Гелевые структуры в почвах

• Автор: Федотов, Геннадий Николаевич
• Шифр специальности: 03.00.27
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 355 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор
1.1. Коллоидное состояние вещества и почвенные коллоиды
1.2. Структурообразование в коллоидных системах и теория
ДЛФО
1.3. Альтернативные теории, объясняющие структурирование коллоидных систем
1.4. Студнеобразное состояние полимеров
1.5. Недостатачность физической модели для описания почвенных процессов
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1. Методы исследования
2.2. Объекты исследования
Глава 3. Коллоидное структурирование почвенного раствора
3.1. Липкость почв
3.2. Скорость диффузии ионов в почвах
3.3. Удержание почвами неотмываемых солей
3.4. Электропроводность почв
3.5. Каталазная активность почв
3.6. Естественные электрические поля в почвах
3.7. Активность ионов в почвах
3.8. Взаимодействие почв с солями
3.9. Фильтрационные потенциалы в почвах
3.10. Амплитудно-частотная зависимость электропроводности в почвах
3.11. Пьезоэффект в почвах
3.12. Нерастворяющий объем почв
3.13. Температуропроводность почв
3.14. Структурно-механические свойства почв
Глава 4. Образование периодических коллоидных структур в почвах
Глава 5. Роль гумуса в образовании гелевых структур в почвах
Глава 6. Фрактальная организация почвенных коллоидов
Глава 7. Изучение возможности получения искусственных органоф минеральных гелей
Выводы
Приложение 1. Характеристика используемых образцов почв
Приложение 2. Электронные микрофотографии используемых почв
Приложение 3. Электронные микрофотографии оглеенных почв
Список литературы

Актуальность темы. Коллоидная составляющая почв привлекла внимание почвоведов, когда возникла необходимость в объяснении ионообменной способности почв. Было установлено, что почвенные коллоиды определяют большинство почвенных свойств, включая влагоемкость, фильтрационные характеристики, способность удерживать катионы и т.д. Поэтому понимание коллоидной организации почв является необходимым условием для целенаправленного регулирования свойств и повышения плодородия почв.
Для объяснения ионообменной способности почв Вигнером [42] была предложена модель коллоидной мицеллы, и почву стали воспринимать как природное тело, содержащее множество таких мицелл. При рассмотрении почв и в настоящее время продолжают исходить из того, что они представляют собой системы, включающие в свой состав твердую фазу, в том числе в коллоидном состоянии, жидкую фазу - почвенный раствор, и почвенный воздух. Однако данный подход к почвам не позволил объяснить все почвенные свойства, поэтому периодически в почвоведении появлялись различные термины, используя которые пытались описать некоторые явления непонятные с позиций трехфазной модели - плазма, органоминеральный гель, почвенный клей [10,147, 166, 260].
Следует отметить, что изучению почвенных коллоидов уделяли много внимания до середины прошлого века. Пик исследований, проводимых в этом направлении, связан с изучением почвенного поглощающего комплекса [42, 60, 64, 311]. В дальнейшем Маттсон и другие ученые [171, 208, 260] пытались понять строение коллоидной составляющей почв, однако ограниченные экспериментальные возможности, сложность исследования структурной организации почвенных коллоидов постепенно сузили подход к проблеме, свели исследования к определению состава и изучению поглотительной способности почв. Не последнюю роль в уменьшении числа работ в данном
Лэнгмюр [352], возможно, был первый, кто выдвинул гипотезу о наличии электростатических дальнодействующих сил притяжения в коллоидных суспензиях. Он заявлял, что кулоновское притяжение между частицами глины и противоионами дает избыток сил притяжения, которое должно быть уравновешено рассеивающим действием теплового движения и другими силами отталкивания. Таким образом, нет никаких причин принимать дальнодействие Ван-дер-Ваальсовых сил. Лэнгмюр доказывал, что сила притяжения дальнего действия среди заряженных частиц является электростатической по своей природе, и что противостоящая ей сила отталкивания, действующая на малых расстояниях между частицами -тепловое движение, что Ван-дер-Ваальсова сила является незначительной, и что силы притяжения действуют в суспензиях на расстоянии сотен нанометров. Лэнгмюр уподоблял электростатическую силу притяжения в суспензии электростатической силе притяжения в ионном кристалле. Расстояние между любым ионом в этой решетке и ее противоположно заряженным соседом меньше чем расстояние между ионом и ее самым близким соседом одинакового заряда. Поэтому силы притяжения превышают силы отталкивания, и образуется прочная решетка. Подобный аргумент можно применить к заряженным пластинам со слоями противоионов между ними, сокращение интервала между слоями можно предсказать за счет действия одних электростатических сил.
Намного позже, в исследованиях в Японии на суспензиях синтетических латексных частиц, которые являются сферическими отрицательно заряженными коллоидными частицами размером близким к размеру глинистых частиц, было получено экспериментальное подтверждение дальнодействия сил притяжения среди одинаково заряженных коллоидов, как и было предсказано Лэнгмюром [340].
Для коллоидных частиц, был замечен, обратимый фазовый переход между концентрированным состоянием с образованием жидких кристаллов, и беспорядочным изотропным состоянием в очень разбавленных растворах