118
CHƯƠNG 7
CÁC HỢP CHẤT NHÔM VÀ VẤN ĐỀ ĐỘ CHUA.
7.1 Nhôm trong đất và vai trò của nhôm trong đất.
Trong số các nguyên tố nhóm III Hệ thống tuần hoàn, nếu xét về mặt số lượng trong
đất thì chỉ có nhôm là chứa ở trong đất với một lượng lớn (nhóm đa lượng) và đóng một vai trò
quan trọng, các nguyên tố còn lại của nhóm này thuộc vào nhóm vi lượng và siêu vi lượng.
Bảng 7.1 Hàm lượng ( %) trong thạch quyển, đất và thực vật của một số nguyên tố
nhóm III
Nguyên tố Thạch quyển Ðất Tro thực vật
B
1,2 x10
-3
1 x10
-3
4.10
-2
Al 8,05 7,13 1,4
Sc
6 x10
-4
7 x10
-4 -
Y
2,8 x10
-3
5 x10
-3 -
La
1,8 x10
-3

nhiêu của đất, vai trò này được quyết định bởi các nguyên nhân sau:
+ Do hàm lượng nhôm trong đất cao và nó tham gia vào thành phần của các
aluminsilicat, cùng với Si, O và C, nó đóng một vai trò quan trọng trong đất, các aluminsilicat
chiếm 85% khối lượng vỏ trái đất.
+ Nhôm có khả năng tham gia phản ứng khá cao, di chuyển mạnh và hình thành nên
những dạng hợp chất khác nhau trong đất. Dựa vào sự phân bố của các hợp chất của nhôm và
119
sự phân bố nhôm theo các tầng phát sinh để chuẩn đoán đất và các quá trình quá trình xảy ra
trong đất.
+ Nhôm tham gia vào việc hình thành độ chua tiềm tàng của đất (độ chua trao đổi và
độ chua thuỷ phân).
+ Hàm lượng cao của các hợp chất nhôm di động ở trong đất có ảnh hưởng không lợi
đến sự sinh trưởng, phát triển của cây do:
- Sự có mặt nhiều nhôm trong đất sẽ gây ra hiện tượng cố định lân làm giảm lượng lân
hoà tan cung cấp cho cây.
- Nhôm có tác động độc đối với nhiều loại cây trồng. Khi nồng độ nhôm trong dung
dịch khoảng 1 ppm (mg/lit) là đã bắt đầu làm chậm hoặc ngăn cản sự sinh trưởng phát triển của
cây.
7.2 Các hợp chất của nhôm trong đất.
Nhôm trong đất có thể tồn tại ở các dạng khác nhau với các độ hoà tan khác nhau.
+ Đối với các vùng khí hậu ẩm (đất podzol, đất podzol đồng cỏ, đất lầy, đất đỏ…) đặc
trưng bởi sự tồn tại của Al hoà tan và trao đổi. Nồng độ của Al trao đổi trong đất có thể từ
0,1-10 mđ/100g đất.
+ Trong đất nhôm còn có thể tồn tại ở dạng oxit và hydroxit.
- Oxit nhôm Al
2
O
3
thường gặp trong các đá ở dạng corundum có độ cứng cao và bền
vững đối với axit. Oxít này có thể có màu xám hơi xanh hoặc ánh vàng nhưng khi có lẫn Cr,

2
O. Trong
thành phần của alophan, hàm lượng Al
2
O
3
dao động từ 24 đến 40%; SiO
2
: 21-40% và
H
2
O: 39-44%. Các alophan có tỷ lệ Si/Al =
1/1, có tính chất lưỡng tính, có điện tích
thay đổi phụ thuộc vào pH, có khả năng liên
kết các ion photphat và các anion khác.
Hình 7.1 Sơ đồ cấu trúc của gipxit: 1- OH
phân bố dưới mặt phẳng; 2- OH phân bố trên
mặt phẳng; 3- Al
Dung tích trao đổi cation (CEC) của nó từ 20-50mđ/100g. Dung tích trao đổi anion khoảng
5-30 mđ/100g. Hàm lượng alophan cao trong đất sẽ ảnh hưởng đến tính chất của đất: làm giảm
dung trọng, tăng tính tạo hình và khả năng giữ nước của đất. Giống với thành phần của
120
alophan trong đất còn có imogolit: SiO
2
.Al
2
O
3
.2,5 H
2

