Методы пептизации коллоидов почвы

Изучая природу органо-минеральных коллоидов, мы столкнулись с рядом затруднений при их выделении из почвы. Как известно, любой метод выделения коллоидов основан на их пептизации. В коллоидной химии различают два основных вида пептизации — адсорбционную и диссолюционную. В первом случае происходит адсорбция потенциал-определяющих ионов или их обмен на ионы, повышающие § потенциал. При диссолюционной пептизации имеет место растворение некоторого количества вещества частицы с последующей адсорбцией продукта растворения, обладающего ионогенным слоем с достаточно высоким потенциалом. Образующиеся в процессе пептизации первичные частицы подвергаются гидратации и приобретают стабильность. Практически пептизация коллоидов почвы достигается путем замещения коагуляторов (обменные катионы Са\ Мд** и Н:) на ионы 1\а4*, и4‘, МН4\ Таковы теоретические предпосылки наиболее распространенного метода выделения коллоидов из почвы, предложенного К. К. Гедройцем.
В последние годы появился ряд работ, показавших, что предельная пептизация почвенной массы может быть достигнута путем разминания ее в состоянии густого теста без применения пептизаторов. Этот метод, впервые предложенный Г. Ф. Нефедовым (8), был экспериментально изучен А. Пури и Б. Кином (17), Р. X. Айдиняном (1), Е. А. Шурыгиной (16) и другими исследователями, которые показали возможность диспергации таким образом почвы до частиц < 1 Степень пептизации коллоидов (частиц < 0,2 (ш) исследована лишь в работе Айдиняна, который, к сожалению, высушивал насыщенные катионами образцы, что приводило к дегидрации коллоидов и могло уменьшить их выход. В работах Б. В. Дерягина (6,7) и Н. И. Горбунова (4) раскрыты некоторые теоретические предпосылки пептизации почвенной массы в процессе разминания. При разминании почвы в состоянии густого теста осуществляется расклинивающее действие водных пленок, нарушается ориентировка отдельных частиц агрегата, увеличивается гидратация поглощенных катионов и заряд коллоидных частиц. Однако для выделения коллоидов и ила из карбонатных почв Н. И. Горбунов (5) рекомендует, как и другие почвоведы, предварительно обрабатывать почву 0,02—0,05 п АС1, а затем применять многократное разминание. В целях унификации подготовки почвы этот автор рекомендует таким же образом обрабатывать некарбонатные почвы. Для получения устойчивой суспензии в ряде случаев Горбунов рекомендует добавлять к суспензии аммиак. А. А. Роде (9), опираясь на данные Реми, Пури и Рая, Бевера-Винтеркорна, Айдиняна, считает, что путем разминания почвенного теста может быть достигнута предельная пептизация почвенной массы, так как степень гидратации одно- и двухвалентных катионов практически одинакова. И. Н. Антипов-Каратаев (3) на основе исследований П. А. Ребиндера, В. С. Шарова, Н. П. Бутовской, О. М. Измайлович, а также на основе тех же исследований Айдиняна, отрицает эту возможность и справедливо указывает, что степень гидратации катионов ионогенного слоя не является единственным и главнейшим фактором, обусловливающим степень пептизации коллоидной системы почвы. Не менее существенное значение имеет степень подвижности соединений, образующих ионогенный слой. Наличие в почве гумусовых веществ, дающих с катионами более подвижные системы, должно вызывать более полную пептизацию коллоидов, так как в этом случае выше электрокинетический потенциал ионогенного слоя и степень гидратированности коллоидной мицеллы. Большой интерес представляют исследования
