Keo đất đóng vai trò rất quan trọng trong công trình xây dựng và sản xuất và có nhiều loại khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Phân loại các loại keo đất dựa trên nhiều yếu tố khác nhau nhưng phân loại chính gồm hai loại chính: keo đất hữu cơ và keo đất không hữu cơ.
Mục lục bài viết
1. Thế nào là keo đất?
Keo đất là những phần tử có kích thước rất nhỏ, thường chỉ dưới 1μm. Chúng không hòa tan trong nước mà thường ở trạng thái huyền phù, tức là chúng lơ lửng trong nước thay vì hoà tan vào nước.
Các phần tử này có thể được tìm thấy trong môi trường tự nhiên, chẳng hạn như trong đất hay nước. Chúng có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm trong nông nghiệp, y học, và công nghệ. Ví dụ, keo đất có thể được sử dụng để tăng cường chất lượng đất trong nông nghiệp, cũng như để sản xuất thuốc hoặc mỹ phẩm trong y học và công nghệ.
Ngoài ra, keo đất còn được sử dụng trong nghiên cứu khoa học để nghiên cứu tính chất của chúng và tìm hiểu cách chúng tương tác với các hợp chất khác trong môi trường. Mặc dù chúng có kích thước nhỏ nhưng chúng có ảnh hưởng lớn đến cuộc sống của chúng ta và có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến môi trường và sức khỏe của con người.
2. Các tính chất tổng quát của keo đất:
Keo đất là một loại vật liệu quan trọng trong nghiên cứu đất và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Keo đất có sự hiện diện rộng rãi trên khắp thế giới, từ các khu vực khô cằn đến những vùng đất ẩm ướt. Đặc biệt, keo đất có vai trò quan trọng đối với môi trường sống, đặc biệt là trong việc giữ chân đất và giảm thiểu sự trôi trải của đất đáy. Sau đây là một số tính chất tổng quát của keo đất:
Kích thước: Hạt keo thường rất nhỏ, chỉ có thể quan sát bằng kính hiển vi điện tử và phần lớn kích thước hạt keo < 002mm. Kích thước nhỏ cũng giúp cho keo đất dễ dàng hấp thụ và tương tác với môi trường xung quanh. Kích thước nhỏ cũng giúp cho keo đất có khả năng hấp thụ và giữ chặt các chất dinh dưỡng, ion và nước trong đất, giúp cung cấp cho cây trồng những yếu tố cần thiết và tạo điều kiện tốt nhất cho sự phát triển của chúng.
Diện tích riêng bề mặt riêng: Do có kích thước rất nhỏ nên hạt keo có diện tích riêng bề mặt ngoài rất lớn. Diện tích riêng bề mặt của 1g hạt sét lớn hơn 1000 lần so với hạt cát. Ngoài diện tích bề mặt ngoài, một số loại sét còn có diện tích bề mặt trong, và diện tích bề mặt trong còn lớn hơn cả diện tích bề mặt ngoài. Tổng diện tích bề mặt của keo đất biến thiên từ 10m2/g của sét chỉ có bề mặt ngoài, đến 800m2/g đối với sét có cả diện tích bề mặt. Diện tích riêng bề mặt lớn giúp cho keo đất có khả năng tiếp xúc và tương tác với nhiều chất khác nhau, đặc biệt là trong quá trình hấp phụ và giải phóng các chất dinh dưỡng và ion trong đất.
Điện tích bề mặt: Bề mặt trong và bề mặt ngoài của keo đất đều có thể mang điện tích (-) hoặc (+). Phần lớn điện tích trên bề mặt keo đất là điện tích (-), mặc dù có 1 số loại keo mang điện tích (+) trong điều kiện chua. Mật độ điện tích ảnh hưởng rất lớn đến sự hấp thu, phân tán các hạt keo, nên ảnh hưởng đến cá tính chất vật lý và hóa học đất. Khi keo đất mang điện tích âm, chúng có khả năng hấp phụ các ion dương như K+, Ca2+, Mg2+, nhằm tạo nên tầng bù ion. Điện tích bề mặt của keo đất cũng liên quan đến khả năng hấp thụ nước và các chất dinh dưỡng trong đất.