2
”’O
3
, trong đó R” là Mg
2+
hoặc Fe
2+
còn R”’ là Fe
3+
, Al
3+
, Cr
3+
. Thường
gặp nhất là spinel MgAl
2
O
4
.
+ Các hợp chất đơn giản và phức chất của nhôm với các chất hữu cơ
Al dễ dàng hình thành các hợp chất đơn giản và phức chất với phần hữu cơ của đất
- Al
3+
hình thành phức chất với ion oxalat (COO)
2
2-
, ion salisilat
[C
6
H

của các nhóm chức bên ngoài có
thể tham gia vào phản ứng này. Điều này có thể được minh hoạ bằng công thức tổng quát:
121
Các hợp chất hấp phụ được hình thành do Al trong đất có thể có một số dạng. Có thể
là sự hấp phụ hydroxit Al trên bề mặt các khoáng vật sét, hoặc các phức hệ hấp phụ ít tan được
tạo thành khi tương tác với các hợp chất mùn, sự hấp phụ các ion Al trên bề mặt các hạt
photphat, cũng như sự hấp phụ photphat, bao gồm cả sự trao đổi anion, trên bề mặt các oxit và
hydroxit nhôm.
Nhôm với các anion photphat tạo thành các hợp chất khó tan, trong đó có varisit
(AlPO
4
.2H
2
O) có độ hoà tan không cao, tích số tan của nó được tính theo phương trình:
pK = pAl
3+
+ 2pOH
-
+ p(H
2
PO
4
-
) = 30,5 (7.1)
Photphat nhôm thông thường (AlPO
4
) có tích số tan bằng 5,75 x 10-19
.
Thường sự
hấp phụ và trao đổi ion của các photphat trên bề mặt các keo (gel) oxit và hydroxit nhôm,

nhóm mùn, nhóm photphat, nhóm sắt…
122
Theo S.V Zôn, người ta chia các hợp chất Al thành các dạng sau: nhôm silicat là nhôm
tham gia vào mạng lưới tinh thể của các alumintsilicát, nhôm tự do là nhôm không tham gia
vào mạng lưới tinh thể của các alumintsilicát bao gồm hợp chất nhôm có cấu trúc tinh thể và
hợp chất nhôm vô định hình.
Nhôm silicat được xác định bằng hiệu số giữa hàm lượng tổng số của nó và số lượng
Al được chuyển ra dung dịch chiết bằng NaOH 1N (theo Diushophur – Sushie). Trong dịch
chiết bằng NaOH 1N cho phép xác định lượng nhôm tự do. Ðể xác định lượng nhôm vô định
hình trong nhôm tự do người ta chiết bằng dịch chiết Tam (COOH)
2
+ (COONH
4
)
2
(pH 3,2 -
3,3). Hiệu số giữa hàm lượng nhôm tư do và lượng nhôm vô định hình là hàm lượng nhôm tự
do dạng kết tinh.
Ngoài ra người ta có thể xác định riêng hàm lượng nhôm trao đổi được chiết bằng dung
dịch KCl 1N và nhôm chiết được là nhôm được chiết bằng dụng dịch đệm axêtat amôn (pH
4,8).
Sự phân bố của Al theo các nhóm hợp chất trong một số loại đất được chỉ ra ở bảng
7.2. Nhôm silicat có hàm lượng cao nhất trong tất cả các loại đất. Hàm lượng nhôm tự do tăng
cao ở các đất đỏ và các tầng B
fh
, B
f
của đất podzol tích tụ mùn.
Hợp chất nhôm kết tinh trong đa số trường hợp nhiều hơn nhôm vô định hình. Nhôm
vô định hình có nhiều ở đất podzol tích tụ mùn. Ở tầng B

Al(OH)
3
+ NaOH ® Na[Al(OH)
4
] (7.6)
Trong khoảng pH bình thường của đất, trong dung dịch đất thường tồn tại các dạng ion
nhôm khác nhau: Al
3+
(hoặc Al(H
2
O)
6
3+
), AlOH
2+
, Al(OH)
2
+
, Al(OH)
3
0
, Al(OH)
4
-
. Hàm
lượng của các dạng ion này phụ thuộc vào giá trị pH của đất.
Thực nghiệm cũng chứng tỏ sự tồn tại của Al polyme có công thức chung
[Al
2n
(OH)

, Al
4
(OH)
10
2+
, Al
3
(OH)
8
+
. Ảnh hưởng của ion này đến các phản
ứng hoá học đất cho đến nay vẫn còn chưa được nghiên cứu đầy đủ.
123
Sự hình thành Al polyme gắn liền với hợp chất đơn giản của Al có hoá trị 3: AlCl
3
.
Hợp chất này thiếu điện tử, vì ở lớp điện tử ngoài cùng cùng của nhôm chỉ có 6 điện tử, chúng
rất dễ dàng kết hợp với nhau để tạo thành các đime, thậm chí các polyme, trong đó nguyên tử
Al đóng vai trò là chất nhận 1 cặp điện tử. Phản ứng hoà tan hydroxit nhôm hình thành Al
polyme diễn ra như sau:
Bảng 7.2 Hàm lượng các nhóm khác nhau của hợp chất nhôm trong một số loại đất
Đất Độ sâu,
cm
Al
2
O
3
ts, %
% so với Al
2

