Bài giảng Khoa học đất - Chương 6: Các tính chất hóa học cơ bản của đất

Chương 6-Các tính chất hóa học cơ 
bản của đất.
Bài 1. BẢN CHẤT VÀ Ý NGHĨA 
CỦA KEO ĐẤT
Mục tiêu
• Mô tả 2 đơn vị cấu trúc cơ bản của khoáng 
sét với khả năng cung cấp dinh dưỡng của 
chúng. 
• Sự khác biệt giữa sét 1:1 và sét 2:1
• Mô tả sự thay thế đồng hình (động lực cung 
cấp dinh dưỡng)-điện tích thường xuyên, 
điện tích phụ thuộc pH
• Mô tả và giải thích sự mất cân bằng điện 
tích ảnh hưởng đến tính chất đất
Keo đất
• “các vật liệu hữu cơ hay vô cơ cỏ kích thước rất 
nhỏ , nên có diện tích bề mặt rất lớn trên 1 đơn vị 
trọng lượng”
• BỀ MẶT MANG ĐiỆN TÍCH
• 2 loại:
– Vô cơ:
• Sét silicate tinh thể (silicate cấu trúc dạng phiến)
• Sét silicate không có dạng tinh thể
• Sét oxide sắt & nhôm
– Hữu cơ:
• Chất hữu cơ (mùn)
“sét” là . . .
• Có kích thước hạt (≤0.002 mm)
• Là 1 loại khoáng có những tính chất và đặc 
điểm riêng biệt (khoáng thứ sinh)
Cơ sở hình thành khoáng học sét 
silicat
• 2 khối cấu trúc cơ bản: khối tứ diện silica-
(Si) tetrahedron- và khối bát diện aluminum 
-(Al) octahedron.
• Các khối cấu trúc cơ bản này hình thành 
nên các phiến/tầng: “sét silicate dạng tầng”
Dạng của tứ diện silicon và bát 
diện aluminum
O OH
OO
O
OH
OH
OH
OH
Si
Al
Octahedral sheet
Octahedral sheet
Tetrahedral sheet
Tetrahedral sheet
Tetrahedral sheet
Tetrahedral sheet
Bề mặt hạt keo mang điện tích
Sét và chất hữu cơ trong đất có tính keo 
(mang điện tích bề mặt), phần lớn keo đất mang 
điện âm, nên có khả năng hấp phụ trao đổi với 
các cation- Cation Exchange Capacity (CEC)
Điện tích âm trên mùn
1. mùn
R-CO + R-CO-O- + H+
Điện tích này là điện tích phụ thuộc pH, khi pH 
tăng (tăng OH-), tăng CEC và ngược lại khi đất 
chua, CEC của chất hữu cơ giảm.
OH-
hay
O- Ca++ or K+
Khóang sét: thay thế đồng hình
• Sự thay thế một ion này bởi một ion khác có cùng 
kích thước bên trong cấu trúc tinh thể sét
• Điều này làm thay đổi tầng điện tích và vị trí của 
điện tích trên khoáng, nhưng không thay đổi cấu 
trúc (ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất của sét)
Xảy ra trong một thời gian rất dài!!! 
Không thay thế nhanh chóng được!!!
~ tương đương & hình dạng/kích thước (bán 
kính ion)
Nguồn gốc Điện 
tích âm trên sét
Nguồn thứ nhất:
1) Cạnh vỡ
Nguồn 2:
2) Thay thế đồng hình
Al 3+ thay Si 4+ hay 
Mg2+ thay Al 3+ hay 
Zn2+ thayAl 3+
Không thay thế Zn++ thay Al+++
Trung tính -1 điện tích
Thay thế đồng hình trong khối tứ 
diện
Si2O4 SiAlO4
Trung tính
Phién tứ diện
-8
điện tích (-) thật
(+4) x 2 = +8
(-2) x 4 = -8
(+4) + (+3) = +7
Thay thế đồng dạng trong phiến bát 
diện
(OH)2Al2O2 (OH)2AlMgO2
Trung tính Điện tích (-) thật
Phiến bát diện
(-1) x 2 = -2
(+3) x 2 = +6
(-2) x 2 = -4
(-2) + 
(+3) + (+2) = +5
(-4) = -6 = -6
Bán kính ion của các nguyên tố 
trong sét silicate – phiến tứ diện & bát diện
Chú ý: và có thể tương xứng với nhau
Bán kính Tìm thấy trong
Phiến tứ diện
Phiến bát diện
Các vị trí trao đổi
Cả 2 phiến
Các khóang sét silacate
• Aluminosilicates có cấu trúc tinh thể. 
