агрохимия_курсовая

Реальное представление о путях внутрипочвенной трансформации макро- и микроэлементов имеет определяющее значение для оптимизации минерального питания растений, повышения эффективности применения удобрений и снижения опасности загрязнения окружающей среды.

Способность почвы удерживать вещества различной природы была известна задолго до научного объяснения причин, обуславливающих эти процессы. Первые исследования по изучению механизма поглощения почвой растворов электролитов (солей) и нерастворимых веществ (суспензий) были проведены английским учёным Дж. Уэем в 1840-50 гг.. Им впервые были выявлены общие закономерности обмена катионов в почвах, что оказало существенное влияние на развитии агрохимии и привело в дальнейшем к широкому практическому использованию природных и искусственных ионообменников (ионитов) в промышленности. В последующих исследованиях была детально изучена химическая поглотительная способность почв. Наиболее весомый вклад в развитие учения о поглотительной способности почв был сделан русским агрохимиком-почвоведом академиком К. К. Гедройцем (1872-1932), который охарактеризовал и классифицировал её виды.

Поглотительная способность почв – способность почвы удерживать растворимые и нерастворимые, органические и минеральные вещества живой и неживой природы.

Среди большой совокупности частиц различного гранулометрического состава твёрдой части почвы её поглотительная способность обуславливается в основном почвенными коллоидами, названными К. К. Гедройцем «почвенными поглощающими коллоидами» - ППК. В дальнейшем первоначальное определение ППК было им трансформировано в «почвенный поглощающий комплекс».

Тонкодисперсная часть почвы состоит из минеральных, органических и органоминеральных коллоидов. Минеральные коллоиды почвы представлениы в основном аморфными (гидроксиды Аl, Fe, Mn, Si и др.) и кристаллическими (монтмориллонит, каолинит, вермикулит и др. вторичными минералами. В состав органических коллоидов входят гумусовые вещества, полуразложившиеся остатки растений и почвенной биоты (лигнин, клетчатка, хитин, белки и др.) и живые клетки микроорганизмов размером 0,01-0,2 мкм. Органо-минеральные коллоиды представлены сложным комплексом соединений гумусовых веществ с аморфными и кристаллическими вторичными минералами.

Доля коллоидов в почве зависит от её гранулометрического состава. В песчаных и супесчаных почвах коллоидные частицы составляют 1-5 % от массы почвы, суглинистых и глинистых – 20-40%.

Известно, что все твёрдые вещества независимо от природы, массы и конфигурации содержат на поверхности раздела двух фаз (твёрдая – жидкая, твёрдая – газовая) нескомпенсированные отрицательные и/или положительные заряды. Почвенные коллоиды, несущие отрицательные заряды, называются ацидоидами, положительные – базоидами. Плотность заряда на единицу поверхности (см2) практически не зависит от размера частицы и обуславливается в основном её химическим составом и строением. По мере повышения степени дисперсности твёрдых частиц их удельная поверхность возрастает в степенной функции. Например, если куб с размером граней 1 см измельчить до коллоидного состояния (0,01 мкм), то суммарная площадь поверхности частиц увеличится с 6 см2 до 600 м2. Диспергирование веществ до коллоидного состояния значительно меняет их химические, кинетические и адсорбционные свойства. Электрокинетические свойства дисперсных частиц зависят в основном от соотношения их массы и суммы зарядов на поверхности. К коллоидам относятся дисперсные частицы, у которых гравитационные силы тяжести уравновешены электрокинетическим потенциалом, что предотвращает их быструю седиментацию.

Материальную основу любого коллоида живой или неживой природы представляет ядро, на долю которого приходится почти вся масса частицы. Формально ядро коллоида – это вся твёрдая частица (независимо от её природы) до поверхности (границы) раздела, несущей её заряды. Заряжённую поверхность коллоида принято называть потенциалопределяющим слоем, а следующий за ним внешний слой ионов, нейтрализующих прочно связанные заряды коллоида, - компенсирующим слоем. Ядро и его неотъемлемую часть – потенциалопределяющий слой принято называть гранулой, вместе с компенсирующим слоем – частицей, а вместе с диффузионным слоем – мицеллой.

Характер заряда поверхности частицы (положительный или отрицательный) и его потенциал обуславливаются составом функциональных групп, расположенных на границе раздела фаз. В зависимости от природы почвенных коллоидов функциональные группы потенциалопределяющего слоя могут быть представлены:

• COOH, - C-OH, - Si-OH, = Si=(OH)2,

= Al-OH, =Fe-OH, R-NH2, R=NH, R-SH, R-S-OH,

R=P-OH, R-P=(OH)2 и др.

Распределение молекул и ионов в диффузионном слое происходит под влиянием электростатических сил поверхности коллоида и ионов, содержащихся в растворе. Энергия силового поля постоянно изменяется в зависимости от особенностей поверхности коллоида, расстояния от границы раздела фаз и концентрации и состава ионов. Вследствие того, что электростатическое взаимодействие зарядов коллоида ионов в растворе по мере удаления от поверхности частицы (потенциалопределяющего слоя) постепенно ослабевает, экспоненциально уменьшается и концентрация ионов в диффузном слое. В близости от поверхности раздела фаз их концентрация наиболее высокая и они малоподвижны. По мере удаления ионов от поверхности частицы силы их взаимодействия значительно ослабевают и под влиянием броуновского движения ионы приобретают большую подвижность и равномерность распределения. Толщина диффузионного слоя постоянно изменяется в зависимости от суммарной энергии поверхности частицы, и состава сорбированных ионов. Наиболее мощный диффузный слой образуют одновалентные ионы Na+, K+, Li+, меньший слой образуют двухвалентные ионы Ca2+, Mg2+, наиболее тонкий Fe3+, Al3+.Чем больше валентность диффузного слоя, тем сильнее они притягиваются к поверхности частицы. Кроме того, чем менее гидрофильны частицы, сильнее сжат диффузионный слой и тем меньше его толщина. Поэтому молекулы воды, попадая в сферу действия электрического поля, испытывают упорядочивающий эффект, поляризуются, группируются вокруг частицы, образуя гидратные оболочки.

С точки зрения питания растений и применения удобрений практическое значение имеет в основном потенциалопределяющий слой и состав ионов компенсирующего слоя почвенных коллоидов. Ядро коллоида в целом инертно и не оказывает существенного влияния на процессы трансформации элементов питания в почве.