Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 16
Текст из файла (страница 16)
ц п указаны различные фазысистемы. Под компонентом здесь понимаются химически индвидуальные вещества.Химический потенциал г-того компонента \ц связан с его активностью простым соотношением:\и = in0+ RT In at,где цр — химический потенциал f-того компонента в стандартном сос54тоянии, at — его активность, R — газовая постоянная и Г — температура. Из условия равенства химических потенциалов вытекает равенство активностей одного и того же компонента во всех фазах системы.Химический потенциал компонента равен приращению изобарногопотенциала данной фазы при введении в нее дополнительного количества компонента при прочих постоянных условиях.
Исходя из приведенного выше уравнения химический потенциал можно определить какработу, которую надо затратить, чтобы изменить активность данногокомпонента на единицу. В гетерогенных системах, каковыми являютсяпочвы, возможен самопроизвольный переход данного компонента изтой фазы, где его химический потенциал выше, в ту фазу, где химический потенциал изучаемого компонента ниже.
В соответствии с этими положениями химический потенциал (и активность) компонентаможет быть использован для описания переноса, миграции и адсорбциикомпонента в почве; он необходим и для прогноза потребления тех илииных элементов растениями.Если перенос вещества между фазами связан с изменением зарядов, то условие фазовых равновесий формулируется как равенство электрохимических потенциалов:\i\ + zF$i = \i2 + zFty2,где Ц1 и цг — химические потенциалы компонента в двух равновесныхфазах, 2 — заряды (валентности) компонентов, F — число Фарадея,•ф1 и гр2 — электрические потенциалы в соответствующих фазах.Так как ]x=\xo+RTlna, то, подставляя это выражение в последнееуравнение, получим:|л0 + RT In ах -!- zF^x — \л0 -f RT In a2 + zFty2.Отсюдаг/7^—zFty2 = RT\na2—RTRT aIn аг или i|5j — ib2 —In—-.zFaxИными словами, скачок потенциала между фазами в такой системеявляется функцией отношения активностей потенциалопределяющегокомпонента.Электрический скачок потенциала характерен для границы раздела коллоидная частица—дисперсионная среда и проявляется в почвепочти у всех частиц, которые по размерам относятся к фракции ила ифизической глины.В системе твердые фазы почвы—почвенный раствор равновесноесостояние достигается очень редко.
В природных условиях однаждыдостигнутое равновесие (или приближение к нему) непрерывно смещается вследствие изменения температуры, испарения или гравитационного перемещения воды, обмена веществ между почвой и корневымисистемами растений, деятельности микрофлоры и почвенной фауны. Нои в лабораторных условиях равновесные состояния редки. Многие процессы взаимодействия между почвенным раствором и твердыми фазами идут медленно, в том числе и растворение труднорастворимых солей. Особенно медленно протекают диффузионные процессы, гидролизалюмосиликатов.
Наблюдаемая в лабораторных экспериментах относительная стабильность состава вытяжек или суспензий далеко невсегда служит гарантией достижения равновесия. Чаще дело сводитсяк достижению стационарного состояния, когда равновесие еще не достигнуто, но процесс идет настолько медленно, что какие-либо изменения в системе практически не удается обнаружить.55Изложенные особенности почвы как многофазной системы требуютв каждом конкретном случае внимательного рассмотрения возможностиприложения простых (или упрощенных) термодинамических уравненийдля анализа системы твердые фазы почвы — почвенный раствор.ГЛАВА 3СОЕДИНЕНИЯ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХСодержание в почвах элементов I и II групп периодической системы элементов Д.
И. Менделеева варьирует в очень широких пределах,а формы их соединений разнообразны. В наибольших количествах впочвах и породах присутствуют макроэлементы Na, К, Mg и Са; их содержание достигает целых процентов (весовых) или 0,3—0,9 М/кг(табл. 7). Остальные элементы по количественному содержанию должны быть отнесены к микро- и ультрамикроэлементам.Таблица 7Среднее содержание элементов I и II группв почвах и литосфере, %ЭлементЛитосфераПочваЭлементЛитосфераПочваLiNa0,022,01,14-Ю- 30,0030,631,36п-10-436-Ю-BeMgСаSrВа/г-10"42,12,60,050,10Ra•—л-10-*0,631,370,050,068-10-'КRbCsыо-4К щелочным металлам относятся только элементы подгруппы Li—Cs, окислы которых при взаимодействии с водой образуют щелочи. Дляэтих элементов характерна легкая отдача единственного внешнего электрона с образованием одновалентного катиона и отсутствие тенденциик присоединению электронов.
Внешняя электронная оболочка у нихпредставлена одним электроном s1, но у К, Rb и Cs имеются предшествующие незаполненные орбиты.В соответствии с содержанием реальную конституционную рольиз щелочных металлов играют только К и Na, они участвуют в построении многих соединений, формирующих почвенную массу.В почвах и породах К и Na входят в состав нескольких групп соединений. Преобладающая часть сосредоточена в кислых и основныхполевых шпатах и слюдах, важными формами соединений являются обменные катионы К + и Na+, входящие в почвенный поглощающий комплекс, и, наконец, растворимые соли.
