Chương 3:KEO ĐẤT, KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ DUNG DỊCH ĐẤT
3.1.4. Phân loại keo đất
3.1.4.1. Phân loại theo tính mang điện Keo âm (asidott):
Trên mặt nhân keo mang điện âm hay nói cách khác tầng ion quyết đinh thế hiệu là những anion. Các ion trên tầng trao đổi là H+ hay các cation khác. Ký hiệu keo âm là X - H. Trong đất, keo âm chiếm đa số. Ta thường gặp là keo axit silisic, các axit mùn (axit humic và fulvic), khoáng sét...
Keo mang điện âm trong đất bao gồm 2 loại:
Loại mang điện âm thường xuyên: Các khoáng sét sau khi có sự trao đổi đồng hình khác chất giữa các nguyên tố có hoá trị dương cao hơn bằng các nguyên tố có hoá trị thấp hơn (ví dụ: Si4+ được thay thế bằng Al3+, Al3+ được thay thế bằng Mg2+)
- Loại keo không mạng điện âm thường xuyên: Sự thay đổi điện âm của loại keo này phụ thuộc vào pH môi trường (keo lưỡng tính) hoặc sự phân giải của các nhóm định chức (- COOH, - OH) trong các axit mùn sẽ tạo ra điện tích âm.
Trong đất có nhiều keo âm sẽ làm tăng khả năng hấp phụ trao đối cation
Keo dương (basidoit):
Keo dương là keo có tầng ion quyết định thế hiệu mang điện tích dương (trên tầng ion quyết định thế hiệu là các cation). Các ion trao đổi là OH- hoặc anion khác.
Nói chung keo dương chiếm tỉ lệ thấp trong đất. Các keo dương thường gặp trong đất là Fe(OH)3, Al(OH)3 (trong môi trường axit). Cũng có thể keo kaolinit do quá trình ion hoá tạo thành keo dương.
Keo lưỡng tính (Amphohdoit):
Keo này mang điện âm hay dương phụ thuộc pH của môi trưởng đất (pH dependent). Các ion trao đổi có thể là H+, OH- hoặc các ion khác. Các keo lưỡng tính trong đất thường gặp là Fe(OH)3, Al(OH)3, CaCO3...
Sự di Chuyển từ keo âm sang keo dương qua điểm không có điện gọi là điểm đẳng điện, lấy pH biểu thị tại điểm đằng điện gọi là pH đằng điện.
Ví dụ: Sự thay đổi tính mang điện của keo Fe(OH)3 và Al(OH)3 theo phản ứng một trường.
- Đối với keo Al(OH)3: có pH đẳng điện = 8,1
Keo vô cơ kết hợp với keo hữu cơ có tác dụng làm giảm thấp ph đẳng điện. Khi số lượng keo hữu cơ càng nhiều mà kết hợp keo vô cơ sẽ làm pH đẳng điện càng giảm.
Ví dụ: Keo sắt kết hợp keo mùn.
Khi một phân tử Fe2O3 kết hợp 0,07g mùn -> pH đẳng điện = 5,9 Khi một phân tử Fe2O3 kết hợp 0,14g mùn -> pH đẳng điện = 5,2 Khi một phân tử Fe2O3 kết hợp 0,28g mùn -> pH đẳng điện = 4,5
Việc thay đổi pH đất tác động rất lớn tới thành phần keo dương hoặc keo âm trong đất Đối với một số loại đất có chứa nhiều keo lưỡng tính khi bón vôi sẽ làm tăng pH đất đồng nghĩa với việc tăng thành phần keo âm.
3.1.4.2. Phân loại theo thành phần hoá học Keo hữu cơ:
Keo hữu cơ chủ yếu là mùn được tạo thành do sự biến hoá xác động thực vật.
Các keo hữu cơ thường gặp trong đất là axit humic, axit fulvic, lignhin, protit, xenluloza, nhựa và một số hợp chất hữu cơ phức tạp khác.
