的б表面,而以高岭石为主的红壤和砖红壤胶体的б表面则较小(表2)。粘土矿物或胶体所饱和的阳离子也影响б表面(表3)。 表1 粘土矿物的比表面(m2/g) 表2 几种土壤胶体(<2um)的比表面(乙二醇乙醚法测定) 表3 交换性阳离子对粘土矿物比表面影响(m2/g,乙二醇蒸气法) 氧化物的比表面因其组成、形态、结晶程度、存在状况如单粒或胶膜等不同而变化。
单位重量土壤胶体的总表面积,常用每克土壤胶体的总表面积(平方米),即米2/克来表示。
土壤胶体的表面可分为内表面和外表面。内表面是指膨胀性粘土矿物(如蒙脱石,蛭石等)层间的表面。外表面是指粘土矿物的外部表面以及腐殖质,游离氧化铁,游离氧化铝等胶膜的表面。
表1表明,粘土矿物类型不同其б表面大小差别相当大。所以,以蒙脱石和水化云母为主的黑土胶体(<2微米)有较大的б表面,而以高岭石为主的红壤和砖红壤胶体的б表面则较小(表2)。
粘土矿物或胶体所饱和的阳离子也影响б表面(表3)。
表1 粘土矿物的比表面(m2/g)
表2 几种土壤胶体(<2um)的比表面(乙二醇乙醚法测定)
表3 交换性阳离子对粘土矿物比表面影响(m2/g,乙二醇蒸气法)
氧化物的比表面因其组成、形态、结晶程度、存在状况如单粒或胶膜等不同而变化。无定形氧化铁的比表面要比结晶的针铁矿、赤铁矿的比表面大好多倍(表1)。人工制备的新鲜的无定形铁铝氧化物б表面约在300~500米2/克之间,一经脱水老化即缩小至原有的2%~13%。
测定比表面的方法不同可引起比表面值较大差异,所以各种方法都有一定适用条件。
土壤胶体的有机成分和无机胶膜对表面积也有一定影响。由于它们与粘土矿物之间存在着复杂的结合关系,所以影响也较复杂。
这是基于BET布鲁诺(Brun-auer)、埃米特(Emmett)和特勒(Teller,1938)的气体多层吸附理论的方法。BET方法能用于单分子层吸附,也能用于多分子层吸附:
比表面
式中:P为气体吸附平衡压力,帕斯卡;Po为气体在吸附温度时的饱和蒸汽压,帕斯卡;P/Po为相对压力;V为在P/Po时吸附的气体在标准状态下的体积,立方厘米;Vm为在吸附剂表面上形成一单分子层所需要的气体体积(标准状态),立方厘米;C为与吸附热有关的常数。当以P/V(Po-P)对P/Po作图时应得一直线,其斜率为(C-1)/VmC,截矩为1/VmC,可求出Vm,即Vm=1/(斜率+截矩)。由下式计算吸附剂比表面积S:
比表面
式中:W为样品重量;δ为吸附分子的横截面积;N0为阿佛加德罗常数。若用N2作为吸附气体,则:
S=4.36 Vm/W(米2/克)
气体吸附法测定技术复杂,要求条件也较高。由于被吸附的气体分子不能进入晶层之间,所以测定的表面积只能代表外表面积。此法不适用于膨胀性矿物。
使极性有机分子以单分子层或双分子层吸附在土壤颗粒表面。根据吸附的极性有机分子的重量和大小,可算出土壤的总表面积。还可将土壤经过预处理,使膨胀性粘土矿物的晶格破坏,或将膨胀性粘土矿物的晶层阻塞,从这种条件下极性有机分子的吸附量可算出土壤的外表面积。土壤的总表面积减去其外表面积,即为土壤的内表面积。常见的极性有机分子有乙二醇、甘油、乙二醇乙醚等。此法在土壤研究中已被广泛采用。
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