Ochrona Środowiska

II rok studia dzienne

gr. II

Agnieszka Janic

Katarzyna Najman

SPRAWOZDANIE NR 3

OZNACZANIE CaCO₃ W GLEBIE METODĄ SCHEIBLERA

Celem przeprowadzonego ćwiczenia jest obliczenie procentowej zawartości CaCO₃ w badanej próbce gleby.

I Część teoretyczna:

Węglan wapnia występuje w glebie bądź w postaci odruchów kalcytu, wapieni, opoki, margli, bądź jako osad strącony wskutek procesu karbonatyzacji z wody krążącej w glebie. Węglan wapnia migruje do głębszych poziomów glebowych i tam powtórnie się wytrąca. Jego występowanie w glebach przeciwdziała zakwaszeniu. Dlatego też gleby zawierające nawet niewielkie ilości tego składnika mają odczyn zbliżony do obojętnego. Obecność CaCO₃ wzbogaca roztwór glebowy i kompleks sorpcyjny w kationy Ca²⁺. Związek ten razem z kwasem węglowym roztworu glebowego daje roztwór buforowy, który przeciwstawia się nagłym zmianom odczynu gleby. CaCO₃ częściowo przyspiesza rozkład próchnicy i czyni glebę bardziej czynną. Dzięki koagulującemu działaniu kationów Ca²⁺, węglan wapnia sprzyja tworzeniu agregatów glebowych, przez co utrwala gruzełkowatą strukturę, zwiększając przepuszczalność gleb ciężkich a zmniejszając lekkich.

Oznaczanie węglanów występujących w glebach jest oparte na reakcji węglanu z kwasem, najczęściej solnym i określeniu ilości wydzielającego się CO_2.

MeCO₃ + 2HCl → MeCl₂ + H₂O + CO₂ (Me - dowolny kation)

Wydzielający się CO₂ obliczamy ilościowo, wagowo lub objętościowo. Metody pomiaru ze względu na sposób oznaczenia ilości CO₂ można podzielić na dwie grupy: metody wagowe i metody objętościowe. W metodach wagowych najczęściej absorbuje się wydzielający CO₂ w U-rurkach z wapnem sodowym (metoda Fraseniusa - Classena) lub w aparatach z roztworem KOH. Z przyrostu masy oblicza się ilość CO₂, a stąd zawartość CaCO₃. Metody te znajdują zastosowanie w przypadku analiz ścisłych, gdy podejrzewamy, że w badanych próbkach występują siarczki, które również reagują z kwasem solnym, dając gazowy siarkowodór, który jest sorbowany w U-rurkach.

Szybsze od wagowych i dlatego powszechnie stosowane do seryjnych oznaczeń (chociaż mniej dokładne) są metody objętościowe, w których zawartość CaCO₃ oblicza się z objętości wydzielonego CO₂. Jedną ze stosowanych metod jest metoda Scheiblera. Aparat Scheiblera sklada się ze sloika na próbkę glebową, z umocowanym w korku sloika zbiorniczkiem na kwas z dwoma otworami (wylew kwasu i doprowadzenie powietrza do zbiorniczka) oraz z dwu polączonych ze sobą rur, z których jedna jest skalibrowana w jednostkach objętościowych od 0 do 200 cm³ i lączy się ze zbiornikiem wypelnionym roztworem nie absorbującym CO₂, a więc nasyconym roztworem NaCl, 2% CaCl₂ lub CuSO₄. Zbiornik jest ruchomy co pozwala dowolnie ustalić poziom plynu w skalibrowanej rurze. Ilość gleby potrzebnej do oznaczenie zależy od zawartości CaCO₃.

