Đặc tính các loại keo sét trong đất

Đặc tính các loại keo sét trong đất Các keo sét thuộc loại keo vô cơ, là các khoáng vật thứ sinh alumin silicat, được hình thành do sự biến đổi từ các khoáng vật nguyên sinh trong quá trình phong hoá hình thành đất, phân bố rộng rãi trong các loại đất. Các khoáng vật này là thành phần chủ yếu của cấp hạt sét vì vậy chúng được gọi là các khoáng vật sét. chúng được phân biệt với nhau bởi mức độ phân tán cao, không tan trong nước Trong đất có nhiều loại keo sét, nhưng trong chúng có vai trò quan trọng nhất là các keo sét nhóm kaolinit, montmorilonit và hydromica a. Ðặc điểm chung của keo sétÐặc điểm chung của các keo sét là chúng có cấu tạo lớp giống như mica và sự thay thế đồng hình. + Cấu tạo lớp của keo sét được tạo thành do sự liên kết của phiến khối tứ diện (bốn mặt) oxit silic và phiến khối bát diện (tám mặt) gipxit. - Phiến oxit silic được tạo thành do sự gắn liền các khối tứ diện oxit silic với nhau. Mỗi khối tứ diện ở chính giữa là một nguyên tử silic, bốn đỉnh là bốn nguyên tử oxi. Như thế thì khi ghép thành phiến hai bên là hai lớp oxi, giữa là lớp silic, - Phiến gipxit: phiến này được tạo thành do sự gắn liền các khối bát diện với nhau. Mỗi khối bát diện chính giữa có một nguyên tử Al, xung quanh có 6 oxi hay 6 OH- hoặc vừa oxi vừa OH- (hình 5.6). + Hiện tượng thay thế đồng hình - Ở một số khoáng vật, trong đó có các khoáng vật sét (keo sét) có hiện tượng một số nguyên tố trong mạng lưới tinh thể của chúng có thể bị các nguyên tố khác ở bên ngoài vào thay thế. Sự thay thế này không làm thay đổi hình dạng của khoáng vật mà chỉ thay đổi tính chất. Vì thế gọi là hiện tượng thay thế đồng hình. Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic và khối bát diện, phiến gipxit - Ðiều kiện quan trọng của sự thay thế là: 2 ion muốn thay thế nhau phải có bán kính tương đương, Ví dụ Al3+ trong tinh thể có bán kính R = 0,57 Ǻ có thể bị Fe3+ có R = 0,67 Ǻ thay thế chứ không thể bị Li+ có R = 1,22 Ǻ thay thế. Sự thay thế này xảy ra phổ biến ở một số keo sét, ví dụ trong khối tứ diện oxit silic: Si4+ thường bị Al3+ thế, có trường hợp Mn3+ hoặc P5+ thay thế Si4+ song rất ít; trong khối bát diện Al3+ bị Mg2+ hoặc Fe2+ thế. - Ðặc điểm của sự thay thế là: nếu hoá trị của 2 ion thay thế tương đương nhau thì không những không thấy điểm gì khác trên tinh thể mà còn làm cho khoáng vật trung hoà điện. Nếu hóa trị của chúng chênh lệch nhau thì khoáng vật mang điện âm hoặc dương. Ví dụ Al3+ thế cho Si4+ thì khoáng vật mang điện âm, P5+ thế cho Si4+ khoáng vật mang điện dương. Hiện tượng thay thế đồng hình thường gặp ở keo sét là Al3+ thế Si4+ hoặc Mg2+ thế Al3+ vì vậy keo sét mang điện âm có thể hấp phụ cation. b. Ðặc điểm của các nhóm keo sét chính + Nhóm kaolinit: - Nhóm này gồm keo kaolinit và haluzit, metahaluazit, dikkit và nakrit. - Cấu trúc tinh thể loại hình 1:1, mỗi lớp tinh thể (tinh tầng) gồm một phiến oxit silic và một phiến gipxit. Những lớp tinh thể như vậy chồng xếp lên nhau, giữa chúng có các khe hở làm cho kaolinit có cấu trúc lớp (hình 5.7). - Theo hình vẽ cấu trúc của kaolinit, nhân cơ bản của mạng lưới tinh thể keo trung hoà về điện và có công thức tương ứng là Al2Si2O5(OH)4, nhưng bề mặt sườn lộ trần khi phá huỷ có hoá trị không bão hoà gây ra sự hấp phụ các ion từ môi trường xung quanh. Haluazit khác với kaolinit bởi sự tồn tại của nước trong mạng lưới tinh thể, cấu trúc của nó phù hợp với công thức Al2Si2O5(OH)4.2H2O. Haluazit khi bị hydrat hoá sẽ biến thành metahaluazit Al2Si2O5(OH)4.4H2O. Dikkit và nakrit khác với kaolinit bởi các góc lệch của từng paket.Tỷ lệ Si:Al = 1:1 - Khoảng cách giữa các paket không đổi và bằng 7,2 Ǻ. - Rất ít hoặc không có hiện tượng thay thế đồng hình xảy ra trong mạng lưới tinh thể. - Lực liên kết giữa các lớp tinh thể tầng trong kaolinit rất chặt nên không thể co giãn để mở rộng khe hở hút nước và không có khả năng trương. - Do các đặc điểm trên mà khả năng hấp phụ của kaolinit thường thấp (CEC = 5 - 15 lđl/100g keo). Bởi vậy, đất nào chứa nhiều keo nhóm kaolinit thì tính giữ phân và giữ nước kém. Sơ đồ cấu trúc kaolinit + Nhóm montmorilonit - Nhóm này gồm keo