Bài giảng Khoa học đất - Chương 6: Các tính chất hóa học cơ bản của đất - Bài 1: Bản chất và ý nghĩa của keo đất

Chương 6-Các tính chất hóa học cơ 
 bản của đất.
Bài 1. BẢN CHẤT VÀ Ý NGHĨA 
 CỦA KEO ĐẤT
 Mục tiêu
• Mô tả 2 đơn vị cấu trúc cơ bản của khoáng 
 sét với khả năng cung cấp dinh dưỡng của 
 chúng. 
• Sự khác biệt giữa sét 1:1 và sét 2:1
• Mô tả sự thay thế đồng hình (động lực cung 
 cấp dinh dưỡng)-điện tích thường xuyên, 
 điện tích phụ thuộc pH
• Mô tả và giải thích sự mất cân bằng điện 
 tích ảnh hưởng đến tính chất đất
 Keo đất
• “các vật liệu hữu cơ hay vô cơ cỏ kích thước rất 
 nhỏ , nên có diện tích bề mặt rất lớn trên 1 đơn vị 
 trọng lượng”
• BỀ MẶT MANG ĐiỆN TÍCH
• 2 loại:
 – Vô cơ:
 • Sét silicate tinh thể (silicate cấu trúc dạng phiến)
 • Sét silicate không có dạng tinh thể
 • Sét oxide sắt & nhôm
 – Hữu cơ:
 • Chất hữu cơ (mùn)
 “sét” là . . .
• Có kích thước hạt (≤0.002 mm)
• Là 1 loại khoáng có những tính chất và đặc 
 điểm riêng biệt (khoáng thứ sinh)
Cơ sở hình thành khoáng học sét 
 silicat
• 2 khối cấu trúc cơ bản: khối tứ diện silica-
 (Si) tetrahedron- và khối bát diện aluminum 
 -(Al) octahedron.
• Các khối cấu trúc cơ bản này hình thành 
 nên các phiến/tầng: “sét silicate dạng tầng”
Dạng của tứ diện silicon và bát 
 diện aluminum
 O OH
 OH
 OH
 Al
 Si OH
 O O
 O OH
 Tetrahedral sheet
 Octahedral sheet
Tetrahedral sheet
 Tetrahedral sheet
 Octahedral sheet
Tetrahedral sheet
 Bề mặt hạt keo mang điện tích
 Sét và chất hữu cơ trong đất có tính keo 
(mang điện tích bề mặt), phần lớn keo đất mang 
 điện âm, nên có khả năng hấp phụ trao đổi với 
 các cation- Cation Exchange Capacity (CEC)
 Điện tích âm trên mùn
1. mùn
R-CO + R-CO-O- + H+
 OH-
 hay
 O- Ca++ or K+
Điện tích này là điện tích phụ thuộc pH, khi pH 
tăng (tăng OH-), tăng CEC và ngược lại khi đất 
chua, CEC của chất hữu cơ giảm.
 Khóang sét: thay thế đồng hình
~ tương đương & hình dạng/kích thước (bán 
 kính ion)
• Sự thay thế một ion này bởi một ion khác có cùng 
 kích thước bên trong cấu trúc tinh thể sét
• Điều này làm thay đổi tầng điện tích và vị trí của 
 điện tích trên khoáng, nhưng không thay đổi cấu 
 trúc (ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất của sét)
 Xảy ra trong một thời gian rất dài!!! 
 Không thay thế nhanh chóng được!!!
 Nguồn gốc Điện 
 tích âm trên sét
Nguồn thứ nhất:
 1) Cạnh vỡ
 Nguồn 2:
 ế ồ
2) Thay th đ ng hình Không thay thế Zn++ thay Al+++
Al 3+ thay Si 4+ hay 
 Mg2+ thay Al 3+ hay 
 Zn2+ thayAl 3+
 Trung tính -1 điện tích
Thay thế đồng hình trong khối tứ 
 diện
 (+4) + (+3) = +7
 (+4) x 2 = +8
 Si2O4 SiAlO4
 (-2) x 4 = -8 -8
 Trung tính điện tích (-) thật
 Phién tứ diện
Thay thế đồng dạng trong phiến bát 
 diện
 (-1) x 2 = -2 = -6 (-2) + (-4) = -6 
 (-2) x 2 = -4
(OH)2Al2O2 (OH)2AlMgO2
 (+3) x 2 = +6 (+3) + (+2) = +5
Trung tính Điện tích (-) thật
 Phiến bát diện
 Bán kính ion của các nguyên tố 
trong sét silicate – phiến tứ diện & bát diện
 Chú ý: và có thể tương xứng với nhau
 Bán kính Tìm thấy trong
 Phiến tứ diện
 Phiến bát diện
 Các vị trí trao đổi
 Cả 2 phiến
 Các khóang sét silacate
• Aluminosilicates có cấu trúc tinh thể. 