В. С. Шарова с сотрудниками (14,15), который, признавая возможность пептизации массы глины путем разминания только до определенного предела частиц  (указывает, что «действительным методом достижения первичной дисперсности глины в суспензии был и остается по-прежнему старый метод Гедройца». При оценке способов предельной пептизации почвенной массы для изучения природы органо-минеральных коллоидов не менее существенное значение имеет вопрос о разнокачественное™ самих коллоидов. Впервые на эту особенность указал А. Н. Соколовский (10), который ввел понятие об активном и пассивном иле и А. Ф. Тюлин (И, 12, 13), различавший две группы микроагрегатов, отличающихся по характеру коллоидов. Используя известные схемы Гапона, Тюлин считает, что в первой группе присутствуют коллоиды, пептизируемые по Гедройцу и связанные друг с другом гуминовой кислотой через кальций. Вторая группа содержит коллоиды, не пептизируемые по Гедройцу и прочно связанные с массой частиц. Агрегация этой группы осуществляется гуминовой кислотой через гидраты алюминия и железа. Для диспергации коллоидов второй группы Тюлин в первых работах рекомендовал дис-солюционную пептизацию слабым раствором щелочи, а в последних — метод разминания. Не обсуждая в настоящей статье представления Тюлина о природе коллоидов, отметим только, что в них много неясных положений как в теоретических предпосылках, объясняющих различную степень пептизации коллоидов, так и в данных, характеризующих разно-качественность их химического состава. Совершенно не вскрыты, например, причины, вызывающие разрыв главных валентностей между гуминовой кислотой и алюминием при пептизации второй группы микроагрегатов путем разминания. Заметим, кстати, что ни Тюлин, ни Соколовский не выделяли собственно коллоидной фракции, ограничиваясь суммарным определением количества ила (частиц < 1 (л) или физической глины (частиц < 10 (ш).
Основное положение гипотезы Тюлина о разно-качественности коллоидов проверялось нами на двух типах почв, резко отличающихся по содержанию первой и второй групп микроагрегатов, — обыкновенном суглинистом черноземе Тамбовской обл. и суглинистой горнолесной бурой почве Кавказа.
Образцы почв насыщались натрием из хлористого натра, после чего отмучиванием выделены частицы < 10 /л (группа I по Тюлину). Остаток почвы > 10 /л подвергался многократному разминанию в состоянии густой массы и отмучиванию для выделения микроагрегатов группы II (частицы < 10 ц). Из полученных суспензий как первой, так и второй групп микроагрегатов выделена отмучиванием фракция 10—1 д, а суспензия < 1 [I центрифугирована с выделением частиц 1—0,2 щ 0,2—0,1 \х, и <0,1 /л. Учитывая возможность неполной пептизации коллоидов первой группы микроагрегатов во фракции 10—1 (ш, последняя подвергалась многократному дополнительному разминанию, отмучиванию до полного выделения частиц <1 /л и центрифугированию. Полученные фракции обозначены как группа 1-а микроагрегатов. Полнота пептизации фракции 10—1, 1—0,2 и 0,2—0,1 ц, проверялась обработкой 0,2 п раствором ЫаОН на холоду и при 60°. В табл. 4 показан выход фракций из каждой группы микроагрегатов. Эти данные на первый взгляд подтверждают разно-качественность микроагрегатов в этих почвах. В черноземе преобладает первая группа микроагрегатов, отношение ее ко второй группе равно 18; в бурой лесной почве резко возрастает относительная роль второй группы микроагрегатов, а отношение группы 1: II равно 2. Но обусловлено ли это различное относительное количество двух групп микроагрегатов различной природой и различным, состоянием коллоидов, в них? Для решения этого вопроса обратимся прежде всего к анализу, данных о количестве коллоидов в этих почвах и их распределению в каждой из групп микроагрегатов. Исследуемые почвы .резко, отличаются па общему количеству коллоидов (особенно <0,1 ц). Чернозем, богат коллоидами. Общее содержание частиц <1 /л равно 50 Д% , коллоиды составляют 28,9%, на долю их части <0,1 /л приходится 21,8°/0.,Бурая лесная почва содержит мало коллоидов. Общее количество . .частиц .< 1 /л равно 25,7, коллоиды составляют лишь 7,7, а их часть <0,1 ,/л 4,5%. В черноземе на меньшее количество грубых фракций приходится значительно больше коллоидов, а в бурой лесной почве на большее количество грубых фракций — меньше коллоидов. Коллоиды в черноземе распределяются на поверхности грубых частиц более толстой пленкой, а, частично остаются свободными, заполняя поры и промежутки в почве,- и пещизируются по Гедройцу без дополнительного разминания, в большей степени. В бурой почве на единицу поверхности грубых частиц приходится меньше коллоидов, их пленка тоньше, свободных коллоидов мало.
