Грунт більш ніж на дев'яносто відсотків складається з мінеральних компонен-тів і містить основний запас поживних речовин для рослин. Грунт являє-ся полідисперсної системою і має досить складний механічний, мінера-логічний і хімічний склад. Як приклад в табл. 1.1 наведено середній хімічний склад твердої фази грунту (по А. П. Виноградову).
Як видно з таблиці, майже половина твердої фази грунту доводиться на кисень, одна третина - на кремній, понад 10% -на алюміній і залізо і толь-ко 7% - на всі інші елементи. З усіх перерахованих елементів тільки азот (а також частково вуглець, водень, кисень, фосфор і сірка) міститься в органічній частині ґрунту. Всі інші елементи припадають на мінеральні-ву частину ґрунту, яка складається з великої кількості різних мінералів у вигляді частинок, що мають розміри від 10 -9 до 10 -3 м і більше.
Всі мінерали, що містяться в грунті, за походженням поділяються на первинні та вторинні. Первинні мінерали мають переважно магматичних-ське походження. З них найбільш поширені в грунтах кварц (окис кремнію), польові шпати, амфіболи, піроксени і слюди, т. Е. Мінерали, що включають
Таблиця 1.1 Середній хімічний склад твердої фази грунту
кисневі сполуки кремнію. Ці мінерали складають основну масу магматичних і почвообразующих порід. У грунтах первинні мінерали зазвичай присутні у вигляді більш-менш великих частинок розміром від 10 -3 до 10 -6 м, і тільки дуже незначна частина їх має більш високу ступінь дисперсності.
Первинні мінерали в умовах земної поверхні нестійкі і під дей-наслідком сил вивітрювання переходять в більш стійкі з'єднання - вторинні мінерали. Процес вивітрювання протікає під впливом як чисто фізичних (коливання температури, вітер, рушійна сила води), так і хімічних і біо-логічних чинників. В результаті цього з первинних мінералів можуть образо-тися вторинні мінерали простого складу: гідроксиди заліза (II) і (III), алюмінію, гідроксид кремнію і деякі інші сполуки.
Крім того, в процесі вивітрювання утворюються також вторинні мінерали більш складної будови (алюмо- і феррісілікати). Ці останні більш висо-кодісперсни, ніж первинні, і мають виключно важливе значення у створенні основного властивості грунту - її родючості.
Всі вторинні мінерали складного складу мають пластинчасту будову і містять хімічно зв'язану воду. Оскільки ці мінерали є важливіше-шей складовою частиною різних глин, вони отримали назву глинистих або глини мінералів.
Число глинистих мінералів досить велике, але в грунтах найбільш широке поширення і значення для родючості мають в основному три групи мінералів: каолінітової, монтморіллонітових і гідрослюдистої.
До мінералів каолінітової групи відносяться каолинит [Al2 Si2 O5 (OH) 4] і галлуазіт [Al2 Si2 O5 (OH) 4 · 2H2 O], а також деякі інші мінерали. Каолінітові глини містять приблизно 20-25% мулистих частинок (менше 0,001 мм), з них 5-10% частинок колоїдних розмірів (менше 0,25 мікрона). Мінерали цієї групи досить часто зустрічаються в багатьох типах грунтів. Вони мають порівняй тельно невелику набухаемость і липкість.
З мінералів монтмориллонитовій групи в грунтах найбільш распростране-ни монтмориллонит [Al2 Si4 O10 (OH) 2 · nH2 O], бейделліт [Al2 Si3 O9 (OH) 3 · nH2 O], нонтроніт [Fe2 Si4 O10 (OH) 3 · NН2 Про ] і деякі інші. Монтморилонітові гли-ни мають на відміну від каолінітові високою набухає, липкостью і связностью. Для них дуже характерною ознакою є висока ступінь дисперсності (до 80% частинок менше 0,001 мм, з яких 40-45% менше 0,25 мікрона).
Серед глинистих мінералів, що зустрічаються в грунтах, велике місце принад-лежить мінералів групи гідрослюд. У цю групу входять гидромуськовіт (Ілліт) 2 [(Si, Al) 4 O10] (OH) 2 · nH2 O>, гідробіотіт 3 [(Al, Si) 4 O10] (OH) 2 · nH2 O> і вермикуліт 2 [ (A1, Si) 4 O10] (OH) 2 · 4H2 O>.
Глинисті мінерали розрізняються за структурою.
Кристалічна решітка різних глинистих мінералів побудована з од-них і тих же елементарних структурних одиниць, що складаються з атомів кремнію і кисню, а також з атомів алюмінію, кисню і водню. Крім перечис-них вище елементів до складу глинистих мінералів можуть входити Fe, Mg, К, М n і ін. В переважній більшості глинисті мінерали мають шарувату ладі-ня і відносяться до шаруватих силікатів. Як показали новітні рентгенографіче-ські і електронографічні дослідження, шари глинистих мінералів складаються з поєднання кремнекислородних і кисень-гідроксілалюмініевих з'єднань.
Встановлено, що найважливіші фізико-хімічні та водно-фізичні свойст-ва грунту - ємність поглинання, гідрофільність, зв'язність, липкість, реакція середовища і багато інших - знаходяться в прямій залежності від мінералогічного складу. Тепер відомо, що доступність для рослин тих чи інших живильник-них елементів значною мірою залежить від виду мінералів, що містяться в грунті, і від ступеня їх дисперсності.
