесняются одним (Ва2+, N H /) путем многократной обработки ее раство­

емкости поглощения любых почв зависит от целого ряда факторов: содержания

100 мг-экв и даже более. Наибольшей емкостью обмена обладают гумусовые веще­ ства почвы: исчисляется сотнями миллиграмм-эквивалентов на 100 г этих ве­ ществ. Вот почему наиболее богатые гумусом почвы обладают и более высокой емкостью поглощения по сравнению с малогумусовыми. В качестве примера можно назвать черноземные почвы, а также верхние горизонты почв.

В силу разнообразия природных условий и особенностей почвообразова­ тельного процесса состав поглощенных катионов у различных типов почв неоди­ наков. Например, черноземные почвы в поглощенном состоянии содержат преимущестррно кальций, а подзолистые и дерново-подзолистые, помимо кальция, со­ держат убиенные водород и алюминий. Солонцовые и солонцеватые почвы содер­ жат поглощенный натрий в различных количествах. Для красноземных почв ха­ рактерно преобладание в почвенном поглощающем комплексе ионов алюминия и водорода. В табл. 94 приведены данные по составу обменных катионов и емкости поглощения в почвах различных зон нашей страны.

Согласно К. К. Гедройцу, все почвы подразделяются на насыщенные и нена­ сыщенные основаниями. Как видно из приведенной выше таблицы, насыщенные основаниями почвы не содержат в поглощенном состоянии ионов водорода и алю­ миния (черноземы обыкновенные и южные и некоторые другие). Ненасыщенные основаниями почвы, кроме кальция и магния, содержат в поглощенном состоя-

— 492 —

мостью в воде, сократимостью, способностью к обратимым изменениям своего состава и вязкости.

По мнению ряда ученых, различные включения, встречающиеся в протоплаз­ ме живой клетки, не-имеют принципиального значения для жизни и, по сущест­ ву, являются специальными дифференцировками. Иными словами, в протоплаз­

которое получило специальное название гиалоплазмы.

Согласно современным представлениям, протоплазму следует рассматривать как сложную коллоидную систему, обладающую всеми свойствами и признаками макромолекул в растворе. Исследования, проведенные за последние годы, убеди­

Однако даже в состоянии золя протоплазма сохраняет пластичность, т. е. свойства твердого тела. Об этом свидетельствуют многочисленные опыты по па­ дению в жидкой протоплазме посторонних микроскопических частиц. Из курса физики известно, что микроскопические»тела падают в жидкости с постоянной ско­ ростью (закон Стокса). В протоплазме же подобное падение идет с задержками, толчками, с отклонениями, как будто падающие частицы на своем пути встречают невидимые препятствия. На основании этих фактов был сделан вывод о том, что в протоплазме, даже в состоянии золя, имеется тончайший цитоскелет, основой которого являются вытянутые полипептидные цепи белка. Эти цепи взаимодей­ ствуют друг с другом своими боковыми цепями, образуют тончайшую сеть, т. е. молекулярный остов протоплазмы (рис. 210).

Основным свойством цитоскелета является его подвижность. При движении протоплазмы большое число точек скрепления боковых цепей полипептидных молекул непрерывно разрывается и вновь восстанавливается. Боковые цепи полипептидных молекул белка могут взаимодействовать друг с другом в точках сцепления путем образования водородных связей или же за счет сил Ван-дер-Ва- альса.

В петлях цитоскелета находятся разнообразные глобулярные белки, моле­ кулы которых при развертывании сами могут превращаться в скелетные образо-

— 494 —

зания. Внутри цитоскелета находятся и другие органические и неорганические вещества* а также вода. Протоплазма живой клетки представляет собой полифазную коллоидную систему, состоящую из высокомолекулярных соединений, дис­ пергированных в водной среде.

тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном само­ обновлении химических составных частей этих тел»*. Это положение остается и по сей день неоспоримым, и только исходя из него можно правильно анализи­ ровать различные биологические явления.

* Ф . Э н г е л ь с . Анти-Дюринг, Политиздат, 1970, стр. 78.

Ба л е з и н С. А., П а р ф е н о в Г. С. Основы физической и коллоидной химии. М., Учпедгиз, 1959.

Бе р г А. Л. Введение в термографию. М., Изд-во АН СССР, 1961.

Бр о д с к и й А. И. Физическая химия, т. I и II. Госхимиздат, 1948.

Бу л а н к и н И. Н. Физическая и коллоидная химия (курс лекций для

495 —

П Р Е Д М Е Т Н Ы Й У К А З А Т Е Л Ь

497

— 498

499 —