Chng 11
CHUA CA T
11.1 Vũng tun hon ca proton
t c gi l chua nu giỏ tr pH ca pha dung dch lng < 7,0. iu kin ny gp
rt nhiu ni trờn th gii, c bit l t c hỡnh thnh di iu kin ra trụi mnh bi
nc ngt luụn cha proton t do vi nng > 1 mmol m
-3
. t nhit i m l vớ d in
hỡnh nht v t chua, cng nh t rng vựng ụn i.
Cỏc hin tng kt hp to ra mt nng proton trong dung dch t v lm cho
nú b chua rt phc tp v cú tng quan vi nhau. iu ny c th hin di dng biu
trong hỡnh 11.1. Trong ú, cỏc quỏ trỡnh di chuyn trong phm vi ngoi ng cú liờn quan l
ma, tuyt, sng mự (wetfall); dng cỏc ht vụ c v hu c th rn lng ng t nhiờn hay
nhõn to (dryfall) v s di chuyn ngang ca dung dch t di lp t mt vựng i dc
(interflow).
Hỡnh 11.1 Cỏc yu t vt lý, hoỏ hc v sinh hc nh hng ti giỏ tr pH ca dung
dch t
Mi quỏ trỡnh t nhiờn ny cú th mang proton v cỏc cht tan khỏc vo dung dch t xung
quanh t ngun bờn ngoi. S tn ti ca chỳng v s tn ti ca cỏc quỏ trỡnh xut proton
tng ng (vớ d s bay hi, xúi mũn do giú) nhn mnh rng dung dch t l h thng nc
t nhiờn m, vỡ th, vi u vo l con ngi v t nhiờn v u ra cú th tri hn nguyờn nhõn
ni ti ca thnh phn hoỏ hc ca nú. Cỏc cht thi cụng nghip (vớ d cỏc khớ oxit lu hunh
v nit) to nờn ma axit; cỏc phõn cha m to iu kin lm cho t chua l cỏc vớ d ph
bin v u vo do con ngi.
Cỏc quỏ trỡnh hoỏ hc quan trng cú nh hng n pH ca dung dch t l s phõn ly
ca axit carbonic (H
2
CO
3
*), cỏc phn ng axit-baz ca mựn t v cỏc polyme hydroxy
nhụm v cỏc phn ng phong hoỏ khoỏng vt.

cho biết pH của dung dịch đất. Tính toán được dễ dàng bằng cách viết công thức ở dạng
logarit:
pH º -log(H
+
) = 7,8 + log(HCO ) - log PCO
2
(11.2)
Giá trị pH của dung dịch tinh khiết của H
2
CO , mà (H
+
) = (HCO ), có thể tính được bằng
biểu thức này một khi PCO
2
đã xác định. Với không khí của khí quyển, PCO
2
= 10
-3,52
atm
và pH = 5,7; với không khí trong đất ở tầng B hay gần rễ cây, PCO
2
= 10
-2
atm và pH = 4,9.
Do vậy giá trị pH gần 5,0 có thể được mong đợi trong dung dịch đất nếu sự phân ly axit
carbonic là phản ứng hoá học chi phối độ chua của đất.
Các phản ứng axit - bazơ của mùn đất được bàn luận ở phần 3.3. Với đất trong đó có vòng
tuần hoàn hoạt động của chất hữu cơ (ví dụ đất rừng, đất than bùn và đất đầm lầy, và Mollisols
sử dụng mục đích nông nghiệp), các phản ứng này làm ảnh hưởng căn bản đến pH dung dịch
đất. Các ví dụ được đưa ra ở công thức 3.3, 3.4 và 3.6. Các phản ứng trao đổi proton này có

đất chỉ với ion ở vế phải công thức 11.3. Với sự có mặt của CO
2
(g) hoà tan, cân bằng điện tích
tổng quát trong dung dịch đất sẽ đòi hỏi cả proton với cation và OH
-
, HCO và CO với
anion:
[Na
+
] + [K
+
] + 2[Ca
2+
] + 2[Mg
2+
] + [H
+
] - [Cl
-
] - 2[SO ] - [NO
3
-
] - [OH
-
] - [HCO ] -
2[CO ] = 0 (11.4)
Nó tiếp theo từ công thức 11.3 và 11.4, trong trường hợp này, ANC có thể được biểu thị ở
dạng:
ANC = [HCO ] + 2[CO ] + [OH
-

kg
-1
´ 0,2 mol
c
kgom
-1
pH
-1
) = 0,25 đơn vị pH. Mối quan hệ chung được minh hoạ bằng
phép tính này là:
DpH = DnA/b
H
= DnA/fomb (11.6)
trong đó DnA là số mol điện tích proton thêm vào hay bớt đi trên kilogam đất, fom là thành
phần khối lượng chất hữu cơ trong đất và b là cường độ đệm trên đơn vị khối lượng của
chất hữu cơ trong đất. Chú ý rằng, vì b
H
thường phụ thuộc pH nên DpH cũng sẽ phụ thuộc
vào pH.
Vai trò của sự phong hoá polyme hydroxy nhôm và các khoáng chứa nhôm đối với độ chua
của đất được bàn đến ở phần 11.3. Điều đáng nói ở đây là các loại thuỷ phân của Al(III) -
trong dung dịch lỏng được hấp phụ trên hạt đất, hay trong pha rắn - thường chi phối pH của
dung dịch đất trong các tầng khoáng của đất chua. Tuy vậy, cường độ đệm của đất trong
trường hợp này đặc trưng cho số lần lớn hơn hay nhỏ hơn nhiều so với giá trị đặt cho b .
Các quá trình sinh học quan trọng trong độ chua của đất là sự nhận và phóng ion bởi rễ cây và
chất xúc tác sinh học của phản ứng oxy hoá - khử. Cây thường lấy nhiều cation từ đất hơn
anion, dẫn đến proton được thải ra để giữ cân bằng điện tích. Vùng rễ do đó thường trở nên
chua so với đất nói chung. Điều tương tự sẽ diễn ra tiếp sau nếu axit hữu cơ được thải ra, đặc
biệt những axit có giá trị pHdis dưới pH vùng rễ xung quanh. Dưới các thí nghiệm có kiểm
soát, người ta đo được giá trị pH vùng rễ thấp hơn pH đất nói chung đến 2 đơn vị pH. Mặt

