ĐỀ CƯƠNG HÓA HỌC ĐẤT ỨNG DỤNG

HÓA HỌC ĐẤT ỨNG DỤNG A. Lý thuyết Câu 1: Chu trình vận chuyển các nguyên tố trong tự nhiên • Đặc điểm thành phần nguyên tố của đất:  Sinh vật được tạo thành từ các nguyên tố chủ yếu: C, N, H, P, S. Đá và khoáng vật chứa ít nhất 2 nguyên tố. Đất chứa tất cả các nguyên tố tự nhiên theo bảng hệ thống tuần hoàn của Mendeleev.  Hàm lượng cao của C và Si trong đất phản ánh tác động đồng thời của cả 2 nhân tố sinh vật và đá mẹ.  Khoảng dao dộng của hàm lượng các nguyên tố trong đất khá rộng  Thành phần nguyên tố của đất phụ thuộc vào loại đất, thành phần cấp hạt, độ sâu tầng đất, các đặc tính đặc biệt của các nguyên tố hóa học. • Vai trò của thành phần nguyên tố:  Dùng để đánh giá chiều hướng và kết quả của quá trình hình thành đất, dựa vào thành phần nguyên tố người ta có thể chia đất thành các tầng phát sinh khác nhau  Dùng để đánh giá độ phì tiềm tàng của đất.  Nghiên cứu và chọn lựa các phương pháp phân tích: mỗi loại đất có chứa 1 tập hợp các nguyên tố, thêm vào đó hàm lượng của chúng dao động rất lớn. • Vẽ sơ đồ chu trình vận chuyển của nguyên tố và giải thích:

HÓA HỌC ĐẤT ỨNG DỤNG A •     •    • Lý thuyết Câu 1: Chu trình vận chuyển nguyên tố tự nhiên Đặc điểm thành phần nguyên tố đất: Sinh vật tạo thành từ nguyên tố chủ yếu: C, N, H, P, S Đá khoáng vật chứa nguyên tố Đất chứa tất nguyên tố tự nhiên theo bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev Hàm lượng cao C Si đất phản ánh tác động đồng thời nhân tố sinh vật đá mẹ Khoảng dao dộng hàm lượng nguyên tố đất rộng Thành phần nguyên tố đất phụ thuộc vào loại đất, thành phần cấp hạt, độ sâu tầng đất, đặc tính đặc biệt nguyên tố hóa học Vai trò thành phần nguyên tố: Dùng để đánh giá chiều hướng kết trình hình thành đất, dựa vào thành phần nguyên tố người ta chia đất thành tầng phát sinh khác Dùng để đánh giá độ phì tiềm tàng đất Nghiên cứu chọn lựa phương pháp phân tích: loại đất có chứa tập hợp nguyên tố, thêm vào hàm lượng chúng dao động lớn Vẽ sơ đồ chu trình vận chuyển nguyên tố giải thích: KHÍ QUYỂN AL LA OA AO ĐẤT ĐAI ĐẠI DƯƠNG LR RO SÓNG 1 -  •     •    Giải thích sơ lược: Vũ trụ gồm nguyên tố đất đai, khí quyển, đại dương sông Sự vận chuyển vật chất nguyên tố phạm vi toàn cầu thể đường mũi tên sau: + AL: Khí đến đất đai + LR: Đất đai đến sông + AO: Khí đến đại dương + OA: Đại dương đến khí + LA: Đất đai đến khí Đất hệ sinh địa hóa mở đa thành phần gồm chất rắn lỏng khí đất trao đổi vật chất lượng với khí quyển, sinh thủy xung quanh, tạo nên quy luật trao đổi chu trình dẫn đến phát triển phẫu diện đất chi phối độ phì nhiêu đất Câu 2: Những cách phân loại nguyên tố hóa học đất: Phân loại theo cách: Dựa vào hàm lượng tuyệt đối nguyên tố: Nhóm 1: gồm Si O2 chiếm hàm lượng cao nhất, tới vài chục phần trăm Nhóm 2: bao gồm nguyên tố có hàm lượng đất dao động từ 0,1 đến vài phần trăm nguyên tố: Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, C Nhóm 3: bao gồm nguyên tố có hàm lượng đất dao động từ vài phần trăm đến vài phần nghìn như: Ti, Mn, P, S, H Nhóm 4: