Ход работы

Перед количественным определением сульфат-иона проводят качественную пробу на его наличие в водной вытяжке. Подкисляют 10 мл водной вытяжки 1-2 каплями 10% раствора НСl, прибавляют около 1 мл 10% раствора ВаСl₂и нагревают до кипения. Если раствор не помутнеет,SO₄^2-нет; если заметна опалесценция или слабое помутнение, в водной вытяжке имеется крайне незначительное количествоSO₄^2-, которое отмечается как следы; если же в пробирке выпадает осадок, необходимо количественное определение.

Для количественного определения SO₄^2-отфильтрованную через бумажный фильтр «синяя лента» анализируемую водную вытяжку объемом 100 мл поместить в колбу на 250 мл и нагреть до кипения и упарить до объема 50 мл. Прилить, тщательно перемешивая содержимое колбы, добавить 3-5 капель индикатора метилового оранжевого и раствор соляной кислоты (1:1) по каплям до появления розовой окраски и горячий 10% раствор хлорида бария до полного осаждения сульфатов. Жидкость с образовавшимся осадком оставить стоять на водяной или песчаной бане в течение 2 час и затем на холоду – на ночь. На следующий день осадок отфильтровать через потный фильтр («синяя лента»), промыть горячей водой до исчезновения в промывной воде хлоридов (проба в растворомAgNO₃, подкисленнымHNO₃), высушить и прокалить в течение 30 мин при температуре 750ºС и взвешивают в видеBaSO₄.

Содержание сульфат-ионов, мг/л, определяют по формуле:

,

где а– масса прокаленного осадка сульфата бария, мг;V– объем взятой для анализа пробы водной вытяжки, мл; 0,4116 – коэффициент пересчетаBaSO₄наSO₄^2-.

Концентрацию сульфат – ионов в почве в пересчете на серу, мг/кг, вычисляют по формуле

С= 0,137m /m₁

где m– масса сульфата бария, мг; 0,137 – коэффициент пересчета сульфата бария на серу;m₁– масса исследуемой почвы, г.

Задания для самоподготовки

1. Виды соединений серы в почве.

2. Влияние соединений серы на почву и растения.

3. Виды сульфатных минералов, встречающихся в почве.

4. Биологические превращения соединений серы.

5. Природа загрязнения почв соединениями серы.

6. ПДК соединений серы в почве.

Лабораторная работа № 11

Определение ионов тяжелых металлов в почве

Цель работы: определить содержание ионов тяжелых металлов (на примере меди и марганца) в образцах почвы.

Основные понятия

Содержание тяжелых металлов (ТМ) в почвах зависит, как установлено многими исследователями, от состава исходных горных пород, значительное разнообразие которых связано со сложной геологической историей развития территорий. Химический состав почвообразующих пород, представленный продуктами выветривания горных пород, предопределен химическим составом исходных горных пород и зависит от условий гипергенного преобразования.

В последние десятилетия в процессы миграции ТМ в природной среде интенсивно включилась антропогенная деятельность человечества.

Одной из важнейших групп токсикантов, загрязняющих почву, являются тяжелые металлы. К ним относятся металлы с плотностью более 8 тыс. кг/м³(кроме благородных и редких):Pb,Cu,Zn,Ni,Cd,Hg,Co,Sb,Sn,Be. В прикладных работах к списку тяхелых металлов нередко добавляют такжеPt,Ag,W,Fe,Mn. почти все тяжелые металлы токсичны. Антропогенное рассеивание этой группы загрезнителей (в том числе и в виде солей) в биосфере приводит к отравлению или угрозе отравления живого.

Отнесение тяжелых металлов, попадающих в почву из выбросов, отбросов, отходов, к классам опасности (по ГОСТу 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы) представлено в табл. 9.

Таблица 9

Классификация химических веществ по классам опасности

Класс опасности	Химическое вещество
1	Мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, цинк
2	Кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром
3	Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций

Медь– является одним из важнейших незаменимых элементов, необходимых для живых организмов. В растениях она активно участвует в процессах фотосинтеза, дыхания, восстановления и фиксации азота. Медь входит в состав целого ряда ферментов-оксидаз – цитохромоксидазы, церулоплазмина, супероксидадисмутазы, уратоксидазы и других, и участвует в биохимических процессах как составная часть ферментов, осуществляющих реакции окисления субстратов молекулярным кислородом.