Được hình thành do biến đổi của các 
khóang khác hay tổng hợp từ các 
nguyên tố hóa học.
• Kích thước <0.002 mm
• Hai kiểu khóang sét silicate tiêu biểu 
1 : 1 và 2 : 1/ 2: 1: 1
Khối cơ bản của khóang sét
Silicon - Oxygen Tetrahedron (Si2O5
-2)
Aluminum Octahedral (Gibsite)
Al(OH)6
-3
Các kiểu khóang sét
1) Kaolinite là kiểu sét 1: 1 (phổ biến trên 
đất xám)
1 phiến silica và 1 phiến gibsite
.0072 cm thick
Tính chất: 
1) Kích thước to, CEC thấp - 3-15 meq/100g
2) liên kết chặt, co-trương kém
Sét 2 : 1: 1
1. Hydrous Mica hay Illite
25% Si4+ trong khối tứ diện được thay thế bởi Al+3, 
mỗi sự thay thế để lại 1(-), ion K+ làm cầu nối các phiến 
(rất chặt)
K Space
Tính chất
1) Không trương nở
2) CEC thấp 30 meq/100g
2. Vermiculite
Tương tự Illite, nhưng tất cả ion K 
không còn trong cầu nối
Tính chất
1) Co ngót-trương nở
mạnh
2) CEC cao =150meq/100g
3. Smectite hay Montmorillonite
Mg++ thay Al+++ trong khối 
Octahedral
Tính chất: 1) trương nở (phổ biến trên 
đất ĐBSCL. 
2) CEC = 80-150 meq/100g
So sánh các sét silicate phổ biến
Smectite
Kaolinite
1:1 
Vermiculite
Mica cấu trúc 
haït mòn Chlorite
Sét 2:1sét1:1
Sét silicate 1:1
• Tấng bao gồm một phiến tứ diện nối với 
một phiến bát diện
• Kaolinite: một trong những loại khoáng sét 
phổ biến nhất trong đất; chiếm tỉ lệ cao 
trong đất vùng khí hậu nóng ẩm
• ổn định ở pH thấp, sét silicate bị phong 
hóa rất mạnh
• Được tổng hợp trong điều kiện nồng độ Al3+
và Si4+ cao
Kaolinite
• Sét 1:1
• Ít hay không có sự thay thế đồng dạng
• “nghèo dinh dưỡng”
• Không co ngót-trương nở ổn định do nối 
Hydrogen giữa các tầng cạnh nhau
• Sản phẩm của phong hóa trong điều kiện 
chua (pH thấp, phổ biến trên đất xám)
Các phiến tứ diện silicate và bát diện aluminum nối với nhau 
bởi các nguyên tố oxygen.
Cấu trúc của sét Kaolinite
Không có thay thế đồng hình!!!
Kaolinte dưới điều kiện pH thấp
Al—OH + H+  Al—OH2
+
không địên tích địên tích (+)
So sánh các khoáng sét silicate phổ biến
Smectite
Kaolinite
1:1 
Vermiculite
Mica haït mòn
Chlorite
Seùt 2:1Seùt 1:1
Sét silicate 2:1
• Hai phiến tứ diện silica nối với một phiến 
bát diện aluminum
• Ba nhóm chính:
– Smectites (vd., montmorillonite)
– Vermiculites
– 2:1:1: Micas illite, chlorites
CÁC LOẠI KHOÁNG SÉT
SÉT 1:1
(1 tứ diện-1 bát 
diện)
Kaolinite, 
nacrite, dickite, 
halloysite, vv.
