Ký hiệu hay cơng thức trong dấu ngoặc được biểu thị là nồng độ, ví dụ [H2SO4] = nồng độ của sulfuric acid
Thủy hợp: ngậm nước, ví dụ. Al3+ trong dung dịch thực tế là 1 phức thủy hợp Al(H2O)63+
Ion Hydrogen luơn được thủy hợp, nên pH thực sựđược đo là họat độ của H3O+ hơn là H+
Họat độ hay nồng độ. Họat độ ion là "nồng độ hữu hiệu" của 1 ion, tính cả ảnh hưởng của các ion khác trong dung dịch đến khả năng phản ứng của ion đĩ.
Thủy hợp và họat độ là những khái niện quan trọng trong hĩa học đất. Nếu nghiên cứu sâu vềđất, chúng ta sẽ gặp nguyên lý này
1. Nguồn gốc độ chua của đất
H và Al là nguồn gốc chính của đất chua. Độ chua được đo bằng nồng độ H+, nhưng họat độ Al3+ cĩ nguồn gốc chính từ H+
1.1 Nguồn gốc hình thành Hydrogen.
Trong đất ion H cĩ thể hình thành từ các hợp chất sau:
-Chất hữu cơ trong đất, từ các nhĩm Carboxylic acid và phenolic trong hợp chất hữu cơ, các nhĩm này họat động như 1 acid yếu, và giải phĩng H+. Ví dụ R- COOH → R- COO - + H+. Tương tự các phản ứng chúng ta đã thảo luận trong phần CEC. Điện tích hình thành trên bề mặt chất hữu cơ là điện tích phụ thuộc pH. Tầm quan trọng phụ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ trong đất
-Các khĩang sét và khĩang oxide. H+ phân ly từ các cạnh vỡ của khĩang sét và bề mặt oxide Al và Fe. Ví dụ. Cạnh vỡ sét- Al, Si - O H H+ → cạnh vỡ sét- Al, Si - O H+ H+ → cạnh vỡ sét- Al, Si - O - + H+ .
H+ là 1 cation cĩ thể trao đổi với Ca2+ hay các cation khác, nên cĩ thể làm tăng độ chua trong dung dịch. Nhưng H+ trao đổi thường thấp trong đất, do đĩ độ chua trao đổi phần lớn liên quan đến Al trong đất.
1.2 Aluminum và độ chua của đất.
Al3+ hấp phụ được trao đổi và giải phĩng ra dung dịch, trong dung dịch được thủy phân hình thành H+
Al3+ + H2O → AlOH2+ + H+
Một lọat các phản ứng thủy phân cĩ thể xảy ra, phụ thuộc vào pH AlOH2+ + H2O → Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)3 + H+ Al(OH)3 + H2O → Al(OH)4- + H+
Tương tự, thủy phân Fe cũng cĩ thể xảy ra. Ví dụ Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+ . Nhưng thủy phân Fe khơng phải là yếu tố chính hình thành độ chua, cho đến khi tất cả Al khơng cịn phản ứng thủy phân nữa.
Các ion Al hydroxy được hấp phụ và phản ứng như các cation trao đổi, ví dụ AlOH2+ và Al(OH)2+
Rất ít khi Al3+ hiện diện khi pH> 5. Ngịai ra Al cũng cĩ thể hình thành các phức Al hydroxy khơng trao đổi. Các phức Al cĩ điện tích dương cao, hấp phụ rất chặt như Al(OH)3 khơng tan (gibbsite). Rất ít Al hịa tan ở pH >7
1.3 Các nguồn gốc khác hình thành độ chua của đất
- Thủy phân Fe, ví dụ Fe3+ + H2O → FeOH2+ + H+
- Phân bĩn hĩa học, như phân NH4-N khi bĩn vào đất sẽ hình thành H+ trong quá trình biến đổi (nitrate hĩa) NH4+ thành NO3- . Bao gồm cả phân N khi bĩn vào đất sẽ hình thành ammonium, như Urea. Theo lý thuyết, cần 1.8 kg. CaCO3 để trung hịa độ chua do 1kg phân NH4-N gây ra. Ngịai ra phân P cũng cĩ thể gây chua cục bộ xung quanh vùng bĩn phân.
