کلوئیدها(1)

اهداف:

• آشنایی با کلوئیدها
• آشنایی با نقش های کلوئیدها در تغذیه گیاه

 

شرح درس:

خاک از نظر ترکیب، ساختمان و وضعیت غذایی بسیار متنوع است. نکته ی مهم از دیدگاه غذایی، کلوئیدهای آلی و معدنی خاک است. کلوئیدهای خاک مواد غذایی را تا زمانی که از آن ها جدا شده و وارد محلول شده و قابل جذب توسط ریشه شوند حفظ می کنند. برخی خصوصیات خاک در طرح های (خاک 1و خاک 2)  توضیح داده شد. در آنجا یاد گرفتیم که اجزای خاک اغلب متشکل از رس، شن و سیلت بودند که وجه تمایز اصلی آن ها اندازه ی ذرات آن ها بود. در این طرح برای فهم بهتر چگونگی قرار گرفتن عناصر غذایی در محلول خاک و همچنین چگونگی آن ها توسط گیاه، ضروری است که به برخی مباحث مربوط به شیمی خاک بپردازیم.

چنانچه مقدار کمی خاک را در آب قرار داده و آن را به هم بزنیم خواهیم دید که ذرات شن که بزرگترند بلافاصله ته نشین شده و سوسپانسیونی متشکل از سایر ذرات متلاطم ریزتر درآب باقی خواهد ماند. پس از گذشت چندین ساعت و شاید چند روز چنانچه همین محلول را به هم نزنیم، ذرات بسیار ریز رس موجود در محلول حالت سوسپانسیون پایداری پیدا کرده و حداقل در زمان های کوتاه مانند چند روز ته نشین نمی شوند.

ذرات رس موجود در سوسپانسیون پایداری اگرچه واقعاً وجود دارند، ولی معمولاً با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند. ولی چنانچه اشعه ای از نور را به سوسپانسیون بتابانیم این ذرات برای ما قابل دیدن خواهند شد. ذرات رس معلق موجود در محلول، سبب پخش نور و در نتیجه قابل رویت شدن مسیری که نور از آن عبور می کند می شوند. این پدیده پخش کنندگی نور که تحت عنوان اثر تندال tyndall effect معروف است، یکی از ویژگی های سوسپانسیون کلوئیدی محسوب می شود.

توضیح فیلم:

در فیلم زیر می توانید تفاوت پراکندگی نور بین محلول کلوئیدی و غیر کلوئیدی را مشاهده نمایید.

کلوئیدها آن قدر ریزند که به صورت معلق در می آیند، ولی اندازه ی آن ها آن قدر کوچک نیست که به صورت محلول حقیقی در آیند. به عنوان مثال محلول های مانند نمک و شکر در آب سبب پخش نور نمی شوند، چرا که حلال و ماده ی حل شونده یک فاز را تشکیل می دهند. از طرف دیگر یک سوسپانسیون کلوئیدی سیستمی دو فازی است. این سیستم شامل یک فاز جامد متشکل از میسل های کلوئیدی colloidal micelle است که در یک فاز مایع به صورت معلق در آمده اند. نوری که توسط فاز جامد سیستم یاد شده پخش می شود پدیده ی آورنده ی اثر تندال است.

اما چرا محور اصلی بحث تا این جا کلوئیدهای رسی است؟

اهمیت این کلوئیدها از دو خصوصیت آن ها نشات می گیرد:

• کلوئیدهای یاد شده از سطح ویژه ی بزرگی برخوردارند
• در سطح این کلوئیدها بارهای منفی زیادی وجود دارد که قادرند با کاتیون ها پیوند تشکیل دهند.

درواقع تا جایی که به تغذیه گیاه مربوط می شود شاید بتوان گفت مهم ترین مشخصه ی خاک ها توانایی آن ها در نگهداری و تبادل کاتیون ها روی سطح خود است.

یکی از مشخصات بارز کلوئیدها که به اندازه ی کوچک آن ها بر می گردد، داشتن سطح بزرگ به ازای واحد جرم است که به عنوان سطح ویژه specific surface area نیز معروف است. کلوئیدها سطح بسیار عظیمی را به وجود می آورند که عناصر معنی موجود در محلول خاک با آن در تماس اند.

گذشته از داشتن سطح بسیار بزرگ، وجود بار منفی موجود روی کلوئیدها سبب افزایش بیش از پیش جذب عناصر معدنی به این سطوح می شود. سطح های کلوئیدی به طور عمده شامل سیلیکات آلومینیوم اند. بارهای منفی در نتیجه یونیزه شدن آلومینیوم ها و سیلیکات های موجود درگوشه های ذره ی معدنی به وجود می آیند. همچنین بسیاری از خاک ها حاوی بقایای کربنی کلوئیدی به نام هوموس humus هستند.

هوموس عبارت از مواد آلی است که به کندی و به صورت ناقص در نتیجه ی عمل میکروارگانیزم ها و هوادیدگی به ذرات ریز با ابعادی در حد کلوئیدها شکسته شده است. از آنجا که منشا کربن کلوئیدی عمدتاً کربوهیدرات و لیگنین هاست، بنابراین گروه های کربوکسیل و هیدروکسیل موجود در این مواد بارهای منفی در سطح هوموس ایجاد می کنند.