First lec soil chemistry2. الغروي تعريفالسطحية خواصها ,صغير حجم ذات صلبة مادة :
الحيان أغلب في أقطارها لتتعدي ,وزنها من أهمية أكبر2
ميكرومتر
( الدبال ) العضوية والمادة الطين معادن : السائدة التربة غرويات
الكاتيوني التبادل
Cation Exchange
: تعريفهالسطح علي وآخر المحلول في كاتيون بين
ميكانيكيته
3. 3
A Clay Particle ( Clay Micelle)
Plate-like or Flaky Shape
الحوافedge السطحsurface
4. Clay Particle
- - --
-
-
-----------
-
-
-------
Clay particles carry negative charges
التربة ) الطين لحبيبات السطحية )الشحنة
6. 6
المتماثل الحلل
Isomorphous Substitution
الماغنيسيوم مثل الشحنة ثنائي كاتيون يحل حينماMg2+
ثلثي كاتيون محل
اللومنيوم كاتيون كثل الشحنة رباعي أو الشحنةAl3+
السيليكون أوSi4+
بلورة في
الطين معدن
الطين معدن لبلورة الكهربية الشحنات توازن في خلل الحلل هذا عن ينتج
( الطين حبيبات سطوح ) البلورة سطح علي سالبة شحنة ظهور نتيجته من يكون
__
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
negatively charged faces
Clay Particle with Net negative Charge
7. الهيدروكسيل مجاميع انحلل
•خاصة البللورية الحواف علي الهيدروكسل مجموعة انحلل
الـ درجات عندpHالمختلفة
•: القلوية البيئة فيalkaline media
• Clay micelle-Si-OH + OH-
Si-O-
+ H2O
•:الحامضية البيئة فيacid media
• Clay micelle-Al-OH + H+
Al-OH2
+
الوسط حموضة درجة علي المتوقفة الشحنة
pH dependent charge
9. سطوح علي المدمصة الكاتيونات أنواع
الطين معدن حبيبات ) )المايسيل
• H+1
• Na+1
K+1
Li+1
Cs+1
Rb+1
• Ca+2
Mg+2
Sr+2
Ba+2
• Al+3
Fe+3
•.......المتبادلة الكاتيونات مفهوم
•.....التبادل مواقع مفهوم
11. المتبادلة الكاتيونات أنواع
التبادل مواقع
: علي تتوقف الدمصاص مواقع جذب قوة
المتأدرت القطر , الكاتيون تكافؤ
: الدمصاص قوة حيث من الكاتيونات ترتيب
Rb+
> K+
> Na+
> Li+
المتأدرت القطر المتأدرت غير
Li 1.003 0.078
Na 0.790 0.098
K 0.532 0.133
Rb 0.509 0.149
الدمصاص قوة ترتيب
الرابع
الثالث
الثاني
اللول
12. التكافؤ متعددة الكاتيونات حالة في
الحادي من أكبر الثنائي من أكبر الثلثي
Al+3
> Ca2+
> Mg2+
> K+
> Na+
علي آخر محل لكاتيون اللحللية القدرة تتوقف
الكاتيون لوتكافؤ شحنة علي التبادل مواقع ألو سطوح
Al3+
> Ca2+
> Mg2+
>> NH4
+
> K+
> H+
> Na+
> Li+
14. الكاتيونية التبادلية السعة
Cation Exchange Capacity
CEC
التعريف
الجافة التربة من وزن وحدة لكل المتبادلة الكاتيونات كمية هي
: وحداتها
تربة كيلوجرام / (+)سنتيمولcmol (+) /kg soil
أو
/ (+) ملليمكافئ100تربة جرامmeq(+) / 100 g soil
15. 1التربة من وزنية وحدة لكل الكاتيونات ادمصاص مواقع عدد هي -
the number of cation adsorption sites per unit weight
of soil
2التربة تدمصها أن يمكن التي المتبادلة للكاتيونات الكلي المجموع : هي أو -
the sum total of exchangeable cations that a soil can
adsorb.
* CEC is expressed in milliequivalents (meq) per 100 g
of oven dry soil.