Кларк в земной коре 47 мг/кг. В химическом отношении медь – малоактивный металл. Основополагающим фактором, влияющим на величину содержания Cu, является концентрация ее в почвообразующих породах. Из изверженных пород наибольшее количество элемента накапливают основные породы – базальты (100-140 мг/кг) и андезиты (20-30 мг/кг). Покровные и лессовидные суглинки (20-40 мг/кг) менее богаты медью. Наименьшее же ее содержание отмечается в песчаниках, известняках и гранитах (5-15 мг/кг). Концентрация металла в глинах европейской части территории России достигает 25 мг/кг, в лессовидных суглинках – 18 мг/кг. Супесчаные и песчаные почвообразующие породы Горного Алтая накапливают в среднем 31 мг/кг меди, юга Западной Сибири – 19 мг/кг.

В почвах медь является слабомиграционным элементом, хотя содержание подвижной формы бывает достаточно высоким. Количество подвижной меди зависит от многих факторов: химического и минералогического состава материнской породы, рН почвенного раствора, содержания органического вещества и др. Наибольшее количество меди в почве связано с оксидами железа, марганца, гидроксидами железа и алюминия и, особенно, с монтмориллонитом вермикулитом. Гуминовые и фульвокислоты способны образовывать устойчивые комплексы с медью. При рН 7-8 растворимость меди наименьшая.

ПДК меди в России – 55 мг/кг, ОДК для песчаных и супесчаных почв – 33 мг/кг.

Данные по токсичности элемента для растений немногочисленны. В настоящее время основной проблемой считается недостаток меди в почвах или ее дисбаланс с кобальтом. Основные признаки дефицита меди для растений – замедление, а затем и прекращение формирования репродуктивных органов, появление щуплого зерна, пустозернистых колосьев, снижение устойчивости к неблагоприятным факторам внешней среды. Наиболее чувствительны к ее недостатку пшеница, овес, ячмень, люцерна, столовая свекла, лук и подсолнечник.

Марганецшироко распространён в почвах, но находится там, в меньших количествах по сравнению с железом. В почве марганец находится в нескольких формах. Единственные формы, доступные для растений, – это обменные и водорастворимые формы марганца. Доступность почвенного марганца снижается с ростом pH (при уменьшении кислотности почвы). Однако редко встречаются почвы, истощённые выщелачиванием до такой степени, что доступного марганца не хватает для питания растений.

В зависимости от типа почв содержание марганца колеблется: каштановая 15,5 ± 2,0 мг/кг, сероземная 22,0 ± 1,8 мг/кг, луговая 6,1 ± 0,6 мг/кг, желтоземная 4,7 ± 3,8 мг/кг, песчаная 6,8 ± 0,7 мг/кг.

Соединения марганца являются сильными окислителями. Предельно допустимая концентрация для черназемных почв составляет 1500 мг/кг почвы.

Содержание марганца в растительных пищевых продуктах, выращенных на луговых, желтоземных и песчаных почвах, коррелирует с его содержанием в этих почвах. Количество марганца в суточном пищевом рационе в этих геохимических провинциях более чем в 2 раза меньше суточной потребности человека и пищевого рациона людей, проживающих в зонах каштановых и сероземных почв.

Приборы, посуда, реактивы:ФЭК; сито сd=1 мм; аппарат для встряхивания; воронки стеклянные; фильтры бумажные «синяя лента»; 10%, 5%, 0,1 н и 2 н растворыH₂SO₄;HNO_3конц(ρ=1,4 г/см³); 30% раствор Н₂О₂;H₃PO_4конц(ρ=1,7г/см³); 1% растворAgNO₃; (NH₄)₂S₂O₈; 0,1 н, 0,001 н растворы КМnО₄(1 мл 0,001 н раствора содержит 11 мгMn); 0,1 н растворNa₂S₂O₃; 1% суспензия крахмала; КI; колба объемом 250 мл; пипетки; бюретка.