Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы химико-педагогических исследований» для специальности 5В011200 — «Химия» (стр. 7 )

Так же, как и в случае внедрения, связь между валентностью ионов и их способностью выхода из поглощенного состояния может быть объяснена степенью диссоциации соединений, образуемых ионами двойного слоя, которая тем ниже, чем выше валентность катионов. 

Кроме валентности ионов здесь, как и в случае внедрения, играет роль величина гидратационной оболочки ионов. Чем больше величина гидратационной оболочки катиона, тем легче он может быть вытеснен.

Способность вытесняться у одновалентных ионов падает в ряду

Li > Na > NH4 > К> Н;

у двухвалентных ионов: Mg> Са.

Основная роль кальция среди поглощенных катионов большинства почв объясняется не только его большим содержанием в земной коре, но и его высокой способностью к внедрению и слабой способностью к вытеснению по сравнению с Mg и одновалентными катионами. Только благодаря своей исключительно большой способности к внедрению ион Н+(Н3О+) может накопляться в некоторых почвах, несмотря на чрезвычайно малые концентрации этого иона в почвенном растворе. Другой одновалентный ион - Na+ - должен присутствовать в почвенном растворе в значительных количествах, чтобы отвоевать себе место на поверхности коллоидной частицы, так как его способность к внедрению мала, а вытеснить его легко. Понятно также, что Na+, легко вымываясь из почв, в больших количествах накапливается в воде морей и океанов.

Важные катионы удобрений – NH4+ и К+ - имеют сравнительно большую способность к внедрению, чем Na+.

Судя по большой адсорбционной способности трехвалентных ионов (Аl и Fe), можно было бы ждать большого удельного веса их среди почвенных поглощенных катионов. Однако это не так. Растворимость солей Аl3+ и FеЗ+ при тех реакциях среды, которые обычны для почвенного раствора (в интервале рН 4,5-7,5, чаще всего 5,5-6,5), ничтожна. В связи с этим окислы алюминия и железа входят  в состав гранул минеральных коллоидов, в их кристаллическую решетку, составляя, основную массу их.

б) Свойства адсорбентов. Сказанное выше о способности к обмену отдельных ионов и установленных в связи с этим закономерностях заставляет предполагать, что свойства катионов (их валентность, их объем и гидратация) являются решающими в их относительной поглощаемости. Фактически дело обстоит иначе. Большое значение в поглощаемости ионов имеет химическая природа и структура адсорбентов. Разнообразие почвенных коллоидов создает и особенности поглощения ими катионов.

Установлено, что одновалентные катионы К и Н поглощаются слюдами лучше, чем Са и Mg; слюды отличаются этим от монтмориллонита и каолинита.

Рационального объяснения особенностей поглотительных свойств отдельных адсорбентов, связанного с их химическим составом и структурой, пока не существует.

В верхних горизонтах почв, особенно черноземных поглотительная способность в большой части определяется органическими коллоидами, для которых в основном сохраняется указанный выше ряд замещаемости:

Na < NH4<K < Mg < Са;

в связи с этим для верхних горизонтов почв, богатых гумусом, этот ряд также имеет силу.

в) Значение объема и концентрации растворов. Характер обменной реакции, протекающей между коллоидными частицами и внешним раствором, как само собой понятно, в большой мере зависит от объема, состава и концентрации этого раствора.

В почвенных условиях постоянно происходят изменения в количестве почвенного раствора (в результате увлажнения или высушивания) и в его составе. Концентрация тех или иных ионов может увеличиваться под влиянием процессов растворения или минерализации или при внесении удобрений, а также и уменьшаться в результате их усвоения растениями и микробами или благодаря вымыванию нисходящим током воды.

Выяснение зависимости между количеством катионов, вытесненных с поверхности адсорбента, и количеством катионов, поглощенных в обмен поверхностью из соприкасающегося с ней раствора, и концентрацией раствора,- другими словами, выяснение количественных закономерностей обменной адсорбции давно привлекало внимание исследователей. Знание этих закономерностей позволило бы предвидеть направление процессов и расчетным путем решать  ряд теоретических и практических вопросов, связанных с реакциями обмена в почвах. К ним относятся: вопросы генезиса почв (связь изменения состава обменных катионов с изменением состава и концентрации почвенного раствора); вопросы мелиорации засоленных почв, основанной на их промывании (пределы благоприятных концентраций солей в промывных водах, а также в водах, используемых для орошения); вопросы удобрения (поглощение катионов внесенных удобрений NH4, К, Са в зависимости от количества удобрений и влажности почвы).

ПОГЛОЩЕНИЕ АНИОНОВ ПОЧВОЙ

Вопрос об адсорбции анионов почвами еще далеко недостаточно разработан. Адсорбция анионов в почве зависит от нескольких факторов.

Основные из них следующие: а) особенности самих анионов; б) состав почвенных коллоидов и их электрокинетические свойства; в) реакция среды (рН).

а) Если расположить анионы по возрастающей способности к адсорбции, то получим следующий ряд:

CI - =NО3< SO42-< PO43-< ОН-.