Keo vô cơ (keo khoáng):
Là keo phổ biến nhất trong đất, nó phân bố ở mọi loại đất và mọi tầng đất. Keo vô cơ bao gồm nhiều loại, nhưng phổ biến nhất là nhóm khoáng vật thứ sinh Alumin silicat (khoáng sét) và nhóm oxit, hydroxyt (oxyt Fe, Al).
Keo hữu cơ - vô cơ:
Các keo hữu cơ trong đất ít nằm ở dạng tự do mà thường liên kết chặt vơi các chất khoáng hoặc các keo vô cơ tạo thành keo phức tạp. Các phức hợp humat kiềm thường bao gồm các dạng: humat canxi, humat natri, humat sắt, humat nhôm. Các axit mùn còn kết hợp với các khoáng sét (kaolinite, montmorilonit) để tạo thành các phức hợp sét mùn. Theo Alexandrova, sự kết hợp giữa axit humic với các secquioxit theo các phương thức sau:
Ở thể sét - mùn:
3.1.4.3. Dựa vào thành phân khoáng
Các khoáng vật sét là các aluminosilicat. Các khoáng vạt này bao gồm khối nhiều lớp của các cấu trúc phiến khối tứ diện và phiến khối bát diện:
- Phiến khối tứ diện (phiến oxit silic): Phiến này được tạo thành do các khối tứ diện oxit silic Khối tứ diện này có Si ở chính giữa và 4 đỉnh là 4 nguyên tử oxy. Như thế khi chúng ta ghép lại thành phiến thì hai bên là lớp oxy, giữa là lớp oxit (Hình 3.5).
- Phiến khối bát diện (phiến gipxit): Phiến này tạo thành do sự gắn liền các khối bát diện (8 mặt) với nhau. Mối khối 8 mặt chính giữa có một nguyên tử Ai, xung quanh có 6 nguyên tủ oxy, hay OH hoặc cả O và OH (hình 3.6).
- Hiện tượng thay thế đồng hình khác chất của các khoáng sét:
Trong quá trình hình thành khoáng sét, một số nguyên tố trong các khối tứ diện hoặc bát diện có thể bị các nguyên tố khác ở ngoài vào thay thế. Sự thay thế này không làm thay đổi hình dạng khoáng vật mà chỉ thay đổi tính chất, vì thế gọi là hiện tượng thay thế đồng hình khác chất. Điều kiện quan trọng của sự thay thế là ion muốn thay thế nhau phải có bán kính tương đương. Ví dụ: Al3+ trong tinh thể có bán kinh r = 0,57A0 có thể bị Fe3+ có r = 0,67A0 thay thể (chứ không thể bị Li+ có r = 1,22 A0 thay thế). Nếu hoá trị của các ion thay thế khác nhau sẽ làm thay đổi tính chất mang điện của keo. Ví dụ: Al3+ thay thế Si4+ thì khoáng vật mang điện âm, P5+ thế Si4+ thi khoáng vật mang điện dương.
- Các loại khoáng sét:
Các khoáng sét thường được phân thành 3 loại lớp khác biệt nhau bởi số các phiến khối tứ diện và phiến khối bát diện kết hợp với nhau. Các loại lớp được thể hiện ở hình 3.7 và các nhóm được mô tả ở bảng 3.2 .
Loại lớp 1 : 1 bao gồm 1 phiến khối tứ diện và 1 phiến khối bát diện. Đại diện cho khoáng sét loại này là nhóm kaotinit có công thức hoá học chung là [Si4]Al4O10
(OH)8.nH2O, trong đó cation để trong các ngoặc vuông thuộc phối trí khối tứ diện và n là số phân tử nước hidrát hoá. Thường sự thay thế đồng hình không đáng kể đối với Si hoặc Al trong khoáng vật sét này (sự thay thế của Fe (III) cho Al chỉ đạt khoảng 3%
mol được tìm thấy ở các đất oxisols). Chính vì vậy dung tích hấp thu cation của kaolinit nhỏ (5 - 10 me/100 g đất) . Trong môi trường pH thấp keo Kaolinit có thể mang điện dương, làm cho keo có khả năng hấp phụ Anion. Keo Kaolinit chiếm tỉ lệ cao trong các loại đất nhiệt đới Tỷ lệ keo Kaolinit trong đất của miền Bắc Việt Nam chiếm từ 30 - 60%. Đất chứa nhiều keo kaolinit thường nghèo dinh dưỡng, tính đệm thấp, chua (Ngô Nhật Tiến, 1970; Đào Châu Thu, 2003).
