Ochrona Środowiska

II rok studia dzienne

gr. II

Agnieszka Janic

Katarzyna Najman

SPRAWOZDANIE NR 4

WŁAŚCIWOŚCI SORPCYJNE GLEB. SUMA KATIONÓW WYMIENNYCH O CHARAKTERZE ZASADOWYM.

I Część teoretyczna:

W kształtowaniu się właściwości gleb dużą rolę odgrywa grupa reakcji, które zachodzą na granicy faz, głównie ciekłej i stałej. Ponieważ przebieg tych reakcji jest zależny nie tylko od składu chemicznego faz, lecz również w dużej mierze od stanu i wielkości powierzchni fazy stałej nazywamy je reakcjami powierzchniowymi lub fizykochemicznymi. Do tej grupy należą wszelkie zjawiska sorpcji, desorpcji i wymiany pomiędzy roztworem i fazą stałej gleby. Sorpcją nazywamy zdolność zatrzymywania przez glebę cząstek stałych, par, cieczy a przede wszystkim jonów. Zasadniczą rolę w intensywności tych procesów odgrywa wielkość powierzchni, na jakiej stykają się obie fazy. Kompleks sorpcyjny jest to najbardziej rozdrobniona o największej powierzchni właściwej część stałej fazy gleby, wykazująca zdolność do sorpcji. Jest to przede wszystkim faza gleby składająca się z cząstek o wymiarach koloidalnych. Kompleks sorpcyjny składa się z substancji organicznych (głównie próchnicy), nieorganicznych (głównie minerałów ilastych) oraz z połączeń organiczno - mineralnych.

Rodzaje sorpcji:

Sorpcja mechaniczna polega na zatrzymywaniu stosunkowo dużych części z zawiesin, które nie przenikają przez tworzywo glebowe o drobnych porach.

Sorpcja fizyczna polega na zatrzymywaniu i zagęszczaniu molekuł, głównie na granicy między fazą gazową, płynną a stalą. Zdolność ta wynika z istnienia niewysyconych sil wiązań międzycząsteczkowych u cząstek, które ograniczają ciało i znajdują się na jego krawędziach lub tworzą powierzchnię cieczy.

Sorpcja chemiczna polega na wytrącaniu z roztworów glebowych związków w postaci nierozpuszczalnych soli. Z roztworów glebowych ubywa w takim przypadku określonego rodzaju jonów.

Sorpcja biologiczna polega na pobieraniu przez mikroorganizmy glebowe składników odżywczych, co zapobiega stratom np. przez wymycie.

Sorpcja wymienna polega na wymianie jonów pomiędzy kompleksem sorpcyjnym i roztworem glebowym. Stan równowagi sorpcyjnej jest bardzo labilny, co ma ogromne znaczenie w żywieniu roślin i procesach glebotwórczych. W przypadku, kiedy rośnie stężenie jonów w roztworze glebowym zaczynają być one sorbowane przez kompleks sorpcyjny do momentu osiągnięcia stanu równowagi. W przypadku ubytku jonów z roztworu glebowego, kompleks sorpcyjny dążąc do osiągnięcia nowego stanu równowagi oddaje jony do roztworu.

Pojemność sorpcyjna gleby jest to maksymalna ilość jonów, jakie gleba może zabsorbować. Zależy ona głównie od ilości i jakości komponentów, komponentów, których jest zbudowany kompleks sorpcyjny gleby. Pojęcie pojemności sorpcyjnej wiąże się z sorpcją wymienną. Jednostką pojemności sorpcyjnej jest 1mmol/100g gleby. Kompleks sorpcyjny gleby jest wysycany kationami o różnym charakterze. Częściowo są to kationy wodoru, częściowo zasadowe. Oznaczenie kationów zasadowych i wodoru można wykonać różnymi metodami. Zasadą jest wypieranie z kompleksu sorpcyjnego kationów za pomocą roztworów różnych soli i kwasów. W wyniku reakcji następuje wymiana pomiędzy jonami kompleksu sorpcyjnego sorpcyjnego roztworu. Warunkiem skuteczności tych metod jest zastosowanie roztworu wypierającego o dostatecznym stężeniu i właściwym pH, w celu uzyskania prawie całkowitej wymiany jonów w kompleksie sorpcyjnym gleby. W przesączu oznacza się ilościowo wszystkie kationy z wyjątkiem kationów użytych do wypierania.