Khả năng hấp phụ cation và nước: Các hạt keo, hay còn gọi là micelle (microcell), có thể hấp thu hàng trăm ngàn ion như H+, Al3+, Ca2+, Mg2+ trên bề mặt. Sự hấp thu này hình thành nên tầng bù ion. Tầng ion bề mặt trong là 1 tầng anion khổng lồ, xung quang bề mặt ngoài và trong hạt keo mang điện tích (-). Tầng ion ngoài hình thành từ đám mây cation hấp phụ yếu trên bề mặt điện tích (-). Do đó hạt keo luôn mang theo 1 đám mây cation được hấp phụ trên bề mặt chúng. Ngoài các cation hấp phụ, keo đất còn hấp phụ 1 lượng lớn các phân tử nước. Nước được hấp phụ bới các cation, hình thành cation ngậm nước, và nước cũng được hấp thụ trên bề mặt keo, do nước cũng có tính phân cực. Nước hấp phụ này có vai trò quan trọng đối với các tính chất vật lý, hóa học đất. Khả năng hấp phụ nước của keo đất cũng góp phần giữ ẩm cho đất và giúp cải thiện khả năng chịu hạn của cây trồng.
Ngoài ra, còn có nhiều yếu tố khác như độ ẩm, nhiệt độ, pH… ảnh hưởng đến tính chất của keo đất. Hiểu rõ hơn về tính chất của keo đất là rất quan trọng để nghiên cứu và đánh giá đất, từ đó phát triển các phương pháp canh tác hiệu quả và bảo vệ môi trường.
Tóm lại, keo đất là một thành phần quan trọng trong đất và có nhiều tính chất đặc trưng, từ kích thước nhỏ, diện tích riêng bề mặt lớn, điện tích bề mặt và khả năng hấp phụ cation và nước. Tính chất của keo đất đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các yếu tố dinh dưỡng và nước cho cây trồng và ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng. Hiểu rõ hơn về tính chất này sẽ giúp cho nghiên cứu và đánh giá đất được cải thiện, từ đó phát triển các phương pháp canh tác và bảo vệ môi trường hiệu quả hơn.
3. Các loại keo đất phổ biến:
Các loại keo đất đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm nông nghiệp, xây dựng và công nghiệp. Chúng có tính chất và ứng dụng khác nhau, tùy thuộc vào đặc tính của từng loại keo.
Trong số các loại keo đất chính, sét silicate được coi là loại keo vô cơ chiếm tỉ lệ cao nhất trong hầu hết các loại đất. Sét silicate có cấu trúc tinh thể, xếp thành từng phiến/lớp và bề mặt mang điện tích âm (-). Các phiến bao gồm các mặt phẳng xếp chồng lên nhau, các nguyên tử Oxygen được liên kết với nhau bởi các nguyên tử Al, Mg, H và Fe. Sét kaolinite là một loại phiến sét silicate thông thường, có công thức hóa học [(Si2Al2O5 (OH)]. Sét silicate có khả năng giữ lại nước tốt, giúp duy trì độ ẩm của đất trong thời gian dài.
Loại thứ hai là sét allophane và imogolite. Đây là những loại khoáng sét silicate có cấu trúc tinh thể không rõ ràng, không có cấu trúc tinh thể rõ ràng. Các khoáng này thường có hàm lượng cao trên đất Andisol. Khả năng hấp phụ ion của keo này phụ thuộc vào pH đất, các cation được hấp phụ ở pH cao, và anion hấp phụ ở pH thấp. Allophane và imogolite cũng có khả năng hấp phụ lân rất cao khi đất chua.
Loại thứ ba là khoáng oxide Fe và Al, là loại khoáng sét hiện diện với hàm lượng cao trên đất phong hóa mạnh (Ultisol, Oxisol) vùng nhiệt đới. Tính chất vàng đỏ của đất chịu ảnh hưởng mạnh bởi khoáng này. Các oxide Fe phổ biến là khoáng geothite (FeOOH), hematite (Fe2O3) và oxide Al phổ biến là khoáng gibbsite Al(OH) 3. Các khoáng này được gọi chung là sesquioxide. Sesquioxide có cấu trúc vô định hình, không dính, không dẽo khi ướt như phiến sét silicate. Điện tích bề mặt thay đổi theo pH.
