胶体是指直径在1—100nm之间的颗粒，但是实际上土壤中直径<1000 nm的粘粒都具有胶体的性质，所以通常所说的土壤胶体实际上是指直径在1—1000 nm之间的土壤颗粒，它是土壤中最细微的部分。

土壤胶体一般可分为无机胶体、有机胶体、有机—无机复合胶体。下面我们介绍这三类胶体。

一、无机胶体：无机胶体在数量上远比有机胶体要多，主要是土壤粘粒，它包括Fe、Al、Si等含水氧化物类粘土矿物以及层状硅酸盐类粘土矿物。

1、Fe、Al、Si等含水氧化物

含水氧化硅：多写成SiO2·H2O，也可写成偏硅酸H2SiO3，SiO2·H2O发生电离时能解离出H+而使胶体带负电荷。

含水氧化Fe、Al：多写成Fe2O3·nH2O、Al2O3·nH2O，也可用Fe（OH）3、Al（OH）3的形式来表示，它是硅酸盐矿物彻底风化的产物，在风化程度高的土壤上这类矿物较多。

这类矿物属两性胶体，它的带电情况主要取决于土壤的酸碱反应，酸性条件（pH<5）带正电荷，碱性条件下带负电荷。

2、层状硅酸盐类矿物

层状硅酸盐类矿物，从外部形态上看是极细微的结晶颗粒，从内部构造上看，都是由两种基本结构单位硅氧四面体和铝氧八面体所构成，并且都含有结晶水只是化学成分和水化程度不同而已。

a：基本结构单位：构成层状硅酸盐矿物的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。

硅氧四面体：由一个硅离子（Si4+）和四个氧离子（O2-）组成，其中三个氧离子（O2-）构成三角形为底，Si4+属于这个三角形之上，三个氧离子（O2-）的中心底凹处，第四个O2+属于顶部，恰好把Si2+盖在下面，象这样的构造体从外表面看有四个面，每个面有三个O2+组成，Si4+居于四个面的中心，我们称为硅氧四面体。

铝氧八面体：由一个铝离子（Al3+）和六个氧离子O2-（或氢氧离子）组成，六个O2-排成上下两层，每层三个O2-（或OH—）构成三角形，但上层的O2-和下层的O2-位置相互交错，Al3+居于两层之间的中心孔穴内，这种结构体从外表上看有八个面，每个面都有三个O2+组成，Al3+居于八个面的中心，我们称为铝氧八面体。

b：单位晶片：从化学式上看，硅氧四面体（SiO4）4-和铝氧八面体（AlO6）9- 都还不是化合物，在形成硅酸盐矿物之前，硅氧四面体和铝氧八面体需要各自分别聚合，在平面上这种成单位晶片：硅氧四面体通过共用底部氧的方式在平面上连接成四面体片——硅片，硅片顶端的氧仍带有负电荷。

铝氧八面体通过共用两端氧的方式在平面上连接成八面体片——铝片，铝片上下两端的氧都带有剩余负电荷。

c：单位晶层：由于硅片n（SiO10）4-、铝片n（Al4O12）12-都还带有负电荷，不稳定，必需重叠化合以后，才能形成稳定的化合物，硅片和铝片以不同的配合方式在垂直方向上重叠成单位晶层，根据形成单位晶层时硅片和铝片的配合比例不同可形成2：1型、1：1型、2：1：1型的单位晶层。

1：1型单位晶层：由一层硅片和一层铝片组成，硅片顶端的活性氧、铝片底层的活性氧通过共用的方式连接在一起。

2：1型单位晶层：由两层硅片夹一层铝片组成，两层硅片顶端的活性氧都朝向铝片、铝片两端的氧分别与两层硅片顶端的氧通过共用的方式连接在一起。

2：1：1型的单位晶层：在2：1型单位晶层的基础上多了一个水镁片和水铝片。

d：层状硅酸盐矿物：单位晶层相互重叠后形成层状硅酸盐矿物，根据构成层状硅酸盐矿物的单位晶层类型的不同，可以把层状硅酸盐矿物分为以下几类：

蒙脱石类矿物：2：1型膨胀性矿物，比如蒙脱石、蛭石、绿泥石

（1）2：1型晶层结构：单位晶层是由两层硅片夹一层铝片组成，硅片：铝片=2：1，以蒙脱石最为典型。

（2）胀缩性大：这组矿物相邻两个晶层的层面都是Si—O面，晶层与晶层之间只能形成很小的分子引力，连接力弱，晶层间胀缩性大，晶层之间随着水分的进入而膨胀，失去水分则收缩。

（3）电荷数量大：电荷数量大的原因是因为该组矿物同晶代换比较普遍。

同晶代换：组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子代替而晶格构造保持不变的现象。

①替代与被替代的离子大小必须相近，才能保证替代后晶形不发生改变。

比如Fe3+的半径为0.064nm，八面体的中心离子Al3+的半径为0.057nm，半径相近可以发生替代而不会改变晶体形状，而La（镧）和Al是同族元素，性质更相近，但是La3+的半径比Al3+大一倍以上，La3+不能代替Al3+。

