Ćwiczenie 1.

BUFOROWE WŁAŚCIWOŚCI GLEB.

Wprowadzenie.

Znaczne zmiany pH gleb są powstrzymywane dzięki zjawisku zwanemu buforowością gleb. Gleba w znaczeniu chemicznym, to także układ wykazujący tendencję do utrzymywania stałego poziomu pH pomimo dodatku (w określonych granicach) kwasu lub zasady i niezależnie od rozcieńczenia.
W chemii gleb pojęcie buforowania to wszelkie reakcje wymiany jonowej, które przeciwdziałają zmianom składu kationów w roztworze glebowym. Prościej, buforowość gleb polega na tym, że usuwane z roztworu glebowego jony wodorowe są uzupełniane z kompleksu sorpcyjnego,
a wprowadzane do roztworu - przechodzą do kompleksu sorpcyjnego, przy czym w obu przypadkach odczyn roztworu glebowego nie ulega większym zmianom.

W glebach działają systemy reakcji buforowania przeciwdziałające zarówno zakwaszaniu jak
i alkalizacji. Oprócz reakcji buforowania z udziałem fazy stałej gleby (rozkład i tworzenie minerałów, wymiana jonowa) zachodzą także procesy biologiczne i mikrobiologiczne oraz procesy dysocjacji i kompleksowania, w wyniku których następuje produkcja lub konsumpcja protonów.

Właściwości buforowe gleb uwarunkowane są wielkością ich pojemności sorpcyjnej, ilością zasorbowanych kationów o charakterze zasadowym oraz składem roztworu glebowego. Im większą zatem pojemność sorpcyjną wykazują koloidy glebowe, tym większą zdolnością buforowania odznacza się gleba. Z koloidów glebowych najsilniejsze działanie buforujące wykazują próchnica, montmorylonit, illit i kaolinit. Oprócz tego w glebach działają także systemy reakcji buforowania przeciwdziałające również zakwaszaniu jak i alkalizacji. Obok reakcji buforowania z udziałem fazy stałej gleby (rozkład i tworzenie minerałów) zachodzą także procesy biologiczne i mikrobiologiczne oraz procesy dysocjacji i kompleksowania, w wyniku których następuje produkcja lub konsumpcja protonów.

Właściwości buforowe gleb określa się na podstawie miareczkowania gleb wzrastającymi ilościami zasady i kwasu, otrzymując w ten sposób charakterystyczne krzywe. Dla porównania wykreśla się krzywą teoretyczną uzyskaną w wyniku miareczkowania zasady kwasem. Pole zawarte między tymi krzywymi nosi nazwę „powierzchni zbuforowania” i jest miarą stopnia zbuforowania gleby.

Właściwości buforowe gleb mają duże znaczenie. Od nich zależą na przykład efekty wapnowania. Pojemność buforowa może być wykorzystywana jako wskaźnik degradacji gleb.

Buforowe właściwości gleb - oznaczanie metodą Arrheniusa.

Zdolnościami regulującymi (buforowością) gleb nazywamy m.in. zdolność tych gleb do przeciwdziałania zmianom odczynu przy działaniu kwasów lub zasad. Zasada określania buforowości polega więc na dodawaniu do danej ilości gleby kwasu lub zasady i pomiarze zmian odczynu gleby.

1. Przygotować 21 suchych plastykowych zlewek o pojemności 40 cm³.

2. Do wszystkich zlewek odważyć na wadze analitycznej po 10,00 g gleby wskazanej przez prowadzących ćwiczenia.

3. Do pierwszej serii, składającej się z 10 prób, wprowadzić pipetą kolejno 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 i 10 cm³ 0,01 M HCl (zlewki oznakować).

4. Do drugiej serii, składającej się także z 10 prób, wprowadzić pipetą kolejno 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 i 10 cm³ 0,01 M NaOH (zlewki oznakować).

5. Wszystkie 20 prób dopełnić wodą destylowaną za pomocą pipety do 20 cm³.

6. Do 21 zlewki wprowadzić pipetą 20 cm³ wody destylowanej.

7. Zawartość zlewek odstawić na 1 godzinę mieszając, co 10 minut, ich zawartość przez „kołowanie” zlewek.

8. Zmierzyć pH poszczególnych zawiesin za pomocą pehametru.

9. Na podstawie wyników pomiarów pH wykreślić, przy zastosowaniu programu komputerowego Excel, krzywą buforową dla badanej próbki glebowej oraz krzywą wzorcową w oparciu o wyniki podane w instrukcji, odkładając na osi rzędnych otrzymane wartości pH, a na osi odciętych odpowiadające tym wartościom ilości zasady lub kwasu w cm³. Przyjąć następującą skalę wykresu: 1 cm na osi rzędnych odpowiada 1 jednostce pH, a na osi odciętych - 1 cm³ HCl lub NaOH. Oś odciętych wykreślić w ten sposób, aby krzywa buforowania w zakresie zasadowym znajdowała się po lewej stronie osi pH, a krzywa buforowania w zakresie kwasowym po prawej stronie. Przykład prawidłowo wykreślonego wykresu przedstawiono poniżej.