Właściwości buforowe gleby polegają polegają na zdolności gleby do przeciwstawiania się zmianom pH pod wpływem działania na nią kwasami lub zasadami. Zjawisko buforowości wiąże się ściśle ze zjawiskiem utrzymywania stanu równowagi pomiędzy jonami wodorowymi zawartymi w kompleksie sorpcyjnym gleby (kwasowość potencjalna) a roztworem glebowym (kwasowość czynna). Każdą glebę charakteryzuje pewna pojemność buforowa, która jest tym większa, im większa jest w glebie jej pojemność wymienna, co z kolei związane jest z zawartością w kompleksie sorpcyjnym koloidów organicznych organicznych mineralnych. Pojemność buforową można oznaczyć, wykreślając dla danej gleby jej krzywe buforowości.

I OZNACZANIE SUMY KATIONÓW WYMIENNYCH O CHARAKTERZE ZASADOWYM wg METODY KAPPENA

Odczynniki i sprzęt:

- waga precyzyjna

- kolba stożkowa o poj. 250 cm³

- wirówka

- roztwór HCl o stężeniu 0,1 mol/dm³

- roztwór NaOH o stężeniu 0,1 mol/dm³

- fenoloftaleina

- wskaźnik Tashiro (czerwień metylowa + błękit metylowy)

Metodyka oznaczania:

Odważyłyśmy 20 g gleby (powietrznie suchej i przesianej przez sito o średnicy oczek 1 mm), wsypałyśmy do kolby o pojemności 250 cm³, zalałyśmy 100 cm³ roztworu HCl o stężeniu 0,1 mol/dm³. Kolbę umieściłyśmy w wytrząsarce i jej zawartość była wytrząsana przez 1 godzinę. Następnie przesączyłyśmy zawartość kolby. Z przesączu pobrałyśmy 25 cm³ klarownego i przeniosłyśmy do kolb stożkowych o pojemności 100 cm³ dodałyśmy kilka kropel wskaźnika Tashiro i miareczkowałyśmy roztworem NaOH o stężeniu 0,1mol/dm³ do momentu aż wystąpiło zielone zabarwienie. Oznaczenie wykonałyśmy trzy razy.

W takim sam sposób zmiareczkowalyśmy 25 cm³ roztworu HCl o stężeniu 0,1 mol/dm³ (próba zerowa).

Próba zerowa:

1 pomiar: 25cm³

2 pomiar: 24,7 cm³

3pomiar: 24,9 cm³

Wartość średnia: 24,9cm³

Oznaczenie przesączu glebowego:

1 pomiar: 17,7cm³

2 pomiar: 17,4 cm³

3pomiar: 17,3 cm³

Wartość średnia: 17,5 cm³

Sumę zasad wymiennych o charakterze zasadowym w materiale glebowym wyznaczoną metodą Kappena obliczmy za wzoru:

S = (a-b)∙c_NaOH ∙20

Gdzie:

S - suma zasad wymiennych wyrażona w mmol/100g gleby

a - ilość cm³ roztworu NaOH o stężeniu 0,1 mmol/ dm³ zużyta do miareczkowania 25 cm³ 0,1 HCl - próba zerowa

b - ilość cm³ roztworu NaOH o stężeniu 0,1 mmol/ dm³ zużyta do miareczkowania 25 cm³ przesączu glebowego

c_NaOH - stężenie molowe NaOH

20 - przeliczenie na 100 gram gleby

S = (24,9-17,5) ∙ 0,1 ∙ 20

S= 7,4∙0,1∙20 = 14,8 mmol/100g gleby

Suma zasad wymiennych wynosi 14,8 mmol/100g gleby.

