Строение коллоидной мицеллы. Физико-химическая поглотительная способность (обменная). Закономерности поглощения Строение коллоидов

Основу коллоидной частицы, называемой коллоидной мицеллой, составляет ее ядро. Ядро в химическом отношении представляет сложное соединение и имеет аморфное или кристаллическое строение. У минеральных коллоидов ядро состоит из алюмо-магниевых и других силикатов, иногда кремнезема, окислов железа и алюминия. У органических коллоидов ядро состоит из гуминовых и фульвокислот, протеина, клетчатки и других сложных веществ. У органо-минеральных коллоидов ядро образуется в результате взаимодействия органических и минеральных компонентов. На поверхности ядра расположен прочно удерживаемый слой ионов, несущий заряд – слой потенциалопределяющих ионов (рис. 17). Ядро мицеллы вместе со слоем потенциалопределяющих ионов называется гранулой.

Между гранулой и раствором, окружающим коллоид, возникает термодинамический потенциал, под влиянием которого из раствора притягиваются ионы противоположного знака (компенсирующие ионы). Так, вокруг ядра коллоидной мицеллы образуется двойной электрический слой, состоящий из слоя потенциалопределяющих и слоя компенсирующих ионов.

Компенсирующие ионы в почвоведении называются обменными или поглощенными, а сумма этих катионов составляет емкость катионного обмена.

Рисунок 17 - Строение коллоидной мицеллы (по Н.И. Горбунову)

Компенсирующие ионы. В свою очередь, располагаются вокруг гранулы двумя слоями. Один – неподвижный слой, прочно удерживаемый электростатическими силами потенциалопределяющих ионов. Гранула вместе с неподвижным слоем компенсирующих ионов называется коллоидной частицей. Между коллоидной частицей и окружающим раствором возникает электрокинетический потенциал (дзете-потенциал), под влиянием которого находится второй (диффузный) слой компенсирующих ионов.

Физико-химическая (обменная) поглотительная способность – способность почвы поглощать преимущественно катионы в результате эквивалентного обмена катионов, находящихся в почвенном растворе, на катионы диффузного слоя коллоидов. Поглощение преимущественно катионов обусловлено тем, что у большинства почв в поглощающем комплексе преобладают ацидоиды (заряженные коллоиды), в диффузном слое которых в качестве противоионов находятся катионы, способные к эквивалентному обмену.

Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей:

1. Поскольку поглощающий (коллоидный) комплекс в целом заряжен отрицательно, обменно поглощаются преимущественно катионы.

2. Обмен катионов почвенного раствора на катионы диффузного слоя коллоидов происходит в строго эквивалентном количестве. При этом устанавливается динамическое равновесие между почвой и раствором.

3. Реакция обмена катионов происходит исключительно быстро (за первые 3-5 минут сорбируется до 85% катионов).

4. Энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одинаковой валентности – от атомной массы иона. Энергия поглощения и закрепления катиона в коллоидном комплексе почвы возрастает с увеличением валентности и атомной массы. Это выражает ряд разновалентных катионов:

Li⁺<Na⁺<K⁺<NH₄⁺<<Mg²⁺<<Ca²⁺<H⁺<Al³⁺

5. Интенсивность поглощения катионов зависит от концентрации реагирующего с почвой раствора, а при одинаковой концентрации – от количества раствора. Чем выше концентрация раствора, тем более активно поглощаются из него катионы.

6. Поглощение и закрепление катионов зависит от свойств почвы.