②替代与被替代的离子电性必须相同，电价可以同价或不同价。

如果互换的两个离子是同价的，互换后不仅晶形不变，而且仍保持电荷中性，如果互换的两个离子是不同价的，就会使晶体带正电荷或带负电荷。

晶体的中心离子被低价阳离子取代——晶体带负电荷

晶体的中心离子被高价阳离子取代——晶体带正电荷

实际上硅酸盐矿物中最常见的是晶体中心离子被低价阳离子取代：比如四面体中心离子Si4+被Al3+所取代，八面体中心离子Al3+被Mg2+所取代，所以粘土矿物是以带负电荷为主的。

同晶置换是发生在晶体形成过程中，同晶置换产生的负电荷是存在于晶体内部，晶体一旦形成后，这种负电荷就被包蔽在晶体内部，它不会随着外界环境（pH、电解质浓度）的改变而改变，所以同晶置换所产生的负电荷属永久电荷。

同晶置换的结果，使蒙脱石类矿物带有大量的负电荷，能吸附保存大量的阳离子，所以含蒙脱石类矿物高的土壤，其保肥性能良好。蒙脱石的同晶代换主要发生在铝片中，以Mg2+代替Al3+，蛭石的同晶代换主要发生在硅片中，以Al3+代替Si4+。

（4）胶体特性突出：这一组粘土矿物，颗粒特别细，总表面积大，其可塑性、粘结性、粘着性、吸湿性都很显著，对耕作不利。

高岭石类矿物：也称1：1型矿物，主要包括高岭石、珍珠陶土、迪岩石及埃落石等。

（1）1：1型晶层结构：单位晶层是由一层硅片和一层铝片组成，硅片：铝片=1：1，所以这一组矿物又称1：1型矿物，以高岭石最为典型。

（2）非膨胀性：相邻两个晶层的层面，一个是硅片的Si—O面，一个是铝片的Al—OH面，这样在两个晶层之间能形成键能较强的氢键，连接力强，晶层间不易膨胀。

（3）电荷数量少：这一组矿物硅片和铝片中没有或极少有同晶代换现象，其电荷的来源主要来源于两个方面：一方面是晶体表面的断键，另一方面是晶体表面的OH基在中性或碱性条件下的解离，所以电荷数量少。含1：1型粘土矿物高的土壤其保肥性能差。

（4）胶体特性弱：虽然颗粒的大小在胶体范围内，但颗粒直径仍比其它硅酸盐粘土矿物要大，而且外形大部分呈片状，颗粒的总表面积相对较少，其可塑性、粘结性、粘着性、吸湿性小。

水云母组：2：1型非膨胀性矿物，比如水云母、伊利石。

（1）2：1型的晶层结构：晶层结构与蒙脱石相似，同样是由两层硅片夹一层铝片组成，硅片：铝片=2：1，以伊利石最为典型。

（2）非膨胀性：主要是伊利石的晶层与晶层之间吸附有K+，K+是半陷在晶层层面6个氧离子构成的六角形孔穴中，它同时受到相邻两个晶层负电荷的吸附，使相邻两个晶层产生了很强的键联效果，连接力强，晶层不易膨胀。

（3）电荷数量大：同晶置换普遍，主要发生在硅片中，以Al3+→Si4+，铝片中也有少量的Fe3+、Mg2+→Al3+，所以电荷数量大：但是因为部分的负电荷被K+中和，所以电荷数量介于高岭石和蒙脱石之间。

（4）胶体特性：因颗粒大小，总表面积介于高岭石和蒙脱石之间，所以可塑性、粘结性、粘着性、吸湿性也介于高岭石和蒙脱石之间。

二、有机胶体

有机胶体主要指的是土壤中的腐殖质。

a.腐殖质颗粒很细小，具有巨大的比表面积。

每1克腐殖质的总表面积可达1000㎡，比表面积是极其巨大的。

b.带有大量的负电荷

腐殖质组成中有很多的功能团，比如R—COOH、R—CH2—OH等这些功能团解离后能带有大量的负电荷，腐殖质所带负电荷的数量比粘土矿物要大得多，所以保存阳离子的能力也比粘土矿物要大得多。

另外腐殖质功能团中R—NH2的质子化，还能使腐殖质带正电荷。

c.腐殖质是亲水胶体，具有高度的亲水性。

腐殖质可以吸附大气中的水汽分子，吸水最大量时可以达到自身重量的80—90%。

三、有机—无机复合胶体

在土壤中有机胶体一般很少单独存在，绝大部分与无机胶体紧密结合在一起形成有机—无机复合胶体，有机胶体与无机胶体的连接方式是多种多样的，但主要是通过二价、三价等多价阳离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等）作为桥梁把腐殖质与粘土矿物连在一起，或者通过腐殖质表面的功能团比如—COOH、—OH以氢键的方式与粘土矿物连在一起。