montmorilonit, baydenlit và nontronit. - Cấu trúc tinh thể loại hình 2:1, nghĩa là mỗi lớp tinh thể gồm 2 phiến oxit silic nằm ở 2 bên và một phiến gipxit ở giữa (hình 5.8). - Cấu trúc của montmorilonit phù hợp với công thức Al2Si4O10(OH)2.nH2O. Baydelit khác với montmorilonit ở chỗ, 1 trong 4 ion Si4+ của lớp khối tứ diện oxit silic bị thay thế bằng Al3+, điện tích âm dư thừa được bù bằng cách thay thế 1 trong các ion oxi bằng nhóm hidroxyl. Baydelit có công thức là: Al3Si3O9(OH)3.nH2O. Còn nontronit, trong các khối bát diện của nó, ion Al3+ hoàn toàn được thay thế bằng ion Fe3+. Nontronit có công thức: (Al,Fe)2Si4O10(OH)2.nH2O. Tỷ lệ Si: Al (hoặc Fe) = 2: 1. - Khác với kaolinit, khoảng cách giữa các paket của montmorilonit thay đổi rất mạnh từ 9,6 đến 28,4 Å, phụ thuộc vào lượng nước được hút vào khe hở giữa các paket. Khi hút nước keo sét montmorilonit trương ra. - Hiện tượng thay thế đồng hình xảy ra phổ biến: Al3+ thay thế Si4+ trong khối tứ diện của phiến oxyt silic, Mg2+ hoặc Fe2+ thế Al3+ trong khối bát diện của phiến gipxit. Kết quả là keo mang điện âm có thể hấp phụ cation. - Lực liên kết giữa các lớp tinh thể của montmorilonit kém chặt nên có thể giãn nở khi hút thêm nước và cation. - Do những đặc điểm trên mà khả năng hấp phụ cation của nhóm keo này rất cao (CEC = 80 - 150 lđl/100 g keo). Bởi vậy, đất nào chứa nhiều keo đất nhóm montmorilonit thì tính giữ phân và nước khá cao. Hình 5.8. Sơ đồ cấu trúc montmorilonit + Nhóm hydromica - Chiếm một lượng lớn trong số các keo sét của đất, bao gồm các loại sau: hydro mica trắng (hydromuscovit hoặc illit), hydro mica đen (hydrobiotit)và các dạng khác của mica bị hydrat hoá - Hydromica có cấu trúc loại hình 2:1 tương tự montmorilonit (hình 5.9) - Công thức của hydromuscovit KAl2(Al.Si3O10)(OH)2. Hình 5.9. Sơ đồ cấu trúc của hydromica - Khoảng cách giữa các paket không đổi và bằng 10 Ǻ. - Có hiện tượng thay thế đồng hình xảy ra trong mạng lưới tinh thể, chủ yếu là sự thay thế của Si4+ trong phiến khối tứ diện bằng ion Al3+, kết quả làm cho nó mang điện âm có thể hấp phụ cation đặc biệt là K+ phân bố ở khe hở giữa các paket. - Do lực liên kết giữa các lớp tinh thể khá bền vững vì vậy keo thường có tính trương thấp và khả năng hấp phụ không cao. - Khả năng hấp phụ của hydromica khoảng 20 - 40 lđl/100 g keo. + Trong đất cũng thường gặp vermiculit gần giống hydromica, giữa các paket của mạng lưới tinh thể của keo này tồn tại lớp kép các phân tử nước bao quanh các kim loại, thường là Mg. Vermiculit là magiealuminsilicat, Mg có trong các khối bát diện. Trong các khối bát diện Mg2+ có thể được thay thế bằng Fe2+, còn trong các khối tứ diện Si4+ được thay thế bằng Al3+. Công thức tổng quát của vermiculit như sau: (Mg2+,Fe2+)3(Si,Al)4O10(OH)2.4(H2O). Vermiculit có dung tích hấp phụ khá cao, CEC của nó dao động từ 60 - 150lđl/100 g keo. Trong đất còn gặp các keo dạng lớp hỗn hợp. Trong mạng lưới tinh thể của chúng xen kẽ các lớp khối bát diện của các khoáng vật khác nhau: montmorilonit với illit, kaolinit với muscovit, vermiculit với clorit... c. Keo sét trong đất Việt Nam Qua các kết quả nghiên cứu thành phần keo sét trong đất Việt Nam của các tác giả: Phạm Gia Tu, Nguyễn Vi và Trần Khải, Cao Liêm, Ðào Châu Thu, Nguyễn Hữu Thành... bằng phương pháp hoá học, phương pháp quang phổ, phương pháp nhiệt, phương pháp quang tuyến X và phương pháp hiển vi điện tử có thể khái quát về sự phân bố của chúng như sau: + Ðối với đất vùng đồi núi: keo sét chủ yếu trong các loại đất của vùng này là keo kaolinit, gơtit và gipxit, ngoài ra tuỳ theo loại đất có thể gặp các loại keo sét: hydromica (đất đỏ vàng trên đá granit, đất feralit mùn trên núi trên đá philit, đất đen trên đá vôi...), montmorilonit (đất đen trên đá vôi, đất đen trên đá bọt), vermiculit (đất đen trên đá vôi, đất đen trên đá bọt, đất feralit mùn trên philit). + Ðối với đất đồng bằng: keo sét chủ yếu của các loại đất vùng đồng bằng là kaolinit và hydromica. Vermiculit gặp ở các đất phù sa trung tính ít chua, đất mặn trung tính, đất phèn, đất cát biển. Ngoài ra có thể gặp gipxit (đất phù sa chua, đất bạc màu, đất cát biển) và gơtít (đất bạc màu).