Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В пегматитах и гнейсах встречается криолитNa3AlF6. Квасцы хорошо растворимы в воде, криолит хотя и слаба(порядка 0,03%), но все же растворим в заметной мере, и поэтому,.попадая в почву, такие минералы очень быстро трансформируютсяпереходя главным образом в различные гидроксиды.В почвах также встречаются, хотя и редко, шпинели, т. е. минералы с общей формулой I ^ ' O R ' " ^ , где R" —это Mg2+ или Fe 2+ , aR'" — Fe3+, А13+, Сг3+. Наиболее обычна собственно шпинель MgAl 2 0 4 .Рентгенографические исследования показали, что шпинель правильнеерассматривать не как алюминат магния, а как соединение типа MgOxХА1203.В биосфере встречается и еще один не совсем обычный минералл — меллит.
Меллит — Al 2 Ci 2 0i 2 - 18H20 — медово-желтаяалюминиевая соль меллитовой кислоты. Встречается меллит обычно в угляхи с терриконовыми породами может попадать на поверхность земли.Две причины вызывают повышенный интерес к этому минералу. Вопервых, он является свидетелем образования в природной обстановкесоединений алюминия с органическими веществами. Во-вторых, меллитовая кислотаC00HH00C-|^s-C00Hноос-1Ц^-соонсоон— продукт окисления соединений с циклически полимеризованным углеродом (например, графита), и ее обнаружение в природных условиях или в результате лабораторных опытов указывает на важнейшиеособенности строения окисляемых органических веществ.
Меллитоваякислота, хотя и в очень небольших количествах, была обнаружена впродуктах окисления гумусовых веществ.Преобладающая часть алюминия в большинстве почв представлена силикатами, причем они являются и наиболее устойчивыми формами соединений.В числе силикатов, встречающихся в почвах, следует назвать безводные силикаты алюминия: силлиманит и дистен (или кианит). Состав этих минералов может быть выражен общей формулой Al 2 Si0 5(иногда записывают в форме A10-AlSi0 4 ), различаются они формойкристаллизации. Эти минералы более характерны для метаморфических пород, в почвах сравнительно редки.113В крупных гранулометрических фракциях алюминий представленразличными ортосиликатами и полисиликатами. Для почв характернымусковит, эпидот, микроклин, ортоклаз; плагиоклазы — альбит, анортит— и промежуточные между ними формы.В тонкодисперсных фракциях почв алюминий, кроме оксидов игидроксидов, представлен и слоистыми силикатами (их часто называют глинистыми или глинными минералами).
Это минералы группыкаолинита А1 4 (ОН) 8 -[Si 4 Oio], монтмориллонита Al2(OH)2-[Si4Oio],хлорита с вероятной формулой (Al, Mg, Fe) 3 (OH) 2 [(Al, Si)4Oi0] XXMg 3 (OH) 6 . Распространены и другие группы алюминийсодержащихминералов.Многообразие форм соединений алюминия в почвах, как впрочеми ряда других элементов, делает практически невозможной, да и нецелесообразной, попытку определения всех тех индивидуальных веществ, которые присутствуют в конкретной почве и содержат алюминий.
Значительно удобнее и эффективнее использовать определениегрупп соединений, понимая под группой совокупность входящих в состав почвы веществ, обладающих одним или несколькими сходными(однотипными) свойствами. В практике почвенных исследований широко применяют определение группового состава гумуса, групповогосостава фосфатов, соединений железа и т.
п. Анализ группового состава позволяет более четко выявить зональные и генетические особенности почв и их горизонтов, чем перечень содержания индивидуальных веществ. Это объясняется тем, что схожие по свойствам и входящие в одну группу вещества участвуют в одних и тех же почвенныххимических процессах и их набор и содержание отражают спецификупочвообразования.По С. В. Зонну, различают следующие группы соединений алюминия: 1) силикатный алюминий, входящий в кристаллическую решеткуалюмосиликатов; 2) свободный алюминий, не входящий в кристаллическую решетку силикатов. Свободный алюминий, в свою очередь,подразделяется на окристаллизованные формы и на аморфные формысоединений алюминия.Силикатный алюминий определяется по разности между валовымсодержанием А1 и его количеством, переходящим в вытяжку 1 н.NaOH (по Дюшофуру—Сушье).
Окристаллизованные соединения А1извлекаются из почвы вытяжкой Тамма.Кроме того, отдельно определяют содержание обменного А1, извлекаемого раствором 1 н. КО, и так называемый экстрагируемыйалюминий, извлекаемый ацетатно-аммонийным буферным раствором срН 4,8.Распределение А1 по группам соединений в некоторых почвах показано в табл. 29. Во всех почвах, даже красноземных, преобладаетсиликатный алюминий, но при этом отчетливо видно, что доля «свободных» соединений А1 повышена в красноземах и гор. В^ и В/ иллювиально-гумусовых подзолов. Окристаллизованные соединения А1 вбольшинстве случаев преобладают над аморфными, но доля аморфных форм относительно повышена в псевдоподзолистой почве и иллювиально-гумусовом подзоле.Характерная картина выявляется в иллювиально-гумусовом подзоле, где доля аморфных соединений алюминия в гор. В^ и В/,/ резковозрастает до 22—36% от валового количества А1.
