Физическая и коллоидная химия. Основные термины и определения. Учебное пособие - Сергей Белопухов

Буферная емкость экосистемы. Способность экосистемы противостоять загрязнению; количество загрязнителя, которое экосистема может поглотить без заметных отрицательных последствий для себя. Это понятие иногда используют при оценке отдельных компонентов ландшафтов; в частности, буферность почвы – ее способность сохранять кислотную реакцию (рН), особенно в связи с кислотными дождями. Буферная емкость природных вод – способность воды к самоочищению от антропогенных загрязнителей и т. д.

Буферность. Устойчивость системы к изменениям, вызываемым внешними факторами.

Буферность почвы. Способность жидкой и твердой фаз почв противостоять изменению реакции среды (рН) при прибавлении сильной кислоты (кислотное плечо, кислый интервал буферности почвы) или щелочи (щелочное плечо, щелочный интервал буферности почвы). Выражается количеством кислоты или щелочи (в эквивалентах), смещающим рН на единицу, или отрезками площадей, ограниченных кривыми титрования без буферной системы (кварцевый песок) и почвы.

Валентность. Определяется числом химических связей, которыми данный атом соединен с другими атомами. Пример: в молекуле SO2 (O=S=O) валентность серы равна 4, валентность кислорода – 4. В молекуле метана СН4 углерод четырехвалентен, а водород одновалентен. Валентность может не совпадать по абсолютной величине со степенью окисления атома. Например, в молекуле HNO3 степень окисления атома азота равна +5, а валентность равна 4. В молекуле пероксида водорода степень окисления кислорода равна –1, а валентность – 2. Валентность определяют для химических соединений с ковалентными или донорно-акцепторными связями, а в соединениях с ионной связью рассматривают только степень окисления атомов, образующих молекулу.

Вариантность (число степеней свободы системы). Число интенсивных термодинамических параметров состояния, которые можно изменять независимо друг от друга, не изменяя природу и число фаз, находящихся в равновесии.

Вещества гумусовые. Сложный динамический комплекс органических соединений, образовавшихся при разложении и гумификации органических остатков в почве. Основная масса гумуса (85–90 %) представлена его специфической частью – собственно гумусовыми веществами. Они состоят из ряда высокомолекулярных азотсодержащих органических соединений циклического строения, имеющих кислотный характер. Большая их часть находится в различных формах связи с минеральной частью почв. Основными группами гумусовых веществ являются: 1) гуминовые кислоты; 2) фульвокислоты; 3) гумины. Гуминовые кислоты – сложные высокомолекулярные азотсодержащие органические кислоты. Они формируются в почвах в аэробных условиях при участии бактерий и травянистой растительности (например: в черноземах). Гуминовые кислоты характеризуются высоким содержанием углерода и кислорода, гетерогенны, полидисперсны, от коричневого до черного цвета, хорошо растворимы в щелочах, нерастворимы в воде и кислотах и обладают большой поглотительной способностью. Взаимодействуют с минеральной частью почв через ионы водорода и фенолгидроксильные группы, образуют органо-минеральные соединения – гуматы (см. Гуминовые кислоты и гуматы). Гуматы Na, К, NН4 хорошо растворимы в воде и легко вымываются из почв (солонцовые почвы); Са и Mg, R2O3, Al(OH)3, Fe (OH)3 – соединения, прочно удерживаемые в почве. Гуматы Са и Mg создают водопрочную структуру (черноземы, дерново-карбонатные, лугово-черноземные почвы). Как гуминовые кислоты, так и их органо-минеральные соединения богаты питательными элементами. Фульвокислоты – сложные высокомолекулярные азотсодержащие кислоты светло-желтого или оранжевого цвета, хорошо растворимые в воде, кислотах и щелочах. Соединяются с минеральной частью почв, образуют фульваты (крелаты), сильно разрушающие минеральную часть почв (подзолистый процесс) вследствие хорошей растворимости в воде практически при любой реакции среды (см. Фульвокислоты). Гумины – сложный комплекс, в состав которого входят гуминовые кислоты и фульвокислоты, находящиеся в прочной связи с минеральной частью почв или же между собой. При переходе от северных подзолистых почв к черноземам содержание гуминовых кислот нарастает, фульвокислот – падает, состав гуминовых кислот меняется в сторону увеличения в них С и N. Количественный и качественный состав гумусовых веществ зависит от поступающей биомассы, условий водно-воздушного и теплового режимов, состава и свойств почв. Соотношение кислот дает качественную характеристику почвам (типы гумусовых веществ), возможность судить об условиях гумификации и свойствах почв. Гумусовые кислоты в разных почвах различаются по свойствам: в подзолистых и красноземных почвах они светло-бурые и мало конденсированы; в черноземах – черные и сильно конденсированы. Гумусовые вещества, являясь наиболее ценной частью почв, имеют огромное значение для почвообразования, плодородия почв и питания растений. Гумусовые вещества участвуют в первом этапе почвообразования – биологическом выветривании, способствующим формированию почвенного профиля по зонам (зональные процессы почвообразования). Гумусовые вещества являются запасным фондом питательных веществ, так как содержат азот и зольные элементы (Са, К, S, Р и др.), освобождаемые при разложении гумуса. Гумусовые вещества, благодаря наличию функциональных групп, обладают большой поглотительной способностью по отношению ко всем катионам. Наряду с Са и Mg и R2O3 они образуют неподвижные, не вымываемые из почв устойчивые соединения. Гумусовые кислоты обладают клеящими свойствами, связывают частицы, образуя агрегаты, играют важную роль в создании почвенной структуры и связанных с ней физических, физико-механических и других свойств и режимов почв. Водорастворимые гумусовые вещества, поглощаясь растениями, активизируют окислительно-восстановительные процессы в почвах, стимулируют рост и развитие растений. Забота о сохранении гумуса в практике сельскохозяйственного производства – важная задача агронома. Основные мероприятия по регулированию количества и качества гумуса – систематическое внесение органических удобрений, применение зеленых удобрений, травосеяние (бобовые), известкование кислых и гипсование щелочных почв, осушение, орошение, рациональная обработка почв и система применения удобрений, получение высоких урожаев.

