Шпаргалка по "Геологии"

имеет пока эмпирический характер

При величине SAR ниже 8 опасность осолонцевания  невелика при

всех уровнях минерализации  воды, а при SAR>16—18 она становится

высокой, и использовать такие воды для орошения незасоленных почв

нецелесообразно.

Изменение состава обменных катионов происходит и при естественном

рассолении или промывке засоленных почв; эти процессы смещают

сложившееся в природных условиях соотношение катионов почвенного

раствора. Изменение состава обменных катионов при рассолении

использовал К. К. Гедройц для объяснения происхождения солонцов

из почв, засоленных нейтральными солями. По К. К. Гедройцу,

удаление легкорастворимых солей  вызывает следующие процессы в почвах:

обменный Na+ реагирует с присутствующим СаСОз с образованием

соды, что вызывает появление щелочной реакции. А поскольку

после удаления солей отсутствуют  электролиты, вызывающие коагуляцию

высокодисперсной части почв, то наступает набухание и пептиза-

ция коллоидальной части почвы  с последующим развитием характерных

признаков солонца. Гипотеза К. К. Гедройца применима для тех

случаев, когда в составе легкорастворимых солей преобладают натриевые

соли — NaCl, Na2S04, а почва не содержит гипса.

Промывка или естественное рассоление почв в присутствии гипса

или при значительном содержании легкорастворимых кальциевых солей

приводят к эффекту рассолонцования, т. е. к замене Na+ в поглощающем

комплексе на Са2+ и Mg2+. Это вытекает, в частности, из

уравнения ионного обмена. Если уравнение  обмена ионов Na+ и Са2+

записать в виде:

N л- ал.

Na^ __ ^ Na+

(уравнение Никольского), то из  этого следует, что даже простое  разбавление

равновесного раствора должно вызвать  изменение соотношения

Na+ : Са2+ в ППК.

107

Допустим, что правая часть уравнения К - Na~> . = п. Приразбав- 1/2 ,

«Са2+

лении раствора в 2 раза концентрации ионов (а в первом приближении

и их активности) также уменьшаются  в 2 раза.

Следовательно, если до разбавления  отношение катионов в ППК, выраженное

как N +:N[/l+, равнялось п, то после разбавления оно

уменьшилось в 0,7 раза и доля обменного Na+ снизилась. Понятно,

что этот эффект разбавления имеет  место только применительно к  обмену

разновалентных ионов. Если в обмене участвуют ионы с одинаковыми

зарядами, то разбавление не влияет на их соотношение в ППК

(если не принимать во внимание  изменение коэффициентов активности).

Таким образом, мы приходим к выводу, что рассоление почв, как

и промывки, должно снижать опасность  осолонцевания почв. Вместе

с тем при промывках проявляется  и другой эффект, также снижающий

опасность осолонцевания. Он заключается  в различных скоростях выщелачивания

из почвенного профиля натриевых  и кальциевых солей.

Натрий менее прочно удерживается твердыми фазами почвы, чем

кальций. Поэтому при промывке обычно наблюдается быстрое выщелачивание

Na+ и С1~, они вымываются в первую  очередь.

Уже с первыми порциями фильтрата  при промывке солончака выносится

60—70% всего количества Na+ и С1~, вслед за этими ионами

вымываются Са2+, Mg2+,

S04

2 - и наиболее медленно

НС03-  В результате

соотношение катионов

в почвенном растворе

промываемой почвы непрерывно

изменяется, снижается

доля Na+ и нарастает

относительное содержание

Са2+. Это явление

также сдерживает возможность

нежелательного развития

осолонцевания почвы.

Более того, происходит

улучшение состава обменных

катионов. Если в исходном

солончаке обменный

Na+ составлял 40% от

суммы обменных катионов,

то после промывки его доля снизилась  до 26%, а в опыте с добавлением

гипса — до 7% (табл. 28). Приведенные  материалы представляют

только результат модельного опыта  и характеризуют общее направление

процесса. Количественный результат  процесса в производственных

условиях может быть иным в зависимости  от реального состава солей,

значения рН и условий промывки.

Для улучшения свойств почв с  высоким содержанием обменного

Na+ применяют различные способы  химической мелиорации, чаще всего

гипсование. Те же приемы используют и для предупреждения развития

солонцеватости в почвах, орошаемых  минерализованными вода-

ми. Теоретические основы гипсования солонцов и солонцеватых почв

•были разработаны К. К. Гедройцем. В основе метода лежит реакция

вытеснения обменного Na+ ионами кальция  гипса:

Ша2 + CaS04 ^ Ша2 + Са2+ + SO2,- ^ ПСа + 2Na+ + SO2-.

