PHAN A: TONG QUAN VE LÍ THUYET
CHƯƠNG 3: TINH CHAT NÔNG HÓA CUA DAT
3.1. Keo đất
Theo lý thuyết hóa keo, keo đất (phức hệ hap phụ của dat) là một tập hợp các các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,25 micron, có độ phân tán cao và có khả năng hap
phụ trao đi.
3.1.1. Cấu tạo của hạt keo
Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo mixen keo tích điện âm
* Phan giữa là nhân mixen
Đó là tập hợp những phân tử vô cơ, hữu cơ hay hữu cơ - vô cơ, có cau trúc tinh thê hay vô định hình; là những axit mùn; hidroxit nhôm, sắt, silic và những phan tử
khoáng thứ sinh.
Tính chất và sự phân li của nhân mixen là yếu tổ quyết định dau điện tích của keo. Dưới tác dụng của môi trường, lớp phần tử bê mặt của nhân keo được phân li thành ion nên bề mặt của nó tích điện.
s* Lop ion tạo điện thể ( lớp ion quyết định thé hiệu)
Trên bê mặt nhân keo có một lớp ion được tạo thành do sự phân li của nó gọi là
lớp ion tạo điện thé. Dau điện tích của keo chính là dau của lớp ion tạo điện thể này.
Nhân keo + lớp ion tạo điện thé = hạt keo (granul)
Lớp ion bi
Vì hạt keo mang điện của lớp ion tạo điện thể và do sức hút tĩnh điện mà tạo thành một lớp ion trái dau bao bên ngoài hạt keo gọi là lớp ion bù.
SVTH: Hà Như Huệ Trang 19
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Binh
Lớp ion bù với lớp ion tạo điện thé bằng lớp điện kép. chia thành 2 lớp:
¢ Lớp ion có định (lớp ion bat động): gồm những ion bù ở gần hạt keo hơn,
chịu lực hút tĩnh điện mạnh, bám chặt hơn lên hạt keo và hầu như không đi
chuyền.
Granul + tang ion có định của lớp ion bù = phan tử keo (tiểu phân, keo lap)
° Tang ion khuéch tan gôm những ion cách xa hạt keo hơn của lớp ion bù, chịu sức hút tĩnh điện yếu nên dé di chuyển ra ngoài dung dịch giữa các mixen keo, có thé trao đôi với ion khác trong dung địch đất.
Granul + lớp ion bất động + lớp ion khuếch tán = mixen keo.
3.1.2. Thanh phần của keo đất P1
Hệ keo đất gồm có keo hữu cơ và keo vô cơ
3.1.2.1. Keo hữu cơ
Thường là keo min (axit humic, axit [unvic va muỗi của nó), thường tích điện âm và có khả năng hap phụ trao đổi cation do có nhóm ~COOH và -OH (phenol). H trong các nhóm này có thé thay thé bing các cation khác.
Chat min khi kết hợp với các bazơ trong đất tạo thành các mudi và khi tương tác với dung dịch đất lại có thé trao đổi cation khác trong dung dịch.
VD: R(COO); Ca + 2KCI — R(COOK); + CaCl, 3.1.2.2. Keo vỗ cơ
Thường là những chất vô cơ có cau tạo tinh thê thuộc loại khoáng aluminosilicat
như kaolinit. mongmorilonit..., có thé là những khoáng vô định hình như tập hợp các phân tử axit silicic, các sắt và nhôm hiđroxit,
Các khoáng silicat trung hòa về điện tích có thê phát sinh điện tích âm
(SiOz), —> [(SiO¿)„¡AlO;} — [(SiO;),;(AIO;¿);]?
Các hạt keo đất vô định hình như sắt, nhôm hiđroxit có điện tích phụ thuộc và
môi trường.
O môi trường axit:
[AI(OH):]„ = [Al,(OH)3,.;]" + OH [Fe(OH)3], = [Fe,(OH)s,.;]" + OH
SVTH: Hà Như Huệ Trang 20
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Binh
————-=
Ở môi trường bazơ:
[AI(OH);], = [Al, O (OH)3,.1] + H” (pH = 8,1)
[Fe(OH);], = (Fe, O(OH)s,,) + H* (pH =7,1)
Vì đất có xu hướng chua dan nên trong nhiều loại đất các keo vô định hình của sắt, nhôm hiđroxit thường là keo đương.
= Dựa vào cấu tạo hạt keo, ta thây nó có tính điện tương déi động. Day chính là
nguyên nhân keo có khả năng hấp phụ hóa lí.
