Шпаргалка по "Геологии"

Разрешение природы обменной кислотности почв связано с трудностью разграничения роли водорода и алюминия*в  создании обменной кислотности. В настоящее  время предложен ряд методов  раздельного определения этих компонентов  при их совместном присутствии в  почве (А. В. Соколов, С, С. Ярусов, М. III. Рустамов и др.).

Однако все предлагаемые методы основываются на исследованиях  в водных растворах, в которых  на результаты определения компонентов  собственно обменных реакций накладываются  и реакции вторичного происхождения.

 

35. Обменные катионы и  обменные основания. Почвенный  поглощающий комплекс.

 

Обменные катионы - Ca²⁺, Mg²⁺, H⁺, Na⁺, K⁺, входят в состав поглощенного комплекса межслоевого пространства глинистых м-лов, нейтрализующего заряд октаэдрического слоя; могут заменять друг друга в эквивалентных количествах. Наибольшее количество К. о. содер. м-лы гр. монтмориллонита, что обусловливает их особые физ.-хим. свойства.

 

Обменные основания – обменные катионы Са, Mg, k, Na, входящие в состав ППК.

 

Степень насыщенности почв основаниями  определяется по формуле (Хиссинк):

V=S/T*100

V – степень насыщенности почв основаниями, % от ЕКО

S – сумма обменных оснований

T – емкость катионного обмена

Почвенный поглощающий комплекс, коллоидный комплекс, совокупность нерастворимых в воде мелкодисперсных минеральных, органических и органо-минеральных соединений, образовавшихся в процессе формирования почвы и частично унаследованных от материнской породы. Минеральная часть П. п. к. состоит из соединений SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O_з и продуктов синтеза их коллоидных гидратов, образующихся вследствие взаимной коагуляции. В органическую часть входят гумусовые вещества в свободном или почти свободном состоянии и соли гуминовых кислот и фульвокислот. Состав, свойства и устойчивость её зависят от условий образования и развития почвы. Органическая часть обладает большей подвижностью (легко вымывается из почвы) по сравнению с минеральной; количество её является важным классификационным признаком почв. Органо-минеральная часть содержит соединения типа хелатов и адсорбционные соединения гуминовых кислот и фульвокислот с частицами глинистых минералов.

П. п. к., особенно его коллоидная фракция с диаметром частиц менее 0,1 мк, определяет поглотительную способность почвы. С увеличением дисперсности почвы возрастают её удельная поверхность и поверхностная энергия, что повышает химическую активность и ёмкость обмена. Фракции от 0,1 до 5 мк для явлений ионного обмена имеют меньшее значение, а частицы крупнее 5 мк в нём не участвуют.

 

36. Методы интерпретации  элементного состава гумусовых  кислот

 

Элементный состав служит для обозначения  степени зрелости и конденсированности гумусовых кислот, для выведения  формулы гумусовых кислот и для  идентификации процесса гумификации.

Элементный состав ГК:                Элементный состав ФК:

О       32-38%                                         45-50%

С        46-62%                                          36-44%

N        3-6%                                              3-4,5%

Н         3-5%                                              3-5%

Кроме этих элементов, ГК и ФК всегда содержат Р, S, металлы в количестве 0,1-0,001%. Присутствие Ме свидетельствует об образовании простых и комплексных солей ГК.

Изменение в количестве углерода связаны  с пространственной и временной  изменчивостью почв.

Используют различные приемы интерпритации  элементного состава, в том числе  и графико-статический анализ по ванн Кревелену. В основе этого вида анализа лежит вычисление атомных  отношений Н:С и О:С.

 

37. Селективность и кинетика  обмена катионов

 

Селективность. Количественное соотношение  между двумя любыми обменными  катионами в ППК неравно отношению  активностей (или концентраций) тех  же катионов в равновесном растворе.

При равной активности катионов раствора, один из них поглощается почвой в  больших количествах и удерживается более прочно, иными словами, почвы  обладают способностью селективно поглощать  катионы одного рода в ущерб катионам другого рода.

Селективность зависит как от свойств  катионов, так и от химических особенностей компонентов ППК. В общем случае предпочтительнее связываются катионы  с более высоким зарядом, а  при равных зарядах – катионы  с большей атомной массой. Это  правило иллюстрируется следующими рядами катионов, расположенных в  порядке возрастания степени  их поглощения почвой:

Li+ < Na+ < NH4+ < K+ < Rb+ < Cs+ < H+

Mg2+ < Ca2+ < Ba2+

Al3+ < Fe3+

Значительную роль в селективности  обмена играют свойства анионной части  ППК. В качестве адсорбционных центров  выступают участки сколов кристаллов, диссоциирующие гидроксильные группы, часть обменных катионов входит в  межпакетные промежутки глинистых  минералов. Предпочтительнее удерживаются этими центрами те катионы, для которых  радиус (с учетом гидратной оболочки) соответствует кристаллохимическим  особенностям структур отдельных центров.