60-70 2,98 83,5 16,5 7,8 8,7
80-90 3,05 87,2 12,8 8,6 4,2
100-105 2,60 93,8 6,2 2,4 3,8
Đất mùn
glây
0-10 19,95 92,7 7,3 5,4 1,9
60-80 18,99 90,0 10,0 8,7 1,3
Đất podzol
giả
0-13 11,29 93,0 7,0 5,4 1,6
17-27 14,34 92,1 7,9 7,1 0,8
30-35 18,36 94,1 5,9 4,0 1,9
40-50 19,56 96,1 3,9 2,8 1,1
50-60 18,70 95,9 4,1 2,9 1,2
70-80 16,07 94,7 5,3 3,9 1,4
90-100 19,34 96,2 3,8 2,7 1,1
120-130 21,80 96,5 3,5 2,0 1,5
Nguồn: Zon, 1982
(7.7)
trong đó q: biểu thị mức độ polyme hoá của các ion tương ứng, n: điện tích của chúng. Hằng
số K tương ứng của phản ứng có thể viết dưới dạng:
124
(7.8)
trong đó dấu ngoặc vuông có nghĩa là hoạt độ của các ion
Mối quan hệ giữa nồng độ của các dạng Al monome (Al(OH)
3-n
n+
: Al
3+
, Al(OH)

ion nào được hình thành trong dung dịch.
Khi phản ứng Al(OH)
3
→ Al
3+
+ 3OH
-
, hệ số n = 3 và nồng độ Al
3+
trong dung dịch
giảm rất nhanh cùng với sự tăng của pH.
Khi phản ứng Al(OH)
3
→ Al(OH)
2+
+ 2OH
-
, hệ số n = 2 và khi phản ứng Al(OH)
3
→
Al(OH)
2
+
+ OH
-
, hệ số n = 1. Sự phụ thuộc tương ứng được chỉ ra ở hình 7.2. Nồng độ của
Al(OH)
3
0
không thay đổi và và không phụ thuộc vào pH; trong khoảng pH 6,5 - 7,5 chính

trong dung dịch sẽ phụ thuộc vào đặc điểm của phản ứng trội nhất. Về vấn đề này có thể suy
đoán theo các giá trị tích số hoà tan của Al(OH)
3
mới kết tủa khi hình thành các ion khác nhau
(bảng 7.3).
Trong khoảng dao động phổ biến của pH đất từ 4 đến 9, trong dung dịch đất đồng thời
tồn tại các ion Al khác nhau (hình 7.2).
Sự phân ly theo nhiều nấc và sự đa dạng của các ion Al có ý nghĩa lớn không chỉ khi
tính toán nồng độ chung của Al trong dung dịch. Khả năng các ion Al tham gia vào các phản
ứng khác nhau cũng phụ thuộc vào thành phần và điện tích của chúng. Ion Al
3+
có khả năng
tham gia trực tiếp trong các phản ứng trao đổi cation, ngược lại Al(OH)
3
0
khi tương tác với
phức hệ hấp phụ của đất chủ yếu là hiện tượng hấp phụ. Các ion một hai điện tích dương chiếm
vị trí trung gian nào đó, còn đối với ion mang điện tích âm Al(OH)
4
-
phản ứng theo kiểu trao
đổi anion hoặc trao đổi phối tử là đặc trưng nhất.
Xuất phát từ các quan niệm trên có thể kết luận về khả năng nhôm di động trong phẫu
diện đất và về các dạng nhôm thực tế có thể di động.
Hình 7.2 Hoạt độ của ion Al
3+
và
các ion Al khác trong mói cân bằng
với gipxi. Lindxei, 1979.
Hình 7.3 Sự phân bố của các dạng hợp chất khác

Al
3+
[Al
3+
][OH
-
]
3 32,3
126
Al(OH)
2+
[Al(OH)
2+
][OH
-
]
2 23,3
Al(OH)
2
+
[Al(OH)
2
+
][OH
-
]
14,0
Al(OH)
4
-

lượng đáng kể, nhưng khi ph tăng tới 5 đến 5,5 thì nồng độ của Al
3+
trở nên ít đến nỗi có thể
so sánh với nồng độ của các nguyên tố vi lượng.
pH của đất có ảnh hưởng đến sự di chuyển của các ion nhôm trong đất. Khi pH khoảng
Bảng 7.4 Nồng độ tính được của các ion Al
3+
đối với Al(OH)
3
ở các giá trị pH khác
nhau
pH
Nồng độ Al
3+
mol/l g/l mg/l
2
5 x 10
3
135 x 10
3
135 x 10
6
3
5 x 10
0
135 x 10
0
135 x 10
3
4

thực tế không ảnh hưởng đến sự phân bố của nó theo phẫu diện.
Trong vùng pH 4,5 – 5,5 ion Al(OH)
2
+
có thể di động một lượng đáng kể. Trong khoảng pH
6 – 9 sự di động của nhôm ở dạng các ion đơn giản thực tế không thể xảy ra và chỉ trong vùng
kiểm (pH >10) các ion Al(OH)
-
và Al(OH)
5
2-
có thể di chuyển theo phẫu diện cùng với dòng
nước.
Nhôm trong đất Việt nam
Hàm lượng Al tổng số của đất Việt Nam tương đối cao, đặc biệt ở các đất địa thành
(bảng 7.5)
Bảng 7.5 Hàm lượng Al trong một số loại đất của Việt Nam
Loại đất Al
2
O
3
(%)
Al
3+
(mđ/100gđ)
Loại đất Al
2
O
3
(%)

