- Phản ứng hoà tan. - thì tốc độ hoà tan bề mặt có kiểm soát có thể được biểu diễn bằng công thức:. - Biểu thức về tỷ lệ trong công thức 5.1 áp dụng cho phản ứng hoà tan khoáng bề mặt có kiểm soát sau quá trình trao đổi ion nhanh hay phản ứng sonvát xảy ra, nhưng xảy ra trước khi đạt điểm cân bằng giữa khoáng và dung dịch đất. - Mối quan tâm tương tự dành cho phản ứng hoà tan vận tải có kiểm soát bị chi phối bởi biểu thức như công thức 2.2 trong Đề tài đặc biệt 2.. - Tiếp sau khái niệm nhiệt động hoá học được giới thiệu ở phần 4.5, ta có thể xác định một hằng số cân bằng hoà tan cho phản ứng trong công thức 5.2 và 5.3:. - H2O (l) vào công thức 5.3 và thay công thức 5.7 bằng việc xác định:. - Vế phải của công thức 5.6 - 5.8 chứa tích số hoạt động ion ứng với pha rắn hoà tan. - Với phản ứng hoà tan của MaLb rắn,. - Tích số hoạt động ion (IAP) được xác định bằng công thức:. - IAP có thể được tính độc lập với số liệu của sự hình thành dung dịch đất theo phương pháp đã bàn ở phần 4.5. - Do vậy công thức 5.10 có thể được áp dụng mà không cần biết phản ứng hoà tan ở công thức 5.9 thực sự đã cân bằng chưa. - 1 thì dung dịch đất "không bão hoà". - Phản ứng phong hoá liên quan đến các khoáng này có trong công thức b và 5.2. - Phản ứng hoà tan của anhydrit là một trường hợp đặc biệt của công thức 5.9:. - Các phản ứng hoà tan của thạch cao và canxit tương ứng có trong công thức 5.2 và 2.9b với log Kdis = -4,62 (thạch cao) và +1,93 (canxit). - Phản ứng hoà tan tổng hợp là:. - Công thức tương ứng cho log Kdis là:. - 1,0 sẽ được dùng trong công thức 5.16.. - của công thức 5.16 để chuẩn bị làm biểu đồ tỷ lệ - hoạt động là:. - lớn nhất tại giá trị pH nào đó dưới điều kiện tính theo công thức 5.16. - 10-2 vào công thức 5.16a và 5.16b, ta có:. - kết quả này không thay đổi nếu hoạt động của ion sunfat mạnh hơn được dùng trong công thức 5.16a và 5.16b để dùng cho dung dịch đất nồng độ cao hơn. - 11.1 Vòng tuần hoàn của proton. - Đất được gọi là chua nếu giá trị pH của pha dung dịch lỏng <. - Hình 11.1 Yếu tố vật lý, hoá học và sinh học ảnh hưởng tới giá trị pH của dung dịch đất. - Mỗi quá trình tự nhiên này có thể mang proton và các chất tan khác vào dung dịch đất xung quanh từ nguồn bên ngoài. - Các quá trình hoá học quan trọng có ảnh hưởng đến pH của dung dịch đất là sự phân ly của axit carbonic (H2CO3. - Sự hình thành axit carbonic và phản ứng phân ly của nó trong dung dịch đất được thảo luận ở phần 1.4 và 2.5. - H+ (nước) dung dịch đất. - Công thức 11.1 cho thấy áp suất của CO2(g) (trong khí quyển) và hoạt độ của ion bicarbonat cho biết pH của dung dịch đất. - Giá trị pH của dung dịch tinh khiết của H2CO , mà (H. - Do vậy giá trị pH gần 5,0 có thể được mong đợi trong dung dịch đất nếu sự phân ly axit carbonic là phản ứng hoá học chi phối độ chua của đất.. - Với đất trong đó có vòng tuần hoàn hoạt động của chất hữu cơ (ví dụ đất rừng, đất than bùn và đất đầm lầy, và Mollisols sử dụng mục đích nông nghiệp), các phản ứng này làm ảnh hưởng căn bản đến pH dung dịch đất. - Các ví dụ được đưa ra ở công thức 3.3, 3.4 và 3.6. - ANC biến mất khi đạt cân bằng điện tích trong dung dịch đất chỉ với ion ở vế phải công thức 11.3. - Nó tiếp theo từ công thức 11.3 và 11.4, trong trường hợp này, ANC có thể được biểu thị ở dạng:. - Trong bài tập 8 chương 4, vế phải của công thức 11.5 được định nghĩa là tính kiềm. - Khi có mặt các ion khác, ANC ở công thức 11.3 sẽ không bị triệt tiêu trừ khi pH được điều chỉnh để triệt tiêu về phải của công thức 11.5. - Tương