Активными центрами органической части  ППК служат преимущественно кислые функциональные группы – карбоксильные  и фенольные. Селективность поглощения катионов в этом случае обусловлена  различной прочностью их связи с  функциональными группами и зависит  от расположения последних в молекуле.

Если фенольная и гидроксильная  группы находятся в ортоположении, то они образуют прочные соединения с двух- и трехвалентными катионами.

Селективность поглощения катионов нарастает  с увеличением констант диссоциации  кислых функциональных групп.

Кинетика.  Академик Гедройц наблюдал, что в опытах по вытеснению из почвы  обменного Са действием 1,0н раствора NH4Cl реакция происходит очень быстро, практически мгновенно. За 1 минуту из почвы вытеснялось такое же количество Са как и через 30 дней взаимодействия. Гедройц обьяснил это тем, что обменная реакция взаимодействия протекает лишь на поверхности мелкораздробленных частиц поглощающего комплекса почвы. Однако он указывал и на возможность более продолжительного протекания реакции обмена: если почва сложена микроагрегатами, то для их разрушения и последующей реакции потребуется некоторое время.

Основываясь на общих законах ионообменной сорбции, минкин выделяет пять последовательных стадий осуществления реакции обмена катионов раствора на катионы ППК:

1) перемещение вытесняющего иона  из объема раствора к поверхности  ППК

2) перемещение вытесняющего иона  внутри твердой фазы ППК к  точке обмена

3) химическая реакция обмена  катионов

4) перемещение вытесненного иона  внутри твердой фазы от точки  обмена к поверхности ППК

5) перемещение вытесненного иона  от поверхности ППК в раствор

Третья стадия, собственно обмен, протекает  быстро и не является лимитирующим. Наибольшее ограничение скорости связаны  с перемещением ионов к точке  обмена внутри твердой фазы. Скорость внутренней диффузии очень мала.

38. Природа связи гумусовых  кислот с минеральными компонентами.

При формировании органо-минеральных  соединений значительную роль играет химическая связь, при которой происходит существенная перестройка электронных  оболочек взаимодействующих атомов.

Химическая связь подразделяется на валентную (ионная и ковалентная), невалентную орбитальную и координационную.

Ионная связь широко распространена в образовании данных соединений и возникает она между атомами  ГК и катионами щелочных или щелочно-земельных  металлов (образуются гетерополярные соли).

Ковалентная связь является основной при построении молекул органических веществ, но в органоминеральных  соединениях она играет подчиненную  роль.

Для невалентных орбитальных связей характерна делокализация электронов вдоль всей молекулы или значительной ее части. Орбитальные связи развиты  в ароматических системах.

Для координационной связи характерно наличие центрального атома и  координированных вокруг лигандов (образуются комплексно-гетерополярные соли).

Хемосорбционная связь возникает  при образовании на поверхности  органического вещества новых органоминеральных  соединений, связь прочная, образует сорбционные комплексы.

Адгезионная связь образует кремнегумусовые  комплексы.

 

39. Значение алюминия  в формировании свойств и плодородия  почв. Соединения алюминия в почвах.

Находится в почве в  составе первичных и вторичных  минералов в форме органоминеральных  комплексов и в поглощенном состоянии (в кислых почвах). При разрушении первичных и вторичных минералов, содержащих алюминий, освобождается  его гидроокись, значительная часть  которой при выветривании остается на месте (как малоподвижная) и лишь частично переходит в раствор  в виде золя. При слабощелочной  реакции гидроокись, алюминия полностью  выпадает в виде коллоидных осадков - гелей (Al2O3 . n H2O), переходящих при  кристаллизации во вторичные минералы - гиббсит (Al2O3 . 3H2O), бемит (Al2O3 . H2O).

В кислой среде (рН<5) гидроокись алюминия становится более подвижной  и алюминий появляется в почвенном  растворе в виде ионов Al(OH)2+, что отрицательно сказывается на росте растений.

Водорастворимая и коллоидная гидроокись алюминия, взаимодействуя с органическим кислотами, образует подвижные комплексные соединения, в форме которых может перемешаться по профилю почвы.

Алюминий представлен соединениями с резко различной растворимостью, а для почв гумидных областей (подзолистые, болотные, дерново-подзолистые, красноземные) характерно присутствие не только легкорастворимого, но и обменного алюминия.

 

40. Карбонатно-кальциевая  система и карбонатно-кальциевое  равновесие в почве.

 

41. роль соединений кремния  в почве. Оксиды кремния и  кремниевая кислота.

42. Гипотезы гумификации