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电荷零点

当表面电荷密度为零时体系的pH值。简称ZPC或PZC,有时也称pHo。 水合氧化物型表面,电荷符号和数量,决定于氧化物和水溶液体系的pH值, 电荷零点 如表面的决定电位离子仅为H+和OH-离子,则表面的电荷密度决定于决定电位离子的吸附密度: 电荷零点 式中:o为表面电荷密度;Гн+和ГOн-分别为决定电位离子H+和OH-的吸附密度;F为法拉第常数。

当表面电荷密度为零时体系的pH值。简称ZPC或PZC,有时也称pHo。

水合氧化物型表面,电荷符号和数量,决定于氧化物和水溶液体系的pH值,

电荷零点

如表面的决定电位离子仅为H和OH-离子,则表面的电荷密度决定于决定电位离子的吸附密度:

电荷零点

式中:o为表面电荷密度;Гн和Г-分别为决定电位离子H和OH-的吸附密度;F为法拉第常数。那么σ0=0时,Гн=Г-,此时体系的pH值即为电荷零点。

ZPC是表征水合氧化物型表面电荷性质的一个重要参数。体系pH<ZPC时,氧化物表面带正电荷;体系pH>ZPC时带负电荷。体系pH=ZPC时,则表面不带电荷。

氧化物的电荷零点

氧化物的ZPC主要决定于氧化物的金属离子Mn+对电子亲合力的大小,因此氧化物的金属离子价数和ZPC之间有一近似关系:

附表

在土壤中最重要的几种水合氧化物的ZPC分别为:SiO2在pH2左右,TiO2在pH4.5左右,MnO2在pH4左右,Fe2O3在pH6.5和8之间,Al2O3在pH7.5和9.5之间。这些氧化物的ZPC有一个范围,因为表面的水化状态的差异,杂质的影响,对某些离子的专性吸附以及测定方法的不同等因素均能影响氧化物的ZPC。

电荷零点(ZPC)和等电点(IEP)之间既有联系又有区别。首先它们是用两种不同方法测定的。电荷零点是表面电荷零点的测量,常用电位滴定法和离子吸附法。等电点是电动性质零点的测量,常用电泳法。在没有专性吸附时,水合氧化物型表面电荷零点等电点的数值相同。其次在有专性吸附时,电荷零点等电点分别向不同的方向偏移。如氧化物表面专性吸附了金属阳离子之后,电荷零点向低pH值偏移,而等电点向高pH值偏移。

土壤胶体的电荷零点

土壤胶体是一个既有永久电荷,又有可变电荷的混合体系,并同时带有正电荷和负电荷。土壤胶体的电荷零点定义为土壤胶体表面上净电荷为零时pH值,所以这个电荷零点也被称为净电荷零点(ZPNC)。当体系的pH低于ZPNC时,土壤胶体表面带净正电荷,当体系pH高于ZPNC时带净负电荷。

土壤胶体体系的ZPNC与ZPC(pHo)有如下关系:

电荷零点

式中:δ。为永久电荷,esu/cm2;n为1∶1电解质浓度,离子数/cm3。当体系不存在永久电荷时,即δ。=0时,ZPNC与pHo相等。

土壤电荷零点值的大小主要与土壤物质组成有关。若胶体中2∶1型层状硅酸盐矿物带大量永久负电荷,随着它的含量增加,电荷零点值下降。如灰化土B层加入不同量的蒙脱石时,电荷零点则成比例地下降。用电位滴定法测得中国的砖红壤、红壤、黄棕壤和黑土胶体的电荷零点分别在pH4.0、3.0、2.35和2.15左右,这主要与其粘土矿物组成有关。

土壤胶体中铁铝氧化物使电荷零点上升,而氧化硅使电荷零点下降。如肯尼亚土壤粘粒电荷零点与Na2S2O4法提取的SiO2/Al2O3或SiO2/Fe2O3摩比呈显著负相关。富含水铝英石的土壤电荷零点也与Al/Al+Si摩比呈显著正相关。中国广东砖红壤胶体去除游离氧化铁后,电荷零点从pH4.0下降为3.5。上面四种中国土壤胶体电荷零点的差异也与游离氧化铁含量有关。

土壤有机质会有大量可变负电荷,使土壤电荷零点下降。一般表层土壤的电荷零点低于底层土壤,这与表土含有较多腐殖质有关。砖红壤胶体去除有机质后,电荷零点从pH4.0上升为pH4.5。

土壤中铁铝氧化物很容易和磷酸盐、硅酸盐和硫酸盐等阴离子发生配位体交换而改变其表面电荷性质,使电荷零点降低。如砖红壤胶体用磷酸盐、硅酸盐处理后电荷零点降低。

电荷零点的测定

最常用的是电位滴定法。使用氢质的土壤或胶体样本在不同浓度的电解质中,用酸或碱滴定,然后测定体系的pH变化。并同时用空白试验进行对照。绘制出pH—电荷曲线,则此线必通过电荷零点。这样用不同浓度电解质所得到的各条滴定曲线的公共交点所示的pH值即为电荷零点

电荷零点可用斯科菲尔德离子吸附平衡法测定。正电荷与负电荷相等时,即净电荷为零时pH值就是净电荷零点