2 Dựa vào thành phần hoá học

Fe2O3 = 5% - 10%

và một ít Ca, Mg, Ti, Mn, K, Na, P, S cùng các nguyên tố vi lượng như B, Zn, Mo, Cu... Tỷ lệ

các nguyên tố ấy phụ thuộc đá mẹ, điều kiện hình thành, khí hậu, thời gian, thực bì, vi sinh vật...

Ví dụ cấu tạo keo nhôm silicat (hình 4)

khuÕch t¸

n

kh«ng di chu

yÓ

Ion

n

q.® thÕ h

iÖu

n

Io

2- Ca2+

Nh©n

SiO 3

Ion



+



2 )n



SiO



2

3 -



2-



+



SiO3 2-



O3

Si 2Si O 3



+



(Si

O



= = =



+



=



+



)m

l O3

(A 2



+



+



=



+



H+



+



Ca2+



H+



Mg2+



H+



H+



+



Hình 4. Sơ đồ cấu tạo keo nhôm silicat (theo Gorbunov)

+ Keo hữu cơ-vô cơ

Các keo hữu cơ ít ở trạng thái tự do mà thường liên kết chặt với các chất khoáng hoặc các

keo vô cơ tạo thành keo hữu cơ-vô cơ phức tạp. Theo L.N. Alexandrova các hợp chất hữu cơ vô

cơ trong đất được chia thành 3 nhóm: các muối dị cực, các muối phức dị cực và các phức chất hấp

phụ.

- Muối dị cực (muối đơn giản): khi các axit mùn phản ứng với phần vô cơ của đất tạo

thành các muối dị cực hay các humat hoặc fulvat. Các muối này có công thức cấu tạo chung như

sau:

(COO)nMem



R

(O)pMeq

trong đó: Me là Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+.... Các muối dị cực cũng có thể được hình thành do sự

tương tác giữa các axit mùn với các khoáng vật sét qua cầu nối canxi có cấu tạo như sau:

Si



O



Ca



OOC



COO



Ca



O



Si



COO



Ca



O



Si



R

Si



O



Ca



OOC



Các humat canxi không tan có thể kết tủa và hình thành các màng trên bề mặt các hạt keo.

- Muối phức dị cực được hình thành do phản ứng giữa các ion sắt, nhôm với axit mùn để

hình thành muối phức, trong muối này kim loại tham gia vào phần anion của phân tử. Hợp chất

phức này vẫn còn các nhóm cacboxyl và nhóm hydroxyl phenol tự do, các nhóm này có thể tiếp

tục phản ứng với phần vô cơ của đất để tạo thành các muối dị cực đơn giản. L.N. Alexandrova gọi

những hợp chất có bản chất kép như vậy là muối phức dị cực. Muối này có cấu tạo như sau:



42



OH



H2O



OOC

Me



H2O



OH



(COOH)n-1

R

(OH)m-1



HO



trong đó Me là Fe3+, Al3+. Các nhóm cacboxyl và nhóm hydroxyl phenol tự do có thể phản ứng với

các cation kiềm và kiềm thổ trong đất.

- Phức chất hấp phụ là các sản phẩm của sự tương tác giữa các chất mùn với các khoáng

vật dạng tinh thể hoặc vô định hình của đất hoặc các sản phẩm hữu cơ vô cơ hấp phụ các chất

mùn bằng phần vô cơ. Các phức hệ sét mùn cũng là phức chất hấp phụ. Ðại diện cho các phức hấp

phụ trong đất là phức mùn với nhôm và sắt (a), phức mùn silic (b) và phức hệ sét mùn (c)

(COOH)n



OH

Me(OH)3



H2O ...R



R



Me

OH



(COOH)n-1



OOC



OH



(OH)m



SiO2.nH2O



COO -



(OH)m-1



H2O ...[RMe]



(a) Phức mùn nhôm, sắt



Me1+



OH



(b) Phức mùn silic

(COOH)n



O- ...R



(OH)m



Si



O



COO

OH ...[RMe]



Me

O

(COOH)n-1



OOC

Al



Al



R

(OH)m-1



O



O



OH ...R



(COOH)n

(OH)m



Si

O- ...[RMe]



COO

Me

O



(c) Phức hệ sét mùn



4. Tính chất của keo đất

- Keo đất có tỷ diện lớn: Tỷ diện là tổng số diện tích bề mặt của một đơn khối lượng (g)

hoặc một đơn vị thể tích (cm 3).Keo đất có kích thước rất bé nên tỷ diện của nó rất lớn. Số lượng

keo đất chỉ bằng 4% khối lượng pha rắn của đất, nhưng có diện tích bề mặt bằng 80% tổng diện

tích bề mặt của đất. Đất sét có tỷ diện lớn nhất rồi đến đất thịt và bé nhất là đất cát.

- Có năng lượng bề mặt lớn: Các phân tử trong hạt keo chịu những lực tác động xung

quanh như nhau nên không có gì đặc biệt. Phân tử trên bề măt hạt keo chịu các lực tác động xung

quanh khác nhau vì nó tiếp xúc với thể lỏng hoặc thể khí bên ngoài. Do các lực này không thể cân

bằng lẫn nhau được, từ đó sinh ra năng lượng tự do, sinh ra năng lượng bề mặt chỗ tiếp xúc giữa

các hạt keo với môi trường xung quanh. Thành phần cơ giới đất càng nặng thì tỷ diện càng lớn và

do đó năng lượng bề mặt càng lớn, khả năng hấp phụ vật chất càng cao.

