Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы химико-педагогических исследований» для специальности 5В011200 — «Химия» (стр. 8 )

В числе последних наибольшее влияние оказывают ионы Al3+ и Fe3+, причем их кислотные свойства соизмеримы с кислотными свойствами таких кислот, как угольная и уксусная.

Вклад различных компонентов в формирование актуальной кислотности неодинаков, зависит от степени выраженности кислотных свойств и содержания каждого компонента почвенного раствора.

В числе важнейших веществ, обусловливающих актуальную кислотность, следует назвать угольную кислоту.

Потенциальная кислотность проявляется  в результате взаимодействия почвы с растворами солей или оснований. Она влияет и на уровень актуальной кислотности, но точные функциональные зависимости, позволяющие по потенциальной кислотности вычислить актуальную не установлены.

       В большинстве случаев выявляется прямая зависимость: чем больше потенциальная кислотность, тем выше кислотность актуальная.

Обменную кислотность определяют путем вытеснения ионов Н+ и Al3+ из ППК нейтральным раствором нейтральной соли, обычно используют 1 н раствор хлорида калия.

ПН++KCl→ПK++HCl

ПAl3++3KCl  →ПK3++AlCl3

Степень кислотности оценивают по величине рН солевой вытяжки или суспензии. Для определения количества кислотности солевую вытяжку титруют раствором щелочи:

HCl+NaOH →NaCl+H2O

AlCl3+3 NaOH→Al(OH)3+3NaCl

Вытесненный из ППК ион Al3+ влияет не только на количество кислотности, но и на степень кислотности, поскольку в водных растворах он образует Al(OH)3, Al(OH)2+, Al(OH)2+.

Гидролитическую кислотность определяют путем взаимодействия почвы с гидролитически щелочной солью; с этой целью принято использовать 1 н. раствор CH3COONa

ПН++ CH3COONa→ПNa++ CH3COOН

При действии ацетата натрия величина кислотности обычно бывает значительно выше, чем при действии хлорида калия. Многие авторы трактуют гидролитическую кислотность как следствие более высокого значения рН равновесного раствора. Но как выяснилось не щелочная среда является причиной превышения гидролитической кислотности над обменной.

ПН++ CH3COONa→ПNa++ CH3COOН

ПН++KCl→ПK++HCl

Как видно из приведенных реакций в первой реакции образуется слабая уксусная кислота, а во второй – сильная соляная кислота. Сильная соляная кислота диссоциирует практически на 100%. Поскольку вытесняемый при первой реакции Н+-ион связывается в форме слабодиссоциированной кислоты, то реакция протекает значительно более полно, чем во втором случае. Конечно, повышение рН увеличивает ЕКО и способствует более полному замещению водорода кислых функциональных групп, но при определении обменной кислотности изменение рН раствора KCl  от 5,1 до 7,6 практически не влияет на степень кислотности солевых вытяжек.

СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЧВЕННОЙ КИСЛОТНОСТИ.

       Для снижения почвенной кислотности используют в качестве химических мелиорантов различные материалы. Наиболее употребительны осадочные породы, состоящие преимущественно из кальцита СаСО3, доломита CaMg(CO3)2, доломитизированные известняки, мергели, т. е. глинисто-карбонатные осадочные породы, содержащие 50-70% карбонатов. Кроме того, применяют известковые туфы и различные промышленные отходы: дефекат (отход свеклосахарного производства), доменные шлаки и др. В большинстве мелиорантов действующим веществом является СаСО3.

       С химической точки зрения СаСО3 является лучшим средством для снижения почвенной кислотности. При внесении его в кислую почву происходит реакция:

ПН2++ СаСО3→ПСа2++Н2О+СО2

ПAl23++3 СаСО3+3 Н2О→ПСа32++2Al(OH)3+3СО2

В результате этих реакций создаются наиболее благоприятные условия: почвенный поглощающий комплекс насыщается кальцием, а в почвенном растворе образуется слабая угольная кислота, который легко разлагается, поставляя в приземный слой воздуха СО2, необходимый для фотосинтеза.

       Для снижения кислотности пригодны кроме СаСО3 все вещества, реагирующие с кислой почвой как основание, то есть нейтрализующие кислоты. К таким веществам относится гашеная известь Са(ОН)2. Едкие щелочи и соответствующие карбонаты, как Na2CO3, для нейтрализации кислотности непригодны; они дороги, а в результате обменной реакции почва насыщается ионами натрия и приобретает неблагоприятные физические свойства.

       Нельзя применять с этой целью и соли сильных кислот, например гипс CaSO4*2H2O. Гипс эффективно используется при мелиорации солонцов, но при внесении в кислые почвы он активно вытесняет ион водорода, в результате реакции в почве образуется серная кислота.

       Таким образом, лучшими мелиорантами кислых почв являются вещества, в которых катионная часть представлена кальцием, а анионная часть – гидроксильными ионами или остатками слабых кислот (угольной, кремниевой). 

ЩЕЛОЧНОСТЬ ПОЧВЫ И СПОСОБЫ ЕЕ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ.

Неблагоприятной реакцией, помимо кислых почв, отличаются и почвы с излишне высокими значениями рН - щелочные почвы. К ним относятся почвы, содержащие Na в поглощенном состоянии.