tự, ta có thể dùng biểu thức cân bằng điện tích như công thức 11.4 để chỉ ra ANC của một huyền phù của mùn đất được đưa ra bởi công thức 3.7 (với ANC triệt tiêu với huyền phù mùn nguyên chất). - Cả hai công thức 3.7 và 11.5 có thể được biểu thị bằng 'trên đơn vị khối lượng'. - Bảng 11.1 thể hiện 4 đánh giá như vậy cho đất chua ở Hoa Kỳ và châu Âu. - Số liệu trong bảng 11.1 cho thấy, nói chung sự lắng đọng, CO2, sản phẩm chất hữu cơ và vòng sinh học (hấp thụ ion và phản ứng oxy hoá - khử liên quan đến C, N và S) làm cho đất chua.. - Proton tạo ra từ các quá trình này được dùng trong phản ứng phong hoá khoáng (thuỷ phân, tạo phức chất và trao đổi ion) phóng ra các cation kim loại và silic vào dung dịch đất. - Tức là nó khác không cho số liệu trong bảng 11.1 (đặc biệt là hàng 4) cho thấy xác định lượng proton trong đất ngoài đồng khó đến mức nào.. - trong phản ứng trao đổi như ở công thức 3.4:. - 2H+(nước) (11.7a). - Ca2+(nước) (11.7b). - Nếu một dung dịch BaCl2 không đệm được dùng để cung cấp Ba2+ cho phản ứng trong phương trình 11.7 thì kết quả CEC thường nhỏ hơn thành phần điện tích bề mặt thực lớn nhất, trong khi dùng dung dịch BaCl2 có đệm tại pH 8,2 sẽ cho CEC xấp xỉ điện tích bề mặt thực lớn nhất. - Sự phụ thuộc pH của độ chua muối thay thế được minh hoạ ở hình 11.2 cho tầng dưới bề mặt của một số đất miền Đông Hoa Kỳ. - Các pha rắn chủ yếu có thể kiểm soát hoạt độ của Al3+ (nước) trong dung dịch đất được giới thiệu ở phần 2.3, 2.4. - Phản ứng hoà tan của khoáng mang nhôm. - Phản ứng log K298. - Một biểu đồ tỷ số hoạt độ dựa trên các phản ứng, giá trị log Kso, và biểu thức log(Al3+) trong bảng 11.2 được thể hiện trên hình 11.3. - xuất hiện trong hình 11.3: gipxit, kaolinit và silica (thạch anh tới silica vô định hình). - Vì vậy, trong hình 11.3, trừ khi kaolinit kết tinh tốt được hình thành, bốn pha rắn mang Al đại diện trên biểu đồ có thể cùng tồn tại trong đất chua đang bị phong hoá. - Bảng 11.3 đưa ra ví dụ tương tự với bảng 4.4. - Sự hình thành dung dịch đất chua (pH 4,7) T h à n h. - Ngoài các loại Al đơn thể trong bảng 11.3, dấu hiệu tồn tại của các loại Al nhiều nhân tương đối bền, đặc biệt trong phức chất với OH- (nước) và anion hữu cơ. - Bảng 11.3 đưa ra loại dữ liệu hình thành pha lỏng, sự phân bổ cation trao đổi có thể tính được nếu hằng số trao đổi có điều kiện được đo. - Ví dụ, xem xét tương tự phương trình 11.7b cho trao đổi Ca-Al:. - 2 Ca2+(nước) (11.10) Hằng số trao đổi có điều kiện (công thức 9.23) là:. - Nếu cK12 được đo như một hàm của x2 (hay nếu một trong các model trao đổi ion được coi là chính xác), thì công thức 11.11 có thể được đo để tính phân số mol của Al3+ có thể trao đổi ở điểm cân bằng với dung dịch đất. - dựa trên bảng 11.3 (và công thức 4.23 với I = 227 mmol m-3), ta tính từ công thức 11.11:. - Các phản ứng hoà tan trong bảng 11.2 tiêu tốn proton và đưa cation kim loại và silica trung tính vào dung dịch đất, do đó góp phần vào cường độ đệm của đất trong lúc giảm dung lượng trung hoà axit của chất rắn trong đất. - Tác dụng tương tự với phản ứng trao đổi cation trong phương trình 11.10 (theo hướng từ trái sang phải), vì Al3+(nước) di chuyển ra từ dung dịch đất kích thích giải phóng OH- và giảm ANC của độ hấp phụ của đất (công thức 11.8). - Loại thay đổi ANC này trong chất rắn của đất cũng được phản ánh ở cột 4 của bảng 11.1 bởi giá trị âm của dòng proton: thay đổi ANC của chất rắn đất gần như tỷ lệ với dòng proton thực gây ra bởi phong hoá.. - Kết luận trực tiếp từ công thức 11.3 là sự giải