43



- Mang điện tích nên có 3 loại: Ðây là một đặc tính rất quan trọng của keo đất mà các hạt

đất có kích thước lớn không có. Do hạt keo có kích thước rất nhỏ nên hạt nhân của keo có thể hấp

phụ lên trên bề mặt các ion khác nhau. Sự hấp phụ này phụ thuộc vào bản chất của keo. Tuỳ thuộc

vào cấu trúc của hạt keo mà keo đất có thể mang điện âm hoặc điện dương. Trong đất có keo âm,

keo dương và keo lưỡng tính. Phần lớn keo đất mang điện âm. Keo âm (basidoit,là chủ yếu): keo

của các khoáng sét, hợp chất mùn, axit silisic: keo dương (asidoit), keo lưỡng tính (ampholitoit).

- Tham gia phản ứng trao đổi ion với các ion trong dung dịch đất.

- Có thể tồn tai ở 2 trạng thái: đông tụ (gel) hay phân tán (sol).

Keo đất có thể tồn tại ở hai trạng thái khác nhau: trạng thái keo tán (sol) và trạng thái keo

tụ (gel). Khi những hạt keo phân bố trong một thể tích nước thì chúng nằm xa cách nhau, đó là

trạng thái sol (hay hydrosol). Trong trường hợp này môi trường phân tán là nước, tướng phân tán

là các hạt keo. Như thế sol chỉ keo ở trạng thái lơ lửng trong chất lỏng. Hiện tượng này do các

nguyên nhân: do thế điện động (điện thế zeta) làm cho các hạt keo đẩy nhau không tiến lại gần

nhau được, hoặc do màng nước bao bọc ngoài keo ngăn cản không cho chúng dính liền nhau.

Song trong thiên nhiên lại có cả quá trình ngưng tụ, nghĩa là quá trình biến sol thành gel.

Quá trình này chỉ xảy ra khi keo bị trung hoà điện hoặc sức hút giữa chúng lớn hơn sức đẩy. Sự

ngưng tụ keo có thể do những nguyên nhân chính sau:

+ Keo ngưng tụ do tác dụng của chất điện giải: đây là nguyên nhân chủ yếu. Ion chất điện

giải tiếp xúc với hạt keo, điện của keo sẽ bị trung hoà bởi ion mang điện trái dấu. Ta biết, đa số

keo đất mang điện âm nên nói chung chúng bị ngưng tụ do có cation trong dung dịch đất. Do chất

điện giải là một muối, các ion của muối này hydrat hoá lấy nước của hạt keo, làm giảm bề dày

màng nước giúp cho chúng có thể gần nhau; mặt khác ion muối ngăn cản khả năng điện phân của

các cation trao đổi làm giảm điện thế zeta. Cả 2 nguyên nhân đó dẫn tới hiện tượng keo đất liên

kết với nhau mà ngưng tụ. Hoá trị của cation càng cao thì sức ngưng tụ keo càng mạnh. Các

cation hoá trị 1 như Na+, K+, H+ có tác dụng ngưng tụ nhưng không bền, khi chất điện giải trong

dung dịch bị rửa trôi thì xảy ra hiện tượng tán keo.

+ Keo ngưng tụ do hiện tượng mất nước: tuỳ khả năng giữ nước người ta chia keo thành

keo ưa nước và keo ghét nước. Keo ưa nước trên bề mặt có những phân tử nước hoặc chất lỏng

như dung dịch đất. Những keo ưa nước như gelatin, axit silicic, nhựa cây, một vài chất hữu cơ

trong đất, một số keo sét... Keo ghét nước như hydroxít sắt, kaolinit... Chúng không có màng nước

xung quanh nên dễ ngưng tụ, chỉ cần dùng dung dịch muối nồng độ thấp. Trái lại các keo ưa nước

chỉ ngưng tụ trong trường hợp chất điện giải ở nồng độ cao. Những lúc thời tiết hanh khô hoặc

hạn hán kéo dài làm cho đất khô thì keo ưa nước cũng có thể ngưng tụ do màng nước quanh nó bị

mất.

+ Keo ngưng tụ do sự liên kết hai hạt keo mang điện trái dấu

Như trên đã nói, đa số keo đất mang điện âm. Tuy nhiên vẫn gặp một số keo mang điện

dương như keo Fe(OH)3, Al(OH)3, khi keo âm và keo dương kết hợp với nhau, sau lúc trung hoà

điện tạo thành gel hỗn hợp. Nếu số lượng keo âm nhiều gấp bội keo dương thì các keo âm bao bọc

keo dương tạo thành màng bảo vệ mang điện âm, kết quả lại tạo thành sol.



5. Keo sét

5.1 . Ðặc điểm chung của keo sét

Ðặc 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.

44



- 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).

+ 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.

oxi

Si



Si

oxi



7



oxi



Al



Hình 5: Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic và khối bát diện, phiến gipxit

5.2. 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.

- 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

- 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.

45