16. المكافئ تعريفeqوالمليمكافئmeq
المكافئ الوزنEquivalent weightللكاتيون
الكاتيون تكافؤ علي مقسوما الجزيئي الوزن =
•كل1= مكافئ1000ملليمكافئ
•كل1كاتيون ل ي الكاتيونية التبادلية السعة من مكافئ
مسويا (الدمصاص مواقع ) المواقع من عددا يشغل
أفوجادرو لعدد.6 022*1023
... ادمصاص موقع
•كل1يشغل ملليمكافئ.6 022*1020
موقعا
17. 1 meq wt. of CEC has 6.022 x 1020
adsorption sites
meq of Common Cations
Element Na+ K+ Ca++ Mg++
Valence 1 1 2 2
eq. Wt 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12
1 meq wt .023 .039 .02 .012
18. يشغلها التي الدمصاص مواقع عدد بين قارن0.023gالصوديوم من
و0.023g, الكالسيوم من0.023g, اللومنيوم من0.023gمن
الهيدروجين
19. الكاتيونية التبادلية السعة علي التربة قوام تأثير
CEC التربة قوامSoil Texture
1–5 Sandy
5–10 Sandy Loam
6–12 Silty Loam
15–30 Clay Loam
<30 Clay
21. التربة في المتبادلة الكاتيونات حساب
, المعمل في مختلفة تربة عينات ثل ث تحليل تم
يلي كما كانت المتبادل البوتاسيوم قيم أن ووجد
Soil CEC cmol K+
/ kg
Sandy 0.06
Sandy loam 0.22
Sandy clay loam 0.78
الثالث السؤالفدان لكل جرام بالكيلو المتبادل البوتاسيوم كمية إحسب :
22. Assume Avg CEC for % OM = 200 meq/100g
Assume Avg CEC for % clay = 50 meq/100g
CEC = (% OM x 200) + (% Clay x 50)
From soil data: soil with 2% OM and 10% Clay
200 x .02 + 50 x .1 = 4 + 5 = 9 meq/100 g
الرابع السؤالتحتو ي لتربة التبادلية السعة إحسب :35, طين %1.5مادة %
عضوية؟
23. التربة قوام نتائج باستخدام الكاتيونية التبادلية السعة بقيمة التنبؤ
Sand = 0-3 meq/100 g
Silt = 10 – 15
Clay = 30 - 50 (depends on kind of clay)
الـ احسب : مثالCEC: علي تحتوي لتربة30, طين %40سلت %
: الحل
CEC = (30% clay X 30 + 40% silt x 15 +
40% sand x 3 ) = 9 + 6 + 1.2 = 16.2 meq/100g
CEC = (30% clay x 50 + 40% silt x 10 + 30% sand x
2 ) = 15 + 4 + .6 = 19.6 meq/100g
25. الـ احسب : مثالCEC: علي تحتوي لتربة40%clayمعظمه ,
,المونتموريللونيت من35%siltالعضوية المادة نسبة وتبلغ ,
.1 2%
CEC = 40% clay x 100 + 35% silt x 12 +
25% sand x 3 + 200 x 1.2% OM
=40 + 4.2 + 0.75 + 2.4 = 47.35 meq/100g
. السائد هو الكاولينيت معدن كان إذا السابق المثال في الحسابات أعد
26. التبادلية السعة تكون متي : الخامس السؤال
؟ مرتفعة للتربة الكاتيونية
التربة كانت إذا
العضوية والمادة الدبال من مرتفع محتو ي ذاتHigh humus
content
مرتفعة انتفاخية قدرة ذاتHigh swelling capacity
الطين معادن من مرتفع محتو ي1:2High clay content
ناعم قوام ذاتFine Texture
27. Base saturationبالقواعد التشبع
cations, Ca2+
, Mg2+
, K+
, and Na+
are considered
to be basic cations.
The base saturation of the soil
للتربة الكاتيونية التبادلية السعة من القاعدية للكاتيونات المئوية النسبة وهي.
