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土壤比表面积

/soil specific surface area/
条目作者李航

李航

最后更新 2023-09-22
浏览 255
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单位质量土壤颗粒的总表面积。单位为米2/克(m2/g)。

英文名称
soil specific surface area
所属学科
农业资源与环境

土壤胶体颗粒作为高分散度的多相体系,具有巨大的比表面积。正是因为如此巨大的比表面积才使得土壤界面相的物理化学过程对整个土壤体系过程的发生起到主导的作用。对于给定的土壤,土壤颗粒比表面积值的大小取决于所采用的测定方法。原因是比表面积测定结果都依赖于指示性物质的界面反应特性来间接地获取,而不同的指示性物质可能在不同的表面区域(或表面位置)发生界面反应,因此最终导致不同的比表面数据。但是,每一种方法都能够合理地反映其给定条件下的比表面积数据,从这个意义上可以认为,任意给定土壤可有多个不同的比表面积值,而每一个比表面积值都正确地反映了特定条件下真实的比表面积。

土壤颗粒的比表面积可采用如下一些方法获得。

基本原理是采用电子显微镜和X射线衍射方法测定土壤颗粒的形状和各维度上的尺寸,然后采用公式(1)计算获得晶体学上的比表面积值:

…(1)

式中为比表面积(米2/克);为单个颗粒的面积(米2);为单个颗粒的体积(米3);为该物质的密度(克/米3)。

如结构为蒙脱石,其相对分子质量为742.4,其单位晶胞的三维尺寸为a=0.517纳米,b=0.895纳米,c=0.95纳米。由于一个蒙脱石颗粒是很多个单位晶胞在c方向的连接,所以对一个颗粒而言侧面的面积可以忽略,于是其比表面积为:

…(2)

此方法通常采用惰性气体氮气,利用BET多层吸附公式获得土壤颗粒的比表面积。但由于惰性气体无法进入晶层之间,也无法进入紧密结合的颗粒之间,所以只能测定土壤颗粒的外表面。

此方法根据双电层理论,首先建立起了不同电解质浓度下负吸附的排斥体积与比表面积之间的关系,然后通过不同电解质浓度下排斥体积的实验测定数据来获得比表面积值。由于此方法是在液相条件下进行比表面积测定,所以可获得土壤颗粒总的比表面积值(包括内、外表面)。

由于土壤中的化学过程大多发生在土壤水存在的条件下,而且通常情况下土壤都含有一定的液态水,所以采用液相条件下的比表面积测定数据更能够真实地反映土壤体系的实际情况。

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