Как видно из приведенных данных, дополнительное разминание остатка группы I микроагрегатов (частиц 10—1 /и), обозначенного как фракция 1-а, обусловило незначительный дополнительный выход фракций < 1|х, примерно такой же, как и из группы II микроагрегатов.
Последняя как в черноземе, так и в бурой почве содержит мало коллоидов. Никакой разницы в химическом составе коллоидов групп I, 1-а и II микроагрегатов практически нет (табл. 5). Отметим, что Л. Н. Александрова (2) еще в 1944 г. указывала на относительную однородность химического состава коллоидов групп I и II микроагрегатов. Дополнительная диссолюциопная пептизация всех фракций 0,02 п раствором обусловила некоторый, в целом относительно невысокий, выход коллоидов (табл. 6). Исключение составляют предколлоидная и коллоидная фракции чернозема, выделенные по методу Гедройца (группа I). Из них №ОН извлекает дополнительно значительное количество коллоидов, преимущественно <0,1 р.
Это обусловлено тем, что дополнительному разминанию в этой серии опытов подвергалась масса фракций >1 и и, следовательно, во фракции 1—0,2 р остались коллоиды, способные к выделению при длительном разминании после насыщения натрием в силу медленного развития процесса гидратации. При обработке щелочью происходит частичная пептизация наиболее застаревших и дегидратированных коллоидов, которые содержатся в группах I и II микроагрегатов. Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что разделение массы частиц <10 \х на группы I и И микроагрегатов условно. Как в I, так и во II группах имеются коллоиды, для пептизации которых требуется дополнительное разминание и диссолюционная пептизация слабым раствором щелочи.
Из данных табл. 7 отчетливо вырисовывается картина постепенной перегруппировки частиц при применении различных, достаточно мягких способов пептизации. Пептизация по Гедройцу дает полного расчленения почвенной массы на первичные частицы. Некоторая часть предколлоидной и коллоидной фракций остается в составе фракции крупной пыли. Дополнительное разминание насыщенной натрием массы частиц > 1 /л увеличивает выход предколлоидных и коллоидных частиц. Дальнейшая диссолюционная пептизация всех частиц >0,1 /л пептизирует значительное количество коллоидов <0,1 /л, благодаря чему уменьшается количество предколлоидной фракции.
Достигнут ли максимальный выход коллоидов и предельная степень дисперсности первичных частиц при указанных выше способах пептизации? Очевидно, нет. Наши наблюдения показывают, что в массе фракций 10—1 и 1—0,2 /л после многократного разминания и обработки раствором 0,02 п ОН на холоду и при 60° остается большое количество аморфных темноокрашенных сгустков, отделившихся от массы частиц, но не подвергающихся пептизации. Выделить эти сгустки из суспензии до настоящего времени не удалось, так как они осаждаются примерно с той же скоростью, что и основная масса частиц.
Таким образом, коллоиды в почве представляют собой единую систему, пептизация которых определяется относительным содержанием их в почве, скоростью и способностью гидратироваться после насыщения №.
Выводы
1. Пептизация коллоидов гумусиых горизонтов возможна только после насыщения почвы N3 для образования на поверхности первичных частиц подвижного иогенного слоя. Разминание почвы в состоянии теста без предварительного насыщения Ка не обеспечивает полной пептизации.
2. Метод Гедройца не дает полной пептизации коллоидов и должен дополняться разминанием и диссолюционной пептизацией слабыми растворами щелочей.
3. Выделение групп I и II микроагрегатов по классификации Тюлина условно, каждая группа содержит различные по степени пептизации коллоиды. Химический состав коллоидов в этих группах одинаков.
4. Коллоиды образуют в почве единую систему, распределяющуюся в массе более грубых частиц. Пептизация их определяется прежде всего относительным содержанием коллоидов в почве, скоростью и способностью их к гидратации после насыщения натрием.