Oznaczanie odczynu i kwasowości- zasady i metody. Dokładne oznaczenie pH nie jest sprawą prostą i nasuwa trudności. Pomiędzy roztworem glebowym a kompleksem sorpcyjnym utrzymuje się stan równowagi i nie można traktować roztworu glebowego jako czegoś samoistnego ustabilizowanego chociażby okresowo. W glebie względnie suchej zawierającej mało wody w większej odległości od kationów stężenie jonów H+ wzrasta a więc pH obniża się. W wypadku zwiększenia się wilgotności gleby np. po deszczu pH może wzrastać. Wynik oznaczenia zależy więc od wilgotności gleby. Przyjęto oznaczenie pH w zawiesinie gleby po zalaniu jej cieczą w określonym stosunku i wykłóceniu. Dokonywane przy tym rozcieńczenie roztworu glebowego wywołuje wprawdzie wzrost pH gleby ale wzrost ten nie może być duży bo wyrównuje się przez desorpcję jonów H+ z kompleksu sorpcyjnego a ogólna zawartość jonów wodorowych w kompleksie jest wielokrotnie większa niż w roztworze. Pomiar kolorymetryczny: metoda ta przydaje się tylko do szybkiego orientacyjnego oznaczania w polu kiedy na razie można się zadowolić małą dokładnością pomiarów. Do tego celu służy kwasomierz Helliga składający się z płytki porcelanowej i flakonu z uniwersalnym wskaźnikiem. Płytka ma wgłębienie na glebę i wskaźnik oraz skalę pięciu barw odpowiadających pH od 4-8. dokładność oznaczenia- około jednostki pH. Pomiar elektrometryczny: zasada oznaczania polega na pomiarze różnicy potencjałów powstających na dwóch elektrodach. Jeden potencjał jest znany, wielkość drugiego zależy od stężenia jonów wodorowych w badanym roztworze. Jako elektrody porównawczej używa się elektrody kalomelowej. Potencjał jej jest stały. Jako elektrody pracującej używa się chinhydronowej a ostatnio nawet szklanej. Jest to rurka szklana zakończona pęcherzykiem o ściance na tyle cienkiej że prąd elektryczny przechodzi przez nią. Na powierzchni elektrody absorbują się jony i pomiędzy szkłem a roztworem wytwarza się potencjał. W praktyce do oznaczania pH gleby wystarcza zupełnie dokładność do 0,1. pomiar elektrometryczny pH gleby wykonuje się w zawiesinie gleby w wodzie lub roztworze soli. 10g gleby zalewa się 25cm3 cieczy miesza się przez kołowanie i pozostawia do wykonania pomiaru następnego dnia. Oznaczenie pH w zawiesinie wodnej daje wartości bliskie do rzeczywistego aktualnego pH gleby. Oznacza się też pH w zawiesinie gleby w 1n roztworze KCl. Pomiar w roztworze KCl daje mniejsze wartości niż w wodzie. Przyczyny zakwaszania się gleb. Kwaśny odczyn gleb jest związany z małym wysyceniem kompleksu sorpcyjnego kationami zasadowymi i odpowiednio dużym wysyceniem kationami wodorowymi. Jest dobrym wskaźnikiem stopnia zakwaszania gleby i potrzeby wapnowania ale nie wielkości dawek. W naszych warunkach klimatycznych na skutek przewagi opadów nad parowaniem i związanymi z tym ruchami wody zstępującej w glebie dochodzi do stałego wypłukiwania z gleby zawartych w niej składników zasadowych Ca, Mg, K, Na. Ich miejsce zajmują jony H+ powodujące zakwaszanie gleby. Znajdujące się w glebie węglany głównie węglan wapnia ulegają powolnemu lecz stałemu działaniu wody glebowej. Rozpuszczaniu się węglanu wapnia w wodzie glebowej sprzyja to że roztwór glebowy zwykle jest nasycony dwutlenkiem węgla. Powstaje rozpuszczalny w wodzie dwuwęglan wapnia. Oprócz kwasu węglowego także siarkowy, azotowy przyczyniają się do szybkiego wypłukiwania wapnia i innych składników zasadowych z gleby. Rodzaje kwasowości. Potencjalna- jest to suma jonów wodorowych ewentualnie także jonów Al3+ znajdujących się w roztworze glebowym oraz w kompleksie sorpcyjnym w stanie wymiennym jakby ukrytym. Hydrolityczna- w celu jej oznaczenia jony H+ znajdujące się w kompleksie sorpcyjnym wypiera się za pomocą octanu sodu. Dzięki obecności jonów OH- w roztworze octanu sodu następuje silne wiązanie jonów H+ kompleksu na niezdysocjonowane drobiny wody reakcja przesuwa się silnie na stronę prawą równania a miejsce jonów H+ zajmują jony Na+. W rezultacie odczyn zasadowy octanu ulega zakwaszeniu. Jeżeli zakwaszony octan zmaireczkować zasadą to ilość ml zużytego NaOH podaje te ilość zasady która jest potrzebna do usunięcia kwasowości hydrolitycznej gleby. Kwasowość hydrolityczną uzyskuje się przez kilkakrotne wstrząsanie gleby z octanem sodu i