Гипс CaS04-2H20 сравнительно хорошо растворим; при равновесии

активность ионов Са2+ в растворе достигает 1,2-Ю-2 М/л, причем гипс

присутствует в твердой фазе, и по мере вхождения Са2+ в поглощающий

комплекс активность Са2+ в растворе поддерживается на сравнительно

постоянном уровне за счет дополнительного  растворения гипса.

Продуктом реакции является Na2S04 — легкорастворимая соль,

•способствующая коагуляции почвенных  коллоидов и легко вымываемая

из почвы при последующей  промывке. Таким образом, достигается

высокая эффективность гипсования.

Количество гипса, необходимое  для гипсования солонцеватых почв

и солонцов, рассчитывают исходя из содержания обменного натрия.

Не трудно подсчитать, что если в почве содержится 12 мг-экв/100 г

•обменного натрия, то в пересчете  на мелиорируемый почвенный слой

мощностью в Я см и площадью 1 га это составит

12-Я-сМООО экв/га,

где d — объемная масса почвы. Такое количество эквивалентов гипса

соответствует количеству обменного  натрия. Выразив количество гипса

в молях, получим: \2-H-d-—-— моль/га. Реакция обмена в почвах

протекает не строго количественно, а  часть Са2+ расходуется на

побочные процессы. Поэтому оптимальные  дозы гипса для конкретных

условий подбирают опытным путем.

Кроме гипса с той же целью  применяют СаС03, однако растворимость

последнего много ниже растворимости  гипса, а в результате обменной

реакции может образоваться сода:

Ша2 + Са2+ + СО2" ^ ПСа + 2Na+ + СО2-,

•что отрицательно влияет на растения и на химические свойства почвы.

Много внимания, особенно в связи  с внедрением безотходных технологий

в промышленности, уделяют возможности  использования различных

промышленных отходов в качестве химических мелиорантов.

В их число входит отход преципитатных  заводов — фосфогипс, содержащий

около 70—75% CaS04 и 1—2% фосфора. Исследуется возможность

использования глиногипса, терриконовых пород.

Более глубокие изменения вызывают кислые мелиоранты, как железный

купорос, серная кислота, также являющиеся отходами промышленности.

Кислые мелиоранты устраняют щелочность почв, увеличивают

растворимость кальциевых солей, вытесняют  обменный натрий,

повышают подвижность важнейших  элементов питания растений.

Оптимизация состава обменных катионов не только улучшает условия

развития сельскохозяйственных растений, но и повышает стабильность

самой почвы, ее устойчивость к влиянию  различных неблагоприятных

факторов.

 

20.Специфическая  и неспецифическая адсорбция

 

Адсорбцией называют концентрирование вещества адсорбата из объема газа или жидкости на поверхности твердого тела (адсорбента) или жидкости. Если молекулы адсорбата образуют поверхностное  химическое соединение с адсорбентом, то говорят о хемосорбции.

Адсорбцию вызывают молекулярные силы поверхности адсорбента. Неполярные молекулы удерживаются за счет дисперсионных  сил. Полярные молекулы (диполи, мультиполи) взаимодействуют с электростатическим полем поверхности адсорбента, что  усиливает адсорбцию.

Адсорбция увеличивается с ростом давления газа или концентрации раствора.

При снижении парциального давления адсорбируемого компонента газовой  смеси или при бесконечном  разбавлении раствора адсорбция  уменьшается вплоть до полного освобождения поверхности адсорбента от молекул  адсорбата.

Сухие почвы обладают способностью адсорбировать различные газы и  пары. Наиболее интенсивно происходит адсорбция молекул воды. В меньшей  степени адсорбируются CО2, О2, N2.

Неспецифическая адсорбция обусловлена  слабыми молекулярными и кулоновскими силами. Это взаимодействие характерно в чистом виде для катионов Na+, Cs; частично для Mg, Са,К,анионов NO3, Cl. Но большинство  важнейших анионов,катионов щелочно-земельных  металлов и практически все ТМ связываются в значительной мере по типу специфической адсорбции. Специфическая  Адсорбция обусловнена прочными координационными и ковалентными связями.

Для разделения специфической и  неспецифической адсорбции используется следующий прием: в первой серии  эксперимента к равным навескам почвы  прибавляют возрастающее количество исследуемого катиона. Тогда данный катион будет  поглащен по типу специфической и  неспецифической адсорбции (общее  количество).