10. Wyznaczyć wielkość powierzchni zawartych między krzywą wzorcową i krzywą buforową badanej próbki, osobno w zakresie zasadowym (P_NaOH) i w zakresie kwasowym (P_HCl) oraz stosunek P_NaOH/P_HCl metodą matematyczną za pomocą programu komputerowego JAO-ATR.

Obliczyć również buforowość badanej gleby za pomocą wzoru:

B =Δb/ΔpH

gdzie:

B - buforowość gleby

Δb - liczba miligramorównoważników kwasu (lub zasady) potrzebna do zmiany odczynu 1 dm³ gleby; w obliczeniach przyjąć, że gęstość objętościowa rzeczywista gleby wynosi 1,5 g/cm³

ΔpH - różnica pH odpowiadająca Δb.

Zinterpretować wyniki oznaczeń otrzymane w ćwiczeniu. Podać wnioski.

Dane do wyznaczenia krzywej wzorcowej:

Rodzaj roztworu	cm^3	pH
	10	11,74
	9	11,70
	8	11,66
	7	11,62
	6	11,54
0,01 M NaOH	5	11,48
	4	11,38
	3	11,25
	2	11,08
	1	10,50
H2O	0	7,00
	1	3,52
	2	2,86
	3	2,69
	4	2,57
0,01 M HCl	5	2,50
	6	2,42
	7	2,36
	8	2,30
	9	2,25
	10	2,20

Szkło, aparatura i odczynniki.

- pipety o pojemności 10 cm³ (3 szt.)

- zlewki plastykowe o pojemności 40 cm³ (21 szt.)

- zlewka o pojemności 300 cm³

- łyżeczka laboratoryjna (1 szt.)

- sączki

- tryskawka

- 0,01 M HCl

- 0,01 M NaOH

- waga analityczna WPS 1200 C

- pehametr CP-551

- komputer

- program komputerowy JAO-ATR do wyznaczania wielkości powierzchni buforowych.

Obsługa pehametru CP-551

1. Aparat włączyć do sieci.

1. Nacisnąć przyciski - najpierw On/Off, a potem pH

2. Wyjąć elektrodę i czujnik temperaturowy z roztworu stabilizującego, spłukać wodą destylowaną z tryskawki, a następnie wytrzeć bibułą przez delikatne przykładanie.

3. Włożyć elektrodę i czujnik do zawiesiny glebowej i odczytać zmierzoną wartość pH

4. Wykonać kolejne pomiary, pomiędzy którymi zawsze należy spłukać elektrodę i czujnik wodą destylowaną i delikatnie wytrzeć bibułą filtracyjną.

5. Po zakończonych pomiarach wstawić elektrodę i czujnik temperaturowy do roztworu stabilizującego i wyłączyć aparat - przyciskiem On/Off.

Zakres wymaganych wiadomości.

Właściwości buforowe gleb. Czynniki wpływające na buforowość gleb. Bufory działające w glebach kwaśnych, obojętnych i zasadowych. Krzywe buforowe - wyznaczanie, interpretacja i wykorzystanie. Znaczenie buforowości gleb.

Literatura.

Buckman H.C., Brady N.C., 1971: Gleba i jej właściwości. PWRiL, Warszawa.

Dobrzański B., 1995: Gleboznawstwo. PWRiL, Wyd. III, Warszawa.

Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z.: Metody analizy i oceny właściwości gleb
i roślin. Katalog IOŚ. Warszawa, 1991.Pokojska U., 1992: Adsorpcja i wymiana kationów w próchnicach leśnych. Rozprawy, UMK, Toruń.

Zawadzki S., 1999: Gleboznawstwo. PWRiL, Wyd. IV, Warszawa.

„Techniki odnowy środowiska” - Wydział Hodowli i Biologii Zwierząt,

studia stacjonarne, kierunek - ochrona środowiska, specjalność - przemysłowe technologie w ochronie środowiska

Instrukcja: Ćwiczenie 10. Buforowe właściwości gleb.

______________________________________________________________________ strona 4 z 4

„Techniki odnowy środowiska” - Wydział Hodowli i Biologii Zwierząt,

studia stacjonarne, kierunek - ochrona środowiska, specjalność - przemysłowe technologie w ochronie środowiska

Instrukcja: Ćwiczenie 1. Buforowe właściwości gleb.

______________________________________________________________________ strona 1 z 4

---