3+
di động có thể hơi tăng do một số muối nhôm chưa thuỷ phân
và hợp chất hữu cơ-Al bắt đầu giải phóng trong thời kỳ đầu mới ngập. Đối với đất vùng đồi núi
hàm lượng Al
3+
di động phụ thuộc rất lớn vào đá mẹ và quá trình hình thành đất. Cũng là đất
feralit, đất phát triển trên đá mẹ khác nhau có hàm lượng Al
3+
khác nhau. Đất phát
Bảng 7.6 Sự thay đổi nồng độ Al
3+
di động trong đất ngập nước (mg/100g đất)
Loại đất Lúc khô Thời gian ngập nước (ngày)
10 30 60 90 120
Bạc màu 3,51 1,50 1,00 0,47 0,80 0,80
Phù sa sông Hồng 4,40 4,00 3,80 0,80 1,20 0,70
Phù sa sông Thái bình 12,15 12,10 12,50 5,50 6,20 0,70
Chua mặn 6,30 7,10 7,10 2,45 1,70 1,80
Nguồn: Nguyễn Vi, Trần Khải, 1978.
triển trên đá macma axit (granit) có hàm lượng Al
3+
cao hơn đất phát triển trên các đá biến
chất (phiến thạch), đá mácma bazơ (bazan) và phù sa cổ. Đất macgalit tuy là đất vùng đồi núi
nhưng không có Al
3+
di động vì đất này có phản ứng trung tính đến hơi kiềm nên Al
3+
di
động bị kết tủa.
Ở vùng đồng bằng, đất phù sa sông Hồng trung tính và đất mặn hầu như không có

Nguồn: Nguyễn Vi, Trần Khải, 1978.
128
và một số loại đất khác liên quan đến sự tích luỹ sét ở các tầng đất dưới tầng mặt (bảng 39). Ở
vùng đồng bằng đất chứa nhiều nhôm di động nhất là các loại đất phèn, đất phù sa chua sông
Thái Bình và đất chiên trũng (lầy thụt).
7.3 Các hợp chất nhôm và độ chua đất
Một trong những chức năng quan trọng nhất của nhôm trong đất gắn liền với sự hình
thành độ chua của đất. Việc làm sáng tỏ vấn đề về bản chất của độ chua đất và vai trò của
nhôm đối với độ chua đã gây ra những tranh luận lâu dài và quyết liệt về vấn đề hoá học đất.
Độ chua của đất xuất hiện ở các dạng khác nhau, ngoài nhôm nó được gây ra bởi các
nguyên tố và hợp chất khác. Hiện nay người ta chia độ chua thành 2 dạng: độ chua hoạt tính và
độ chua tiềm tàng. Độ chua tiềm tàng bao gồm độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân.
7.3.1 Độ chua hoạt tính
Độ chua hoạt tính là độ chua của dung dịch đất được gây ra bởi các thành phần hoà
tan trong đó.
+ Độ chua của dung dịch đất được gây ra bởi sự có mặt của các axit hữu cơ tự do,
hoặc các hợp chất hữu cơ khác có chứa các nhóm chức có tính axit, hoặc các axit vô cơ tự do
(chủ yếu là axit cacbonic) cũng như các thành phần khác có đặc tính axit (chủ yếu là các ion Al
và Fe, đặc tính axit của chúng có thể so sánh với đặc tính axit của axit cacbonic và axit axetic).
Theo kết quả nghiên cứu của I. N. Xkrưnhikova, trong dung dịch đất podzol đồng cỏ
chua có chứa: các axit hữu cơ tự do không bay hơi, muối của các bazơ mạnh và các axit yếu,
CO
2
tự do và muối của axit cacbonic, muối amôn của các axit hữu cơ yếu.
Sự kết hợp của các thành phần này trong dung dịch đất tạo nên giá trị pH dao động
trong phạm vi 4,2 – 6,8. Hàm lượng của chất hữu cơ trong dung dịch đất dao động từ 0 đến
2000-3000 mg/l, khi ở các tầng trên của đất có hàm lượng chất hữu cơ trong dung dịch đất cao
nhất thì giá trị pH cũng thấp nhất
Sự đóng góp của các thành phần khác nhau vào sự hình thành độ chua hoạt tính không
giống nhau phụ thuộc vào mức độ thể hiện các đặc tính axit (các hằng số axit) và hàm lượng

bằng 10% (không khí đất) giá trị pH của dung dịch cân bằng giảm xuống
chỉ còn 6,7.
Các axit hữu cơ và muối của chúng có mặt thường xuyên trong dung dịch đất có ảnh
hưởng đáng kể đến độ chua hoạt tính. Để so sánh ảnh hưởng của chúng với ảnh hưởng của axit
cacbonic đến độ chua của đất người ta thường dựa vào giá trị hằng số ion hoá. Ví dụ đối với
axit axetic CH
3
COOH hằng số ion hoá
129
(7.13)
ở 25
o
C bằng 1,74 x 10
-5
hoặc pKa = 4,75, thì đối với axit tartric
HOOCCH(OH)CH(OH)COOH giá trị K
1
= 1,3 x 10
-3
, axit xinamic C
6
H
5
CH = CHCOOH
giá trị K = 3,7 x 10
-5
, axit butiric C
3
H
7