 Được hình thành do biến đổi của các 
 khóang khác hay tổng hợp từ các 
 nguyên tố hóa học.
• Kích thước <0.002 mm
• Hai kiểu khóang sét silicate tiêu biểu 
 1 : 1 và 2 : 1/ 2: 1: 1
 Khối cơ bản của khóang sét
 -2
Silicon - Oxygen Tetrahedron (Si2O5 )
Aluminum Octahedral (Gibsite)
 -3
Al(OH)6
 Các kiểu khóang sét
1) Kaolinite là kiểu sét 1: 1 (phổ biến trên 
đất xám)
1 phiến silica và 1 phiến gibsite
.0072 cm thick
 Tính chất: 
 1) Kích thước to, CEC thấp - 3-15 meq/100g
 2) liên kết chặt, co-trương kém
 Sét 2 : 1: 1
1. Hydrous Mica hay Illite
25% Si4+ trong khối tứ diện được thay thế bởi Al+3, 
mỗi sự thay thế để lại 1(-), ion K+ làm cầu nối các phiến 
(rất chặt)
 Tính chất
 1) Không trương nở
 K Space
 2) CEC thấp 30 meq/100g
 2. Vermiculite
Tương tự Illite, nhưng tất cả ion K 
không còn trong cầu nối
 Tính chất
 1) Co ngót-trương nở
 mạnh
 2) CEC cao =150meq/100g
3. Smectite hay Montmorillonite
 Mg++ thay Al+++ trong khối 
 Octahedral
 Tính chất: 1) trương nở (phổ biến trên 
 đất ĐBSCL. 
 2) CEC = 80-150 meq/100g
 So sánh các sét silicate phổ biến
sét1:1 Sét 2:1
Kaolinite
 1:1 Mica cấu trúc 
 Chlorite
 Smectite Vermiculite haït mòn
 Sét silicate 1:1
• Tấng bao gồm một phiến tứ diện nối với 
 một phiến bát diện
• Kaolinite: một trong những loại khoáng sét 
 phổ biến nhất trong đất; chiếm tỉ lệ cao 
 trong đất vùng khí hậu nóng ẩm
• ổn định ở pH thấp, sét silicate bị phong 
 hóa rất mạnh
• Được tổng hợp trong điều kiện nồng độ Al3+
 và Si4+ cao
 Kaolinite
• Sét 1:1
• Ít hay không có sự thay thế đồng dạng
• “nghèo dinh dưỡng”
• Không co ngót-trương nở ổn định do nối 
 Hydrogen giữa các tầng cạnh nhau
• Sản phẩm của phong hóa trong điều kiện 
 chua (pH thấp, phổ biến trên đất xám)
 Cấu trúc của sét Kaolinite
 Không có thay thế đồng hình!!!
Các phiến tứ diện silicate và bát diện aluminum nối với nhau 
bởi các nguyên tố oxygen.
