Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Электроды подсоединяют к переносному потенциометру и измеряют э. д. с, а затем по градуировочному графикунаходят активность определяемого иона. Измерение повторяют череззаданные промежутки времени в зависимости от цели исследования.Одновременно можно установить несколько электродов и вести наблю81дения за динамикой активностей ряда ионов. Измеряя активностинескольких ионов электроды приходится располагать на некотором,хотя и минимальном, расстоянии друг от друга.
Это вносит некоторуюнеопределенность в трактовку получаемых данных. Измеренные уровниактивностей ионов характеризуют в этом случае не один и тот жеобъем почвы, а поскольку даже в пределах одного горизонта почвеннаямасса неоднородна, для установления связи между показателями приходится прибегать к статистической обработке результатов измерений.В лабораторных условиях эта неопределенность легко устранима, когда измерения проводятся в вытяжках, суспензиях или усредненныхпо составу пастах. Но получаемая в лабораторных условиях информация имеет уже иной физический смысл.Расчетные методы определения активностей ионов основаны наформуле Дебая — Хюккеля. Коэффициент активности соли с хорошимприближением можно вычислить по полуэмпирическому уравнению Дебая— Хюккеля:.A-Z+-Z--V7 , , ,— lgY± =7—^ + bf,1+a-BVlгде Y± — коэффициент активности соли, z+ и гг — заряды ионов, накоторые диссоциируют соль, а — среднее расстояние сближения ионовв растворе, А, В и b — постоянные, / — ионная сила раствора.
Есликоэффициенты активности катионов у+ и анионов у- одинаковы, то поэтому уравнению можно рассчитать и коэффициенты активности ионов.Ионная сила раствора равна полусумме произведений моляльныхконцентраций всех видов ионов на квадраты их зарядов:/ = ± [mf} + т#\ +...+ mtf) = -^f^-,где т — моляльность, г — заряд иона.Ионная сила — удобная обобщающая характеристика растворовэлектролитов; при постоянной ионной силе коэффициенты активностиионов с одинаковыми зарядами оказываются равными.Ионная сила быстро нарастает при увеличении числа ионов, накоторые распадается электролит, и при увеличении их заряда. Для1 М растворов разных электролитов ионные силы равны:, [Na+]-l2 + [Cl-]-l2 ,хт п,для NaCl/=i— — — - — = 1,2ляСаС1.[Са*+]*Д2/=2 + 2[С1-].12 =3|для CaS04/== 4,2для Na4P207/== 10.В смешанных растворах электролитов, какими являются почвенные растворы, ионная сила меняется в широких пределах и зависитот преобладающего по концентрации компонента, а при больших концентрациях различных солей — от той соли, которая распадается набольшее число ионов с более высокими зарядами.Рассчитанные по уравнению Дебая — Хюккеля приближенные коэффициенты активности для вод различной степени минерализации приведены в табл.
17.82Т а б л и ц а 17Приближенные значения коэффициентов активности в водах и вытяжкахразличной минерализацииСтадия минерализацииКонцентрациясолей, г/лКоэффициенты активности ионов сзарядами, равными.Пресные силикатные водыПресные гидрокарбонатно-натриевыеГидрокарбонатно-натриевыеТо же (содержат сульфаты, режехлориды)Хлоридно-сульфатныеСульфатно-хлоридные|32менее 0,10,2—0,31,0—0,91,0—0,91,0-0,80,8—0,70,9—0,60,6-0,40,5—0,70,5—3,00,9-0,80,9—0,80,7—0,60,6-0,50,4—0,3?2,5—5,010—150,8—0,70,7—0,6????Приведенными в таблице величинами нельзя пользоваться в конкретных исследованиях; они дают только общее представление о том,насколько существенным может быть влияние концентрации на активности ионов в почвенных растворах. В исследовательской практикезначения у находят по данным полного анализа конкретных растворов.Вместе с тем эти данные отчетливо показывают недопустимость замены активностей концентрациями при расчете констант ионного обмена,растворимости солей и других аналогичных показателей.Вычисление коэффициентов активности одновалентных ионов впочвенных вытяжках дает вполне удовлетворительные результаты.В табл.
18 приведены вычисленные по уравнению Дебая — Хюккеля кота блица 18Коэффициенты активности ионов натрия в водных вытяжкахVNа+Глубина,сиИональность,ХС,- 2,гЛуговой солончаккорка0— 4065— 75115—160160—200Сероземно-луговая, солончаковатая10— 2030— 40100—110150—160180-200Почвавычисленоизмерено0,6600,3400,3320,1680,1030,700,740,740,790,820,560,660,630,730,840,0250,0440,2980,0580,0620,900,870,750,790,850,720,930,670,800,84эффициенты активности ионов натрия и их экспериментально найденные значения.
Экспериментальные значения находили следующим способом: активность ионов натрия измеряли с помощью Na-стеклянногоэлектрода, концентрацию натрия в том же растворе находили методомпламенной фотометрии. Затем производили расчет по формуле:у = а/С.В большинстве случаев измеренные и вычисленные значения VNaсовпадают в пределах ошибки опыта.