Cuối cùng, loại keo mùn-keo hữu cơ không có cấu trúc tinh thể nhưng bề mặt có mật độ điện tích cao tương tự như sét silicate. Chúng tạo thành chuỗi các nối hóa học giữa C với O, H, và N. Điện tích âm (-) trên keo mùn liên kết với sesquioxide, phụ thuộc vào pH đất, khi pH thấp hơn. Loại keo này thường được sử dụng trong các ứng dụng nông nghiệp để giảm thiểu sự bay hơi của nước và tăng cường khả năng hấp phụ chất dinh dưỡng của đất.
Tuy nhiên, việc lựa chọn loại keo đất phù hợp cũng phụ thuộc vào mục đích sử dụng và đặc tính của từng loại đất. Ngoài ra, cũng có thể sử dụng các loại keo đất kết hợp để đạt được hiệu quả tốt nhất. Vì vậy, việc nghiên cứu và áp dụng các loại keo đất phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa sản xuất và sử dụng đất.
4. Cation hấp phụ trên bề mặt hạt keo:
Trong nông nghiệp, các cation hấp phụ trên bề mặt keo đất là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng. Các cation này bao gồm H, Al, Ca, Mg, K, Na và một số cation khác có hàm lượng thấp.
Thực tế, các yếu tố khác nhau như khí hậu, độ ẩm và pH đất cũng ảnh hưởng đến tỉ lệ của các cation hấp phụ trên bề mặt keo đất. Trong vùng khí hậu ẩm, các cation chiếm ưu thế trên bề mặt hấp phụ là Ca, Mg, H và Al. Trong khi đó, vùng khô hạn thì các cation chiếm ưu thế là Ca, Mg, K, Na.
Tỉ lệ các cation hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố như lực hấp phụ ion và nồng độ tương đối của cation trong dung dịch. Mức độ giữ chặt các ion trên bề mặt keo phụ thuộc vào lực ion theo thứ tự: H+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+. Nồng độ càng cao, tỉ lệ hấp phụ càng cao. Vì vậy, khi đất chứa nhiều H+ và Al3+, chúng chiếm tỉ lệ cao trên keo đất. Trên đất trung tính, Ca2+ và Mg2+ chiếm tỉ lệ cao. Trên đất mặn, tỉ lệ Na+ cao hơn so với Ca2+ và Mg2+.
Bên cạnh đó, tra cứu về phản ứng trao đổi cation, nó là phản ứng của các cation hấp phụ trên bề mặt keo đất được trao đổi với các cation khác hiện diện trong dung dịch đất. Ví dụ, 1 ion Ca hấp phụ trên keo đất sẽ được trao đổi với 2 ion H trong dung dịch đất. Từ đó, keo đất trở thành trung tâm của các phản ứng trao đổi ion, ảnh hưởng đến sự phát triển và dinh dưỡng của cây trồng.
Hiểu rõ cơ chế này sẽ giúp những người làm nông nghiệp có thể cải thiện chất lượng đất và đảm bảo sự phát triển của cây trồng, giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm.
5. Cấu trúc cơ bản của phiến sét silicate:
a. Phiến cấu trúc cơ bản.
Phyllosilicate là sét silicate quan trọng nhất do cấu trúc của chúng có dạng phiến và sắp xếp thành từng lớp/tầng. Có 2 loại phiến, bao gồm phiến tứ diện silica và bát diện aluminum. Chúng là đơn vị cấu trúc cơ bản của các loại khoáng sét, nối với nhau bằng các nguyên tử O tạo thành các tầng khác nhau. Cách sắp xếp các phiến trong tầng cũng rất khác nhau tùy theo loại sét.
– Thay thế đồng hình trong đơn vị cấu trúc. Là sự thay thế 1 ion này bởi 1 ion khác có kích thước tương tự, nhưng khác điện tích, và sự thay thế này không làm thay đổi cấu trúc của tinh thể.
b. Nguồn gốc điện tích trên keo sét silicate.
Phản ứng thay thế đồng hình là nguyên nhân 4+ trong phiến tứ diện, tạo ra thừa 1 điện tích (-) trên O. Tương tự, 1 ion Mg2+ thay thế 1 ion Al3+ trên phiến bát diện.