Чем больше валентность аниона, тем больше его способность адсорбироваться на поверхности коллоидов. Исключение составляет только ион ОН-, обладающий наибольшей активностью, несмотря на малую валентность. Это можно объяснить тем, что с увеличением валентности аниона уменьшается диссоциация соединения, образующего двойной слой, а реакция идет в сторону образования наименее диссоциированных соединений.

Очень слабо диссоциируют и соединения, которые образует ОН - с ионами Fe и Al, стоящими во внутренней обкладке двойного слоя положительных коллоидов.

б) Состав коллоидов (их гранул) в большой мере влияет на поглощение анионов; с возрастанием количества полуторных окислов (базоидов) в составе почвенных коллоидов увеличивается поглотительная способность почвы по отношению к анионам.

в) Изменение реакции среды влечет за собой изменение потенциала коллоидов; подщелачивание повышает отрицательный потенциал, подкисление - положительный. Отсюда следует, что кислая среда способствует большей адсорбции анионов, и, наоборот, в щелочной среде адсорбция анионов ослаблена.

Эти закономерности были установлены работами С. Маттсона и в основном подтверждены рядом дальнейших исследований: -Каратаевым и .

Поглощение NО3- и Сl - как одновалентных анионов может происходить в заметных  количествах лишь в редких случаях, когда мы имеем коллоиды с высоким содержанием полуторных оксидов  и при кислой реакции среды (красноземы). Обычно же хлориды и нитраты почвой не поглощаются. Так как эти анионы не образуют и труднорастворимых солей, то в почве их ничто не защищает от вымывания. И если NО3- обычно полностью захватывается растениями в процессе питания, то судьба С1- в почвах зависит прежде всего от характера водного режима местности: то или иное накопление С1- в почвах возможно лишь в сухом климате; в условиях промывного режима С1- вымывается и уносится в моря и океаны.

В практике сельского хозяйства с отсутствием поглощения NО3- и С1- необходимо считаться. Так, нитраты (селитры), применяемые в качестве удобрений, вносят как можно ближе к посеву растений для того, чтобы они не успели вымыться и могли быть использованы всходами.  Хлор обычно маложелательный компонент удобрения. Поэтому такие удобрения, как калийные соли, содержащие много С1-, следует вносить в почву заранее. Тогда до посева Сl - успеет отмыться осадками.

Ионы SO42- в природных условиях не поглощаются черноземами и горизонтами А дерново-подзолистых почв.  Иллювиальные горизонты подзолистых почв, а также красноземы способны поглощать сульфат-ионы и при этом в несколько больших количествах, чем одновалентные ионы. Наличие оболочек гидроокисей Fe и (особенно) Аl на почвенных частичках способствует поглощению SO42- , усиливающемуся при подкислении; это экспериментально показано в работе Чао, Харуорд и Фанг, в которой пленки гидроокисей искусственно создавались в почве.

Контрольные вопросы для самоподготовки:

Охарактеризуйте процесс поглощения катионов почвой? Что такое емкость обмена катионов? Какие факторы влияют на емкость обмена катионов? Что такое скорость обмена? Перечислите факторы, влияющие на реакцию обмена? Назовите основные факторы, влияющие на процесс поглощения катионов почвой? Охарактеризуйте процесс поглощения анионов почвой?

Литература:

Химия почвы. – М.: ВШ, 1968 Формы соединений тяжелых металлов в почвах средней полосы Восточного Казахстана (фоновый уровень) – Сем-ск, 1999. Химическая экология. – Сем-ск, 2002. Геохимия. – М.: ВШ, 1979. Химия почв. - М.: МГУ, 1985. Методы анализа почв и растений. – Рига : Зинатне, 1987. Сборник методических указаний по лабораторным исследованиям почв и растительности Республики Казахстан. – Алматы. 1998. Почвы Семипалатинской области. – Алма-Ата, Наука, 1968. Почвоведение. – М.: Колос, 1982. Агрохимические методы исследования почв. – М.: Наука, 1975. Руководство по химическому анализу почв. – М.: МГУ, 1970. Содержание и формы микроэлементов в почвах. – М.: МГУ, 1979.

Лекция № 11,12. Щелочность и кислотность почв, способы их нейтрализации.

Цель: изучить особенности кислотности и щелочности почв, способы их нейтрализации.

Основные вопросы:

Виды почвенной кислотности. Способы регулирования почвенной кислотности. Щелочность почвы и способы ее нейтрализации.

ВИДЫ ПОЧВЕННОЙ КИСЛОТНОСТИ.

Кислотность почв проявляется в разных формах и, кроме алюминия, она вызывается другими элементами и соединениями. В настоящее время различают следующие формы или виды почвенной кислотности:

Актуальная кислотность Потенциальная кислотность, которая подразделяется на обменную и гидролитическую кислотность.

Актуальная кислотность – кислотность почвенного раствора, обусловленную растворимыми в нем компонентами.

Степень кислотности почвенных растворов, вытяжек и суспензий оценивают величиной рН, количество кислотности – по содержанию титруемых щелочью веществ, обладающих кислотными свойствами.

Кислотность почвенных растворов обусловлена присутствием свободных органических кислот или других органических соединений, содержащих кислые функциональные группы, свободными минеральными кислотами (главным образом это угольная кислота), а также других компонентов, проявляющих кислотные свойства.