+
và các ion chiếm ưu thế và có ảnh hưởng lớn nhất (đó là Ca
2+
và Mg
2+
) đến các
phản ứng phân ly và trao đổi của các ion H
+
làm chỉ số biểu thị mức độ chua.
Có thể mô tả phản ứng trao đổi của các ion H
+
và Ca
2+
như sau:
[KĐ]H
+
+ 0,5Ca
2+
⇌ [KĐ]Ca
0,5
2+
+ H
+
(7.14)
ở trạng thái cân bằng
. (7.15)
Nếu tính cả ảnh hưởng của magiê thì phía bên phải của phương trình có thể viết:
, hoặc ở dạng logarit:
(7.16)
130

huyền phù. Để loại bỏ hiệu ứng này, theo U. Klark có thể bổ sung vào huyền phù chất điện ly
với tính toán sao cho lực ion không ≤ 0,005.
7.3.2 Độ chua tiềm tàng
Độ chua tiềm tàng xuất hiện do kết quả tương tác đất với dung dịch muối trung tính
hoặc muối kiềm. Độ chua tiềm tàng có ảnh hưởng đến độ chua hoạt tính, trong đa số trường
hợp, độ chua tiềm tàng của đất càng lớn thì độ chua hoạt tính càng cao. Người ta chia độ chua
tiềm tàng thành 2 loại: độ chua trao đổi và độ chua thuỷ phân.
+ Độ chua trao đổi
Độ chua trao đổi được xác định bằng cách chiết các ion H
+
và Al
3+
từ phức hệ hấp
phụ đất bằng dung dịch muối trung tính. Người ta thường dùng dung dịch KCl 1N
[ KĐ]H
+
+ KCl ® [KĐ]K
+
+ HCl. (7.17)
[KĐ]Al
3+
+ 3KCl ® [KĐ]K
3
+
+ AlCl
3
. (7.18)
Mức độ chua được đánh giá theo giá trị pH của dịch chiết bằng muối (KCl 1N) hoặc
dung dịch huyền phù. Để xác định số lượng chua của dịch chiết bằng muối (không phải của
huyền phù) người ta chuẩn độ bằng dung dịch kiềm:

2
O)
5
OH]
2+
+ H
3
O
+
.
(7.21)
+ Độ chua thủy phân
Người ta xác định độ chua thuỷ phân bằng cách tác động đất với với dung dịch muối
kiềm thuỷ phân, thường sử dụng dung dịch muối CH
3
COONa 1N. Phản ứng cũng diễn ra
tương tự như phản ứng đã được nghiên cứu ở trên
[KĐ]H
+
+ CH
3
COONa ® [KĐ]Na
+
+ CH
3
COOH,
(7.22)
nhưng do tác động của axetat natri giá trị của độ chua thường cao hơn đáng kể so với tác động
của muối KCl.
Nhiều tác giả cho rằng độ chua thuỷ phân cao có giá trị cao hơn độ chua trao đổi do

+
+ CH
3
COOH.
Trong phản ứng đầu tiên sản phẩm của nó là axit mạnh HCl phân ly hoàn toàn, các ion H
+
được giải phóng đễ dàng phản ứng trao đổi với ion Na
+
theo chiều ngược lại. Trong khi đó, ở
phản ứng thứ hai, CH
3
COOH được tạo thành là một axit yếu ít phân ly, do đó phản ứng này sẽ
diễn ra hoàn toàn hơn. Kết quả là lượng chua của dịch chiết trong phản ứng thứ hai sẽ cao hơn,
độ chua thuỷ phân sẽ có giá trị lớn hơn độ chua trao đổi.
+ Bản chất của độ chua tiềm tàng của đất
Các trang sử rực rỡ của hoá học đất và các cuộc tranh luận kéo dài gắn liền với việc
nghiên cứu bản chất của độ chua tiềm tàng. Trong những năm đầu của thế kỷ 20 người ta đã
đưa ra 2 giả thuyết giải thích bản chất của độ chua tiềm tàng: giả thuyết nhôm trao đổi và giả
thuyết hydro trao đổi.
132
Vấn đề là ở chỗ, khi xác định độ chua trao đổi trong các dịch chiết bằng muối của các
đất chua, thực tế luôn luôn tìm thấy một lượng nhôm đáng kể. Hai giả thuyết trên đã giải thích
khác nhau về sự tồn tại của nhôm trong dịch chiết bằng muối.
- Trên quan điểm của giả thuyết nhôm trao đổi (giả thuyết do T. Veitr (Mỹ) đưa ra năm
1904 và G. Daikuhara (Nhật) phát triển năm 1914) hiện tượng trên được giải thích bằng sự đẩy
trực tiếp khỏi phức hệ hấp phụ đất của Al
3+
bởi cation của muối:
[KĐ]Al
3+

