Построение почвенной мицеллы, гидрофобные и гидрофильные почвенные коллоиды

Строение коллоидной мицеллы. В ППК единицу коллоида представляет коллоидная мицелла. В ней различают три составные части, или слоя: 1) ядро мицеллы; 2) потенциалопределяющий слой — слой, определяющий заряд коллоидной частицы; 3) слой компенсирующих ионов — внешний слой ионов, нейтрализующих заряд.

Слой компенсирующих ионов подразделяется на два слоя: слой неподвижных ионов и подвижный слой диффузных ионов. Ядро, потенциалопределяющий слой и слой компенсирующих неподвижных ионов составляют коллоидную частицу. Между ней и окружающим раствором возникает электрокинетический потенциал (свободная поверхностная энергия), под влиянием которого находится подвижный слой компенсирующих ионов — диффузный слой.

Он располагается на некотором расстоянии от слоя потенциалопределяющих ионов.

Таким образом, коллоидная частица имеет заряд, коллоидная мицелла электронейтральна и окружена водной оболочкой.

Основу коллоидной частицы (коллоидная мицелла) составляет ее ядро. Ядро представляет собой сложное соединение аморфного или кристаллического строения различного химического состава.

На поверхности ядра расположен прочно удерживаемый слой ионов, несущий заряд, -- слой потенциалопределяющих ионов. 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 свою очередь, располагаются вокруг гранулы двумя слоями. Один - неподвижный слой, прочно удерживаемый электростатическими силами потенциалопределяющих ионов (слой Гельмгольца).

Гранула вместе с неподвижным слоем называется коллоидной частицей. Между коллоидной частицей и окружающим раствором возникает электрокинетический потенциал (дзета-потенциал), под влиянием которого находится второй (диффузный) слой компенсирующих ионов, обладающих способностью к эквивалентному обмену на ионы того же знака заряда из окружающего раствора.

Коллоидная мицелла электронейтральна. Основная масса ее принадлежит грануле, поэтому заряд последней рассматривается как заряд всего коллоида. Возникновение заряда у различных коллоидов связано с особенностями их химического состава и структуры. Отрицательный заряд приобретают коллоиды за счет разрыва связей и облома пакетов глинистых минералов, различных форм почвенных кальцитов, несиликатных соединений железа и алюминия (их оксидов и гидроксидов) и освобождения валентных краевых ионов кислорода, при изоморфном замещении кислородных тетраэдрах минералов группы монотмориллонита 4-х валентного кремния 3-х валентным алюминием, алюминия - двухвалентными катионами - железом, магнием.

Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое отрицательно заряженные ионы и диссоциирующие в раствор Н-ионы называются ацидоидами (кислотоподобными), а положительные ионы, посылающие в раствор ионы ОН - базоидами (основания).

Коллоиды в почве находятся главным образом в форме гелей, в которых частицы сцепляются между собой и образуют пространственную структурную сетку, в ячейках которых удерживается вода. Во влажной почве небольшое количество коллоидов может находиться в состоянии золя (частицы разделены водной фазой). Раздельное существование коллоидных частиц в состоянии золя связано с наличием электрокинетического потенциала и водной (гидратационной) оболочки на поверхности частиц. Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга, могут долго находиться в суспензии, не образуя, осадка.

При падении электрокинетического потенциала и уменьшении заряда частиц разноименно заряженные коллоиды, сталкиваясь, друг с другом при хаотическом движении, склеиваются, увеличиваются в размерах и выпадают в осадок. Процесс соединения коллоидных частиц и образования геля из золя называется коагуляцией.

Взаимодействию и соединению коллоидных частиц мешают водные пленки, которые удерживаются на их поверхности. По количеству воды, удерживаемой коллоидами, они разделяются на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильные коллоиды сильно гидротированы, труднее коагулируют. К ним относятся некоторые органические вещества, встречающиеся в почвах, минералы монтмориллонитовой группы. Гидрофобные коллоиды содержат небольшое количество воды. Это - гидрооксид железа, минералы каолинитовой группы. Деление коллоидов на гидрофильные и гидрофобные несколько условно, поскольку при измельчении твердых коллоидных частиц степень гидратации их возрастает.

Потенциал почвенных коллоидов зависит от их природы и реакции среды. Поскольку почвенные частицы имеют заряд, они способны притягивать дипольные молекулы воды из окружающего раствора, образуя гидратные пленки. Толщина этой пленки зависит от величины заряда. В связи с этим различают гидрофильные коллоиды (кремниевая кислота, гумусовые кислоты), удерживающие многослойные пленки воды, и гидрофобные, то есть слабогидратированные коллоиды (гидроксид железа, каолинит). Гидрофильные коллоиды имеют сродство с водой и способны сильно набухать, что предотвращает их слипание. Гидрофобные коллоиды набухают слабо, поэтому у них выражена способность свертываться и выпадать в осадок.