من أكبر بالقواعد التشيع نسبة تكون حينما50الـ من %CECفإن للتربة
كاتيونات صلحية من يزيد ذلكCa, Mg, K, الرخري الكاتيونات مع للتبادل
الـ قيمة انخفاض يمنع وبالتاليSoil pH
منخفضة بالقواعد التشبع نسبة تكون حينماLow base saturation
(<25%(نشاط زيادة إلي يؤدي ذلك فإن ,للتربة الكاتيونية التبادلية السعة من
الثليثي اللومنيوم كاتيونAl+3
الـ ظاهرة يسبب والذيPhytotoxicity
(اللومنيوم وتمثيل امتصاص بزيادة )التسمم للنباتات
28. Base Saturation
% Base Saturation = ∑ meq bases cations ÷ CEC x 100
% Hydrogen Saturation = meq H ÷ CEC x100
Example: in an Ap Soil Horizon
Cations-- H+ Ca++ Mg++ K+ Na+
meq/100g 9.4 14 3 0.5 0.1
CEC = 27 meq/100g (sum of cations)
% base saturation = 17.6 ÷ 27 x 100 = 65%
% hydrogen saturation = 9.4 ÷ 27 x 100 = 35%
29. التربة في الكاتيونات بحركة الكاتيونية التبادلية السعة علقة ماهي
علي الكاتيونية التبادلية للسعة تأيثير هناك يكون أن تتوقع هل
؟ وماهو ؟ التربة رخواص
السادس السؤال
30. الضرضي المحلولSoil Solution
•الديناميكي والزتزان الضرضي المحلول
•الضرضي المحلول علي الحصول طرق
•عن التعبير وطرق ,الضرضي للمحلول اليوني التركيب
زتركيزه
•النبات بتغذية الضرضي المحلول علةقة
31. 31
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
free water
double layer
water
adsorbed water
50 nm
1nm
32. 32
المحيطة المائية اللغلفة في الكاتيونات توزيع
الطين بحبيبة
+++
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+ + +
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
cations
الطين حبيبة سطح عن ابتعدنا كلما الكاتيونات تركيز يقل
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
clay particle
double layer free water
33. حوالي يوجد , الاراضي أنواع معظم في99من %
الميسيل بسطوح مرتبطة الكاتيوناتmicelles
(clay particles & organic matter(
في الموجودة الكاتيونات مابين دائم توازن هناك
الارضي المحلولmainly Ca++, Mg++,
K+ and Na(+
الميسيل سطوح علي المدمصة والكاتيونات
التبادل ظاهرة وجود إلي التزان هذا يؤدي
فيحل مكانه الكاتيونات أحد يغادار حينما الكاتيوني
آرخر كاتيون محله
للعناصر النبات امتصاص تفسير يمكن هذا وعلي
تلك تخرج حيث , التربة محلول من الغذائية
الكتيوني التبادل مواقع من أساسا الكاتيونات
للميسيل
التبادلية بالسعة مايسمي هو السطوح هذه مجموع
الكاتيونية
Cation Exchange Capacity or CEC
الميسيلMicelle
34. النبات بواسطة العناصر امتصاص
+ةلدابتملاتانويلا
يحطسلاص
اصتملا
ض
ارلانمبلصلاءزجلا
ةبرتلانداعم+
تانئاكلاو
ةيوض
علاةداملا
ةقيقدلاةيحلا
و
يض
ارلاءاوهلا
C
O
2
36. •الهيدضروجين أيون ةقيمة علي يدل وبسيط سهل مقياس هو
التربة في
•المحلول في الماء زتحلل من التربة في الساسي مصدضره
الضرضيH2O → H+
+ OH-
•التربة ةقلوية أو حموضة لقياس يستخدم
What is pH?:
38. التربة قلوية أو حموضة مصادضر
: التربة قلوية مصادار :أول
1للكربونات المائي التحلل -
CaCO3 + H2O Ca+2
+ HCO3
-
+ OH-
2التحلل مثل ,والصخوضر المعادن لبعض المعدنية التجوية -
عنه ينتج حيث (الكالسيوم فلسباضر ) النوضرثيت لمعدن المائي
ةقلوية ةقاعدة
Anorthite + H2O Aluminosilicate + Ca(OH)2
39. التربة قلوية أو حموضة مصادضر
: التربة لحموضة الساسية المصادار :يثانيا
1والكائنات الجذوار تنفس عن الناتج الكربون أكسيد يثاني -
الدقيقة الحية
2للتربة المضافة العضوية المواد معدنة -
3الرخري الحامضية الغازات أو الكربون أكسيد يثاني تفاعل -
المطر ماء مع
4التربة في الحيوي والتمثيل التأزت عمليات -