Во 2 серию эксперемента проводят в  тех же условиях,но к суспензии  прибавляют избыток какого-либо катиона,который  может вытеснять исследуемый  катион,не разрушая ковалентных и  координационных связей. Тогда оставшееся количество исследуемого катиона,который  находится по разнице между общим  его содержанием(из 1 серии) и количества вытесненного катиона (во 2 серии,дает информацию о количестве исследуемого катиона,сязанного специфической  адсорбцией.

22.Алюмосиликаты.

Минералы крупных фракций, пыли и особенно илистой фракции в  значительной мере представлены алюмосиликатами. Основу кристаллической решетки  всех силикатов составляют кремнекислородные  тетраэдры— [SiO] По характеру взаимного  расположения и сочленения тетраэдров различают 6 типов силикатов: островные, кольцевые, цепочечные,  ленточные, слоистые (слоевые) и каркасные.

В почвах минералы с различной структурой довольно четко распределяются

 по гранулометрическим фракциям. Основу песчаных и крупнопылеватых 

 фракций составляют практически  все группы минералов , кроме  слоистых. Это полевые шпаты, амфиболы, оливин, эпидот .Эти минералы крупных  фракций имеют небольшую удельную  поверхность и очень мало влияют (или совсем не влияют) на такие  свойства почв, как емкость катионного  обмена, потенциальная кислотность  буферность.

В илистых и коллоидных фракциях почв преобладают слоистые силикаты

различных групп. Слоистые силикаты называют также листовыми. Эти минералы обладают многими важными свойствами, придающими почве высокую емкость катионного обмена, набухаемость, липкость, и их часто рассматривают как собственно глинистые минералы. Наибольшее значение имеют следующие группы слоистых силикатов: монтмориллониты (смектиты), каолиниты, слюды и гидрослюды, хлориты, вермикулиты и смешанослойные минералы.

Все важнейшие  группы глинистых  минералов образованы слоями кремнекислородных  тетраэдров и алюмогидроксильных октаэдров (или  другого состава) .

Каолинит.

В группу каолинита входят минералы: каолинит, диккит, накрит и галлуазит. Собственно каолинит имеет формулу Al4(OH)8[Si4Oi0] и представлен пакетом  из октаэдрического и тетраэдрического слоев . Элементарная ячейка каолинита  не симметрична, поскольку одна сторона  пакета представлена октаэдрами, а  другая – тетраэдрами. Соответственно одна поверхность пакета образована кислородными атомами, а другая —  гидроксильными группами. Между 

пакетами образуется довольно прочная  водородная связь, препятствующая увеличению межпакетных промежутков. Межплоскостное расстояние стабильно и равно 7,14 А . Каолинит не набухает вследствие прочных  водородных связей

между пакетами. Удельная поверхность  его невелика и обычно находится  в пределах от 5—7 до 25—30 м /г. Емкость  катионного обмена соответственно мала и обычно не превышает 10 мг-экв/100 г.

Поскольку в пакетах каолинита  имеются расположенные на поверхности  гидроксильные группы, то для него характерен отрицательный заряд.

Величина заряда непостоянна и  зависит от рН среды; при pН нарастает  диссоциация поверхностных групп  ОН и отрицательный заряд увеличивается.

Монтмориллонит. Минералы группы монтмориллонита  — это трехслойные алюмосиликаты. Минералы этой группы называют также  смектитами. В зависимости от характера  изоморфного замещения и локализации  зарядов различают собственно монтмориллонит, бейделлит и нонтронит. Последний  отличается высокой степенью изоморфного  замещения А1³⁺ на Fe³⁺. Кроме перечисленных минералов в группу монтмориллонита входят также сапонит,гекторит, соконит и множество разновидностей. Глинистые породы с высоким содержанием монтмориллонита называют бентонитами.

Общая формула минералов группы монтмориллонита может быть

записана как (Са²⁺, Mg²⁺, Na²⁺...) (Al, Mg)2(OH)2[(Si, Al)4Oio]× nH₂О. Тетраэдрический слой, как указывалось выше, может быть выражен формулой Si205 или Si4O10; в формуле монтмориллонита этот слой записан

как (Si, А1)4О2. Это показывает, что  часть Si может быть замещена

на А1, что характерно для бейделлита. В круглых скобках формулы 

показаны А1 и Mg, находящиеся в  центрах октаэдров, а две группы ОН находятся в вершинах октаэдров. Катионы Са +, Mg , Na+ (и другие)  являются обменными катионами, компенсирующими  отрицательный заряд ячейки. Молекулы Н2О, показанные в формуле, находятся  в межпакетных  промежутках . Свойства монтмориллонита  существенно отличны  от свойств каолинита. Для монтмориллонита  характерна высокая удельная поверхность