Sét 2:1
(2 tứ diện-1 bát 
diện)
Montmorillonite,
beidellite, 
saponite, vv.
Illite, 
muscovite, 
biotite, vv.
Tri- hay di-
vermiculite
Cookeite, 
chamosite 
vv
2:1:1
Smectites Micas Vermiculites Chlorites
Thay thế đồng hình trong phiến tứ 
diện
Si2O4 SiAlO4
Trung tính
Phiến tứ diện
-8
địên tích (-) thật
(+4) x 2 = +8
(-2) x 4 = -8
(+4) + (+3) = +7
Thay thế đồng hình trong phiến bát diện
(OH)2Al2O2 (OH)2AlMgO2
Trung tính Địên tích (-) thật
Phiến bát diện
(-1) x 2 = -2
(+3) x 2 = +6
(-2) x 2 = -4
(-2) + 
(+3) + (+2) = +5
(-4) = -6 = -6
So sánh các sét silicate phổ biến
Smectite
Kaolinite
1:1 
Vermiculite
Mica hạt mịn
Chlorite
Sét 2:1Seùt 1:1
Smectite (2:1, Montmorillonite)
• Điện tích của các tầng được hình thành từ sự 
thay thế của Mg2+ đối với Al3+ trong phiến bát 
diện
• Không ổn định (biến đổi thành khoáng khác) 
dưới điều kiện pH thấp và ẩm độ cao
• Trương nở cao nhất so với các khoáng sét khác
• “giàu dinh dưỡng”
Cấu trúc của montmorillonite (1 loại smectite): hình thành từ 2 phiến tứ diện và 1
phiến bát diện, nối với nhau bởi các nguyên tử Oxygen chung. 
Cấu trúc cơ bản của Smectite 
(Montmorillonite)
Cấu trúc cơ bản của Smectite 
(Montmorillonite)
Thay thế đồng dạng 
trong phiến bát diện
Nguyên nhân làm cho 
cations di chuyển vào 
trong các khoảng trống 
liên tầng, tại đây chúng 
có thể được thay thế 
bởi các cation khác
= Mg
So snh các sét silicate phổ biến
Smectite
Kaolinite
1:1 
Vermiculite
Mica hạt mịn
Chlorite
Sét 2:11:1 clays
Vermiculites (2:1)
• Là sản phẩm được biến đổi từ micas
• Được hình thành do mất K+ trong mica
• K+ trong liên tầng của mica được thay thế bởi Mg2+
• Giới hạn sự co-trương 
• Điện tích tầng cao: thay thế đồng dạng trong CẢ 2 
phiến tứ diện và bát diện
• “giàu dinh dưỡng!” (nhất)
• ổn định dưới điều kiện pH đất thấp, Mg, Fe 
cao
• Phổ biến trên đất phù sa mới
Cấu trúc của Vermiculite
Mất sự không 
cân bằng điện 
tích, cả 2 
phiến:
Khả năng 
cung cấp dinh 
dơỡng cao
= Al = Fe = Mg
So sánh các sét silicate phổ biến
Smectite
Kaolinite
1:1 
Vermiculite
Mica hạt mịn
Chlorite
Sét 2:11:1 clays
(2:1:1, Mica hạt mịn)
• Al3+ thay thế Si4+ trên phiến tứ diện
• Điện tích bề mặt mạnh
• “tương đối nghèo dinh dưỡng”
• Khoáng trương nở, dính trung bình
• ổn định dưới điều kiện pH trung bình đến thấp
Cấu trúc của Illite
Cấu trúc của Illite
1. Thay thế đồng 
dạng trong phiến tứ 
diện
2. K+ đi vào trong 
liên tầng để trung 
hàa điện tích “gắn 
chặt” cấu trúc laïi
K+ K+
So sánh các sét silicate phổ biến
Smectite
Kaolinite
1:1 
Vermiculite
Mica hạt mịn