miareczkowanie przesączy. Wynik miareczkowania mnoży się przez współczynnik 1,5. Wymienna- jeżeli glebę której kompleks zawiera znaczniejszą ilość wymiennych jonów wodorowych wstrząsnąć z roztworem KCl wtedy jony wodorowe wychodzą z kompleksu do roztworu na ich miejsce wstępują do kompleksu jony potasu. Na skutek tej reakcji obojętny roztwór chlorku potasowego zakwasza się a stopień jego zakwaszenia jest tym większy im więcej jonów H+ znajdowało się w kompleksie. Kwasowość wymienną stwierdza się przez miareczkowanie. Jeżeli zakwaszony roztwór KCl miareczkować za pomocą zasady to ilość ml zużytej zasady podaje tą jej ilość jaka jest potrzebna do usunięcia kwasowości wymiennej gleby. Chcąc oznaczyć trzeba wstrząsnąć kilkakrotnie. Nawozy. Wapno rolnicze palone- o zawartości 80% CaO jest produktem ubocznym przy otrzymywaniu wapna palonego dla celów budowlanych i innych. Zawiera ono pewną domieszkę CaCO3 pochodzącego z nie rozłożonego materiału a także powstałego przez kontakt z CO2 powietrza. Wapno rolnicze palone- o zawartości 50% CaO jest gorszym gatunkiem od 80%-wego. Wapno rolnicze mieszane- o zawartości 50% CaO stanowi mieszaninę zmielonego wapniaka i wapna palonego. Wapniak mielony rolniczy- 45% CaO otrzymywany jest przez rozdrobnienia kamienia wapiennego. Kreda nawozowa zwyczajna- o zawartości 45% CaO w formie CaCO3 otrzymywana jest przez zmielenie kredy naturalnej. Kreda łąkowa lub jeziorna- 40% CaO w formie CaCO3 jest naturalną kredą otrzymywaną jako kopalina z odkrywek łąkowych po wydobyciu nawóz suszy się do obniżenia zawartości wody poniżej 30%. Znajdujący się w tym nawozie węglan wapieniowy jest w stanie wielkiego rozdrobnienia dzięki czemu odznacza się wielką aktywnością. Mielone dolomity surowe i prażone- należą do nawozów wapieniowi magnezowych. Z uwagi na skład chemiczny działają odkwaszająco a równocześnie wprowadza się z nimi magnez którego postępujący niedostatek stwierdza się niestety w naszych glebach. Zawierają 7-15% MgO. Wapno magnezowe węglanowe- 40% CaO i 10 -20% MgO. To materiał odpadowy uzyskiwany przy produkcji cynku oraz przy flotacji rud cynkowo-ołowiowych i miedziowych. Głównymi jego składnikami są węglany magnezowe i wapieniowe ale może też zawierać domieszki kadmu niklu cynku miedzi ołowiu manganu kobaltu arsenu żelaza antymonu. Wapno magnezowe tlenkowe- 65% CaO+MgO minimum 20% MgO w tym. Produkowane w Chorzowskich Zakładach Materiałów Ogniotrwałych. Wapno magnezowe krzemianowe- zawiera 45% CaO+MgO w tym ponad &-15% MgO. Jest to produkt uboczny otrzymywany w Wydziale Przerobu Żelaza Huty im Lenina. Materiał ten zawiera również tlenki wapnia i magnezu. Krzemian magnezowy- działa w glebie podobnie jak krzemian wapniowy zgodnie z reakcją: MgSiO3+H2O=Mg(OH)2+SiO2. nawozy z tej grupy nadają się na gleby lekkie i średnie silne kwaśne natomiast na glebach zwięzłych działają bardzo powoli. Kreda posodowa- 50% CaO w formie CaCO3 i kreda posodowa wilgotna o zawartości 40%CaO w formie CaCO3 są produktami ubocznymi przy otrzymywaniu sody. Zawartość w niej chlorków nie może przekraczać 2,5% w przeliczeniu na Cl. Wapno pocelulozowe- 40% CaO w formie CaCO3 stanowi produkt uboczny przemysłu celulozowo-papierniczego. Zawartość w nim chlorków w przeliczeniu na Cl nie może przekraczać 3% a zawartość siarczków w przeliczeniu na S nie powinna przekraczać 3%. Pył z elektrofiltrów- przy wypalaniu cementu ok. 40% CaO w postaci pyłu przechodzącego przez sito o oczkach 0,32mm oraz ok. 2% cząsteczek nie przechodzących przez takie sito. Popioły z węgla- uzyskiwane w elektrowniach spalających węgiel brunatny różnią się znacznie składem chemicznym a zawartość w nich CaO i MgO wacha się w szerokich granicach może ona nawet dochodzić od ok. 35% CaO i 5%MgO w zależności od rodzaju węgla brunatnego. Wapno pokarbidowe- jest produktem ubocznym przy otrzymywaniu acetylenu 65-70%CaO w formie Ca(OH)2. wapno to ma jednak tylko lokalne znaczenie ponieważ otrzymywane jest w sąsiedztwie zakładów produkujących acetylen. Wapno defekacyjne- to produkt odpadowy przemysłu cukierniczego zawiera ono w zależności od zawartości wody 15-30%CaO w formie CaCO3. znajdują się w nim także niewielkie ilości innych składników pokarmowych roślin. SORPCYJNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB.
