Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Если в почвенном растворе содержатся легкорастворимые соли, не имеющие общих ионов с малорастворимой солью,они повышают ионную силу раствора; соответственно снижается коэффициент активности у±.Так какК 8 р = а ме у + ' а л*- = С меУ + ' С Ах-^ ± .то снижение у± при/CSp = const приводит к увеличению концентрации катионов и анионовмалорастворимой соли. Иными словами, ее растворимость повышается.Использование произведений растворимости для расчета концентрации солей в насыщенном почвенном растворе возможно лишь в томслучае, если система соли твердой части — почвенный раствор достигла равновесного состояния.
Для достижения равновесия между твердой частью почвы и почвенным раствором требуется обычно значительное время. Медленно устанавливается равновесное состояние даже впочвенной суспензии при большом разбавлении. По наблюдениямН. И. Горбунова, для полного растворения тонкорастертого природногогипса в избытке воды без перемешивания потребовалось 3 месяца, адля растворения кристаллов гипса — 6 месяцев. Скорость растворениязависела и от размеров кристаллов.
При перемешивании в течение€0 дней растворялось 30% гипса с кристаллами размером <0,25 мм,23% — при размере кристалла 0,25—0,5 мм и только 16% — при размере кристаллов 0,5—1 мм. Кроме размеров кристаллов и перемешивания на скорость растворения влияет степень окристаллизованности,74пленка на поверхности кристаллов и другие условия. Из этих наблюдений следует принципиально важный вывод: произведение растворимости характеризует теоретически возможную предельную концентрацию почвенного раствора.
Реализация этой возможности определяетсякинетикой процесса растворения.Характеристика химического состава почвенных растворов будетнеполной, если ограничиться только рассмотрением так называемыхсвободных ионов: Na+, О - , Са2+ и т. п. Одновременно со свободнымиионами в почвенных вытяжках, суспензиях и растворах присутствуют,,как указывалось выше, разнообразные ионные пары. Процесс ассоциации ионов приводит к образованию нейтральных или несущих зарядионных пар.
В преобладающих количествах в почвенных растворах содержатся катионы металлов I и II групп: Na+, Ca 2+ , Mg2+. Преобладающие анионы представлены CI - , S0 4 2 ~, C0 3 2 ~, НС0 3 _ . В таких условиях Са2+образует нейтральные ионные пары CaS0 4 °, СаС0 3 ° и заряженныепары СаНС03+, СаОН+, СаС1+. Аналогично магний образует MgS0 4 °,MgC03°, MgHC03+, MgCl+.
Ионы натрия образуют NaC0 3 -, NaHC0 3 °,NaS0 4 _ , NaCl0 и т. д. Количественное соотношение между различнымиассоциатами определяется константами диссоциации ионных пар. Длярешения вопроса о составе раствора используют уравнение материального баланса и уравнение ионных равновесий (констант диссоциаций).Уравнение материального баланса для кальция записывается так:Б Са = [Са2+] + [СаНС03+] + [СаСО^] + [CaSOj].Частицами СаС12°, СаОН+ пренебрегают из-за их очень малого содержания.
Для каждой ионной пары известны константы диссоциации.Так для кальциевых ионных пар:/(,=[Ca«+J [HCO£-]СаНСО^=У*r.r»«СаСО^ _, _.v— ; рК=1,26;[СаНСО+][Са«+] [СО 2 -]l3,о.^о,[СаСО§] ' ' Р ^ = 3,2;[Са2+] [SO2-]CaSO,Здесь и далее в аналогичных уравнениях квадратными скобками обозначены активности; это позволяет упростить запись.Аналогичные уравнения записывают для всех остальных ионныхпар и затем решают эту сложную систему уравнений на ЭВМ, учитывая коэффициенты активностей. Решение дает количественное содержание всех видов ассоциатов (ионных пар) в почвенном растворе.Впервые такое решение для солончаковых солонцов осуществилМ. Б.
