土壤粘粒与离子间的平均结合自由能及其测量研究

本工作基于Wien效应方法、离子选择性电极法和DGT(簿层梯度扩散技术)研究了阴、阳离子与多种胶体粘粒之间的相互作用和能量关系。研究内容包括：阳离子(Na+、K+、Ca2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+和La3+)与粘土矿物(高岭土、蒙脱土)、四种土壤(黑土、黄棕壤、红壤和砖红壤)之间的结合能；阴离子(F-、Cl-和NO3-)与两种氧化物(赤铁矿和氧化铝)之间的结合能。主要研究结果如下： 用悬液Wien效应法与离子活度法测定了不同粘粒对一价阳离子Na+和K+的平均结合自由能△Gbi。测试结果表明,用Wien效应法测定的Na+的平均结合自由能△Gbi的变化顺序为：黄棕壤>红壤>黑土>蒙脱土>高岭土>砖红壤；用离子活度法测定的Na+的△Gbi的变化顺序为：红壤>黑土>黄棕壤>蒙脱土>高岭土>砖红壤。两种方法的误差范围为9.96-810.33%。用Wien效应法测定的K+的平均结合自由能△Gbi的变化顺序为：黄棕壤>黑土>红壤>蒙脱土>砖红壤>高岭土；用离子活度法测定的K+的△Gbi的变化顺序为：黄棕壤>黑土>砖红壤>红壤>蒙脱土>高岭土。对于黑土和黄棕壤而言,两种方法测定的一价离子的△Gbi十分一致,对于红壤和蒙脱土,相对误差也较为一致,但是砖红壤和高岭土的误差较大。 用悬液Wien效应法、离子活度法和DGT技术测定了不同粘粒对二价阳离子Ca2+Cu2+、Cd2+和Pb2+的平均结合自由能△Gbi。用Wien效应法测定的Ca2+的平均结合自由能△Gbi的变化顺序为：黑土>黄棕壤>红壤>蒙脱土>高岭土>砖红壤；用离子活度法测定的Ca2+的△Gbi的变化顺序为：黑土>黄棕壤>红壤>蒙脱土>高岭土>砖红壤；用DGT技术测定的Ca2+的△Gbi的变化顺序为：红壤>黄棕壤>黑土>砖红壤。用Wien效应法测定的Cu2+的△Gbi的变化顺序为：蒙脱土>黑土>黄棕壤>红壤>高岭土>砖红壤；用离子活度法测定的Cu2+的△Gbi的变化顺序为：蒙脱土>红壤>高岭土>黄棕壤>黑土>砖红壤；用DGT技术测定的Cu2+的△Gbi的变化顺序为：黑土>黄棕壤>红壤>砖红壤。用Wien效应法测定的Cd2+的△Gbi的变化顺序为：蒙脱土>红壤>黑土>黄棕壤>高岭土>砖红壤；用离子活度法测定的Cd2+的△Gbi的变化顺序为：蒙脱土>红壤>黄棕壤>黑土>砖红壤>高岭土；用DGT技术测定的Cd2+的△Gbi的变化顺序为：砖红壤>红壤>黑土>黄棕壤。用Wien效应法测定的Pb2+的△Gbi的变化顺序为：蒙脱土>黑土>红壤>黄棕壤>高岭土>砖红壤；用离子活度法测定的Pb2+的△Gbi的变化顺序为：黑土>蒙脱土>黄棕壤>红壤>砖红壤>高岭土；用DGT技术测定的Pb2+的△Gbi的变化顺序为：黑土>砖红壤>红壤>黄棕壤。三种方法测量△Gbi结果均表现为离子活度法偏高,Wien效应法偏低,DGT技术居中,这可能是测量的EC0偏高,离子活度ai偏低所致。三种方法结果有差距,还有待于今后的研究。 用悬液Wien效应法与离子活度法测定不同粘粒对三价阳离子La3+的平均结合自由能△Gbi。测试结果表明,用Wien效应法测定△Gbi的变化顺序为：蒙脱土>黑土>黄棕壤>红壤>高岭土>砖红壤；用离子活度法测定△Gbi的变化顺序为：蒙脱土>黄棕壤>高岭土>黑土>红壤>砖红壤。两种方法的误差在10.37～1086%之间。 对于砖红壤和高岭土,测量值出现了负值,这可能是因为砖红壤带有表面正电荷,或者pH未在适宜的测量范围内,高岭土的测量结果误差很大,且有时出现负值,这可能是制备胶体时,洗脱不彻底。 用悬液Wien效应法与离子活度法测定F-、Cl-和NO3-对赤铁矿和γ-氧化铝的平均结合自由能△Gbi。测试结果表明,用两种方法测定F-、Cl-和NO3-的△Gbi的变化顺序均为：氧化铝>赤铁矿。两种方法的误差较小(3.27～41.2%)。