Фізичний стан колоїдів ґрунту
Колоїди в ґрунті при падінні електрокінетичного потенціалу та зменшенні заряду часток об'єднуються між собою, збільшуються в розмірі і випадають в осад.
Процес об'єднання колоїдних часток та утворення гелю із золю називається коагуляцією, а подальший процес осадження - седиментацією.
Перехід колоїдів із стану геля в золь називається пептизацією. Якщо перетворення гелю на золь здійснюються легко, то такі колоїди називаються зворотними. Більшість колоїдів ґрунту - незворотні.
За кількістю води, яку колоїди здатні утримувати, вони поділяються на гідрофільні та гідрофобні.
Гідрофільні колоїди дуже гідратовані, важко коагулюють. Це мінерали групи монтморилоніту та деякі органічні речовини ґрунту.
Гідрофобні колоїди містять невелику кількість води. До них належать гідроксид заліза та мінерали групи каолініту.
Мінеральні, органічні та органо-мінеральні колоїди
До мінеральних колоїдів належать глинисті мінерали, колоїдні форми кремнезему та півтораоксиди.
Завдяки негативному заряду, смектитові глини здатні до обмінного вбирання катіонів. Негативний заряд цих колоїдів не залежать від рН .
Ємність катіонного обміну (ЄКО) каолініту 1-15 м.-екв /100 г, вона зростає при збільшенні рН, а заряд виникає лише в результаті порушення зв'язків на краях кристалів при відсутності ізоморфного заміщення.
Набрякаючий мінерал монтморилоніт з яскраво вираженими ізоморфними заміщеннями має ЄКО 80-150 м.екв/100 г. Ще вищу ЄКО має вермикуліт (140-200 м.екв/100 г).
Гідроксиди заліза та алюмінію - амфолітоїди, що можуть нести позитивний заряд в дуже кислих умовах (наприклад, в чорноземах та жовтоземах вологих субтропіків). Негативний заряд деяких амфолітоїдів при рН 8 може досягати 20-40 м.екв/100 г, а їх ЄКО зростає при збільшенні рН.
Органічні колоїди в ґрунті представлені переважно гумусовими речовинами. Для цих колоїдів характерна висока ЄКО, яка досягає 400-500 м.екв/ 100 г. ЄКО зростає при збільшенні рН. Органічні колоїди перебувають в ґрунті переважно в осадженому стані, зв'язані з катіонами Са2+, Mg2+, Fe3+ та ін. їх ' пептизація, тобто перехід в стан колоїдного розчину відбувається під дією лужних катіонів, переважно Na+, як це буває при генезисі солонців.
Органо-мінеральні колоїди - це переважно сполуки гумусових речовин з глинистими мінералами та осадженими формами півтораоксидів.
Вплив колоїдів на формування профілю ґрунту проявляються у тому, що вони будучи здатними до коагуляції та пептизації, мають неоднакову рухомість в різних умовах середовища і здатні переміщатися у низхідному напрямку. Колоїди (ГВК) здатні тимчасово зв'язувати такі катіони як NH+, K+, що ними живиться рослина, не даючи їм вимиватися за межі коренемісткого шару. Колоїди впливають на всі види вбирної здатності ґрунту, на формування їх структури, а значить і на всі види фізичних властивостей.
Вбирна здатність ґрунту та її види
Здатність ґрунту поглинати рідини, гази, сольові розчини, затримувати тверді частки - це так звана вбирна здатність ґрунту. К.К.Гедройц виділив 5 видів вбирної здатності:
механічну,
біологічну,
хімічну,
фізичну
фізико-хімічну (або обмінну).
Механічна вбирна здатність проявляється при фільтрації суспензій через ґрунт. Частки цих суспензій затримуються в тонких та звивистих порах ґрунту
Механічне вбирання визначається механічним складом та складенням ґрунту. Останнім часом до цього виду здатності стали відносити процеси внутрішньої дифузії в ґрунтах, наприклад дифузії крупних молекул органічних та органо-мінеральних сполук в порових пустотах ґрунту, міжпакетних шарах глинистих мінералів з подальшим механічним утримуванням цих молекул.
Біологічна вбирна здатність обумовлена життєдіяльністю рослин та мікроорганізмів ґрунту, які вибірково поглинають із ґрунтового розчину необхідні хімічні елементи, перетворюють їх в органічні сполуки. Завдяки цьому, поверхневі горизонти ґрунтів збагачуються не лише органічною речовиною, але й зольними елементами живлення та азотом.
Хімічна вбирна здатність або хемосорбція, за К.К.Гедройцем, полягає в утворенні важкорозчинних осадів при взаємодії окремих компонентів ґрунтового розчину. Це веде до утворення нової твердої фази. Наприклад суперфосфат у кислих ґрунтах взаємодіє з алюмінієм:
2АІ3++ Са(Н2Р04)2 - 2АІР04 + Са2+ + 4Н+
При цьому фосфор зв'язується у нерозчинну сіль АІР04 і ефективність суперфосфату знижується. Іншим прикладом може бути зв'язування фосфору суперфосфату в карбонатному ґрунті:
Са(Н2Р04)2 + Са(НС03)2 — 2СаНР04 + 2Н2С03
2СаНР04 + Са(НС03)2 — Са3(Р04)2 + 2Н2С03
До хімічного вбирання відносять і комплексоутворювальну сорбцію полівалентних катіонів із ґрунтового розчину при їх взаємодії з адсорбованими органічними речовинами за рахунок утворення координаційних зв'язків. При утворенні сполук цього типу велику роль відіграє злипання (адгезія) алюмосилікатів з гумусовими компонентами.
Хімічна вбирна здатність має велике значення в сорбції ґрунтом аніонів фосфорної кислоти, органічної речовини та катіонів полівалентних металів.
Фізичну вбирну здатність ще називають аполярною адсорбцією. Вона полягає в зміні концентрації молекул біля поверхні розділу фаз. Тверда фаза ґрунту, маючи високу питому поверхню, взаємодіє в сухому стані з газами повітря, а в вологому - з компонентами ґрунтового розчину. Енергетичним фактором, що обумовлює явище адсорбції, є вільна енергія молекул та іонів, що знаходяться на поверхні твердої фази ґрунту. Ґрунт здатний адсорбувати гази, рідини, тверді речовини.
Вбирання рідини або змочування ґрунту завжди супроводжуються витісненням газів і виділенням тепла. Крім води, на поверхні ґрунтових часток можуть адсорбуватись розчинені в ній речовини. При цьому ті речовини, що знижують поверхневий натяг (органічні кислоти, спирти, амінокислоти, пігменти) адсорбуються позитивно, тобто їх концентрація біля поверхні ґрунтових часток зростає. Є й такі компоненти, наприклад, іони СІ" та N03, які підвищують поверхневий натяг і їх концентрація знижується біля поверхні твердої фази.
Фізико-хімічну вбирну здатність ще розуміють як полярну адсорбцію.
Іони дифузного шару колоїдної частки обмінюються в еквівалентних відношеннях з іонами ґрунтового розчину. Катіонний обмін у грунті відбувається за схемою:
Окрім еквівалентності, іонному обміну властива і певна зворотність. Будь-яке порушення встановленої рівноваги між колоїдом та розчином неминуче відновлює реакцію обміну. Цей вид вбирної здатності поширюється не лише на катіони, а й на аніони. Проте, через те, що в більшості ґрунтів переважають негативно заряджені колоїди, що мають в дифузному шарі міцели катіони, то саме катіонний обмін має найбільший прояв у ґрунтах.