1.4 Cây hấp thu và sự rữa trơi các cation base.
Khi cây hấp thu hay bị rửa trơi, các cation base như Ca, Mg, K, Na được thay thế bởi H và Al để cần bằng điện tích.
1.5 Sự phân giải các dư thừa hữu cơ.
Quá trình phân giải chất hữu cơ sẽ hình thành các acid hữu cơ
1.6 Hơ hấp của sinh vật giải phĩng CO2 1.7 Mưa. 1.7 Mưa.
Nước mưa khi cân bằng với áp súất khơng khí cĩ pH= 5.7, do CO2 trong khí quyển, H2O + CO2→ H2CO3 ; H2CO3→ HCO3-+ H+
1.8 Mưa acid.
Khi nước mưa cĩ pH ≤5 được gọi là mưa acid, do bầu khí quyển bị ộ nhiễm các khí NO, SO2, CO….
1.8. Đất phèn.
Nguồn gốc hình thành đất phèn do khống pyrite (FeS2) cĩ trong xác bã hữu cơ của thực vật rừng ngập mặn, khi bị oxi hĩa sẽ giải phĩng 1 lượng lớn sulfuric acid là cho đất cực kỳ chua, và các khống sét bị phá hủy, giải phĩng Al hịa tan vào dung dịch đất.
Phá hủy các khống sét silicate và giải phĩng Al trong mạng lưới tinh thể và hình thành muối hịa tan Al2 (SO4)3.
III. Nguồn gốc độ kiềm của đất
1. Các cation kiềm như Ca2+, Mg2+, K+, Na+
Ví dụ. bề mặt sét/OM - Ca2+ + H2O → bề mặt sét/OM - 2H+ + Ca2+ + 2OH- 2. Carbonates và bicarbonates, tích lũy trong vùng khơ hạn
Ví dụ. NaHCO3 + H2O → Na+ + H2CO3 + OH-
IV. Đất là 1 hệ thống đệm pH
- Đất là 1 hệ thống đệm, chống lại sự thay đổi pH, do các thành phần của đất phản ứng để thiết lập lại trạng thái cân bằng
- Các cơ chế đệm pH. Các phản ứng đã thảo luận trong phần đất chua và đất kiềm
- Các thành phần chính của tính đệm pH, tính đệm của đất thực hiện do các phản ứng của Al và hydroxy Al, trao đổi Cation, sự phân ly thuận nghịch của H+ từ các vị trí trao đổi phụ thuộc pH (chất hữu cơ, cạnh khĩang sét, bề mặt khĩang oxide), và các phản ứng của carbonates và bicarbonates.
Đệm pH bởi các hợp chất Al. Al là nguyên tố hĩa học lưỡng tính, vừa mang tính acid, vừa mang tính base.
Khi là 1 base, các hợp chất Al sẽ trung hịa H+ Al(OH)3 + H+→ Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2+ + H+ → AlOH2+ + H2O AlOH2+ + H+→ Al3+ + H2O Al(OH)3 + 3H+→Al3+ + 3H2O Khi là 1 acid, các hợp chất Al cĩ thể trung hịa OH-
Al3+ + OH-→ AlOH2+ AlOH2+ + OH-→ Al(OH)2+ Al(OH)2+ + OH-→ Al(OH)3 Al(OH)3 + OH-→ Al(OH)4-
V. Các lọai độ chua của đất.
Do cĩ tính đệm pH của đất, nên độ chua của đất gồm cĩ 2 lọai, độ chua họat động và độ chua tiềm tàng.
là nồng độ H+ trong dung dịch đất, là nồng độ ta đo pH. Độ chua họat động là 1 phần rất nhỏ của tổng độ chua của đất
2. Độ chua tiềm tàng
Là tổng độ chua của đất, bao gồm độ chua họat động và độ chua được hấp phụ trên các thành phần rắn của đất. Độ chua tiềm tàng chứa đựng khả năng đệm của đất, cịn được gọi là độ chua “dự trử”, độ chua quan trọng trong quản lý pH đất,
nhu cầu bĩn vơi phụ thuộc vào khả năng đệm pH của đất
Trong độ chua tiềm tàng, 1 phần cĩ thể trao đổi với các cation khác như K+, được gọi là độ chua trao đổi:
Keo đất-H+ + K+ Cl-↔ keo đất-K+ + H+ Cl-