В почвах засоленного ряда К+ иNa+ водорастворимых солей могут доминировать.Соотношение разных форм соединений К и Na хорошо иллюстрируется схемой Н. И. Горбунова распределения элементов по различнымвидам резервов. Валовое содержание элемента Н.
И. Горбунов называет общим резервом, который включает непосредственный, ближнийи потенциальный резервы. Количество элемента, извлекаемое из почвыпринятыми в агрохимии вытяжками, называется непосредственным резервом. В него входят катионы растворимых солей и обменные катио56яы. Содержание элементов в илистой фракции почв составляет егоближний резерв. Это преимущественно катионы межслоевых позицийминералов с разбухающей или стабильной решеткой.
Элементы потенциального резерва представлены преимущественно кислыми плагиоклазами и калиевыми полевыми шпатами, которые входят во фракции меТаблицаРаспределение К и Na по резервам (по Горбунову, 1978) мг/100 г почвы8РезервПочваГлубина,смпотенциальныйближнийнепосредственныйобщийКалийДерново-подзолистая0—1029—3748—56100—110140813241273939236295378520779101651162616601469Чернозем типичный0—1070—802701082950934622671739141512171816361685Натрий•Солонец столбчатый1-33—1515—3040—5060-7520036137634343446542212917919916311916162243162177475496779858«14658658Солонец содово-сульфатный0— 22—2020—3030—4054—701002904924127680894145186169147719520722827311031244131716731228ханических элементов более 0,001 мм.
Распределение К и Na по резервам некоторых почв показано в табл. 8.Общее содержание (или общий резерв) зависит от механическогои минералогического состава почв. В легких почвах все виды резервовниже, особенно, если фракция более 0,001 мм обогащена кварцем. В почвах, развитых на каолинитовых глинах, резервы ниже, чем в почвах,обогащенных смектитовыми минералами. Ближний резерв в значительной мере зависит от емкости катионного обмена. Доля непосредственных резервов калия и натрия максимальна в засоленных почвах.Калий входит в состав полевых шпатов и алюмосиликатов группыслюд, особенно в состав иллитов. Калиевые полевые шпаты, встречающиеся в почвах, представлены микроклином, ортоклазом, санидином,адуляром, общая формула которых K[AlSi30e].
Санидин, как и анортоклаз, содержит и калий и натрий — (К, Na) -[AlSisOs]. Содержание калия в слюдах и полевых шпатах составляет 8—14% (табл. 9), но можетзначительно варьировать в зависимости от наличия примесей или выветрелости минералов.Натрий входит в состав конечного члена изоморфного ряда плагиоклазов — альбита Na [AlSisOs], расчетное содержание Na в кото57Таблица9Некоторые К- и Na-содержащие минералыСодержание, %МинералФормулаNaПолевые шпатыортоклазальбитФельдшпатидынефелинNa-нефелинК-нефелинлейцитанальцимСлюдыбиотитмусковитфлогопитГидрослюдыгидромусковитИллитСульфатытенардитмирабилитглауберитполигалитБоратыбураНитратынатриевая селитракалиевая селитраХлоридыга литкарналитK[AlSi3,Os]Na [AlSi308]К914—_—KAlSi206NaAlSi 2 O e -H 2 016——10—2518—K(Mg, Fe)3lAlSi3Oio](OH, F) 2KAl2[AlSi3O10](OH)2KMg3[AlSi3O10](OH, F) 2———69,88,6KAl 2 [(Si, А1) 4 Ою](ОН) 2 -пН 2 0———5,4Na 2 S0 4Na2SO4-10H2ONa 2 Ca(S0 4 ) 2K 2 MgCa 2 (S0 4 ) 4 -2H 2 0321416—.———13,9Na2B4O7-10H2O12—27—38,6•mNaAlSi0 4 +raKAlSi0 4 ++pCaAlSi0 4 +NaAlSi 3 0 8NaN0 3KN0 3••NaClMgCl 2 -KCl-6H 2 0——39——14ром составляет 7,8%, а также в состав других плагиоклазов, представленных изоморфными смесями альбита и анортита Са [Al2Si208].Натрий и калий образуют однотипные соединения, но геохимическое поведение их различно.
Об этом свидетельствует уже то, что натрий содержится преимущественно в полевых шпатах и фельдшпатидах,а калий — в слюдах и слюдоподобных минералах. Эти различия обусловлены химическими особенностями элементов. При одинаковом заряде ионы К + и Na+ существенно различаются по ионным радиусам истепени гидратации:ПоказательИонный радиус, АЧисло гидратации (молекулН 2 0 на ион)Радиус гидратированныхионов, АNa0,989—11K+1,335—67,95,3Приуроченность калия к слюдам обусловлена их кристаллохимическими особенностями. Слюды относятся к трехслойным силикатам, вкоторых октаэдрический слой гидраргиллитового типа заключен междудвумя слоями кремнекислородных тетраэдров. В тетраэдрических слояхоколо четверти ионов Si 4+ замещены на А13+, что создает избыточныйотрицательный заряд, который компенсируется ионами калия.
В струк58туре мусковита внешние атомы кислорода тетраэдрических слоев расположены так, что образуют гексагональные кольца. Два трехслойных пакета, образующие элементарную ячейку мусковита, совмещенытаким образом, что противоположные гексагональные кольца совпадают, образуя пустоты, в которых и размещаются ионы К + в двенадцатикратной координации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
