Физико-химические и коллоидные свойства гумуса
26.08.2012
Диализированные золи гуминовой кислоты обнаруживают ясно кислую реакцию, характеризуемую значениями рН от 3,4 до 4,5, в зависимости от концентрации золя. По-видимому, рН 3,4- 3,5 является предельной величиной, характеризующей способность выделенной гуминовой кислоты к отщеплению водородных ионов. Электродиализированные образцы природных гумусовых образований показывают более кислую реакцию, до рН 2,9-2,8 и даже до 2,3, что может быть объяснено или более значительной диссоциацией естественных гуминовых кислот или наличием других кислот, обладающих более высокой константой диссоциации. Указанные значения активной кислотности гумуса близко совпадают с величинами рН для электродиализированных глин и значительно превышают кислотность, которая может вызываться присутствием в воде углекислоты. О силе молекулярнорастворимых кислот, удаляемых при электродиализе, непосредственных данных не имеется.
На основании же имеющихся определений рН в растворах некоторых низкомолекулярных органических кислот (щавелевой, лимонной, уксусной) можно предполагать, что при тех незначительных концентрациях, в которых эти кислоты могут присутствовать в почве, степень активной кислотности, вызываемая ими, едва ли может превышать указанные выше значения, соответствующие гуминовым кислотам. Эти значения во всяком случае достаточно высокие, так как соответствуют 0,001-0,0001 н. концентрации сильных минеральных кислот, что при нерастворимости гуминовых кислот (в смысле молекулярной растворимости) представляет собой замечательное явление, которое позволяет считать гуминовые кислоты за кислоты средней силы; новейшие исследования по вопросу образования гуматов, однако, приводят к выводу, что гуминовая кислота обладает свойствами слабых кислот. Кислыми свойствами гуминовых кислот объясняется давно уже установленная способность их вступать в соединения с основаниями и разлагать соли других слабых кислот (карбонаты, фосфаты, силикаты) с образованием собственных солей или гуматов, причем количество связываемых гуминовой кислотой оснований, или иначе - титруемая кислотность ее, во много раз превосходит активную кислотность и ни в коем случае не может быть объяснена наличием незначительных количеств адсорбированных анионов других кислот.
В настоящее время, как уже было сказано раньше, можно считать доказанным, что гуминовые кислоты являются окси (фенол)-карбоновыми кислотами, содержащими приблизительно 4 карбоксильных и 3-4 фенольных группы на молекулу весом в 1300-1400.
Свободные гуминовые кислоты имеют резко выраженный коллоидный характер, причем степень дисперсности их может быть весьма различной. Первичные частички гуминовой кислоты имеют амикроскопические размеры около 20 μμ . Частички сильногидратированы, имеют отрицательный заряд, и при этих размерах частичек гуминовая кислота дает темно-бурые почти прозрачные коллоидные растворы, которые не диализируются.
В дальнейшем, при наличии электролитов, при замерзании или при высушивании, вследствие уменьшения или разрыва водных оболочек, происходит спаивание первичных частичек друг с другом и образование вторичных частичек более крупных размеров (около 1 μ), характерных для суспензий гуминовых кислот. Этот процесс уменьшения дисперсности может сопровождаться и изменениями химического строения в сторону дегидратации, окисления и полимеризации.
Наряду с гуминовыми кислотами различной степени дисперсности (включая более дисперсную гиматомелановую кислоту) в составе гумуса имеются в более или менее значительном количестве кислоты с меньшей величиной молекулы, обнаруживаемые при электродиализе в анодной камере. Эти кислоты, дающие истинные растворы, пока мало исследованы. Наряду с незначительными количествами простых низкомолекулярных органических кислот здесь можно предполагать присутствие более сложных кислот, генетически связанных с гуминовыми кислотами, т. е. являющихся либо предшественниками последних, либо продуктами их распада. Соображения о возможных путях образования этих кислот, объединенных Оденом в группу фульвокислот, были высказаны нами раньше, в главе о химическом составе гумуса.
Соотношение между не диализуемыми гуминовыми кислотами и диализуемыми кислотами при электродиализе может быть очень различным, в зависимости от ряда условий, влияющих на процессы разложения и гумификации. По данным Матсона и Экмана, относительное содержание диализуемых кислот сильно уменьшается по мере хода гумификации, что хорошо видно при сравнении различных слоев лесной подстилки (табл. 23).
Можно думать, однако, что электродиализ не удаляет полностью предполагаемую группу фульвокислот, часть которых, будучи связана постепенными переходами по степени конденсации с гуминовыми кислотами, может оставаться в известной (ассоциационной или адсорбционной) связи с последними.
В последнее время получены данные о наличии в составе гумуса положительно заряженных комплексов, выделяющихся при электродиализе в катодную камеру. О количественном содержании этой группы пока судить трудно. Предположение Андерсона и Байерса, считающих, что катионный характер значительной части гумуса доказывается растворимостью этой части в сернистой кислоте, нельзя считать обоснованным.
Кислая природа гуминовых и сопутствующих им веществ и их коллоидный характер объясняют ряд явлений, имеющих громадное значение для почвообразования и для развития некоторых важных свойств почвы. К числу последних относится обменная поглотительная способность к катионам.