Такое распределение позволяет говорить о выносе из гор. А2 несиликатных соединенийалюминия и накоплении их в гор. В/, и Вь/ преимущественно в видеаморфных соединений.114Т а б л и ц а 29Содержание различных групп соединений А1 в некоторых почвах(по Зонну, 1982)Формы ев эбодного AlПочваГлубина,смВаловоесодержаниеАТ.СиликатныйА1СвободныйА1окристаллизованные аморфные%%от валового содержания А1Краснозем наэффузивныхпородах(Аджария)Ферралитная(Куба)Гумусово-глеевая (Западная Грузия)Псевдоподзолистая глееватаяТорфянисА2тый ил- Вьлювиаль- Вмно-гуму- Btсовыйподзоло—ю20—3040—5070—800—2560—70100—1200—1060—8018,2518,9822,2926,3729,7531,0530,7819,9518,9965,859,561,164,791,176,581,192,790,034,240,539,935,38,923,518,97,310,023,734,534,930,97,222,317,95,48,710,56,05,04,41,71,21,01,91,38—13' 17—2730—3540—5050—6070—8090—100120—13011—2222—3030—3838—4044—5460—7080—90100—10511,2914,3418,3619,5618,7016,0719,3421,801,802,713,113,103,272,983,052,6093,392,194,196,195,994,796,296,510086,762,474,280,783,587,293,87,07,95,93,94,15,33,83,5013,337,625,819,316,512,86,25,47,14,02,82,93,92,72,004,01,63,69,57,88,62,41,60,81,91,11,21,41,11,509,336,022,29,88,74,23,8Количество экстрагируемого алюминия в кислых почвах гумидных районов колеблется от 0 до 20—30 мг-экв/100 г, а количество обменного А13+ —до 8—10 мг-экв на 100 г.Концентрация и формы соединений алюминия в почвенном растворе регулируются главным образом степенью кислотности или щелочности раствора.
От значения рН почвенного раствора практически независит поведение в почвах элементов I группы — типичных щелочей.Щелочные земли уже более чувствительны к реакции среды, и их гидроксиды при определенных условиях могут переходить в твердуюфазу. Влияние рН на поведение алюминия в почвах выражено оченьсильно, а для элементов последующих групп, IV—VIII, реакция средыи окислительно-восстановительный потенциал становятся главнымифакторами, определяющими их поведение в почвах.Гидроксид алюминия проявляет типичные амфотерные свойства.В достаточно кислой среде он растворяется с образованием соли, содержащей катион алюминия А13+:А1 (ОН) з+ЗНС1^А1С1 3 +ЗН 2 0.В щелочной среде образуются алюминаты.
При реакции гидроксида алюминия с избытком щелочи образуются гидроксоалюминаты:AI (ОН) з+NaOH-^Na [A1 (ОН) 4 ] .115Соли метаалюминиевой кислоты НАЮ2 — метаалюминатызуются при сплавлении оксида алюминия со щелочью:обраА12Оз+2КОН-*-2КА102+Н20.В промежуточном интервале рН в растворе присутствуют различныечастицы алюминия: А13+ (или А1(Н 2 0) 6 3+ ), АЮН2+, А1(ОН)2+,А1(ОН)з°, А1(ОН)4_. Соотношение различных частиц зависит от величины рН.Простые соединения трехвалентного алюминия типа А1С1з электронодефицитны; в таких молекулах на внешнем электронном слое алюминия находится только 6 электронов.
Поэтому такие соединения легко образуют димеры и даже полимеры, в которых атом алюминия играет роль акцептора электронной пары.Все эти особенности позволяют записать реакцию растворениягидроксида алюминия в следующей общей форме:qk\ (ОН)з(тверд) ?. A\q(OH)^-n + nOH-,где q выражает степень полимеризации соответствующих ионов, an —их заряд. Соответствующую константу реакции К можно записать ввиде:[А1,(ОН)?,1п][ОН-]"[А1(ОН)3(тверд)]где квадратные скобки означают активности компонентов. Принимая,что активность гидроксида в твердой фазе равна единице и обозначаяотрицательный логарифм символом р, получим:рК = р [А1, (OH&L] + пр [ОН"].Если ввести величину ионного произведения воды /Св, то р [ОН - ] можно заменить на рН:рК=р [Al q(OVi)lt-n\ +прКв-прН.Поскольку почвоведов интересует концентрация алюминия в растворе (в молях на литр или в грамм-атомах на литр), то это уравнение можно переписать в виде:Р[А1,(ОН)^_п]=рК-ярК4 + л р Н - р угде у — коэффициент активности ионов алюминия.В несколько упрощенной форме для мономерных ионов уравнениеперепишется в виде:РА1-лрН=pK-npKB-pYAi(OH&.Для реакции образования гидроксоалюминатовА1 (ОН) З(тверд.) + Н 2 0-^А1 (ОН) 4-+Н+,ту же зависимость можно записать в виде:рА1 + рН=р/С'—PY ,гггг 1А!(0Н)4 fгде К'— константа реакции образования гидроксоалюминатов.Эти простые зависимости выражаются прямыми линиями в координатах рА1—рН, если считать, что коэффициенты активности в разбавленных растворах остаются постоянными.
Угол наклона прямой за116висит от коэффициента п, иными словами, от того, какие частицы образуются в растворе.При реакцииAl(OH) 3 -WU 3 ++30Hжоэффициент л = 3 и концентрация А1 в растворе очень быстро падает«с ростом рН.При реакции А1(ОН) 3 ->-АЮН 2+ +20Н- величина п = 2 и при реакции А1(ОН)3->-А1(ОН)2++ОН- величина п=\. Соответствующие зависимости показаны на рис. 18 пунктирными линиями. Из рисункавидно, что при рН<4—4,5 в растворе преобладают ионы А13+.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