3.2. Tính chất hap phụ chất dinh dưỡng
Khả năng hap phụ chất dinh dưỡng của đất là khả năng hút và giữ các ion, các chất khác nhau từ dung dịch đất và giữ chúng lại. Nhờ đó mà đất giữ được chất dinh dưỡng cho cây trong, hạn chế sự rửa trôi và trao đổi chất đinh dưỡng với dat. Mặt khác, cũng nhờ vào đó, cây có khả năng điều tiết được nông độ các ion thích hợp
cho cây.
3.3. Các dạng hấp phụ
3.3.1. Hap phụ sinh hoc
Là kha năng hút và giữ các chất đính duéng từ dung địch đất bởi sinh vật (vi sinh vật, cây xanh) dé biến đổi các chất này thành chất hữu cơ dé cây sinh trưởng và
phát triển. Dong thời xác của vi sinh vat, thực vật và động vat là nguồn chất hữu cơ
bô sung cho đất nhờ hấp phụ sinh hoc = có ý nghĩa đối với sự hình thành đất và cung cấp phân bón cho đất.
Quá trình này có lợi khi đất giàu dinh dưỡng, các chất dé tiêu cây sử dụng không hết được nhóm vi sinh vật, thực vật này giữ lại, do vậy tránh được sự rửa trôi chất
đinh dưỡng.
Tuy nhiên, trong điều kiện đất nghèo dinh dưỡng, vi sinh vật phát trién mạnh sẽ
tranh giành chất đinh dưỡng với cây trông làm cho cây kém phát trién do thiểu thức
an.
3.3.2. Hap phụ cơ học
Do các hạt đất sắp xếp không khít nhau làm cho đất có khe hở hoặc có những mao quản. Khi các chất đi chuyển, chúng bị khe hở giữ lại. Nhờ đó, đất thu hút được nhiều chất dinh đưỡng và vi sinh vật có ich, không dé cho nước cuốn trôi đi.
CC annnnnnnnanaanaaaami
SVTH: Hà Như Huệ Trang 21
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Binh
————-=
3.3.3. Hấp phụ lí học
Dạng hấp phụ này xảy ra trên bề mặt của keo đất. Do năng lượng mặt ngoài của keo đất khá lớn làm cho đất có khả năng giữ lại trên bề mặt hạt keo nhiều chất khác
nhau.
Sự hap phụ này phụ thuộc vào diện tích bề mặt của hạt keo, thành phan cơ giới của đất. Diện tích bề mặt hạt keo càng lớn. sự hấp phụ lí học càng lớn.
¢ Sự hấp phụ đương: phân tử các chat tan trong dung dich đất bị keo đất hap phụ. Do đó, nồng độ dung dịch xung quanh hạt keo thưởng cao hơn so với những điểm xa keo đất. Đây là cơ chế của sự hấp phụ các chất hữu cơ. Trong
số các hợp chất vô cơ phức tạp trong dat, chỉ có bazơ mới có thẻ có hap phụ
dương.
e Su hấp phụ âm: những chat vô cơ tan trong nước, những dung dịch clorua,
nitrat. Nhờ có hiện tượng này mà các clorua và nitrat dé di chuyên trong dat xuống lớp đất dưới.
=> Hiệu lực của phân clorua, nitrat bị giảm sút do chúng dé bị rửa trôi và không
có khả năng tích lũy lại trong đất.
3.3.4. Hấp phụ hóa học
Nguyên nhân là trong đất có những phan ứng hóa học xay ra, bien đổi một số
chat tan thành dang kết tia ở lại trong phân răn của đất.
Ví dụ: ở đất chua và đất đỏ có nhiều nhôm và sắt, sự hấp phụ hóa học của axit photphorit chủ yêu điển ra theo hướng tạo thành sắt, nhôm photphat it tan.
Fe(OH); + H;PO¿; — FePO, + 3H;O AI(OH); + HPO, — AIPO; + 3H:O
Do đó môi trường đất có anh hưởng rõ rệt đến sự hấp phụ hóa học. Sự hap phụ này có lợi trong trường hợp đất có nhiều sắt, nhôm đi động cho nên cây khỏi bị ngộ độc do hàm lượng các ion này cao. Tuy nhiên, lân dé tan bị chuyền thành dạng kết
tủa, cây trong sẽ thiêu lân. Hiệu suất của lân bị giảm sút.