Inceptisolb
(trồng rừng)
0,90 0,24 -0,98 0,65 0,0
Inceptisolb
(nông nghiệp)
0,89 0,48 -3,86 4,24 0,0
Như các nguyên tố hoá học trong bảng 1.1 có vòng tuần hoàn được minh hoạ trong hình 1.1,
proton di chuyển vào hay ra khỏi dung dịch đất được đánh giá (với một ít khó khăn) theo vòng
tuần hoàn trong hình 11.1. Bảng 11.1 thể hiện 4 đánh giá như vậy cho đất chua ở Hoa Kỳ và
châu Âu. Dòng đầu tiên và dòng thứ ba là số liệu nói đến vòng tuần hoàn của proton hàng năm
trong hai loại đất nằm dưới rừng nông thôn, trong đó dòng thứ hai và thứ tư tương ứng nói về
vòng tuần hoàn trong đất rừng gần đất nông nghiệp và trong đất nông nghiệp. Giá trị pH đất
trong khoảng 4-6. Dấu âm tức là số proton bị mất trong thực tế.
Số liệu trong bảng 11.1 cho thấy, nói chung sự lắng đọng, CO
2
, sản phẩm chất hữu cơ và vòng
sinh học (hấp thụ ion và phản ứng oxy hoá - khử liên quan đến C, N và S) làm cho đất chua.
Proton tạo ra từ các quá trình này được dùng trong phản ứng phong hoá khoáng (thuỷ phân,
tạo phức chất và trao đổi ion) phóng ra các cation kim loại và silic vào dung dịch đất. Nếu
không có H
+
(nước) xuất ra bằng các quá trình chảy ngầm (hay thấm sâu) thì sản phẩm proton
thực tế sẽ bằng không. Tức là nó khác không cho số liệu trong bảng 11.1 (đặc biệt là hàng 4)
cho thấy xác định lượng proton trong đất ngoài đồng khó đến mức nào.
11.2. Độ chua trao đổi
Các phương pháp để đo dung tích trao đổi cation của một đất chua được mô tả ở phần Phương
pháp phân tích đất. Các phương pháp này liên quan đến việc dùng Ba
2+
như cation "chỉ số"
trong phản ứng trao đổi như ở công thức 3.4:

+
và cation kim loại có thể thuỷ phân (Al
3+
) làm chua đất, trong khi CEC đo bằng
dung dịch BaCl
2
không đệm cho biết gần đúng điện tích bề mặt âm thực tế có thể được cân
bằng bởi các cation chua hoá.
Hình 11.2. Độ chua muối thay thế (salt-replaceable) như một hàm của pH cho một số đất chua
của miền Đông Hoa Kỳ.
Số mol điện tích bề mặt trên đơn vị khối lượng, được cân bằng bởi Na
+
, K
+
, Ca
2+
hay Mg
2+
sẵn sàng trao đổi, xác định ANC của độ hấp phụ đất. Sự khác nhau giữa CEC và ANC là độ
chua tổng số (TA) của độ hấp phụ đất:
CEC = TA + ANC (11.8)
Nếu CEC được đo bằng dung dịch BaCl
2
đệm, TA được tính bằng sự khác nhau giữa CEC và
ANC gọi là độ chua tiềm tàng tổng số. Độ chua thực tế tổng số thường được đo bằng số mol
proton chuẩn được trên đơn vị khối lượng thay thế bởi dung dịch KCl không đệm, gọi là độ
chua muối thay thế hay độ chua trao đổi. Các thí nghiệm với một loại đất chua vô cơ cho thấy
đóng góp cơ bản tới độ chua muối thay thế là các dạng Al(III) sẵn sàng trao đổi: Al
3+
,

2
O (l) (11.9)
tương ứng với Al(OH)
3
(s) đại diện cho gipxit kết tinh tốt, "gipxit trong đất" hay gipxit vi tinh
thể. Sự khác nhau giữa các giá trị log Kso lớn nhất và nhỏ nhất minh hoạ "cửa sổ" gipxit về
hoạt độ Al
3+
(nước) kiểm soát bởi gipxit trong đất. Một "cửa sổ" tương tự áp dụng cho
kaolinit, có log Kso trong khoảng 3,56 đến 5,24 cho phản ứng hoà tan ở bảng 11.2. Cửa sổ
của beidelit và HIV cũng có thể được lập, nhưng hiện tại vẫn chưa biết về định lượng.
Bảng 11.2. Phản ứng hoà tan của khoáng mang nhôm
Phản ứng log K
298
Al(OH)
3
(s) + 3H
+
(nước) = Al
3+
(nước) + 3H
2
O (l)
log(Al
3+
) = log K
298
- 3pH
8.11-10.8
Al