[기본서 내용]
토양 내에서 킬레이트(chelate) 또는 착화합물이 형성되는 원인과 그 종류, 주요 역할은 다음과 같습니다.
1. 킬레이트 형성 원인 및 기작
- 생물적 작용에 의한 유기산 분비: 지의류, 미생물, 식물의 뿌리 등은 유기산을 분비합니다. 이 유기산들은 광물 내 금속 원소와 반응하여 수용성 착화합물을 형성합니다.
- 유기물(부식)의 작용기 반응: 토양 유기물의 주성분인 부식은 카르복실기($-\text{COOH}$), 페놀기(Ar-OH), 에놀기(R-CH=CH-OH) 등 다양한 작용기를 가지고 있습니다. 이 작용기들이 $Al^{3+}$, $Fe^{3+}$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$ 등의 다가 양이온과 정전기적 인력 또는 공유결합 등을 통해 결합하여 킬레이트 화합물을 만듭니다.
- 리간드 교환: 점토광물이나 금속 산화물의 표면에 있는 수산화기($-\text{OH}$)와 유기물 또는 특정 음이온이 배위결합을 통해 자리를 바꾸며 안정한 복합체를 형성합니다.
2. 킬레이트 형성 물질의 종류
제공된 자료에서 언급된 주요 킬레이트 형성 물질은 다음과 같습니다.
- 저분자 유기산:
- 미생물이 생성하는 산: 옥살산(oxalic acid), 시트르산(citric acid), 타타르산(tartaric acid), 숙신산(succinic acid), 말론산(malonic acid), 글루콘산(gluconic acid), 2-케토글루콘산(2-ketogluconic acid) 등
- 고분자 부식물질:
- 부식산(humic acid), 풀브산(fulvic acid)
- 식물 유래 물질:
- 뿌리에서 분비되는 점액성 물질인 뮤시겔(mucigel) 등
3. 토양 내 주요 역할
- 광물의 풍화 촉진: 유기산이 규산염 광물 결정 내의 $Al^{3+}$ 등을 용해시키거나 제거하여 광물의 붕괴를 유도합니다.
- 양분의 유효도 증대: 불용성 인산염(알루미늄·철·칼슘 인산염)과 결합된 금속 이온과 킬레이트를 형성함으로써 인산을 가용화시켜 식물이 흡수하기 쉬운 형태로 만듭니다.
- 독성 경감: 토양 내 유해한 $Al^{3+}$이나 중금속($Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Pb^{2+}$ 등)과 결합하여 이들의 활성을 낮춤으로써 식물에 미치는 독성 피해를 줄여줍니다.
- 양분 이동 도움: 철($Fe$)이나 구리($Cu$)와 같이 용해도가 낮은 미량원소들을 수용성 복합체 형태로 유지시켜 식물체 내외로의 이동을 돕습니다.