Loại lớp 2:l là loại có 2 phiến khối tứ diện ở hai bên và 1 phiến khối bát diện ở giữa. Ba nhóm khoáng vật sét của đất có cấu trúc này là ilít, vecmiculít và smectit (Chủ yếu là montmorilonit). Nếu a, b và c là các hệ số tỷ lượng (hợp thức) của Si, Al và Fe (III) của khối bát diện trong các công thức hoá học của nhóm này thì x = 12-a-b- c là điện tích lớp, số điện tích dư của mỗi công thức hoá học được tạo ra do sự thay thế đồng hình. Như đã chỉ ra ở bảng 3.2, ba nhóm 2:1 khác nhau ở hai điểm chủ yếu: điện tích lớp giảm xuống theo thứ tự: ilít > vecmiculít > smectit và nhóm vecmiculít phân biệt với nhóm smectit bởi giới hạn sự thay thế đồng hình ở phiến khối tứ diện. Trong nhóm smectit, những khoáng vật sét có sự thay thế của Al cho Si mạnh hơn sự thay thế của Fe (II) hoặc Mg cho Al được gọi là baydelít, còn những khoáng vật sét có sự thay thế theo chiều ngược lại được gọi là montmorilonit. Công thức hoá học trong bảng 3.2 đối với smectit là điển hình của montmorilonit. Trong bất kỳ khoáng sét 2: 1 nào, điện tích lớp cũng được cân bằng bởi các cation ở các khoảng trống của mặt phẳng cơ bản các nguyên tử oxy của phiến khối tứ diện. Các cation giữa các lớp này được biểu thị bằng chữ M trong công thức hoá học (Bảng 3. 2).
Bảng 3.2 Các nhóm khoáng vật sét
Nhôm Loại lớp Điện tích lớp Công thức hóa học điển hình3 Kaolinit 1:1 <0,01 [Si4]AI4O10 (OH)8.nH20 (n=0 hoặc 4) llít 2:1 1,4-2,0 Mx[Si6,8Al1.2]Al3Fe0.25Mg0,75O20 (OH)4
Vecmiculit 2:1 1,2-1,8 Mx[Si7AI]AI3Fe0,5Mg0,5O20 (OH)4 Smectib 2:1 0,5-1,2 Mx[Si8AI]Al3Fe0,2Mg0,6O20 (OH)4
Clorit 2:1 Với lớp hydroxit chung
Thay dôi (AI (OH)2,55)4[Si6,8AI1,2]Al3,4Mg0,6O20 (OH)4
Ghi chú: a. n - 0 là kaolimt, n = 4 là haluasit, M = cation giữa các lớp hoá tri 1 ; b. Chủ yếu là montmorilonit trong đất.
Đặc trưng cho loại lớp 2: 1 với lớp chung hydroxit là clorit có phiến khối bát diện đôi (hình 3.6). Các cation được phối trí khối bát diện trong clorit ở cả 2 phiến: một bao gồm bát diện M (OH)2O4m-l0 (với Mm+ = Al3+, Fe3+ hoặc Mg2+) kẹp giữa lớp 2:l và một bao gồm chủ yếu bát diện Al (OH)63- phân bố ở trên bề mặt của lớp 2: 1 đó. Để duy trì sự trung hoà điện của toàn bộ cấu trúc, sự chiếm giữ khối bát diện thường lớn hơn giá trị được coi là 8 cho mỗi công thức hoá học đối với 2 phiến khối bát diện, như vậy sự dư thừa điện tích dương sẽ cân bằng với sự dư thừa điện tích âm được tạo ra do sự thay thế đồng hình ở các phiến khối tứ diện.
Có 3 loại phản ứng phong hoá chủ yếu có liên quan đến các khoáng vật sét loại hình 2 : 1 và 1 : 1 (G. Sporito, 1984):