bao gồm nguyên tố có hàm lượng đất dao động từ n x 10-10 đến n x 10 -3 % như: Ba, Sr, B, Rb, Cu, Co, Ni Phân loại địa hóa: chia nguyên tố vỏ trái đất thành nhóm Litophyl: bao gồm nguyên tố có lực hóa học mạnh với oxy hình thành khoáng vật loại oxit hydroxit muối axit vô như: Si, Ti, S, P, F, Khancophyl: bao gồm nguyên tố có khả kết hợp với S để tạo thành hợp chất khác như: Cu, Zn, Pb, Cd, Ag, Mn, Xiderophyl: bao gồm nguyên tố có khả hòa tan sắt tạo thành hợp kim với sắt như: Pt, Sn, Mo, 2  •   •        • Atmophyl: gồm nguyên tố có khí như: H, N, O, He Phân loại cho đường di động: Nhóm di động khí: gồm nguyên tố thụ động như: He, Ne, Ar, Kr, Se, nguyên tố chủ động nguyên tố hình thành hợp chất hóa học điều kiện sinh như: O, C, H, I, Nhóm nguyên tố di động theo nước: chia thành nhóm phụ theo tính di động tự nhiên theo ảnh hưởng điều kiện oxy hóa khử đến tính di động nguyên tố Phân loại theo mức độ sinh vật sử dụng: -Nguyên tố sinh vật sử dụng cực đại :C -Nguyên tố sinh vật sử dụng cao :N,H -Nguyên tố sinh vật sử dụng trung bình:O,S,P,B -Nguyên tố sinh vật sử dụng ít:Fe,Al Câu 3:Pha đất Khái niệm: Là tập hợp phần đồng thể hệ dị thể có thành phần đặc tính động thái nhiệt giống không phụ thuộc vào khối lượng Đặc điểm: + Pha rắn pha chiếm thể tích lớn đất có tính chất quan trọng bao gồm thành phần khoáng (nguyên sinh- thứ sinh) thánh phần hạt (hạt cát- hạt sét- hạt limon => định thành phần giới đất) đất + Pha lỏng: Nước hạt khoáng vật Nước liên kết nằm hạt đất: mạnh: nằm hạt đất, khả hòa tan muối khoáng di chuyển từ hạt đất sang hạt đất khác; yếu: nằm mặt hạt đất, tham gia vào phản ứng hòa tan muối khoáng, khả di chuyển Nước tự (mao dẫn): nằm khe hở, lỗ hổng đất có kết cấu + Pha khí: Khí kín: khí khả trao đổi với môi trường bên Khí hở: có tính thông khí Câu 4: Phong hóa Khái niệm: trình biến đổi đá mẹ, khoáng vật yếu tố tự nhiên 3 •    •   •   Phân loại: Phong hóa vật lý: trình biến đổi đá mẹ khoáng vật yếu tố vật lý Bản chất: làm đá mẹ khoáng vật biến đổi hình dạng , kích thước Vd: nước chảy đá mòn, Các yếu tố ảnh hưởng : + Nhiệt độ : đá cấu tạo từ nhiều khoáng vật khác nhau, khoáng vật có hệ số giãn nở khác Khi nhiệt độ thay đổi khoáng vật co giãn không đồng thời, nên đá bị nứt vỡ + Nước : Nước chảy trôi đá, làm đá va đập vào bị nứt vỡ , dòng nước chảy làm đá bị bào mòn, nước xâm nhập vào kẽ nứt đá, nhiệt độ xuống độ C nước bị đóng bang, thể tích tang lên làm cho đá nứt to hơn, bị vỡ vụn thêm + Gió : Gió thổi mạnh bay đá , hạt bụi nhỏ va đập vào đá có tác dụng mòn dần khối đá Phong hóa hóa học: trình biến đổi đá mẹ khoáng vật yếu tố hóa học Bản chất: làm đá mẹ khoáng vật biến đổi chất tính chất Các yếu tố ảnh hưởng : + Quá trình oxi hóa + Quá trình hòa tan + Quá trình hidrat hóa + Quá trình sét hóa Phong hóa sinh học:là trình biến đổi đá mẹ khoáng vật yếu tố sinh học Bản chất: làm biến đổi đá mẹ khoáng vật hình dạng tính chất => phong hóa tổng hợp Yếu tố ảnh hưởng : Rễ lớn đâm vào kẽ nứt đá làm đá vỡ Câu 5: Đặc điểm số nhóm khoáng vật Silicat đất Đặc điểm