土壤界面電化學(xué)性質(zhì)測(cè)定的動(dòng)力學(xué)方法研究.pdf

1、摘要土壤固一液界面上的外電場(chǎng)在土壤體系中扮有十分特殊的重要作用，因?yàn)橥寥乐泄桃灰航缑嫔系碾姾蓴?shù)量巨大、分布廣泛并且作用力程最長(zhǎng)，以離子、質(zhì)子和電子傳遞與交換為核心的各種物理、化學(xué)和生物化學(xué)過(guò)程必將受到這些外電場(chǎng)的普遍而深刻的影響。但是土壤固——液界面上的電場(chǎng)有多強(qiáng)、電位有多高、表面電荷密度有多大等等問(wèn)題，都因沒(méi)有理想的測(cè)定方法而不能得到令人滿意的答案。本文所提出的新方法使這些問(wèn)題得到了較好的解決。本文的全部研究基于如下兩個(gè)基本的論點(diǎn)：(

2、1)關(guān)于“點(diǎn)”理論和“場(chǎng)”理論在土壤界面電化學(xué)研究中，有兩個(gè)似乎是完全對(duì)立的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)是把土壤表面上的電荷看成一個(gè)個(gè)孤立的電荷點(diǎn)，在微觀上電荷與反電荷的結(jié)合滿足一一‘對(duì)應(yīng)，即所謂的“點(diǎn)”理論：另一種觀點(diǎn)是土壤表面上的電荷不能看成一個(gè)個(gè)孤立的電荷點(diǎn)，而是～個(gè)帶有電荷的“半板”或“球面”電場(chǎng)，表面的電荷點(diǎn)之陽(yáng)J以及表面電荷與表面外空間中的電荷問(wèn)有復(fù)雜的相互作用，這種作用來(lái)源于電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，因此表面電荷與反電荷的作用在微觀上并不表現(xiàn)為一

3、一對(duì)應(yīng)，反電荷是以“離子氛”的形式出現(xiàn)在帶電平板或帶電球面的周圍，并且由于電場(chǎng)力和熱運(yùn)動(dòng)的共同作用導(dǎo)致離子在空間中的分布服從Boltzmann分布定律。這就是所謂的“場(chǎng)”理論。本文認(rèn)為“點(diǎn)”理論和“場(chǎng)”理論都是兩種極端情況，在一般的稀溶液中，“場(chǎng)”理論適用，在高濃度的電解質(zhì)溶液中，當(dāng)帶電離子必須以最緊密的方式堆積時(shí)，“點(diǎn)”理論適用。顯然就土壤而言，在一般情況下應(yīng)符合“場(chǎng)”理論而不是“點(diǎn)”理論。本文認(rèn)為，在理論上，“點(diǎn)”理論的理論基礎(chǔ)遠(yuǎn)不

4、如“場(chǎng)”理論完善。然而在表面電荷性質(zhì)的測(cè)定中，則很少以“場(chǎng)”理論作為其理論基礎(chǔ)。目前，僅僅在電位滴定曲線的解釋和Schofield提出的用離子負(fù)吸附去測(cè)定比表面積等方面要直接利用“場(chǎng)”理論。而關(guān)于表面電荷數(shù)量(陽(yáng)離子交換量)、表面電荷密度與電荷區(qū)分等方面的測(cè)定上則是以“點(diǎn)”理論為其理論基礎(chǔ)的。近幾年l首先，以經(jīng)典的雙電層理論為基礎(chǔ)，我們建立起了不同電性表面在不同類型的電解質(zhì)溶液中的表面電位和平均電位的關(guān)系：1)jF、負(fù)電性表面在對(duì)稱電解

5、質(zhì)中的表面電位扎與平均電位；的關(guān)系為：嬰土。一掣：≯一九zFm4～2)負(fù)電性表面在2：1型電解質(zhì)中的表面電位札與平均電位；的關(guān)系為：一1下I—RTP一刪2RT：事一唬m√3F3)正電性表面在2：I型電解質(zhì)中的表面電位札與平均電位；的關(guān)系為：一!生堡警’：≯一蔬m3F‘’”利用前述性質(zhì)(2)，我們發(fā)現(xiàn)上述三個(gè)方程可以統(tǒng)一表達(dá)為：丸=萬(wàn)一萬(wàn)4RT其次，以經(jīng)典的雙電層理論為基礎(chǔ)，還獲得了不同電性表面在不同類型的電解質(zhì)溶液中的表面電荷密度與表面