LG annnnnnnnnanaanaaaaami
SVTH: Hà Như Huệ Trang 22
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Binh
3.3.5. Hap phụ hóa lí
Hắp phụ hóa lí là khả năng hạt keo (có thành phần vô cơ hoặc hữu cơ phức tạp) hút và giữ các cation trên bề mặt chúng đồng thời có kèm theo sự tách một đương lượng các ion khác (Ca, Mg...) tir bè mặt keo dat ra dung dich.
Ví dy: khi xử lí đất đã bão hòa ion canxi bằng dung dịch kali clorua, các cation K*
từ dung dịch bị hap phu lén bé mat keo dat, dong thời từ bề mặt keo đất, một đương
lượng Ca?” được chuyên ra dung dich
(KĐ" ] Ca” +2KCI — [KÐ"]2K* + CaCl;
Trường hợp này diễn ra sự trao đổi cation nên gọi là hấp phụ trao đôi cation.
Đây là quá trình chủ yếu trong các phản ứng diễn ra trong đất, ảnh hưởng lớn tính chat lí học, hóa lí của đắt: cấu tượng và khả năng đệm của đất. Biến đổi hóa học của nhiều loại phân bón nhất là phân kali và phân đạm dễ tan. phần lớn bị chỉ phối bởi
quá trình hap phụ trao đồi.
3.4. Các qui luật cơ bản của hấp phụ hóa lí cation'”!
Khi dung dịch chất điện li tiếp xúc với các hạt keo thì sẽ xảy ra cân bằng động
giữa hạt keo và dung địch
[KD" ]Ca”” + 2KCI = [KD"] 2K" + CaCl;
Cân bằng giữa các cation lớp ngoài của keo và dung dịch xung quanh hạt keo chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố: tính chất các cation, hạt keo và dung dịch.
3.4.1. Tính chất của các cation
® - Hóa trị của cation càng cao thì khả năng hap phụ vào lớp ion bù của keo âm càng lớn. Ở cùng điều kiện thì khả năng hấp phụ
M<M”<M”
e Đối với các cation có cùng hóa trị, khả năng hấp phụ lại phụ thuộc vào bán kính ion hiđrat hóa: bán kính ion hiđrat hóa càng nhỏ thì kha năng được hap phụ
cation càng lớn. Các ion có cùng điện tích, cùng hóa trị thì ion nào có bán kính càng
nhỏ thì mật độ điện tích càng cao nên hút được nhiều lưỡng cực nước hơn và có bán
kính hiđrat hóa lớn hơn làm khả năng hấp phụ cation của chúng yếu đi.
¢ Riêng đối với ion H”, do tôn tại đưới dang ion hiđroxoni trong nước với bán kính rất nhỏ so với các ion hiđrat hóa khác (1,35A°), nên bị hút rat mạnh vào keo
SVTH: Hà Như Huệ Trang 23
Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Văn Binh
đất: mạnh hơn tat cả các cation hóa trị I và trong một vải trường hợp còn mạnh hon
cả cation hóa trị H.
Ví dụ: khả năng hap phụ của các cation tăng dan Li* < Na* < K* < NH‡ <H* < Mg” < Ca”
e Cation nao được hấp phụ vào keo đất càng mạnh thì càng khó tách: hóa trị của cation càng lớn thì hợp chất của chúng với các ion của lớp điện kép càng phân li
yếu. Ngoài ra, lớp vỏ hiđrat hóa của cation càng lớn thì nó càng dễ tách ra. Do vậy.
khả năng tách tăng dần theo thứ tự
Ca” <Mg”< H*<K* < NH‡ < Na” < LÍ 3.4.2. Tính chất của keo đất
Ban chất hóa học và cau tạo của keo đất có ý nghĩa to lớn đối với khả năng hap
phụ ion. Tinh đa dạng của keo đất tạo nên những đặc tinh hap phụ các cation.
Các cation hóa trị I, KỲ và H* được keo khoáng (NH‡ — muscovit, biotit) hap phụ mạnh hơn Ca”” và Mg” so với mongmorilonit và kaolinit,
Bang 3.1: Sự trao đổi của clorua có các cation khác nhau với các keo NH, —
khoáng
>.
*< Ca”! < Ba’ <K*<H*
b >
*<CaTM* < Bat <K* <H*
NH, — muscovit Li < Na* < Mg NH, - biotit LÍ < Na* < Mg2
Axit humic, mongmorilonit và kaolinit có khả năng hap phụ Ca”? nhiều hon NH}
nhưng muscovit thì ngược lại.