Silicat: Là khoáng nguyên sinh sinh từ trình vật lý Nhân khối tứ diện oxit silic: SO44Phân loại: Olivin: bao gồm khối tứ diện oxit silic riêng rẽ giữ lại liên kết với cation kim loại hóa trị II khối trí bát diện +Quá trình phong hóa olivin đất nhanh +Rất cứng rắn, tự nhiên có nhiều màu sắc Pyroxen amphibol: 4   • • • • • • • • + chứa đựng mạch đơn mạch kép khối tứ diện oxit silic để hình thành đơn vị lặp lại Si2O64- Si4O116- + amphibol đặc trưng thay đồng hình Al3+ cho Si4+ + có nhiều loại cation kim loại hóa trị II với O 2- phối trí bát diện để liên kết mạch oxit silic với Mica: + hình thành từ phiến khối tứ diện oxit silic kết hợp với mặt phẳng phiến khối bát diện chứa cation kim loại + cation kim loại có hóa trị III, vị trí cation khối bát diện lắp đầy để đạt cân điện tích: phiến nhị bát diện Nếu kim loại cation hóa trị II, tất vị trí lấp đầy: phiến tam bát diện Fenspat: + cấu trúc nguyên tử fenspat khung chiều liên tục khối tứ diện chung góc thạch anh, trừ khung khối tứ diện có chứa Al thay cho Si + dung dịch rắn khoáng vật hình thành rộng rãi + fenspat bị phong hóa cuối hình thành kalinit gipxit phân hủy chúng ban đầu tạo thành alophan smectit Câu 6: Khoáng sét đất Đặc điểm khoáng sét: Chứa nhiều Al & Si, khoáng thứ sinh Là khối nhiều lớp khối tứ diện & phiến khối bát diện Có phân lớp khác biệt Phân loại: Loại lớp 1:1 : + cấu trúc tứ diện – bát diện + có thay đồng hình không đáng kể với Si or Al + thường bát diện đôi Loại lớp 2:1: + cấu trúc: phiến khối tứ diện – bát diện + có xảy thay đồng hình mạnh Al, Fe 2+, Mg, Si + điện tích cân khối tứ diện Loại lớp 2:1 có chung lớp hydroxit: + cấu trúc: tứ diện – bát diện (bát diện đôi) 5 + có thay đồng hình • - - • - - - • - khối tứ diện Câu 7: Khoáng vật oxit hydroxit đất Sự hình thành: Do lượng lớn thạch hòa tan thấp chúng điều kiện pH đất bình thường, nhôm, sắt mangan hình thành khoáng vật dạng oxit, oxihydroxit hydroxit quan trọng đất Các oxit hydroxit đất hình thành trực tiếp phong hóa silicat nguyên sinh thủy phân loại silic khoáng vật sét Phân loại: Gơtit: oxit sắt bền vững với động thái nhiệt nhất, pha rắn cuối sét đất Các ion oxy gơtit nằm mặt phẳng, cation Fe3+ phối trí khối bát diện bị bóp méo dùng chung cạnh.Một số ion đỉnh khối bát diện nhóm hidroxyl, nhóm hình thành liên kết hidro với ion oxy bên cạnh Gipxit: khoáng vật chứa nhôm quan trọng Các phiến khối bát diện kép tính đến cấu trúc liên kết với liên kết hidro nhóm hydroxyl đối diện Liên kết hydro xuất nhóm hydroxyl nằm dọc theo cạnh khối bát diện chưa lấp đầy phiến Mangan: khoáng vật chứa mangan phổ biến đất binesit, lithiophorit oxyhidroxit mangan khác có đất chua Binesit bao gồm phiến khối phát diện, lithiophorit phiến khối bát diện MnO68- xen kẽ với phiến chứa khối bát diện Al0,67Li0,33 Câu : Khái niệm : Tính đệm : khả mà môi trường đất chống lại thay đổi pH đột ngột lượng axit hay bazo định (trong giới hạn chịu đựng) tác động môi trường đất - Tính đệm axit-bazo đất khả pha lỏng pha rắn đất chống lại thay đổi pH tương tác đất với axit kiềm