Глинисті мінерали в основному зосереджені в мулистій (менше 1 мкм) фракції грунтів. Складом і будовою мінералів цієї фракції в значній сте-пені визначається поглинальна здатність грунту по відношенню до катіонів та аніонів. Чим вище ємність поглинання грунту, тим більший запас поживних елементів в ній зосереджений, отже, краще її потенційне плодоро-дие.
Мінерали каолінітової групи за своїми властивостями різко відрізняються від монтмориллонита. Каолініт володіє дуже малою ємністю поглинання (0,07 0,10 мкг-екв / кг); він практично не набухає і містить досить незначна кількість води. Грунти, в яких багато цього мінералу, внаслідок малої їм-кістки поглинання відрізняються низькою родючістю. Сам каолинит не містить поглинених підстав і тому не є джерелом живлення для рослин. Грунти, що містять багато каолинита, добре відгукуються на внесення в них ка-лія і інших підстав.
Мінерали групи гідрослюд надзвичайно багаті доступним для расті-ний калієм (до 6-7%). Ємність поглинання гидрослюд в кілька разів вище, ніж у каолініту, але в два-три рази менше, ніж у монтмориллонита. Грунти, що містять багато гідрослюдистої мінералів, практично не потребують калій-них добривах.
У працях багатьох вчених наголошується активну участь глинистих мінералів в підвищенні ступеня доступності фосфатів грунту, калію і мікроелементів. На-відмінність в грунтах полуторних оксидів, а також токсичного для рослин рухомо-го алюмінію обумовлено складом і будовою високодисперсних (в тому числі і глинистих) мінералів. Таким чином, якісний і кількісний склад вторинних мінералів має одне з першорядних значень в створенні основно-го властивості грунту - її родючості.
§7. Характеристика рідкого агрегатного стану.
Рідини за своїми властивостями займають проміжне поло-ження між твердими тілами і газами і подібні як з тими, так ис іншими. За деякими властивостями рідини подібні з газами: вони текучі, не мають певної форми, аморфні і ізотропні, т. Е. Однорідні за своїми властивостями в будь-якому напрямку. З дру-гой боку, рідини мають об'ємної пружністю, як твер-Диє тіла. Вони пружно протидіють не лише всебічному стиску, але і всебічному розтягування. Молекули їх прагнуть до деякого впорядкованого розташування в просторі, т. Е. Рідини мають зачатки кристалічної будови.
Рідко-сти відрізняються високою плинністю і приймають форму того сосу-да, в якому вони знаходяться.
Середньої кінетичної енергії молекули рідини цілком хва-тане, щоб здійснювати переходи з одного положення рівноваги в інше, але цієї енергії явно недостатньо для того, щоб пів-ністю подолати сили взаємодії оточуючих молекул. З рідини виривається лише невелике число найбільш швидких молекул (процес випаровування). Теплові руху молекул рідини не виходять за межі дії когезионних сил, тому рідини мають постійний об'єм.
Величезну роль у властивостях рідин грає обсяг молекул, їх форма і полярність. Якщо молекули рідини полярні, то відбувається асоціація (об'єднання) двох або більше молекул в складний комплекс (рис. 1.5). У таких рідинах, як вода, рідкий аміак, велику роль в асоціації-ції молекул відіграє наявність так називає-мій водневого зв'язку.
Властивості рідин в значній ме-ре залежать від ступеня асоціації їх молі-кул. Як показує досвід, асоційований-ні рідини мають більш високу тим-пература кипіння, меншою летючість. З підвищенням температури комплекси розпадаються і тим сильніше, чим слабкіше сили взаємодії мо-лекул в комплексі.
Як уже згадувалося на початку цієї глави, існують і так звані кристалічні рідини або рідкі кристали. які, будучи рідинами, мають, як і кристалічні речовини, анізотропними властивостями. Розрізняють термотропниє і ліотропні рідкі кристали.
Слід зазначити, що часткова впорядкованість молекул характерна для цілого ряду біологічно важливих речовин - білково-ліпідних систем, холесте-рина, деяких солей жирних кислот і т. П. Сувора впорядкованість, взагалі ха-характерних для біологічних систем, також визначається особливим типом органі- зації макромолекулярних структур і по своїй суті є динамічною. В живому організмі ця впорядкованість підтримується за рахунок рівноваги між безупинно йде процесами розпаду і утворення речовини і свя-зана зі збільшенням ентропії тієї системи, в якій знаходиться організм.
§8. Внутрішнє тертя (в'язкість) рідин.
Будь-яке тіло при русі відчуває опір середовища, в якій воно рухається. Якщо перемішувати скляною паличкою воду, цукровий сироп, гліцерин, мед і т. П. Відчувається опору-ня руху палички. Сила, що протидіє руху тіла, носить назву сили тертя.
Коли тіло відчуває опір руху з боку своїх же частинок, що протидіє сила називається внут-ним тертям або в'язкістю. Таким чином, в'язкість - це внут-реннее тертя, що виявляється при відносному русі со-Седнів шарів рідини і залежне від сил зчеплення (взаємодій-наслідком) між молекулами. У всіх рідинах при переміщенні одних верств щодо інших виникають більш-менш зна-ве сили тертя, спрямовані по дотичній до поверхонь-сті цих шарів. Сила внутрішнього тертя F прямо пропорційна площі S труться одна об одну шарів рідини і швидкості їх руху dU і обернено пропорційна відстані цих шарів dx один від іншого:
(Формула Ньютона), де # 951;) - коефіцієнт пропорційності.
Якщо площа S = l м 2. dU / dx = 1, то F = # 951; і носить назву коефіцієнта в'язкості або коефіцієнта внутрішнього тертя. Цей коефіцієнт залежить від природи рідини і її температури. З рівняння (I, 30) визначаємо