3+
của phức hệ hấp phụ đất.
- Giả thuyết hydro trao đổi do K. K. Gedroits (Nga) đưa ra và tiến hành thực nghiệm.
Theo giả thuyết này, các ion H
+
chứa trong phức hệ hấp phụ đất được đẩy ra bằng các cation
của muối trung tính:
[KĐ]H
+
+ KCl → [KĐ]K
+
+ HCl
Axit HCl được hình thành do kết quả của phản ứng trao đổi sẽ hoà tan các hydroxit và một vài
hợp chất khác của nhôm:
Al(OH)
3
+ 3HCl → AlCl
3
+ 3H
2
O
Như vậy cả 2 giả thuyết đều giải thích một cách thoả mãn phản ứng chua của dịch chiết
đất bằng muối và sự có mặt của nhôm trong dịch chiết đó.
- Kappen công nhận cả 2 giả thuyết trên, nhưng theo ông, vai trò của Al
3+
và H
+
trong
độ chua trao đổi có thể không giống nhau trong các đất khác nhau. Đặc biệt những công trình
nghiên cứu sau này đã chỉ ra rằng độ chua tiềm tàng của đất được gây ra không chỉ bởi Al

có thể
133
thay đổi các giả thuyết về cơ chế các phản ứng hoá học đất cũng như các quan điểm về bản
chất của một vài quá trình hình thành đất. Việc lựa chọn các biện pháp thích hợp để cải tạo độ
chua đất, xác định liều lượng, thời hạn bón vôi cho đất cũng phụ thuộc vào việc giải quyết vấn
đề này.
Ví dụ cơ chế phản ứng biến đổi tự phát từ đất
bão hoà ion H
+
thành đất bão hoà ion Al
3+
. Phản ứng này xảy ra như sau: bão hoà nhân tạo
ion H
+
một loại đất bất kỳ bằng cách xử lý nó với dung dịch axit loãng hoặc điện thẩm tích:
[KĐ]Ca
2+
+ 2HCl ® [KĐ]H
2
+
+ CaCl
2.
(7.23)
Kết quả xác định các cation trao đổi của đất ngay sau khi bão hoà cho thấy sự trội hơn của các
cation H
+
. Tuy nhiên, sau khi giữ một thời nhất định, kết quả xác định lại cation trao đổi cho
thấy trong phức hệ hấp phụ của đất ngoài H
+
, đã xuất hiện Al

bây giờ liên kết với mạng lưới tinh thể bằng các lực tĩnh điện, liên kết ion, mặc dù nó vẫn chiếm
vị trí không gian như trước. Tương tác tiếp theo của các cation loại khác sẽ đẩy ion Al
3+
vào
dung dịch.
Phản ứng biến đổi tự phát đất-H
+
thành đất-Al
3+
cho phép giải thích quá trình hình
thành đất podzol và sự phá huỷ các aluminsilicat, thậm chí ngay cả khi đất có phản ứng chua
yếu. Khi pH của đất bằng 4,5 – 5,5 (có thể do CO
2
và các axit hữu cơ gây ra) một lượng nhất
định ion H
+
thường đi vào phức hệ hấp phụ của đất. Nhưng đất bão hoà H
+
thường không bền
sẽ chuyển thành đất bão hoà Al
3+
, từ đó Al
3+
lại bị đẩy ra ngoài dung dịch do các cation
kiềm, kiềm thổ có trong dung dịch đất do sự phân giải các tàn dư thực vật. Khi này một phần
của mạng lưới tinh thể của các aluminsilicat sẽ bị phá huỷ.
Hình 7.4 Sơ đồ các giai đoạn phá huỷ liên tiếp mạng lưới tinh thể của aluminsilicat
Chu trình biến đổi:
134
Đất-Me ® Đất-H

Đặc điểm của hệ thống đệm chứa axit (hoặc bazơ) yếu và muối của nó có thể được thể
hiện bằng phương trình Genderson-Hasellbah
pH = pK
a
+ lg , hoặc pOH = pK
b
+ lg (7.24)
trong đó C
a
: nồng độ (hoạt độ) của axit yếu trong dung dịch đệm, K
a
: hằng số phân ly của nó,
C
s
: nồng độ (hoạt độ) của muối của axit này trong cùng dung dịch đệm.
Nếu hệ đệm là bazơ yếu và muối của nó thì trị số pOH = -lga
OH
- được tính theo
phương trình tương tự nhưng thay thế C
a
bằng C
b
là nồng độ (hoạt độ) của bazơ và hằng số
phân ly của nó K
b
.
Ví dụ hệ thống đệm CH
3
COOH-H
2

