Происхождение коллоидных частиц в почве, их формирование и строение. Коогуляция и пептизация коллоидов, значение этих явлений в почвообразовании.

К почвенным коллоидам относятся частицы диаметром < 0,0001 мм, хотя явно выраженные свойства коллоидов имеют частицы менее 0,001 мм. Содержание коллоидных частиц колеблется от 1 до 40 % массы почвы в различных подтипах почв. Однако даже при небольшом содержании они играют очень важную роль в сорбционных процессах. Причины этого в том, что у почвенных коллоидов из-за малого размера частиц огромная суммарная поверхность и она имеет своеобразную природу, способствующую протеканию сорбционных процессов. Почвенные раздробленные частицы, как и любое раздробленное тело, обладают свободной поверхностной энергией, так как молекулы и атомы, расположенные на поверхности какого-либо вещества, находятся в иных условиях, чем атомы и молекулы внутри него. Молекулы внутри вещества испытывают одинаковое притяжение со всех сторон, поскольку окружены такими же молекулами. Находящиеся на поверхности молекулы имеют различное притяжение снаружи и изнутри, так как соприкасаются с газообразной или жидкой средой. Поэтому они имеют некоторое количество свободной энергии, которая вызывает поверхностное натяжение на границе соприкосновения коллоидных частиц с внешней средой. Чем больше удельная поверхность вещества, тем больше поверхностная энергия, которая и вызывает различные почвенные процессы и в значительной мере обусловливает поглотительные свойства почв. Следовательно, чем больше коллоидов в составе почвы, тем сильнее выражена ее поглотительная способность (в почвах более тяжелого механического состава).

Коллоиды различаются по происхождению, способу образования, заряду, составу.

Существуют два способа образования почвенных коллоидов: 1) диспергирование – измельчение в процессе выветривания крупных частиц (главным образом минеральные коллоиды); 2) конденсация – физическое или химическое соединение молекулярно раздробленных частиц (главным образом органические).

По составу или происхождению коллоиды делятся на:

1) минеральные – представлены частицами вторичных минералов, прежде всего глинистыми (монтмориллонит, каолинит, галуазит и др.), гидрооксидами Fe, Al, коллоидными формами кремнезема. Могут быть кристаллическими (глинистые минералы) или аморфными (полуторные гидроксиды). Составляют 80 – 90 % почвенного поглотительного комплекса (ППК);

2) органические – накапливаются в почве в результате разложения растительных остатков (различные гумусовые вещества). Обычно аморфные, составляют 5 – 10 % ППК.

3) органо-минеральные образуются при взаимодействии органического вещества почвы с глинистыми минералами и гидроксидами элементов с переменной валентностью (Fe, Mn), составляют около 5 % от ППК.

Коллоидная частица имеет сложное строение и называется мицеллой. В центре находится ядро, состоящее из недиссоциированных молекул аморфного или кристаллического вещества. На поверхности ядра располагается слой молекул, способных к диссоциации, который называется двойным электрическим слоем ионов. Внутренний –потенциалопределяющий – слой состоит из неподвижных ионов, прочно связанных с ядром. Ядро мицеллы вместе с потенциалопределяющим слоем ионов образует гранулу. Вокруг гранулы расположен внешний двойной слой ионов с противоположным зарядом – компенсирующий. Часть ионов неподвижна и прочно связанна с потенциалопределяющим слоем, часть – подвижна и способна обмениваться на ионы почвенного раствора – это диффузный слой мицеллы.

Коагуляция коллоидов происходит главным образом при их взаимодействии с электролитами (растворами солей, кислот и щелочей), которые в растворе распадаются на ионы с «+» или «–» зарядом. Коллоиды с «+» зарядом коагулируются анионами, с «–» зарядом – катионами. Коагулирующая способность катионов различна и зависит от их валентности и атомной массы. Одновалентные катионы коагулируют слабее двухвалентных, а двухвалентные – слабее трехвалентных.

По степени коагулирующей способности К.К.Гедройц расположил все катионы в следующем порядке:

Li+< Na+ < NH+< K+< Mg2+ < H+< Ca2+< Ba2+< Al3+< Fe3+

Коагуляция может быть обратимой и необратимой, т.е. золь, перешедший в гель, снова может перейти в раствор либо его обратный переход затруднен или невозможен. Обратимая коагуляция вызывается одновалентными, необратимая – двух- и трехвалентными катионами. Под действием двух- и трехвалентных катионов почвенные частицы склеиваются в комочки, имеющие большую устойчивость и водопрочность, почва становится более структурной, улучшается ее физическое состояние.

Особым явлением представляется процесс тиксотропии коллоидов, чаще всего встречается в криогенных почвах и вызывает их плывунность. Коллоиды находятся в таких почвах в скоагулированном состоянии геля благодаря их своеобразной гексагональной ориентации. Гель не отделяется от дисперсной среды, а застудневает вместе с ней. Полученный гель может быть переведен в золь путем механического воздействия (встряхивания и др.), по прекращении которого с течением времени золь опять переходит в гель.

Пептизация – процесс, обратный коагуляции, когда коллоиды переходят из состояния геля в состояние золя. Пептизация коллоидов отрицательно воздействует на почвообразовательные процессы, поскольку обусловливает разрушение структуры и вымывание коллоидов из верхних горизонтов, что резко снижает их поглотительную способность, ухудшаются физические и химические свойства почвы.