phóng các anion không thêm proton vào dung dịch đất qua phong hoá sẽ giảm ANC của nó. - e-(nước) (11.12). - Phản ứng l o g. - H2O(l) 11.5 CH2O(dd. - Các phản ứng trong bảng 11.4 nói rằng các quá trình khử đặc trưng trong đất sẽ lấy hết proton của dung dịch đất nếu chúng cặp đôi có hiệu lực với chất oxy hoá của chất hữu cơ dễ phân. - Sự mất proton này làm giảm tính kiềm của dung dịch đất (công thức 11.5) vì hoà tan CO2(g) tạo ra từ bán phản ứng oxy hoá không thể thay đổi tính kiềm (gọi tính kiềm của một dung dịch H2CO tinh khiết là bằng không). - Theo các thuật ngữ định lượng, các quá trình oxy hoá - khử tạo ra các loại chất khử dạng lỏng dẫn tới việc thay đổi công thức 11.3 do ANC của dung dịch đất. - [NO3-] (11.13). - Kết hợp công thức 11.13 với điều kiện tổng quát cân bằng điện tích thì sẽ dẫn tới công thức tổng quát của công thức 11.5:. - [H+] (11.14). - Các nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng cho thấy tầm quan trọng của các phản ứng trong bảng 11.4 tới khả năng trung hoà axit nói chung trong môi trường đất. - Ví dụ, các quá trình khử song song với các phản ứng trong bảng 11.4 xảy ra khi nitrat và sunfat được cây lấy đi và trở thành một phần của sinh khối cây trồng (chú ý sự hoàn chỉnh của "công thức Redfield". - Sự hấp thu sinh học này cũng làm tăng tính kiềm của dung dịch đất. - Ngược lại, sự khoáng hoá chất hữu cơ trong đất sẽ làm giảm tính kiềm của dung dịch đất do tạo ra NO3- và SO . - Nếu N được cung cấp cho cây ở dạng NH4+, tính kiềm của dung dịch đất sẽ giảm, cả từ việc hấp thu NH4+ và từ sự oxy hoá NH4+ thành NO3- trong dung dịch đất (công thức 11.13). - Phân N bị khử như NH4NO3, (NH2)2CO (urê), NH3, và (NH4+)2SO4, có thể giảm tính kiềm của dung dịch đất qua oxy hoá. - Phản ứng hoá học cơ bản nhấn mạnh khái niệm nhu cầu bón vôi ở phương trình 11.10. - Ví dụ, nếu thêm vào đất CaCO3(s) và Al(OH)3(s) kết tủa thì ta có thể kết hợp công thức và 11.10 để có phản ứng tổng quát:. - 3CO2(g) (11.15). - 2AlOHSO4.5H2O(s) (11.16). - Chú ý: phản ứng 11.15 sẽ không thay đổi dung tích bão hoà axit của dung dịch đất, mặc dù cả hai phản ứng đều làm tăng ANC của độ hấp phụ đất. - không tạo kết tủa thì ANC của dung dịch đất sẽ giảm. - Tác dụng này có thể thấy được bằng cách thêm Al3+(nước), AlOH2+(nước) và Al(OH) (nước) vào vế trái của công thức 11.4, sau đó kết hợp với công thức 11.3 để có biểu thức:. - (11.7) Nếu phương trình 11.15 xảy ra trong đất thì hoạt độ của Al3+(nước) và Ca2+(nước) trong dung dịch đất bị chi phối bởi công thức 5.8 và biểu thức hằng số trao đổi nhiệt động:. - AlX3 ) 2 (Ca2+)3/( CaX2 ) 3 (Al Các công thức này có thể được kết hợp với nhau để có quan hệ:. - (11.19) Vế trái của công thức 11.9 gọi là thế năng vôi, một biến hoạt độ bằng một nửa logarit tự nhiên của IAP của Ca(OH)2(s) (Phần 5.1). - Công thức 11.19 cho thấy thế năng vôi phụ thuộc chặt chẽ vào hoạt độ của CaX2(s) và AlX3(s) trong độ hấp phụ đất.. - Việc áp dụng công thức 11.19 vào các vấn đề của đất chua được minh hoạ bằng cách chọn model Rothmund-Kornfeld để biểu thị hoạt độ cation trao đổi.. - Thay công thức (MXZm. - E (với b = 1) vào công thức 11.19, ta có:. - log[ECaX2/(1- ECaX2)] (11.20). - Giá trị hợp lý của *Kso và Kex tương ứng là 108,77 và 100,3, lựa chọn này dẫn đến giá trị 3,0 cho phần tử đầu tiên của vế phải công thức 11.20. - Trong dung dịch đất của các đất xolonchăc lượng Na+ thường lớn hơn lượng K+ hàng chục lần.. - Dung dịch đất xolonchăc (thảo nguyên cằn cỗi)
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt