Bevezetés a talajtanba VIII. Talajkolloidok
Kolloid rendszerek (kolloid mérető részecskékbıl felépült anyagok): Olyan két- vagy többfázisú rendszer, amelyben valamely anyag mérete a tér valamely irányában 1-500 nm (nm=10-9 m) közé esik. (Talajtanban felsı határnak a 0,002 mm = 2 µm t tekintik.)
Kolloid rendszerek fı jellemzıje a nagy fajlagos felület: az anyagi rendszer felaprózottságát (diszperzitás fokát) fajlagos felülettel jellemezhetjük > mértékegysége: cm 2 /g, vagy cm 2 /cm 3. A talaj fajlagos felülete 1-500 m 2 /g. Az egyes talajkolloidok esetén: Humuszkolloidok: 800-1000 m 2 /g Monmorillonit, vermikulit: 600-800 m 2 /g Illit: 50-200 m 2 /g Kaolinit: 1-10 m 2 /g.
Kolloid rendszerek CSOPORTOSÍTÁSA: lamelláris (lemez alakúak: agyagok), fibrilláris (szál alakúak: humusz kolloidok), korpuszkuláris (gömb v. kocka alakúak: finom eloszlású kvarc, csillám vagy földpát szemcsék) kolloidok. Homodiszperz (csak azonos mérető részecskék alkotják) vagy polidiszperz rendszer. A talaj mindig polidiszperz rendszer. Felületi sajátságai alapján: poláris (elektromos pozitív, vagy negatív töltése van) és apoláris kolloidok. A talajkolloidok túlnyomó része (agyagásványok, humuszkolloidok stb.) elektronnegatív.
A kolloidok talajbeli szerepe: Víz- tápanyag gazdálkodás, toxikus elemmegkötés. Talaj fizikai tulajdonságainak kialakítása, szerkezet képzés. Talaj környezeti tompító képességének kialakítása, sav-bázis és környezeti puffer funkció..
A TALAJ KOLLOIDMÉRETŐ ALKOTÓI I. Ásványi kolloidok Ásványtörmelék: A talajképzı kızet mállásnak ellenálló részei, elsısorban kvarc- és csillámpor. Agyagásványok: A primér szilikátok mállását követıen képzıdı másodlagos szilikát ásványok. Nagy belsı felülettel rendelkeznek. Kovasavak, Fe- és Al-hidroxidok: Elsısorban intenzív mállásnak kitett barna erdıtalajokban és réti talajokban fordul elı, amorf gélek formájában válnak ki, száraz talajokban kikristályosodnak. Amfoter kolloidok: azaz felületi töltése a közeg ph-jától függıen pozitív vagy negatív is lehet. Jellemzı rá egy olyan ph érték (IEP: izoelektromos pont, vagy izoelektromos ph), amelyen a részecske kifele semleges, ez alatt anionokat köt meg, lúgosabb ph-n pedig kationokat.
A TALAJ KOLLOIDMÉRETŐ ALKOTÓI II. Szerves kolloidok Humuszkolloidok: Különbözı molekula tömegő, elágazó láncokból álló óriás molekulák. Nagy belsı felületük az összegabalyodott molekulaláncok miatt jön létre. Amfoter kolloidok, de az IEP igen savas tartományban van: átlagos talajban a humusz kolloidok negatív töltésőek. Nem humusz jellegő szerves kolloidok: Pl. fehérjék, poliszacharidok. Kolloid sajátosságú amorf anyagok. Szerves-ásványi komplexumok: Különbözı szerves és ásv. kolloidok nem függetlenek egymástól, gyakran egymáshoz tapadva fordulnak elı: agyagásványokat humuszhártya veheti körül, pl. a montmorillonit a kristályrácsa rétegei között is megköthet humuszmolekulákat.
A talajkolloid felépítése
Talajkolloidok felépítése
Talajkolloidokon lejátszódó folyamatok Gızök, gázok adszorbciója Folyadék adszorbciója Oldott anyagok adszorbciója és kemoszorbciója szilárd felületen
Kationcsere kapacitás
A talaj kationcsere kapacitása: T értéke (CEC angol szakirodalomban) Ion egyenértéktömege=atomtömeg/vegyérték A kémiai egyenérték az ionok azon mennyiségeit adja, amelyek egymással kémiai kötésbe lépnek.
A T érték függ a talaj fizikai féleségétıl
Agyagfrakció határa
KATIONCSERE, KATIONMEGKÖTÉS TÖRVÉNYSZERŐSÉGEI I. Mérsékelt övi talajok kolloidjainak felületén a negatív töltéshelyek dominálnak -> kation adszorbció a jellemzı. (Trópusi talajok esetén nagyobb az Al, Fe-hidroxidok aránya - > anioncsere is domináns.) Kationcsere a kolloidok felületén adszorbeált kationok és a talajoldat kationjai között zajlik, s dinamikus egyensúly kialakulásához vezet. Ez az állapot fennmarad, amíg (pl. száradás, csapadék stb. hatására) az oldat koncentrációja nem módosul.
KATIONCSERE, KATIONMEGKÖTÉS TÖRVÉNYSZERŐSÉGEI II. Azon ionok adszorbeálódnak erıteljesebben, amelyek a micella magban eleve megtalálhatók: pl. agyagásványok esetén a Al 3+, Fe 2+, Mg 2+, K +.. Azonos koncentráció esetén a nagyobb vegyértékő kationok nagyobb mértékben adszorbeálódnak, mint a kisebb vegyértékőek. Azonos vegyérték esetén a kevésbé hidratáltak adszorbcióképessége nagyobb, mint a jobban hidratált ionoké.
KATIONCSERE, KATIONMEGKÖTÉS TÖRVÉNYSZERŐSÉGEI III. A fentieken alapuló adszorbciós affinitási sorrendet (liotrop sor) Hofmeister állította össze: A proton és a hidroxilion (H+ és OH-) mindegyik ionnál jobban adszorbeálódik. A proton sugara kisebb az ionok és molekulák átlagos sugaránál, innen ered mozgékonysága.
KATIONCSERE, KATIONMEGKÖTÉS TÖRVÉNYSZERŐSÉGEI III. Az oldat konc. változásával módosul a kationok vegyértékének adszorbciót befolyásoló hatása. A talajoldat hígulásával a nagyobb vegyértékő kationok mőködése fokozódik a kisebb vegyértékő kationokkal szemben, tehát a vegyérték hatása jobban érvényesül. Az oldat töményedésével a kisebb vegyértékő kationok adszorbciójának lehetısége nı. -> csökken a vegyértékbıl adódó különbség.
Domináns kationok talajtani hatásai Na-talaj: S Na %>15, a talaj szikes, rossz fizikai, vízgazdálkodási tulajdonságok Mg talaj: S Mg %>30%, Mg nagy vízmegkötı képessége következtében magas holtvíz tartalmú talajok (aszályérzékenység) Ca-talaj: S Ca %>70-80%, jó szerkezetképzıdés, jó sav-bázis pufferképesség.