pha loãng huyền phù đất 6 • Nguyên nhân : + Muối cacbonat, photphat gốc có khả trung hoà axit CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + H2O + CO2 K2CO3 + 2H2SO4  K2SO4 + H2O + CO2 + Keo đất có khả trung hoà axit bazo [ KĐ]Na+ + H+/Cl-  [KĐ]H+ + NaCl [KĐ]H+ + NaOH  [KĐ]Na+ + H2O + Tác dụng axit yếu muối chúng R – CH – COOH + + HCl  R – CH – COOH + H2O OH Cl NaOH  R – CH – COONa + H2O OH • + Tác dụng Al 3+ linh động pH = 5,5 : [Al 3+]6H2O trung hoà axit bazo ( H+ , OH- ) Ảnh hưởng : + Trong điều kiện tự nhiên, tính đệm không phụ thuộc vào pha rắn đất màcòn phụ thuộc vào số lượng sinh vật đất, cường độ tăng giảm độ ẩm thường xuyên làm thay đổi cân hoá học đất  có tính chất động thái đặc trưng cho khả đất không chống lại thayđổi pH thêm axit kiềm, mà có khả khôi phục giá trị pH trước + Tính đệm axit bazơ tiêu quan trọng để tính liều lượng vôi bón vôi vàđánh giá tính chống chịu củađất tác động mưa axit + Tính đệm giữ cho pH đất ổn định, thuận lợi cho sinh trưởng, phát triển trồng vi sinh vật đất Câu : Chất hữu đất : *Khái niệm :Toàn hợp chất hữu có đất gọi chất hữu đất *Nguồn gốc: đất tự nhiên nguồn cung cấp hữu tàn tích sinh vật hay gọi tàn dư hữu cơ, bao gồm xác động vật, thực vật vsv 7 - thực vật: nguồn hữu chủ yếu đất, chiếm tới 4/5 lượng tàn dư khác vùng khác thời gian khác Nó phụ thuộc vào thảm thực vật, độ phì nhiêu đất -động vật vsv: tàn tích tàn tích thực vật thành phần chất lượng hữu lại cao đặc biệt hợp chất chứa N, đất trồng trọt tàn tích hữu tự nhiên có chất hữu người đưa vào *Cách phân loại: Chất hữu đất chia làm loại Hợp chất mùn đặc trưng hợp chất không đặc trưng: 1-Hợp chất mùn đặc trưng : +Là hợp chất cao phân tử chứa đạm, màu sắc thẫm mức độ đậm nhạt khác Chúng axit mùn( chất đặc trưng nhất), chất tiền mùn đặc trưng-loại sản phẩm tương tự mùn đặc trưng hình thành humin Humin nhóm hợp chất hữu khác nhau, chúng phân biệt với nhóm khác chủ yếu tính chất không hòa tan môi trường axit lẫn môi trường kiềm 2-Hợp chất không đặc trưng: +Là nhóm chất hữu quan trọng; bao gồm nhiều chất phổ biến sinh hóa đưa vào đất từ tàn dư thực vật, động vật bị phân giải rễ tiết ra…Một phần hợp chất không đặc trưng hình thành phân giải chất mùn đặc trưng +Các hợp chất không đặc trưng có mặt đất trạng thái tự liên kết với phần vô đất +Phần lớn hợp chất không đặc trưng phản ứng nhanh ki thay đổi điều kiện ngoại cảnh, nhiều chất dễ dàng vi sin vật đồng hóa phân giải, người ta coi chúng nguồn hoạt tính mùn đất • Câu 10: Mùn đất: Khái Niệm,Nguồn Gốc: Mùn sản phẩm hình thành đất trình tích lũy phân giải không hoàn toàn điều kiện yếm khí xác thực vật tồn dư sinh vật khác đất vi sinh vật đất Thành phần mùn gồm đặc trưng hợp chất chính: Axit Humic, Axit Fulvic, axit ulmic muối chúng, thường gọi humin, fulvin hay 8 • ulvin Hiểu theo nghĩa rộng nhất, mùn đất bao gồm mùn nhuyễn(mùn theo nghĩa hẹp) mùn thô (chất hữu đất) Vai Trò: +Chất mùn có vai trò quan trọng hình thành cấu trúc trì độ bền cấu trúc đất Chất mùn kết gắn phần tử học với tạo thành đoạn lạp có độ bền