Лабораторная работа № 9 определение суммы обменных оснований методом каппена – гильковица.

Цель работы – освоить метод определения обменной поглотительной способности почвы.

Основные понятия.

Ионно – сорбционная или обменная поглотительная способность почвы обусловлена обменом ионов, адсорбированных ее тонкодисперсной частью, на ионы почвенного раствора. Важность ее определяется тем, что поглотительная способность почвы указывает на возможность почвы задерживать тяжелые металлы и радиоактивные элементы, выступать в качестве буфера при выпадении кислотных дождей, то есть нейтрализовать влияние вредных веществ, содержащих катионы металлов или водорода.

Между высокодисперсной массой почвы – почвенным поглощающим комплексом (ППК) – и почвенным раствором существует подвижное равновесие. Изменения в составе почвенного раствора вызывают соответствующие изменения в составе поглощенных ионов.

Особенно важны в ионном почвенном обмене катионы водорода, кальция, магния, натрия и аммония, которые в почвоведении исторически называют обменными основаниями.

Общее содержание всех обменных катионов, кроме H^ и Al⁺, называют суммой обменных оснований. Сумма обменных оснований и гидролитическая кислотность, обусловленная присутствием в поглощающем комплексе H^ и Al⁺, составляют емкость катионного обмена(ЕКО). По сути, это общее количество всех поглощенных (обменных) катионов, которые могут быть вытеснены из почвы,

ЕКО = S + H_г,

где S – сумма обменных оснований, смоль-экв/1кг почвы; Н_г гидролитическая кислотность, смоль-экв/1кг почвы.

Относительную долю оснований в ППК определяют как степень насыщенности основаниями (V) – показатель, который рассчитывается по формуле

Величина емкости катионного обмена зависит от минерального и гранулометрического состава высокодисперсной части горных пород, на которых сформирована почва, и от содержания в ней гумуса. Как правило, глинистые гумусированные почвы имеют большую поглотительную способность, чем почвы песчаные, с меньшим содержанием гумуса. Так, емкость катионного обмена первых достигает 40 – 50 смоль-экв/1кг почвы, а вторых – 2 – 3 смоль-экв/1кг почвы почвы.

Разные типы почв отличаются не только по величине емкости катионного обмена, но и имеют определенный состав поглощенных катионов. Почвы, ППК которых имеют катионы щелочных и щелочно-земельных металлов, называют насыщенными. К ним относятся черноземы, сероземы, каштановые и бурые пустынные почвы. Почвы, в составе ППК которых преобладают ионы водорода и алюминия, относят к ненасыщенным (катионами металлов). Обычно это почвы гумидных областей (влажного климата) – подзолистые, дерновоподзолистые, красноземы, желтоземы и другие. С емкостью катионного обмена связывают устойчивость почв к антропогенному загрязнению тяжелыми металлами и радиоактивными веществами. Более устойчивы почвы, имеющие высокую поглотительную способность по отношению к обменным основаниям.

Принцип метода. Сумму обменных оснований в кислых почвах определяют путем вытеснения оснований из поглощающего комплекса почвы катионами водорода титрованного раствора соляной кислоты. Количество вытесненных оснований рассчитывают по разности количества кислоты до взаимодействия ее с почвой и оставшейся после обмена катионами. Количество не прореагировавшей кислоты определяют титрованием ее раствором едкого натра.

Метод дает лишь приблизительные результаты, так как при однократном настаивании почвы с кислотой обменные основания вытесняются не полностью, кроме того, часть кислоты расходуется на побочные реакции с твердой частью почвы.

Реактивы и оборудование: 0.1н раствор HCl; 0.1н раствор NaOH; фенолфталеин; фарфоровая ступка с пестиком; сито с отверстиями 1мм; конические колбы емкостью 300 и 100см³; стеклянная воронка; бюретка на 50 см³; цилиндр на 100мл; пипетка Мора на 25 мл.

Выполнение работы

1. Из средней пробы почвы, растертой пестиком в фарфоровой ступке и просеянной через сито, на технических весах берут навеску в 20г.

1. Навеску высыпают в колбу емкостью 300 мл и приливают 100 мл 0.1н раствора НСl. Взбалтывают колбу с почвой в течение 15 мин. (Для более полного замещения оснований ионами водорода можно выдержать навеску с кислотой в течение суток).

1. Взмученную суспензию профильтровывают через сухой беззольный фильтр. Если первые порции фильтрата окажутся мутными, то их снова профильтровывают.

1. Пипеткой отбирают 20 мл фильтрата в коническую колбу емкостью 100 – 200 мл, нагревают до кипения и приливают 2 – 3 капли фенолфталеина.

1. Горячий раствор титруют 0.1н раствором едкого натрия (NaOH) до появления бледно – розовой окраски (с точностью до капли). Титрование проводят трехкратно. Для расчетов берут среднее значение.

Сумму обменных оснований вычисляют по формуле

где S – сумма обменных оснований, смоль-экв/1кг почвы; C_н(HCl) – нормальность раствора НCl (ммоль/мл), взятого для анализа; V_HCl – количество мл 0.1н HCl, добавленного к почве; С_н(Ф) – эквивалентная концентрация фильтрата после взаимодействия почвы с HCl (моль/мл); V_Ф – весь объем фильтрата (количество приливаемой к почве кислоты), мл; m – масса почвы, г; 100 – коэффициент для пересчета на 1кг почвы и ед. измерения ммоль в смоль.

Эквивалентную концентрацию фильтрата (С_нФ) после взаимодействия почвы с соляной кислотой определяют по формуле

где C_н(NaOH) – нормальность раствора NaOH (ммоль/мл), пошедшего на титрование взятого объема фильтрата; V_NaOH – количество мл 0.1н NaOH, пошедшей на титрование взятого объема фильтрата; V_а – количество фильтрата, взятого для титрования, мл.

Данные суммы обменных оснований и гидролитической кислотности позволяют рассчитать степень насыщенности оснований по вышеприведенной формуле.

Вопросы

1. В чем заключается принцип метода определения суммы обменных оснований? Насколько высока точность данного метода?

2. Что такое ЕКО? Из каких показателей складывается эта величина?

3. В чем отличие понятий «емкость катионного обмена» и «сумма обменных оснований»?

4. Для каких почв характерно преобладание Н⁺ в составе обменных катионов? Для каких – Са²⁺? Na⁺?

5. Что такое почвенно-поглощающий комплекс?

6. Назовите характерные интервалы ЕКО для основных типов почв России?

7. Как рассчитать степень насыщенности почв основаниями?

8. Для чего почву с раствором соляной кислоты желательно выдерживать в течение суток?