Materiały wykorzystane w ćwiczeniu:

1. Próbka gleby numer 3

2. Parowniczka

3. Aparat Scheiblera

4. Waga precyzyjna

5. Termometr

6. Barometr

7. 10% roztwór HCl

Przebieg i wyniki oznaczania CaCO₃

Aby przygotować aparat Scheiblera do analizy doprowadzamy poziom roztworu NaCl w rurze pomiarowej do zera. Zamykamy wlot rury i otwieramy wlot na zewnątrz, aby sprężone powietrze podczas zamykania naczynia mogło uchodzić na zewnątrz nie zmieniając położenia poziomu roztworu NaCl.

Orientacyjne określenie ilości CaCO₃

Po odważeniu 1-2 g gleby na szkiełku zegarkowym dodajemy kilka kropel 10% roztworu HCl. Na podstawie intensywności burzenia - burzenie silne i krótkotrwale ustaliłyśmy naważkę gleby, jaką należy pobrać do analizy metodą Scheiblera, która wynosi 2 g, natomiast zawartość CaCO₃ wynosi od 2 do 5%.

Oznaczanie CaCO₃

Po odważeniu 2 g gleby umieszczamy ją w słoiku aparatu Scheiblera. Zbiorniczek z nałożonym korkiem napełniamy przy użyciu pipety 10 % roztworem HCl do poziomu roztworu. Słoik z glebą zamykamy korkiem ze zbiorniczkiem, przekręcamy kran trójdzielny tak, aby gaz wydzielający się w reakcji węglanów zawartych w glebie z kwasem solnym mógł przechodzić do rury pomiarowej, która skalibrowana jest w jednostkach objętościowych od 0 do 200 cm³. Przechylamy słoik tak, aby znajdujący się w zbiorniczku kwas solny wylał się na glebę.Słoik wstrząsamy tak długo aż przestanie się wydzielać CO₂. wydzielający się CO₂ wypiera roztwór NaCl z rury pomiarowej do zbiornika. Wyrównujemy poziom NaCl w zbiorniku i rurze pomiarowej poprzez przesuwanie zbiornika wzdłuż listwy. Czynność tę powtórzyłyśmy 3-krotnie.

Pomiar objętości wydzielonego CO₂:

Pierwszy pomiar: 30cm³

Drugi pomiar: 25 cm³

Trzeci pomiar: 30 cm³

k = 4,171

Procentową zawartość węglanu wapnia w glebie obliczamy ze wzoru:

%

Gdzie:

V_CO - objętość wydzielonego CO₂ odczytana na aparacie Scheiblera (cm³)

k - współczynnik odpowiadający zmierzonemu ciśnieniu atmosferycznemu atmosferycznemu

i temperaturze, określający ilu mg CaCO₃ jest równy 1 cm³ CO₂ wydzielonego w danych

warunkach ciśnienia i temperatury

100 - przeliczenie na procent

a - nadważka gleby (g)

1000 - przeliczenie na gramy

Dla pierwszego pomiaru:

%
%

Dla drugiego pomiaru:

%
%

Dla trzeciego pomiaru:

%
%

Wartość średnia procentowej zawartości węglanu wapnia:

Obliczamy przybliżone odchylenie standardowe średniej według wzoru:

Wnioski:

Ewentualne błędy w przeprowadzonym doświadczeniu mogły wynikać z niedokładności pomiarów, czyli niedokładności przeprowadzenia doświadczenia przez badających.

Procentowa zawartość węglanu wapnia w badanej próbce gleby numer 3 wynosi w kolejnych próbach: 6,26%, 5,21% i 6,26%. Wartość średnia tych pomiarów to 5,91% a przybliżone odchylenie standardowe to 0,61. zawartość węglanu wapnia w glebie jest nie wielka. Stopień wyługowania z gleb węglanu wapnia może być spowodowany intensywnością przesiąkania wody opadowej przez profile, zawartość w niej bezwodnika kwasu węglowego i innych kwasów mineralnych i organicznych (w szczególności kwasów próchnicznych) rozpuszczających węglany. Pewne straty mogą też być spowodowane erozją wodną a także powietrzną.

---