Вещества зольные (элементы зольные). Вещества, составляющие золу после сжигания растительных остатков. Содержание золы в древесных растениях и мхах (сфагновых) 1–2 %, листья и кора деревьев содержат 4–6 % золы, а травянистые растения – 10–12 % (до 15 %). Основную массу золы составляют Ca, Mg, K, Na, Si, P, S, Fe, Al, Mn, Cl. В малых количествах встречаются I, Zn, B, F и другие из группы микроэлементов. Зольные элементы входят в состав различных соединений. Так, K входит в состав протоплазмы, а частично, в виде солей различных органических кислот, в состав клеточного сока. Ca образует кристаллы щавелевокислой соли, входит в состав хлорофилла, фосфор и сера – в состав белков и т. д.

Вещество органическое. 1) Органическая часть почвы, представленная живыми организмами (биофаза), а также неразложившимися органическими остатками и гумусовыми веществами. Последние делятся на неспецифические и специфические гумусовые вещества. Биофаза, или живое вещество почв – совокупность живых организмов: высших и низших растений, животных и микроорганизмов. Органические остатки – органические вещества, ткани растений и животных, частично сохраняющие исходную форму и строение. Гумусовые вещества неспецифической (индивидуальной) природы представляют индивидуальные органические соединения и промежуточные продукты разложения органических остатков (белки, аминокислоты, углеводы, моно- и полисахара и др.; лигнин, липиды, смола, дубильные вещества, спирты и др.). Они составляют 10–15 % от общего содержания гумуса или перегноя. Скорость разложения и размеры накопления органических веществ зависят от состава исходных органических веществ, влажности, аэрации, температуры, состава материнских пород и характера почвообразовательного процесса. Запасы гумуса зависят от количества и качества растительности и влажности по зонам. 2) Вещество органического, преимущественно растительного происхождения, образующееся из естественной или антропогенной флоры и проникающее в поверхностные горизонты почвы. Источник гумуса. Выделяют следующие классы почвенного органического вещества (ОВ) (Dommergues et Mangenot):

– собственно свежее органическое вещество состоит из мертвых листьев, веток, пожнивных остатков, мертвых корней, мертвых микробных клеток, трупов животных;

– свободное, или негумифицированное органическое вещество – легкая фракция с повышенным отношением C: N, легко подвергающаяся биодеградации; может быть отделена от глины с помощью физических методов; в лесных почвах эта фракция практически идентична разлагающейся подстилке.