Kaolinte dưới điều kiện pH thấp
 + +
 Al—OH + H  Al—OH2
 không địên tích địên tích (+)
 So sánh các khoáng sét silicate phổ biến
Seùt 1:1 Seùt 2:1
Kaolinite
 1:1 Mica haït mòn
 Chlorite
 Smectite Vermiculite
 Sét silicate 2:1
• Hai phiến tứ diện silica nối với một phiến 
 bát diện aluminum
• Ba nhóm chính:
 – Smectites (vd., montmorillonite)
 – Vermiculites
 – 2:1:1: Micas illite, chlorites
 CÁC LOẠI KHOÁNG SÉT
 2:1:1
 SÉT 1:1 Sét 2:1
 (1 tứ diện-1 bát (2 tứ diện-1 bát 
 diện) diện)
Kaolinite, Smectites Micas Vermiculites Chlorites
nacrite, dickite, 
halloysite, vv. Montmorillonite, Illite, Tri- hay di- Cookeite, 
 beidellite, muscovite, vermiculite chamosite 
 saponite, vv. biotite, vv. vv
Thay thế đồng hình trong phiến tứ 
 diện
 (+4) + (+3) = +7
 (+4) x 2 = +8
 Si2O4 SiAlO4
 (-2) x 4 = -8 -8
 Trung tính địên tích (-) thật
 Phiến tứ diện
 Thay thế đồng hình trong phiến bát diện
 (-1) x 2 = -2 = -6 (-2) + (-4) = -6 
 (-2) x 2 = -4
(OH)2Al2O2 (OH)2AlMgO2
 (+3) x 2 = +6 (+3) + (+2) = +5
Trung tính Địên tích (-) thật
 Phiến bát diện
 So sánh các sét silicate phổ biến
Seùt 1:1 Sét 2:1
Kaolinite
 1:1 Mica hạt mịn
 Chlorite
 Smectite Vermiculite
 Smectite (2:1, Montmorillonite)
• Điện tích của các tầng được hình thành từ sự 
 thay thế của Mg2+ đối với Al3+ trong phiến bát 
 diện
• Không ổn định (biến đổi thành khoáng khác) 
 dưới điều kiện pH thấp và ẩm độ cao
• Trương nở cao nhất so với các khoáng sét khác
• “giàu dinh dưỡng”
 Cấu trúc cơ bản của Smectite 
 (Montmorillonite)
Cấu trúc của montmorillonite (1 loại smectite): hình thành từ 2 phiến tứ diện và 1
phiến bát diện, nối với nhau bởi các nguyên tử Oxygen chung. 
Cấu trúc cơ bản của Smectite 
 (Montmorillonite)
 Nguyên nhân làm cho 
 cations di chuyển vào 
 trong các khoảng trống 
 liên tầng, tại đây chúng 
 có thể được thay thế 
 bởi các cation khác
 Thay thế đồng dạng 
 trong phiến bát diện
 = Mg
 So snh các sét silicate phổ biến
1:1 clays Sét 2:1
Kaolinite
 1:1 Mica hạt mịn
 Chlorite
 Smectite Vermiculite
 Vermiculites (2:1)
• Là sản phẩm được biến đổi từ micas
• Được hình thành do mất K+ trong mica
• K+ trong liên tầng của mica được thay thế bởi Mg2+
• Giới hạn sự co-trương 
• Điện tích tầng cao: thay thế đồng dạng trong CẢ 2 
 phiến tứ diện và bát diện
• “giàu dinh dưỡng!” (nhất)
• ổn định dưới điều kiện pH đất thấp, Mg, Fe 
 cao
• Phổ biến trên đất phù sa mới
 Cấu trúc của Vermiculite
 Mất sự không 
 cân bằng điện 
 tích, cả 2 
 phiến:
 Khả năng 
 cung cấp dinh 
 dơỡng cao
= Al = Fe = Mg
 So sánh các sét silicate phổ biến
1:1 clays Sét 2:1
Kaolinite
 1:1 Mica hạt mịn
 Chlorite
 Smectite Vermiculite
 (2:1:1, Mica hạt mịn)
• Al3+ thay thế Si4+ trên phiến tứ diện
• Điện tích bề mặt mạnh
• “tương đối nghèo dinh dưỡng”
• Khoáng trương nở, dính trung bình
• ổn định dưới điều kiện pH trung bình đến thấp
Cấu trúc của Illite