5العضوية غير السمدة بعض إضافات -
40. Carbonic acid formation
• forms in soil water
CO2 + H2O H2CO3
H2CO3 H+
+ HCO3
-
----------------------------
CO2 + H2O H+
+ HCO3
-
• [CO2] is higher in soils than aboveground
41. أهميةpHالتربة
التربة في المعادن ذائبية علي يؤثر
الدقيقة الحية الكائنات نوعية وعلي النبات نمو علي يؤثر
بالتربة السائدة
الصغري العناصر صليحية ودرجة ذائبية علي يؤثر
النبات بواسطة للتمتصاص والكبري
تسود التي الذوبان أو الترسيب تفاعلت نوعية علي يؤثر
بالتربة
42. Neutral
Acidic Basic
pH Measurements
Possible pH Ranges Under Natural Soil Conditions
carrot: 5.5-7.0
cucumber: 5.5-7.0
spinach: 6.0-7.5
tomato: 5.5-7.5
white pine: 4.5-6.0
black walnut: 6.0-8.0
wheat: 5.5-7.5
Very
strong Strong Moderate Slight Slight Moderate Strong
Very
strong
3 4 5 6 7 8 9 10 111 2 12 13 14
Most agricultural soils
Extreme pH range for most mineral soils
cranberry:4.2-5.0
apple: 5.0-6.5
Laboratory Analysis
45. الحموضة أنواع
The types of soil acidity
النشطة الحموضةActive acidity:أيونات وهي
الرضي المحلول في تمباشرة الموجودة الهيدروجين
بالـ تمايسمي أيFree hydrogen ions
الكامنة الحموضةSoil potential acidity:وهي
التربة تمحلول تمد والتي المتبادلة بالكاتيونات المرتيطة
واللوتمونيوم الحديد كاتيونات وخصة ,الهيدروجين بأيونات
الـ عليها يطلق التي وهيBound hydrogen ions
46. : النشطة الحموضة
Exchangeable ( or Active ) acidity
التربة تمن المستخلص واللوتمنيوم الهيدروجين كاتيونات تمجموع تمثل وهي
الكاتيونية التبادلية السعة لقيمة تمنسوبا البوتاسيوم كلوريد بواسطة
)]Al+3
+ H+
) / CEC[
: الكامنة الحموضة
Residual or bound or non-exchangeable acidity
تمن المستخلص غير واللوتمنيوم الهيدروجين كاتيونات تمجموع تمثل وهي
,البوتاسيوم كلوريد بواسطة التربة
الحموضة أنواع
The types of soil acidity
48. الحموضة في وأهميته لللمونيوم المائي التحلل
Hydrolysis of Al+3
H2O OH-
+ H+
Al+3
+ HOH Al(OH)+2
+ H+
Al(OH)2+
+ HOH Al(OH)2
+1
+ H+
Al(OH)2
+1
+ HOH Al(OH)3 + H+
Al(OH)3 + HOH Al(OH)4
-1
+ H+
49. Soil Buffering capacity للتربة التنظيمية السعة
الـ في التغيرات مقومة علي التربة قدرة هيpHالرضي للمحلول.
من كل من محتواها بزيادة للتربة التنظيمية السعة قيمة تزدادclay
and organic matter
50. للتربة التنظيمية السعة
Soil Buffering Capacity
الـ قيمة في التغيرات تمقاوتمة علم التربة قدرةpH
في الموجودة الهيدروجين كاتيونات كمية تعتبر
بكثير أقل (النشطة الحموضة ) التربة تمحلول
التربة في تمخزن أو تمدتمص هو لما بالنسبة
(الكاتمنة الحموضة )
تمن المسحوبة الهيدروجين كاتيونات تمن كمية تحل
المحلول تمن المسحوبة تمحل الكاتمنة الحموضة
الرضي
تؤدي القواعد بإضافة النشط الهيدروجين تمعادلة
تمن الهيدروجين تمن لكمية سريع سحب إلي
الدتمصاص جديد تمن لتعاود الكاتمنة الحموضة
للتربة الغروي المعقد سطوح علي
Editor's Notes The clay particle derives its net negative charge from the isomorphous substitution and broken bonds at the boundaries.
The negatively charged faces of clay particles attract cations in the water. The concentration of the cations decreases exponentially with the increasing distance from the clay particle. The negatively charged clay surface and the positively charged cations near the particle form two distinct layers, known as “electric double layer” or simply “double layer”.