Свойства почвенных коллоидов

Важнейшее свойство почвенных коллоидов – способность обменивать ионы, находящиеся в компенсирующем слое, на ионы того же знака, находящиеся в дисперсионной среде. Ионы диффузного слоя обмениваются легко, гораздо труднее обмениваются ионы неподвижного слоя.

В почвах почти все коллоиды имеют отрицательный заряд. Это ацидоиды, в диффузном слое которых сосредоточены катионы. К ацидоидам относятся: коллоидно-дисперсные системы кремнезема, глинистых минералов, гидраты окиси марганца, гумусовые кислоты, а также органо-минеральные коллоиды, представляющие собой глинистые минералы, покрытые пленками органических веществ.

Коллоиды с положительным зарядом называются базоидами. У них в компенсирующем слое противоионов концентрируются анионы. Типичных базоидов в почве нет. Но в почвах могут встречаться амфолитоиды – коллоиды с переменным знаком заряда. К амфолитоидам относятся гидраты окиси железа, алюминия, а также протеиновые вещества гумуса. В кислой среде они заряжены положительно, в щелочной – отрицательно. Количество амфолитоидов в почвах крайне незначительно.

Наряду с поглощением ионов коллоиды способны притягивать к себе молекулы воды, или гидратироваться, что обусловлено проявлением поляризационных сил. При приближении молекулы воды к заряженной коллоидной частице ее электронейтральная оболочка деформируется. Хотя молекула воды остается в целом нейтральной, она принимает форму диполя. Попадая в сферу электрического поля заряженной частицы, диполи строго ориентируются, обращаясь к ней концами, несущими заряд, противоположный заряду частицы. Вокруг коллоида образуется связанная с ним пленка воды, мощность которой зависит от природы коллоида и величины заряда частицы. В зависимости от количества воды, которое удерживают коллоиды, их разделяют на гидрофильные и гидрофобные.

Коллоиды, способные сильно гидратироваться, т.е. удерживать мощные водные пленки, называют гидрофильными. Это аморфная кремниевая кислота, минералы группы монтмориллонита, гумусовые кислоты. Коллоиды, слабо гидратирующиеся, называют гидрофобными. К ним относят гидроксиды железа и алюминия, минералы группы каолинита. На способность к гидратации влияет не только природа коллоида, но и состав ионов компенсирующего слоя, которые сами способны притягивать молекулы воды с помощью электростатических сил.

Важнейшее свойство почвенных коллоидов – их агрегативная устойчивость, т.е. способность коллоидной системы сохранять степень дисперсности неизменной. Наличие заряда обусловливает электрокинетические свойства почвенных коллоидов. К ним относят коагуляцию и пептизацию коллоидной системы. В зависимости от наличия и отсутствия заряда почве коллоиды могут находиться в состоянии золя (во взвешенном состоянии) или геля.

Золь – коллоидный раствор. Обусловлен наличием заряда в коллоидной системе; представляет состояние коллоидно-раздробленного вещества, рассеянного в дисперсионной среде. Электрический заряд способствует взаимному отталкиванию коллоидных частиц, а гидратная оболочка препятствует их слипанию при столкновении друг с другом. В силу различных причин заряд коллоидов снижается, гидратная оболочка уменьшается, коллоиды начинают взаимодействовать между собой, что ведет к слипанию частиц и выпадению их в осадок в виде геля. Это явление называют коагуляцией. Гель – коллоидный осадок. При отсутствии заряда в коллоидной системе дисперсная фаза укрупняется и отделяется от дисперсионной среды.

Рисунок 16 - Схемы гелевых структур способных существовать в почвах (Шеин, 2007)

Можно предположить, что в почвах возможно существование следующих типов гелевых структур (рис. 16): 1. Плотные пленки-гели, в которых коллоидные частицы органической и неорганической природы с адсорбированными на них органическими молекулами контактируют между собой, плотно заполняя пространство. 2. Ажурные гелевые структуры, возникающие при непосредственном контакте коллоидных частиц и включающие в свой состав почвенный раствор. 3. Периодические коллоидные структуры, возникающие за счет дальней агрегации коллоидных частиц и тоже включающие в свой состав большие количества почвенного раствора.

Коагуляция – переход коллоида из состояния золя в состояние геля. Коагуляцию вызывают периодическое высушивание, нагревание, промораживание почвы, что приводит к дегидратации частиц и потере ими водной оболочки Коагуляция способствует образованию почвенной структуры, уменьшению связности тяжелых по гранулометрическому составу почв, сохранению от вымывания коллоидов, обусловливающих важнейшие агрономические свойства почвы. Некоторые коллоиды способны переходить обратно из геля в золь. Это явление называется пептизацией. Она связана с восстановлением заряда коллоидной системы, повышением дзета-потенциалом, обусловленным главным образом действием растворов щелочей и гидролитически щелочных солей. При пептизации разрушается почвенная структура, коллоиды распыляются и приобретают способность к передвижению по почвенному профилю.