CCF20091008099

Rozdział XVIII

ODCZYN (pH)

1. Wprowadzenie

Do ważniejszych parametrów chemicznych gruntów i gleb należy odczyn wyrażony stężeniem jonów wodorowych, czyli pH. Odczyn ten może być oznaczony zarówno w wodzie (np. wodzie porowej), jak i w zawiesinie gruntu (gleby) w wodzie destylowanej, KC1 lub innym roztworze. Wszystkie płyny zawierające wodę mają przynajmniej dwa rodzaje wolnych jonów (atomów lub grup atomów) noszących ładunki elektryczne. Są to jony wodom o znaku dodatnim, nadające roztworom właściwości kwasowe i grapa OH (hydroksylowa) o znaku ujemnym, nadająca roztworom właściwości zasadowe. Woda, nawet chemicznie czysta, ulega w pewnym stopniu dysocjacji, zgodnie z równaniem:

H₂0 -> H⁺ + OH-

S tężenie jonów H⁺ i OH" w wodzie destylowanej — chemicznie czystej wynosi 10"⁷. Tak więc [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 mol/dm³.

Między jonami H⁺ i OH“ istnieje stan równowagi:

[H⁺] • [OH^-] = const = 10^-14

Ponieważ wyrażanie stężenia jonów wodorowych za pomocą potęg ujemnych przy wszelkiego typu obliczeniach jest bardzo niedogodne, przyjęto do oznaczenia stężenia [H⁺] ujemny logarytm tej wartości oznaczony symbolem pH. Termin pH wprowadzony został przez Sórensena (1868-1936) w celu jednoznacznego określenia odczynu roztworu wodnego. Roztwory mające pH mniejsze niż 7 są kwasami, a pH wyższe niż 7 roztworami alkalicznymi. W gruntoznawstwie (K. H. Head, 1992) pH grantów oznacza się w zawiesinie sproszkowanego gruntu w wodzie destylowanej. W gleboznawstwie odczyn oznacza się najczęściej dla zawiesin glebowych win roztworze chlorku potasu (KC1) oznaczając w ten sposób kwasowość wywołaną nie tylko przez obecność jonów wodoru w wodzie porowej, lecz także przez jony wodoru i glinu wyparte z kompleksu wymiennego gleby. Kwasowością gleb jest nazywany taki stan odczynu ich roztworu, w którym stężenie jonów H⁺ jest wyższe od stężenia jonów OH^- (Gleboznawstwo, 1995). W gleboznawstwie wyróżnia się więc: kwasowość czynną (aktualną) — wywołaną obecnością jonów wodorowych w roztworze glebowym (oznaczaną tale jak w gruntoznawstwie poprzez pomiar pH gleby przeprowadzonej w zawiesinę w wo-

dzie destylowanej) i kwasowość potencjalną spowodowaną przez wymienne jony wodoru i glinu znajdujące się w kompleksie wymiennym koloidów glebowych. Kwasowość potencjalna oznaczana w roztworze soli obojętnych (KC1) nazywana jest kwasowością wymienną; oznaczana przez zalewanie gleby octanem wapniowym [(CH₃COO)_?Ca] kwasowością hydrolityczną (obejmującą również kwasowość wymienną).

Kwasowość wymienna wywołana jest przez jony wodoru (H⁺) i glinu (Al³*) słabo związane przez kompleks sorpcyjny gleby. Przy reakcji gleby z roztworem soli obojętnej (KC1) jony te uwalniane są z kompleksu sorpcyjnego, a na ich miejsce wchodzi jon potasu (K⁺). Wyparte jony H⁺zwiększają kwasowość roztworu. Podobnie kationy Al^3ł, łącząc się np. z Cl" tworzą A1C1₃ który hydrolizuje w środowisku wodnym wg reakcji:

AICI3 + 3HOH Al(OH)₃ + 3HC1,

dodatkowo zakwaszając środowisko (Gleboznawstwo, 1995). Jednak sole obojętne nie wypierają wszystkich jonów wodoru i glinu z kompleksu sorpcyjnego. Wyparcie silnie związanych jonów uzyskuje się przez działanie na glebę roztworami soli hydrolizujących zasadowo, np. octanem wapnia, oznaczając w ten sposób kwasowość hydrolityczną. Kwasowość hydrolityczną prawie w całości określa ilość jonów wodorowych wysycających kompleks sorpcyjny gleby, a przewaga jej w stosunku do kwasowości wymiennej jest tym wyższa, im gleba zawiera więcej próchnicy. Kwasowość hydrolityczną oznacza się w celu obliczenia ilości wapnia koniecznego do odkwaszenia gleby (Gleboznawstwo, 1995). Według niektórych autorów (A. Ostrowska i in., 1991) całkowitą kwasowość wymienną uzyskuje się dopiero przy działaniu na glebę roztworem zasadowego chlorku baru (powodując desorpcję jonów o charakterze kwasowym przez kation baru), przy czym w przypadku gleb kwaśnych metoda ta daje wyniki odpowiadające kwasowości hydrolitycznej (oznaczonej octanem wapniowym), w glebach o odczynie zbliżonym do obojętnego kwasowość hydrolityczną jest wartością niższą.

Do oznaczania wartości pH stosuje się dwie grupy metod: metody kolorymetryczne (przez porównanie roztworu z różnymi wskaźnikami) lub metodę elektro-metryczną. Zasada oznaczania wartości pH metodą kolorymetryczną polega na wykorzystaniu zdolności określonego wskaźnika (indykatora) do zmiany zabarwienia w zależności od stężenia jonów wodorowych w badanym roztworze i porównaniu tego zabarwienia ze skalą wzorcową, właściwą dla danego wskaźnika (np. wskaźnika Helliga). Najprostszymi wskaźnikami do określenia wartości pH są papierki wskaźnikowe. Są to paski bibuły nasycone roztworem wskaźnika, zmieniające barwę zależnie od pH zwilżającego je roztworu. Papierki wskaźnikowe lakmusowe służą jedynie do oznaczania, czy roztwór jest kwaśny, obojętny czy zasadowy. Papierki wskaźnikowe uniwersalne, nasycone mieszaniną wskaźników pozwalają na ocenę wartości pH z dokładnością do 1-2 jednostek załączonej do nich skali barw.

Metoda elektrometryczna (potencjometryczna) polega na pomiarze napięcia między dwiema elektrodami umieszczonymi w badanym roztworze: elektrodą po-

211