Chlorite
Sét 2:11:1 clays
Chlorites (2:1:1)
• Lớp Hydroxy trong liên tầng
• Hạn chế sự trương nở
• “nghèo dinh dưỡng”
• Phổ biến trong đá trầm tích và đất hình 
thành từ đá trầm tích
• Thay thế đồng dạng trong cả 2 phiến tứ 
diện và bát diện
Cấu trúc của Chlorite
Phiến hydroxy 
Mg-Al 
Phiến hydroxy 
Mg-Al 
1. Giàu Fe
2. “đóng” 
cấu trúc
3. Khả năng 
cung cấp 
dinh 
dưỡng 
thấp
= Al = Fe = Mg
So sánh các sét silicate phổ biến
Smectite
Kaolinite
1:1 
Vermiculite
Mica hạt mịn
Chlorite
Seùt 2:1Seùt 1:1
So sánh các sét silicate phổ biến
Tính chất Kaolinite Smectite Mica hạ mịn
Trương nở
Nối liên kết
Net negative 
charge (CEC)
Vị trí của điện 
tích
Kiẻu sét 1:1 2:1 2:1:1
Thấp
Thấp-không
cao
Hydrogen 
(mạnh)
Van der 
Waal’s (yếu)
Potassium ions 
(mạnh)
Thấp: 2-5 
cmolc/kg
cao: 80-120 
cmolc/kg
Trung bình: 15-
40 cmolc/kg
Chỉ ở cạnh vỡ– KHÔNG 
thay thế đồng hình
Phiến bát 
diện
Phiến tứ diện
Độ phì nhiêu
So sánh các sét silicate phổ biến
Tính chất Kaolinite Smectite Mica hạ mịn
Kiểu sét 1:1 2:1 2:1:1
Trương nở Thấp cao Thấp-không
Khả năng cung 
cấp dinh dưỡng
Thấp Cao Trung bình
Vị trí điện tích Phiến bát diện Phiến tứ diện
Nối hóa học Hydrogen 
(mạnh)
Van der 
Waal’s (yếu)
Potassium ions 
(mạnh)
Chỉ ở cạnh vỡ –
KHÔNG thay thế đồng 
dạng
Smectite
Kaolinite
1:1 Mica hạt mịn
Chlorite
Sét 1:1
Vị trí của mất cân bằng điện tích bên trong
Không điện 
tích
Bát diện
Tứ diện
Bát diện
Tứ diện
Tứ diện
Bát diện
Tứ diện
Tứ diện
Bát diện
Tứ diện
Tứ diện
Tứ diện
Tứ diện
Tứ diện
Tứ diện
Bát diện
Tứ diện
Bát diện
Vermiculite
Sét 2:1
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính bền của khoáng
• Số lượng và loại các cations base trong cấu trúc 
(các cations base hòa tan)
• Số lượng phiến tứ diện được liên kết (nhiều 
oxygen chung = bền hơn)
• Al3+ thay Si4+ (thay thế càng nhiều = càng ít bền)
• Hiện diện của Fe (nhiều Fe = ít bền)
• Kiểu nối hóa học
– Nối Ion: chịu nhiệt cao
– Nối cộng hóa trị: nối mạnh, nhưng không chịu nhiệt cao
Kiểu phong hóa của sự hình thành đất
Oxisols
Ultisols
Entisols, 
Inceptisols
Các kiểu điện tích
• Thuờng xuyên
• Phụ thuộc pH
(do thay thế đồng dạng)
(thay đổi, do cạnh vỡ)
Điện tích thường xuyên
Phiến bát diện trung tính Điện tích (-) thật
Do thay thế đồng dạng
Điện tích phụ thuộc pH- :
trên các cạnh vỡ!!!
Đặc biệt quan trọng trong kaolinite, mùn, nơi 
không có sự mất cân bằng điện tích trên liên 
tầng
Nối H+ chặt, nên 
giảm pH, ít trao đổi 
(có nghĩa khả năng 
cung cấp dinh dưỡng 
thấp)
Cạnh tinh thể
Chấm dứt
cấu trúc & các tính chất của khoáng 
sét!