OKREŚLENIE BUFOROWOŚCI GLEBY METODĄ ARRHENIUSA W MODYFIKACJI BRENNERA I KAPPENA

Odczynniki i sprzęt:

- zlewki o poj. 100 cm³

- waga precyzyjna

- pH-metr

- roztwór HCl o stężeniu 0,1 mol/dm³

- roztwór NaOH o stężeniu 0,1 mol/dm³

Metodyka oznaczenia:

Do 11 zlewek o poj. 100cm³ odważyliśmy po 10g gleby powietrznie suchej przesianej przez sito o średnicy oczek 1 mm. Do pierwszych pięciu zlewek dodaliśmy pipetą wzrastające ilości: 2, 4, 6, 8, 10 cm³ roztworu HCl o stężeniu 0,1 mol/dm³, a do kolejnych pięciu - wzrastające ilości: 2, 4, 6, 8, 10 cm³ roztworu NaOH o stężeniu 0,1 mol/dm³. Następnie wszystkie zlewki uzupełniliśmy wodą destylowaną do łącznej objętości 20 cm³. Próbkę gleby w zlewce jedenastej zalaliśmy 20 cm³ - próbka zerowa. Zmierzyliśmy wartość pH metodą potencjometryczną.

Jednocześnie przygotowaliśmy roztwory wzorcowe. W tym celu do pięciu zlewek o pojemności 100cm³ odmierzyliśmy pipetą wzrastające ilości 2, 4, 6, 8, 10 cm³ roztworu HCl o stężeniu 0,1 mol/dm³ a do kolejnych pięciu - wzrastające ilości: 2, 4, 6, 8, 10 cm³ roztworu NaOH o stężeniu 0,1 mol/dm³. Następnie wszystkie zlewki uzupełniliśmy wodą destylowaną do łącznej objętości 20 cm³. Zmierzyliśmy pH.

Piasek kwarcowy

VNaOH	2cm^3	4 cm^3	6 cm^3	8 cm^3	10 cm^3
pHNaOH	12,12	12,84	13,07	13,18	13,36
VHCl	2cm^3	4cm^3	6cm^3	8cm^3	10cm^3
pHHCl	2,51	2,06	1,89	1,74	1,70
pHH2O	4,68	7,90

Gleba 1

VNaOH	2cm^3	4 cm^3	6 cm^3	8 cm^3	10 cm^3
pHNaOH	10,25	11,35	12,10	12,59	12,75
VHCl	2cm^3	4cm^3	6cm^3	8cm^3	10cm^3
pHHCl	5,60	4,40	3,25	2,70	2,08
pHH2O	6,58

Gleba 2

VNaOH	2cm^3	4 cm^3	6 cm^3	8 cm^3	10 cm^3
pHNaOH	7,85	9,12	10,40	11,07	11,30
VHCl	2cm^3	4cm^3	6cm^3	8cm^3	10cm^3
pHHCl	4,30	3,47	2,67	2,30	2,15
pHH2O	6,02

Wnioski:

Buforowość gleb definiowana jest jako zdolność gleby do przeciwstawiania się jej zakwaszaniu lub alkalizacji. Najczęściej właściwości buforowe gleb związane są z sorpcją i adsorpcją jonów, ze zobojętnieniem i wytrąceniem składników wprowadzonych do gleby, procesami przechodzenia związków w formy jonowe lub molekularne, co wpływa na odporność gleb na oddziaływanie czynników degradujących. Wyznaczenie stopnia zbuforowania gleby ma duże znaczenie dla określenia właściwego poziomu nawożenia. Właściwości buforowe gleb można wykorzystać także do prognozowania i oceny stopnia degradacji środowiska przyrodniczego, a w praktyce rolniczej do wyznaczania potrzeb wapnowania gleb. Podjęte badania miały na celu ocenę właściwości buforowych wybranych gleb.

---