a
= 1, khi đó:
pH = pK
a
+ lg = pK
a
+ lg1 = pK
a
(7.25)
Người ta gọi số lượng axit mạnh (hoặc kiềm) cần phải bổ sung vào hệ đệm để làm thay
đổi pH một đơn vị là dung tích đệm. Độ lớn của dung tích đệm được biểu thị bằng đương
lượng gam.
Phương trình Genderson-Hasellbah có thể được sử dụng cho pha rắn của đất. Ở các đất
chua, các axit yếu tồn tại trong dung dịch đất (axit hữu cơ yếu, H
2
CO
3
) và trong các pha rắn.
Trong các pha rắn đó là các nhóm chức axit như nhóm cacboxyl – COOH của hợp chất mùn,
cũng như các ion H
+
, Al
3+
trên phức hệ hấp phụ của đất. Có thể mô tả phản ứng trung hoà
của pha rắn như sau:
Đất]H
+
+ NaOH ® Đất]Na
+
+ H

giá trị pH = pK. Điều này cho phép tìm hằng số ion hoá trung bình của thành phần axit của đất.
Trong điều kiện tự nhiên, tính đệm không chỉ phụ thuộc vào các pha rắn của đất mà
còn phụ thuộc vào số lượng sinh vật đất, cường độ tăng hoặc giảm của độ ẩm thường xuyên
làm thay đổi cân bằng hoá học đất. Tính đệm trong điều kiện như vậy có tính chất động thái và
đặc trưng cho khả năng của đất không chỉ chống lại sự thay đổi của pH khi thêm axit hoặc
kiềm, mà còn có khả năng khôi phục giá trị pH trước đó.
Tính đệm axit bazơ là chỉ tiêu quan trọng để tính liều lượng vôi khi bón vôi và đánh giá
tính chống chịu của đất đối với tác động của mưa axit.
Tính đệm giữ cho pH đất ổn định, thuận lợi cho sinh trưởng, phát triển của cây trồng và
vi sinh vật đất.
7.5 Tác hại của độ chua đối với đất và cây trồng
Đất chua có thể do nhiều nguyên nhân: do sự rửa trôi các chất kiềm, kiềm thổ nên đất
thiếu chất trung hoà axit; do bón phân chua sinh lý hoặc có chứa axit tự do; do cây hút dinh
136
dưỡng khoáng và thải ion H
+
ra ngoài đất; do sự phân giải chất hữu cơ, đặc biệt xác hữu cơ có
chứa S…Độ chua của đất có những ảnh hưởng xấu như sau:
+ Đất thiếu Ca
2+
là nguyên tố dinh dưỡng cần thiết đối với cây
+ Nồng độ của các ion độc cho cây: Al
3+
, Mn
2+
, H
+
, …tăng cao, do ở các đất chua
độ hoà tan của các hợp chất chứa nhôm và mangan tăng lên.
Bảng 7.8 Khoảng pH thích hợp cho sự phát triển của các cây trồng khác nhau

Khoảng pH thích hợp phụ thuộc không chỉ vào độ hoà tan của các thành phần của đất
mà còn phụ thuộc vào đặc điểm sinh lý của cây trồng. Đối với một số cây trồng pH tối thích
nằm trong khoảng 4,0 – 5,0; đối với một số cây trồng khác pH tối thích nằm trong khoảng 7,0
– 8,0. Sự mẫn cảm của cây đối với phản ứng môi trường phụ thuộc vào các điều kiện dinh
dưỡng, vì thế các khoảng pH tối thích đối với cây được đưa ra bởi các tác giả khác nhau có thể
không giống nhau. Ở bảng 7.8 đã dẫn khoảng pH thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển
của một số cây trồng khác nhau, trong dấu ngoặc là khoảng pH được dẫn bởi các tác giả
khác).
Yêu cầu khác nhau của cây trồng với phản ứng dung dịch đất không cho phép tính
khoảng pH tối thích duy nhất nào đấy cho tất cả các loại đất và tất cả các loại cây trồng. Thực
tế không thể điều chỉnh pH đất phù hợp cho từng loại cây trồng. Vì vậy người ta phải chọn
khoảng pH gần với yêu cầu của cây để giúp cây có khả năng huy động tốt nhất dinh dưỡng từ
đất.
7.6 Các phương pháp điều chỉnh độ chua
137
7.6.1 Nguyên liệu cải tạo đất chua
Để làm giảm độ chua đất người ta sử dụng những nguyên liệu cải tạo khác nhau;
thường sử dụng nhất là các đá trầm tích có chứa canxit (CaCO
3
), dolomit [CaMg(CO
3
)
2
], đá
vôi bị dolomit hoá, đá trầm tích sét vôi chứa 50 – 70% cacbonat. Ngoài ra người ta còn sử
dụng tuf vôi, các phế liệu có chứa Ca
Trên quan điểm hóa học caxi cacbonat là nguyên liệu tốt nhất để làm giảm độ chua đất.
Khi bón vôi vào đất chua phản ứng sẽ xảy ra như sau:
[KĐ]H
2