với xói mòn ngoại lực khác tác động vào đất +Mùn có vai trò to lớn trình tạo thành đất, hình thành phẫu diện đất tạo cấu trúc đất Nhờ tính chất tạo phức mùn với kim loại làm tăng cấu trúc đất ( humat Ca, Mg, Fe, Al), giảm độc hại nhiều nguyên tố kim loại nặng Đất chua nhiều Al trao đổi độc hại trồng, chất mùn làm giảm rõ rệt Al linh động chế tạo phức +Axít mùn có tác dụng trực tiếp trình phong hoá đá, khoáng thực vật chất kích thích sinh trưởng +Các đất có thành phần giới nhẹ(đất cát, đất xám bạt màu) khả trao đổi cation từ 60 - 96% chất mùn Do tính chất hấp phụ trao đổi cation lớn chất mùn, mà tính đệm đất lớn +Mùn có vai trò toàn diện độ phì đất, ảnh hưởng đến tính chất lý hóa sinh học đất +Mùn hợp chất chứa nguồn dinh dưỡng cho trồng chúng bị khoán hoá Các chất dinh dưỡng chất mùn nitơ, photpho, lưu huỳnh nguyên tố khác cung cấp dần cho bị khoán hoá chậm Khi phân giải chất hữu mùn đất làm tăng CO2 cho không khí đất lớp không khí gần mặt đất tạo điều kiện cho quang hợp trồng a - Câu 11: Nhôm đất Hàm lượng Hàm lượng nhôm trung bình vỏ trái đất chiếm khoảng 8% klg Hàm lượng nhôm đất phụ thuộc lớn vào đá mẹ Đất khác chứa lượng nhôm khác Hàm lượng nhôm phân bố tầng đất khác khác 9 b - c - - - - Vai trò Nhôm có vai trò lớn trình hình thành đặc tính đất độ phì nhiêu đất + hàm lượng nhôm đất cao tham gia vào thành phần aluminsilicat, vs Si, O C, đóng vai trò quan trọng đất, aluminsilicat chiếm 85% klg vỏ trái đất + nhôm có khả tham gia phản ứng cao, di chuyển mạnh, hình thành hợp chất # đất + nhôm tham gia vào hình thành độ chua tiềm tàng đất ảnh hưởng: Hàm lượng cao hợp chất nhôm di động đất có ảnh hưởng không lợi tới sinh trưởng phát triển cây: +Nhiều nhôm cố định lân làm giảm lượng lân hòa tan cung cấp cho +Nhôm có tác động độc vs nhiều trồng Câu 12: Trình bày dạng tồn nhôm đất Nhôm đất tồn dạng khác vs độ hòa tan khác Nhôm đất tồn dạng oxit hydroxit: + oxit nhôm Al2O3 thường gặp đá dạng corundum có độ cứng cao bền vững vs axit Oxit có màu xám xanh ánh vàng, nưng có lẫn Cr, Mn, Fe, Ti, có màu đỏ xanh đen + dạng hydroxit, thường gặp đất gipxit hay hidragilit – Al(OH)3 Gipxit có cấu trúc từ lớp khối mặt hydroxit nhôm Ngoài oxit hidroxit nhôm tự do, gặp dạng nhôm vô định hình – alophan + alophan có CT chung [nSiO2.mAl2O3].H2O + alophan có tỉ lệ Si/Al = 1/1, có tính chất lưỡng tính, có điện tích thay đổi phụ vào PH, có khả liên kết ion photphat anion khác + hàm lượng alophan cao ảnh hưởng tới đất: làm giảm dung trọng, tăng tính tạo hình khả giữ nước đất Trong tự nhiên có muối nhôm: + đất hợp chất không bền Đó muối phèn Kal(SO4)2.12H2O, phèn alunit Kal3(SO4)2(OH)6 Ở đá pecmatit, gơnai 10 10 - tích lũy kryolit Na3AlF6 Hòa tan tốt nước nên vào đất thường chuyển hóa thành hidroxit khác Các hợp chất đơn giản phức chất nhôm với hợp chất hữu + Al dễ dàng hình thành hợp chất đơn giản phức chất vs phần hữu đất + Al3+ hình thành phức chất vs ion oxalat (COO)22-, ion silisilat [C6H4(COO)O]2- hình thành hợp chất phức vs axit uronic + Al hình thành muối phức vs axit mùn 11 11