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