SORPCYJNY KOMPLEKS GLEBOWY Sorpcja- zdolność gleby do pochłaniania i zatrzymywania różnych składników, a w tym jonów i cząstek, a zjawiska z nią związane - zjawiskami sorpcyjnymi. O zjawiskach sorpcyjnych zachodzących w glebach decyduje silnie zdyspergowana koloidalna faza stała gleby zwana sorpcyjnym kompleksem glebowym.
Dzięki sorpcyjnym właściwościom gleby, możliwe jest regulowanie odczynu i magazynowanie dostarczanie w nawozach składników pokarmowych.
WŁAŚCIWOŚCI SORPCYJNEGO KOMPLEKSU GLEBOWEGO:
a) Zbudowany z koloidów glebowych:
-Minerałów ilastych -Materiałów bezpostaciowych
-Krystalicznie uwodnionych tlenków żelaza i glinu -Próchnicy
B. RODZAJE SORPCJI
A) SORPCJA WYMIENNA (FIZYKOCHEMICZNA)
Sorpcja ta polega na wymianie jonów pomiędzy roztworem glebowym a koloidalnym
kompleksem sorpcyjnym gleby. Na miejsce jonów zasorbowanych na powierzchni koloidów
glebowych wchodzi równoważona chemicznie ilość jonów z roztworu glebowego.
SORPCJA WYMIENNA KATIONÓW
Elektroujemny ładunek większości koloidów glebowych decyduje o tym, że w
glebach występuje przede wszystkim sorpcja wymienna kationów.
Podczas reakcji wymiany ustala się między ilością kationów wymiennych (występujących
w kompleksie sorpcyjnym) a ilością kationów zawartych w roztworze stan dynamicznej
równowagi. Gleba dąży do wyrównania stężeń jonów pomiędzy roztworem glebowym a
kompleksem sorpcyjnym. [Np. jeśli korzenie roślin pobiorą z roztworu glebowego jakieś kationy, to wówczas odpowiednia ilość tego kationu przejdzie z fazy stałej do roztworu glebowego]
Najczęściej spotykanymi kationami wymiennymi w glebach są:
- Kationy o charakterze zasadowym: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+
- Kationy o charakterze kwaśnym H+, Al3+
Czynniki wpływające na sorpcję wymienną:
Sorpcja wymienna jest uzależniona od:
-Budowy sorbenta -Odczynu gleby -Rodzaju kationu
-Rodzaju towarzyszącego anionu -Stężenia kationu w roztworze
-Stężenia roztworu -Temperatury
SORPCJA WYMIENNA ANIONÓW
Spośród anionów w glebie najczęściej występują:
- MoO42-, BO33- , SO42- , Cl -, NO3- , HO-
Niektóre z nich podlegają sorpcji wymiennej. Niewielkie znaczenie.
INNE RODZAJE SORPCJI W GLEBIE
SORPCJA CHEMICZNA - jest to powstanie w glebie nierozpuszczalnych związków
wskutek reakcji chemicznych, polega na wytrącaniu nierozpuszczalnych
osadów z roztworów glebowych.
SORPCJA BIOLOGICZNA - sorbentami są organizmy żywe (rośliny i drobnoustroje),
które pobierają i zatrzymują jony w ich organizmach na okres życia - po obumarciu
ulegają rozkładowi i uwalniają pobrane składniki. Zbyt intensywna sorpcja może
doprowadzić do okresowego niedoboru pewnych składników u roślin w glebach np.
azotu oraz konieczności wprowadzania ich z nawozami.
SORPCJA FIZYCZNA - pochłanianie par i gazów. Zależna od porowatości, struktury,
ciśnienia, temperatury, wilgotności i charakteru zatrzymywanych cząstek.
SORPCJA MECHANICZNA - można ją porównać z działaniem sączka, który
zatrzymuje mechanicznie stałe cząstki zawieszone w wodzie. Dzięki temu woda
przesączając się przez glebę jest oczyszczana nawet z bakterii. Sorpcja ta zależy od
składu granulometrycznego, budowy i miąższości gleb. Im gleba ma więcej frakcji
drobniejszych, tym silniej sorbuje mechanicznie.
POJEMNOŚĆ SORPCYJNA GLEB W STOSUNKU DO KATIONÓW: Całkowita ilość kationów wymiennych, łącznie z jonami wodorowymi, jaką jest w
stanie zasorbować 100g gleby - przyjęto nazywać pojemnością sorpcyjną gleb (T).
T = S + H S= suma kationów metali o charakterze zasadowym H= jony wodorowe zawarte w kompleksie sorpcyjnym. Zdolność sorpcyjną gleb charakteryzuje się również stopniem nasycenia kompleksu sorpcyjnego jonami metali o charakterze zasadowym (V). V = S/T 100%Pojemność sorpcyjna gleb wzrasta wraz ze wzrostem pH