矿物/腐殖质凝聚的离子特异性效应

发布时间：2021-11-02 04:51

　　大量研究已经证实,土壤中纳米／微米尺度的矿物质、腐殖质和微生物在土壤宏观效应与功能上扮演关键角色。经典理论认为,这个尺度上的颗粒间相互作用主要受到诸如分子力、静电力与高价离子桥键作用、氢键与化学键作用、亲水与疏水力作用等所控制。但是由于刚性的矿物和柔性的有机颗粒相互作用中自身的特殊性,使得矿物-腐殖质的相互作用可能并不符合胶体颗粒相互作用的经典理论。长期以来学术界认为离子半径和水合半径的差异是离子特异性效应的原因,然而近十年来物理化学的新进展已经否定了这一看法。最近关于胶体颗粒相互作用效应的一些新发现指出,带电的土壤胶体颗粒相互作用中存在强烈而独特的离子特异性效应。这种效应不能被色散力、经典诱导力、离子大小与水化效应来解释,而可用离子-表面相互作用中非价电子能量的变化来解释,而非价电子能量的变化源于界面附近的“电场-量子涨落”耦合效应。该作用力可比经典诱导力强10000倍以上,并可与库仑力相当。库伦力、色散力以及水化作用相互交织在一起共同影响着界面中“电场-量子涨落”耦合效应这一强作用力。由于离子间外层电子排布的差异,使得离子核外电子具有不同的量子涨落效应。然而,由于非价电子受到原子核... 

【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

土壤胶体双电层模型图

由布朗运动形成的胶体凝聚体的分形维数的普遍性。袁勇智[36]模拟得出不同分形维数的土壤胶体凝聚体结构，如图1-3所示（灰度代表颗粒的远近，颜色深代表近，颜色浅代表远），有比较开放的，疏松的、分形维数小的凝聚体；也有比较致密的、分形维数比较大（接近3)的凝聚体。可以看出，DLCA机制的分形维数为1.8的聚凝体结构多分枝，更疏松、开放，而RLCA机制下分形维数为2.1的凝聚体结构7

电力和颗粒间长程分子力上来。在自然条件下，矿物与腐殖质都带净负电荷，所以在矿物质与腐殖质相互作用中，静电力是斥力，分子力是引力。图2-1是典型的胶体颗粒间静电斥力、分子引力和净作用力的分布曲线[101, 102]。从该图可以看出，当颗粒间距离小于2mn时，两胶体颗粒间存在很强的净引力，这意味着按DLVO理论，矿物质与腐殖质一经凝聚后将永远无法分幵。因为这个净作用力表明，即使静电斥力达到最强，当矿物质与腐殖质之间的距离小于2mn后，颗粒间将仍然表现出很强引力。然而，事实上矿物质与腐殖质结合后，二者是可以分离的。我们能够通过加入NaOH溶液来提取腐殖质就表明，腐殖质可以从其与矿物的结合状态中剥离下来。这表明


本文编号：3471372