Bài giảng Khoa học đất - Chương 6: Khoáng sét

Khoáng sét CHƢƠNG 6 Keo đất Ở trạng thái rắn khi trong dung dịch (lơ lửng) Tham gia hầu hết các phản ứng trong đất Gồm: - Keo vô cơ: Sét - Keo hữu cơ: Mùn Keo sét theo thổ nhƣỡng học, những hạt có đƣờng kính < 1 mm hay 0,001 mm đƣợc gọi là những hạt keo Sét <0,002 mm Các loại keo sét 1. Sét Silicate 2. Sét Hydrous Oxide – Fe, Al KEO ĐẤT PHÂN LOẠI  dựa vào nguồn gốc hình thành: 1. keo vô cơ: đó là các keo có nguồn gốc từ các loại khoáng sét và hydroxit sắt, nhôm như: keo monmorilonite, keo illite, kaolinite, keo setquioxite (R2O3) 2. Keo hữu cơ: các axit mùn: axit humic, axit fuvic, hoặc các chất hữu cơ thông thường: cellulose, protein, lignin. các keo hữu cơ vì có các nhóm định chức (-COOH; -OH; -NH2) nên có khả năng phân ly ra H+, do đó nó mang điện tích âm KEO ĐẤT PHÂN LOẠI  dựa vào nguồn gốc hình thành: 3. Keo phức vô cơ-hữu cơ: dạng keo này phổ biến trong đất. dấu điện tích của keo của chúng phụ thuộc vào bản chất vô cơ và hữu cơ, tỷ lệ phối hợp của chúng và phản ứng môi trường KEO ĐẤT PHÂN LOẠI  Dựa vào điện tích: 1. keo âm: keo có lớp điện thế mang điện tích âm: khoáng sét & keo hữu cơ; khi pH càng cao thì phân ly H+ càng nhiều nên lượng điện âm càng lớn và ngược lại 2. keo dƣơng: pH thấp, keo setquioxyte ngậm nước mang điện dương; kaolinite: mang điện dương do phân ly OH- 3. keo lƣỡng tính: hydroxyte Fe & Al Tứ diện silic (SiO4) Bát diện nhôm [Al(OH)6] Sự kết hợp giữa phiến tứ diện và phiến bát diện trong tinh thể sét Khoáng 1:1 Khoáng 2:1 Cách liên kết các phiến tứ diện với phiến bát diện Sự thay thế đồng hình Sự thay thế đồng hình Khoáng sét mang điện tích âm Tính trương nở của các khoáng sét Cấu tạo của phiến tứ diện, bát diện và của khoáng sét nhìn trên mặt phẳng Sét Silicate Hình dạng – nhiều phiến mỏng chồng lên nhau Diện tích bề mặt: lớn do kích thước hạt nhỏ Điện tích: mang điện tích âm Keo sét Hấp phụ cation là sự liên kết giữa các cation trên bề mặt keo sét và dung dịch đất chứ không thay thế bên trong nó trong phức hệ keo sét 1. Các hạt keo không bị hòa tan 2. Lực giữ các cation không chặt Trao đổi cation - sự thay thế một cation hấp phụ bằng một cation khác Sự hiện diện của các Cation Các cation ở từng điều kiện khí hậu: Vùng ẩm: H+ Ca2+ Mg2+ Vùng bán ẩm ướt: Ca2+ Mg2+ Na+ K+ H+ Vùng khô hạn: Na+ nhiều hơn Ca2+ Thứ tự liên kết chặt giữa cation với keo đất: Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4 + > Na+ Tính chất khoáng học của sét silcate Cấu trúc tinh thể:  Phân tích bằng tia X  Xem dưới kính hiển vi điện tử Ba nhóm sét Silicate chính: (Dựa trên cấu trúc tinh thể) 1. Kaolinite 2. Montrmorillonite 3. Illite (Hydrous Micas) Nhóm Kaolinite Ít hoặc không có sự hấp phụ ở giữa các phiến sét(2) Tỷ lệ của phiến Si và Al là 1:1 Khoáng không trương nở Phiến Silic Phiến Nhôm Khoảng hở Đơn vị tinh thể Phiến Silic H ấ p p h ụ ở b ề m ặ t n g o à i( 1 ) Phiến Nhôm Đơn vị tinh thể (1): External Adsorptive Surfaces (2): Internal Adsorptive Surfaces Nhóm Montmorillonite Phiến Silic Phiến Nhôm Đơn vị tinh thể Phiến Nhôm Phiến Silic Đơn vị tinh thể Phiến Silic Phiến Silic Khoảng hở Hấp phụ ở giữa các phiến sét Tỷ lệ của phiến Si và Al là 2:1 Khoáng trương nở CEC lớn hơn 0 – 20 lần so với Kaolinite Phân loại các sét Silicate Hình thành từ Feldspar - Mica - Amphiboles - Pyrexenes Khoáng nguyên sinh chứa Si Muscovite 2:1 Mất ít K Illite Trung tính hoặckiềm yếu Mont. Kaol. Chua nhiều Chua nhiều Oxid Mất Si Khí hậu nóng ẩm Khí hậu nóng Khí hậu lạnh khô Nguyên nhân âm điện của sét silicate 1. Do nhóm Hydroxyl (OH-) Al O- H+ Lực liên kết yếu H trao đổi 2. Sự thay thế đồng hình: thay thế của các cation có điện tích nhỏ hơn cho cation có điện tích lớn hơn ở bên trong tinh thể sét Khoáng Montmorillonite Phiến Nhôm Mg2+ for Al3+ O = Al - O - H - O - Mg - O - H Phiến Silic Al3+ for Si4+ O = Si = O - O - Al = O Nguyên nhân âm điện của sét silicate Thay đổi thành phần hóa học Mg Kaolinite - Al4Si10 (OH)8 [Si2O3OHO2Al2(OH)3]2 1:1 Montmorillite - Al4Si8 (OH)4 2:1 [Si2O3OHO2Al2OH2Si2O3]2 Mg Mg Al Illite - K Al2Si4O10 (OH)2 Chất mùn (Humus) - Keo hữu cơ 1. Mang điện âm thay đổi 2. Hấp phụ cation trên mạng lưới bề mặt 3. Thành phần: Carbon(C) Hydrogen(H) and Oxygen(O) (Khoáng silicate: Aluminum (Al) Silicon (Si) and Oxygen (O)) 4. Có CEC cao hơn sét 5. Không bền như sét – luôn hình thành rồi phân hủy CEC CEC = các ion base trao đổi + acid trao đổi (H) (changeable bases + exchangeable acidity) Được tính bằng điện tích trao đổi (độ âm điện) trên tinh thể khoáng sét hoặc trên chất mùn Đơn vị: meq Mili đương lượng (Milliequivalent) CEC của chất mùn và khoáng sét Thành phần CEC (meq/100g) Chất mùn 200 Montmorillonite 100 Illite 30 Kaolinite 8 Cấu tạo keo vô cơ Cấu tạo keo vô cơ Keo lưỡng tính: thường gặp là Fe(OH)3, Al(OH)3, CaCO3 Keo vô cơ Keo lưỡng tính Keo vô cơ Keo mùn  Các keo hữu cơ thường gặp là:  axit humic,  axit fulvic,  lignin,  protit,  cellulose,  nhựa  các hợp chất hữu cơ phức tạp khác Cấu tạo keo mùn