Наибольшие расхождения наблю83даются при высокой ионной силе и в верхних горизонтах почв. Однаиз возможных причин расхождения связана с неполным учетом компонентов почвенных вытяжек. При анализе водных вытяжек определяют стандартный набор ионовСа2+, Mg2+, Na+ K+ О , S0 4 2 -, С0 3 2 -, НС0 3 "и не принимают во внимание возможное присутствие фосфатов, органических веществ и других компонентов, влияющих на величину коэффициентов активности.ГЛАВА 5КАТИОНООБМЕННАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВОбменные катионы в почвах главным образом представлены элементами первой и второй групп периодической системы. В кислых почвах значительную, а иногда преобладающую роль играют ионы Н+ иА13+. В обменной форме в почвах находятся и многие микроэлементы:ионы Zn2+, Cu2+, Mn2+ и др.; эти формы микроэлементов учитываютсяпри оценке их доступности растениям, но на физические и физико-химические свойства твердых фаз почвы и почвенного раствора онипрактически не влияют. Катионный обмен наиболее подробно изучендля катионов Са2+, Mg2+, K+ и Na+.Открытое Г.
С. Томпсоном и впервые изученное Дж. Уэем явлениеобмена катионов в почвах оказало исключительно большое влияние наразвитие химии почв и генетического почвоведения и привело к созданию искусственных ионообменников (ионитов), широко используемыхв современной химии и химической технологии. Основы учения о ионном обмене и его использования в теоретическом и прикладном почвоведении создал выдающийся советский ученый академик К. К. Гедройц.К.
К. Гедройц рассматривал ионный обмен, как один из видовпоглотительной способности почв. Он предложил различать следующиевиды поглотительной способности:механическая поглотительная способность — свойство почвы задерживать частицы, взмученные в фильтрующейся через почву воде;физическая поглотительная способность — концентрирование илиразжижение растворенных в почвенном растворе веществ у поверхностисоприкосновения твердых частичек почвы с почвенной влагой, обусловленное поверхностной энергией почвенных частиц;физико-химическая, или обменная поглотительная способность, —свойство почвы обменивать некоторую часть содержащихся в твердыхфазах катионов на эквивалентное количество катионов, находящихсяв соприкасающемся с нею растворе;химическая поглотительная способность — образование в почвенном растворе нерастворимых или малорастворимых солей, которые выпадают в осадок и примешиваются к твердым фазам почвы;биологическая поглотительная способность обязана населяющимпочвы растениям и микроорганизмам и заключается в поглощении живыми организмами различных веществ из почвенного раствора.Эти виды поглотительной способности и основные закономерностиобмена изложены К- К.
Гедройцем в книге «Учение о поглотительнойспособности почв» (1922).Катионообменная способность относится к числу фундаментальныхсвойств почвы. Ее роль и значение в неполном объеме можно охарактеризовать следующими положениями.841. Влияние на физические свойства. От состава обменных катионов зависит пептизируемость почв, их агрегированность. Обменный Na+вызывает пептизацию тонкодисперсной части почв, образование почвенной корки, ухудшает структуру.
Обменный Са2+ повышает степень агрегированное™, способствует формированию водопрочной структуры.2. От состава обменных катионов зависит поглощение органическихвеществ твердыми фазами, образование органоминеральных соединений.3. Реакции обмена катионов влияют на рН почвенного раствораи его солевой состав.4. Обменные катионы — один из непосредственных источниковэлементов минерального питания растений. В частности, обеспеченностьпочв калием определяется по содержанию обменного калия.5.
Состав обменных катионов — один из важнейших показателей,используемых при диагностике и классификации почв. Еще в работеВ. В. Докучаева «Материалы к оценке земель Нижегородской губернии» указывалось, что поглотительная способность почв должна оказать большую услугу как масштаб для предварительного разделенияпочв на группы, при определении колебаний в пределах данной группыи для установки границ между соседними группами почв. Впервые предложил использовать обменные катионы для генетической классификации почв К- К.
Гедройц. В современной практике широко используетсяделение почв на насыщенные и ненасыщенные основаниями; при подразделении почв по степени солонцеватости учитывается доля Na+ всоставе обменных катионов (процент обменного натрия —exchangeablesodium percentage — ESP).6. Состав обменных катионов и его ожидаемое изменение учитывается при составлении проектов промывок засоленных почв и поливапочв минерализованными водами.7. Законы катионного обмена являются теоретической основой длянекоторых видов химической мелиорации почв — известкования кислыхпочв и гипсования солонцов.Катионный обмен — частный случай ионного обмена, под которымв химии понимают обратимый процесс стехиометрического обмена ионами между двумя контактирующими фазами.Реакцию обмена катионов Mi n + и Мг т + формально можно записать так:П (М?+)т -;- пМ? ^П (М?+)я Н • тМ?+где П — почвенный поглощающий комплекс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