Появление Na среди обменных оснований связано с засолением почв натриевыми солями, такими, как NaCl, Na2SO4, Nа2СО3, и образованием почв, содержащих повышенные количества Na среди поглощенных катионов. При высоком содержании растворимых солей такие почвы называются солончаками. В результате удаления избытка растворимых солей в процессе рассоления образуются солонцеватые почвы и солонцы с характерной для них щелочной реакцией; содовые солончаки (содержащие соду) имеют щелочную реакцию независимо от рассоления.

В почвенном растворе щелочных почв содержатся Na2CO3, NаНСО3, благодаря чему его рН превышает 8; такая реакция неблагоприятна для большинства сельскохозяйственных культур. Образование Nа2СО3 в почвенном растворе может объясняться реакцией между обменным Na и углекислотой раствора:

ПNa2++H2CO3→ ПН2++ Nа2СО3

Из различных путей образования соды в природе большое значение имеет биологический путь. Согласно биологической теории содообразования, сульфатредуцирующие бактерии, восстанавливая серрнокислые соли в присутствии органического вещества, приводят к образованию соды согласно следующим уравнениям:

Na2SО4 + 2С = 2СО2 + Na2S;

Na2S + СО2+ Н2О = Nа2СО3 + H2S.

Почвы, содержащие обменный  Na в значительных количествах (свыше 5% от емкости поглощения), отличаются отрицательными физическими свойствами, снижающими их производительность и затрудняющими обработку.

Для исправления отрицательных свойств щелочных почв применяется гипсование. Реакция между почвой и гипсом такова:

ПNa4+Ca2+ + 2CaSO4→2Na2SO4+ПСа32+

Замена Na на Са в компенсирующем слое предотвращает возможность образования соды, и рН сннжается. К этому же приводит и взаимодействие гипса с содой почвенного раствора:

Nа2СО3 +CaSO4→ Na2SО4 + СаСО3

Во избежание засоления почв продуктами реакции (Na2S04) гипсование целесообразно совмещать с мероприятиями, усиливающими промывание (снегозадержание, дренирование).

Доза гипса, нужная для замещения избыточного количества обменного Na в почве, вычисляется по следующей формуле:

CaSО4·2H2О (в т/га) = 0,086(Nа - 0,05Т)Нd,

где Na - содержание обменного Na в мг-экв на 100 г почвы;

Т - емкость поглощения в мг-экв на 100 г почвы;

Н - глубина пахотного слоя в см;

d - объемный вес почвы пахотного слоя;

0,086 - 1 мг-экв CaSO4 ·2H2O в граммах.

Как видно из формулы, количество Na, которое должно быть замещено на Са, при расчете принимается равным содержанию обменного Na в почве, уменьшенному на 0,05 Т, так как наличие 5% (0,05) Na от емкости поглощения не сказывается отрицательно на свойствах почвы.

В условиях достаточной обеспеченности влагой CaS04 может быть для вытеснения Na заменен хлористым кальцием - солью, значительно более растворимой, чем гипс. В качестве средств химической мелиорации солонцов могут быть также использованы FeSO4;, отработанная H2SO4.

Снижению щелочности солонцов способствует применение  кислых минеральных удобрений: суперфосфата, кислого по своему химическому составу, и физиологически кислого сульфат-аммония, а также навоза и других органических удобрений,  основания которых (Са, Mg и др.) замещают обменный Na.

Контрольные вопросы для самоподготовки:

Что называется почвенной кислотностью? В чем сущность данного явления? Опишите виды почвенной кислотности? Чем отличаются виды почвенной кислотности друг от друга? Приведите уравнения химических реакций, характеризующих обменную и гидролитическую кислотность? Назовите способы регулирования почвенной кислотности? Что такое щелочность почвы? Назовите способы нейтрализации щелочности почвы?

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 № 13. Буферность почв.

Цель: дать понятие буферности почвы и изучить факторы, оказывающие влияние на буферность почв.

Основные вопросы:

Понятие буферности почв. Реакции взаимодействия между почвенными коллоидами и кислотами и щелочами. Факторы, влияющие на буферность почв.

ПОНЯТИЕ БУФЕРНОСТИ ПОЧВ.

Одним из важнейших свойств почвенного раствора является его реакция, которая определяется активной концентрацией вoдopодных ионов (рН),- так называемая актуальная реакция почвы.

Величина актуальной реакции почвы, как и другие свойства почвенного раствора, находится в тесной связи со свойствами твердых фаз почвы и, прежде всего, со свойствами ее коллоидной фракции благодаря адсорбционным равновесиям, устанавливающимся между частицами и раствором. Разные типы почв соответственно характеру их коллоидов обладают разными величинами рН почвенного раствора. Так, при наличии ионов Н или Аl среди обменных катионов рН почвенного раствора имеет низкие значения, присутствие Nа-иона в компенсирующем слое, наоборот, приводит к повышенным значениям рН. Реакция почвенного раствора не является постоянной. Целый ряд процеcсов, идущих в почве (процессы выветривания, жизнедеятельность микрофлоры, микрофауны, корневых систем высших растений), влечет за собой образование избытка кислот или оснований. Кроме того, в почву вносят удобрения, которые в результате неравномерного использования растениями анионов и катионов приводят к появлению физиологической кислотности или щелочности почвенного раствора. Известь вносят специально для повышения рН почвы.