Минкин. Расчеты показывают, что в почвенных растворах солонцов (табл. 16) кальций на 50—85% представлен Са2+, небольшая частьего находится в форме СаНС0 3 + и СаС0 3 ° и от 10 до 50% в формеCaS0 4 °. Сходно распределяется по ионным парам Mg2+, тогда какнатрий почти полностью представлен свободным ионом Na+. Средианионов в ионные пары наиболее сильно связан карбонат-ион. Свободные ионы СОз 2- не превышают 10—30% от суммы карбонатов. Общаяконцентрация каждого элемента в растворе равна сумме его количествв частицах всех видов и обусловлена всеми видами взаимодействий в75-Хлоридытанетнетнетнет0,020,04UоиНатрий2UоелUои00 • *СО — " * -*Р О) СОО— ОО 0 0 г -тас»осоООSоsСО СО ООСОСОКарбонатыт=р О+та2ОЧ 0 0 — — ' С М —<О О О Ol ООЬН(-(-_ОиьоОитаООСО • * СО - *вСО СО ООCNCO*О— —1uo0 0 • * C D i n C N —1СО О ! t ^ t ^ c D t ^^ ^ ,-н ^^^*^(М — i OC O t ^ c M CN < М —адьююююОСООиS- t - Е- Е- „_„Си О) CJ ф СО^в в я вОНЕ-ИЕ-Е- Г--Юа а: о <и - в в в в •* см- о оиОX—1 — • * О fиОиМ00я— — см см" со" o f'о"оявсо2ОCM С - • * • * СО • *^ ^ —* ^ ^ * " ^ ^J*и+смта- н СО t 4 - b - • *- fСульфатыКальцийСОта0 1 0 1 П О0 0 О ) " * СП 0 0 • *Г - C O C M t - 0 0 CDО О 0 0 0 0 ОО 0 0<бО1Uо г- со ю а> ооо ь - г - о с * соСО S t N О С О+ СОUоIsrосН СО СОЕ-иSО "*ОелC N O OsЕ-а) си а) а> - «В В В Я—^ЮйД3!h N ^ fсоBCD 00Ю С ОиvoоIЕ- Е- Есо СО ОЯ В ВОсоси <и <и ш со юв в: к в - о оГидрокарбонатыМагнийое- с- со юS1%a.Е- Е-CU CO CD 0JЯ Я Я В t~~ С О2та2iо о о о о оо о о о о о•ОГ - СО Ю-сР 0 0—« СО О—— 0 0 СОСМ — .
— сЮтРОел^ООЮОссоооо о о ооаСО СМ — С-о-#осотаиЮг - 1 - —. t~- Ю ( NСО 0 0 • *"ФЮСОr ~ • * • * ^ < СОи1CN^«аОО (Ninoo - * Ю"Ф<М — —ic- 00СОC O OCO CO CD СОсооо^юющг~ о о оо г - о о ооо см m оо • * ю• * СМ — —< Г -00t^oo ооI 4 -ооаC D - * 0 0 ( N CN ОiО О Ш М О Шо o o o о оiС О ' * 0 0 СМ ( М О— ' СО С7> СО О Г~O O C O N I O C OООООО0—1213—2155—6580—9080—19050—260Глубина,см0—1213—2155—6580—90180—190250—260ОГлубина,смIXарастворе. Это еще раз показывает, что для характеристики растворанельзя ограничиться суммой солей при любом ее способе выраженияили результатами определения общего количества Са, Mg и т.
д. Решение задач растворимости почвенных солей, ионного обмена и другихтребует полного конкретного анализа всех форм соединений, присутствующих в растворе.Активности ионов служат также количественной мерой, позволяющей 'оценить поступление элементов питания в растения. Поступлениеэлементов питания из почвенного раствора в корневую систему растений описывается несколькими механизмами. Прежде всего происходитдиффузия ионов из почвенного раствора к поверхности корневых волосков и последующая диффузия ионов через полупроницаемую мембрану. Процесс диффузии может идти до тех пор, пока химическиепотенциалы ионов, а следовательно, и их активности не станут одинаковыми в двух объемах системы, между которыми происходит диффузия.
Коэффициенты активности ионов в почвенном растворе и внутриклетки при этом существенно различны, что может объяснить диффузию против градиента концентрации. Другой важный механизм — адсорбция и обмен ионов на поверхности корневых систем — также регулируется химическими потенциалами компонентов.Потенциалы элементов питания и потенциальнаябуферная способность почвыАктивность иона в почвенном растворе может служить показателем обеспеченности растений элементом питания, но только мгновенной (в данный момент времени) обеспеченности. Поглощение растениемкатионов и анионов снижает их концентрацию и активность в растворе;условия питания постепенно ухудшаются. Новые порции ионов, поддерживающие активность на прежнем уровне, поступают в раствор изтвердых фаз вследствие растворения присутствующих в твердых фазахтруднорастворимых солей, обменных реакций или разложения алюмосиликатов и органического вещества. Для каждого элемента в конкретной почве характерен ведущий механизм, или доминирующая реакцияпоступления в почвенный раствор, хотя в разных почвах она можетбыть неодинаковой.
Так в почвах элювиального ряда источником К +и Са 2+ служит почвенный поглощающий комплекс и переход катионовв раствор осуществляется путем реакций ионного обмена. В гипсоносных и карбонатных почвах доминирующей реакцией по отношению кСа2+ становится растворение CaSCU и СаСОзВ общей форме обеспеченность растений оценивается двумя показателями: 1) потенциал химического элемента (потенциал элементовпитания — nutrient potential) — энергетическая характеристика, определяемая как изменение энергии Гиббса в ходе реакции; 2) потенциальная буферная способность почв по отношению к элементам питаниярастений.Соответственно различают калийный, фосфатный и другие потенциалы, а также потенциальную буферную способность по отношениюк ионам калия, которую обозначают ПБС К , фосфат-ионам ПБС Р и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