 Cấu trúc của Illite
 1. Thay thế đồng 
 dạng trong phiến tứ 
K+ K+ diện
 2. K+ đi vào trong 
 liên tầng để trung 
 hàa điện tích “gắn 
 chặt” cấu trúc laïi
 So sánh các sét silicate phổ biến
1:1 clays Sét 2:1
Kaolinite
 1:1 Mica hạt mịn
 Chlorite
 Smectite Vermiculite
 Chlorites (2:1:1)
• Lớp Hydroxy trong liên tầng
• Hạn chế sự trương nở
• “nghèo dinh dưỡng”
• Phổ biến trong đá trầm tích và đất hình 
 thành từ đá trầm tích
• Thay thế đồng dạng trong cả 2 phiến tứ 
 diện và bát diện
 Cấu trúc của Chlorite
Phiến hydroxy 1. Giàu Fe
 Mg-Al 2. “đóng” 
 Phiến hydroxy cấu trúc
 Mg-Al 
 3. Khả năng 
 cung cấp 
 dinh 
 dưỡng 
 thấp
 = Al = Fe = Mg
 So sánh các sét silicate phổ biến
Seùt 1:1 Seùt 2:1
Kaolinite
 1:1 Mica hạt mịn
 Chlorite
 Smectite Vermiculite
 So sánh các sét silicate phổ biến
Tính chất Kaolinite Smectite Mica hạ mịn
Trương nở Thấp-không
 Thấp cao
Nối liên kết Van der Potassium ions 
 Hydrogen 
 Waal’s (yếu) (mạnh)
 (mạnh)
Net negative Thấp: 2-5 cao: 80-120 Trung bình: 15-
 cmol /kg
chargeĐộ phì (CEC) nhiêu c cmolc/kg 40 cmolc/kg
Vị trí của điện 
 Chỉ ở cạnh vỡ– KHÔNG Phiến bát Phiến tứ diện
tích
 thay thế đồng hình diện
Kiẻu sét 1:1 2:1 2:1:1
 So sánh các sét silicate phổ biến
Tính chất Kaolinite Smectite Mica hạ mịn
Kiểu sét 1:1 2:1 2:1:1
Trương nở Thấp cao Thấp-không
Khả năng cung Thấp Cao Trung bình
cấp dinh dưỡng
Vị trí điện tích Chỉ ở cạnh vỡ – Phiến bát diện Phiến tứ diện
 KHÔNG thay thế đồng 
 dạng
 Van der Potassium ions 
Nối hóa học Hydrogen 
 Waal’s (yếu) (mạnh)
 (mạnh)
 Vị trí của mất cân bằng điện tích bên trong
Sét 1:1 Sét 2:1
 Tứ diện Tứ diện Tứ diện
 Bát diện Bát diện Bát diện
 Tứ diện
 Tứ diện Tứ diện
 Tứ diện
 Không điện Tứ diện
 Tứ diện
 tích Tứ diện Bát diện
 Bát diện Tứ diện
 Tứ diện
 Bát diện
 Kaolinite
 1:1 Mica hạt mịn
 Chlorite
 Smectite Vermiculite
 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính bền của khoáng
• Số lượng và loại các cations base trong cấu trúc 
 (các cations base hòa tan)
• Số lượng phiến tứ diện được liên kết (nhiều 
 oxygen chung = bền hơn)
• Al3+ thay Si4+ (thay thế càng nhiều = càng ít bền)
• Hiện diện của Fe (nhiều Fe = ít bền)
• Kiểu nối hóa học
 – Nối Ion: chịu nhiệt cao
 – Nối cộng hóa trị: nối mạnh, nhưng không chịu nhiệt cao
Kiểu phong hóa của sự hình thành đất
 Ultisols
 Oxisols
 Entisols, 
 Inceptisols
 Các kiểu điện tích
• Thuờng xuyên
 (do thay thế đồng dạng)
• Phụ thuộc pH
 (thay đổi, do cạnh vỡ)
 Điện tích thường xuyên
 Do thay thế đồng dạng
Phiến bát diện trung tính Điện tích (-) thật
 Điện tích phụ thuộc pH- :
 trên các cạnh vỡ!!!
 Cạnh tinh thể
 Nối H+ chặt, nên 
 giảm pH, ít trao đổi 
 (có nghĩa khả năng 
 cung cấp dinh dưỡng 
 thấp)
Đặc biệt quan trọng trong kaolinite, mùn, nơi 
không có sự mất cân bằng điện tích trên liên 
tầng
 Chấm dứt
cấu trúc & các tính chất của khoáng 
 sét!