2
. (7.28)
Do kết quả của phản ứng này phức hệ hấp phụ của đất được bão hoà canxi, trong dung dịch
đất axit yếu cacbonic được hình thành, axit này dễ dàng phânly giải phóng CO
2
cho lớp không
khí gần mặt đất cần thiết cho quang hợp của cây. Khi phản ứng với nhôm trao đổi trong pha
rắn sẽ hình thành kết tủa Al(OH)
3
. Sự xuất hiện của hydroxyt nhôm mới kết tủa có thể có ảnh
hưởng xấu đến cây trồng, bởi vì từ kết tủa vô định hình Al có thể đi vào trong cây khi hydroxit
này tiếp xúc trực tiếp với hệ thống rễ. Để tránh ảnh hưởng xấu của Al và loại trừ khả năng phá
huỷ phức hệ hấp phụ của đất do quá trình biến đổi tự phát: Đất-H
+
® Đất-Al
3+
® Đất-H
+
,
khi bón vôi cần phải tính đến việc tạo thành giá trị pH ổn định trong một thời gian dài.
Để làm giảm độ chua của đất, ngoài CaCO
3
có thể sử dụng tất cả các chất có khả năng
trung hoà độ chua của đất, ví dụ vôi tôi Ca(OH)
2
- phế liệu sản xuất clorua vôi. Tuy nhiên nếu
dùng chất kiềm mạnh như Na
2
CO
3

hay theo đường cong tính đệm của đất
+ Tính theo độ chua thuỷ phân (H): liều lượng vôi được tính theo công thức
P
CaCO
3
= H x 5 x h x D
trong đó P
CaCO
3
- liều lượng vôi tính bằng tấn/ha, H - độ chua thuỷ phân tính bằng mđ/100g
đất, h - chiều dày của lớp đất canh tác tính bằng m, D – dung trọng của đất g/cm
3
, 5 - hệ số
tính số miliđương lượng gam CaCO
3
và chuyển tất cả các chỉ tiêu ra tấn/ha.
Nếu bề dày lớp canh tác bằng 20cm (0,2m), dung trọng bằng 1,5g/cm
3
thì:
138
P
CaCO
3
= h x 5 x 0,2 x 1,5 = 1,5 x H.
Tính liều lượng vôi theo độ chua thỷ phân kèm theo một số nhược điểm:
- Trước hết tính toán này không tính đến nhu cầu của từng loại cây trồng, thậm chí nếu
chỉ định hướng vào đất thì trong trường hợp này tính toán cũng không hoàn thiện. Nhược điểm
thứ nhất thể hiện ở chỗ: khi xác định nhu cầu bón vôi người ta dựa vào kết quả nhận được khi
tương tác đất với dung dịch CH
3

nồng độ 1N. Lắc
đều và để yên 24 giờ, đo pH của huyền
phù. Dựa vào kết quả pH nhận được xây
dựng đồ thị có trục tung biểu diễn các giá
trị pH, còn trục hoành biểu diễn số lượng
dung dịch NaOH hoặc Ca(OH)
2
thêm vào.
Tương tự xây dựng đường cong tính đệm
trong môi trường axit sau khi cho thêm
vào huyền phù đất lượng tăng dần HCl
0,1N (hình 7.5).
Hình 7.5. Đưòng cong tính đệm của đất.
1: Đất potzon đồng cỏ, 2: Đất trecnozem. D.
S. Orlov, 1992.
Đường cong tính đệm cho phép xác định trực tiếp số lượng bazơ cần để đưa pH đến giá
trị cần thiết, sau đó có thể qui ra số lượng CaCO
3
tính bằng tạ hoặc tấn trên 1ha.
Phương pháp này cho phép tính chính xác lượng vôi cần thiết, nhưng với mục đích kinh
tế việc nâng cao độ chính xác này không có ý nghĩa. Vì các điều kiện diễn ra phản ứng rất khác
nhau giữa phòng thí nghiệm và thực tế đồng ruộng. Xác định liều lượng vôi trong phòng thí
nghiệm được tiến hành trong các điều kiện thuận lợi cho các phản ứng xảy ra: dư thừa pha
lỏng, bazơ được sử dụng ở dạng dung dịch, huyền phù được khuấy đều. Trong điều kiện đồng
ruộng, vôi được sử dụng ở dạng bột khô, đôi khi còn gặp cục lớn (>1mm), kỹ thuật bón vôi có
thể không đều trên mặt ruộng, mặt khác chính ruộng được bón vôi có thể có độ chua không
đều nhau…Do đó sau khi bón vôi có chỗ độ pH có thể cao hơn hoặc thấp hơn giá trị pH mong
muốn.
Trong thực tế đôi khi người ta sử dụng liều lượng vôi gần đúng dựa vào hai chỉ tiêu:
giá trị pH