Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 88

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 88)

Поглощение катионов Zn,Cd и Hg происходит как путем специфической, так и неспецифическойадсорбции.Для определения количества специфически сорбированных ионовметаллов, например кадмия, используют следующий прием. Сначаладасыщают почву ионами Cd2+ из раствора кадмиевой соли, а затемнесколько раз отмывают Cd 2+ раствором 0,01 М Ca(N0 3 )2, осуществ­ляя эту операцию возможно быстро (около 5 мин на одно отмыва­ние).

Оставшаяся при таком быстром отмывании в почве часть ранееадсорбированного кадмия удерживается, как считают, за счет специ­фической адсорбции. Количество неспецифически адсорбированного ме­талла находят по разности между общей и специфической адсорбцией.Аналогично оценивают специфическую и неспецифическую адсорбциюи других металлов. Полученные таким методом результаты показы­вают, что кадмий сорбируется почвами преимущественно неспецифи­чески.

Для цинка характерна специфическая адсорбция. Однако прималых концентрациях Cd в растворе часто наблюдается его специфи­ческая адсорбция, происходящая, возможно, на поверхности гетита идругих оксидов железа.Цинк сорбируется гетитом преимущественно в виде ZnOH+; это —одна из причин увеличения поглощения цинка с ростом рН, посколькув более щелочной среде концентрация гидроксокомплексов цинка так­же нарастает. Сходное влияние оказывает и хлорид-ион. Посколькугетит хорошо адсорбирует хлоридные комплексы ZnCl+ (как и СиС1+,РЬС1+), то металлы поглощаются гетитом в большей степени из хлоридных, а не нитратных растворов.Роль образования гидроксокомплексов в сорбции металлов поч­вами была наглядно показана Т. Д.

Обуховской на примере ртути.В кислой среде при р Н < 2 в растворе преобладают ионы Hg 2+ , в обла­сти рН около 3—4 — комплексы HgOH+. Доля нейтральных комплек­сов Hg(OH) 2 ° довольно быстро нарастает при дальнейшем увеличе12*347нии рН, и при рН 5—6 эта форма ртути становится в растворе пре­обладающей. Сорбция ртути каолинитом, монтмориллонитом, верми­кулитом, гидроксидом железа подчиняется той же закономерности:при р Н > 2 сорбция Hg быстро нарастает и, достигнув максимума прирН около 6,0, при дальнейшем увеличении щелочности почти не ме­няется. Это позволяет сделать вывод, что в кислой среде поглощениеHg происходит преимущественно путем ионного обмена, а при болеевысоких рН главную роль играет адсорбция нейтральных молекулHg(OH) 2 °.Устойчивость комплексных соединений металлов с гумусовымикислотами зависит от рН почвенного раствора.

Например, если счи­тать, что реакция с участием иона кадмия идет по уравнению:Gd 2 ++2rK^Cd(rK) 2 ,а полная константа устойчивости может быть выражена как„[Cd(TKM* с т а ~ [CdH-цгк-]» 'тоlg/Ccd<no, e& 6,25 + 0,63 ( р Н - 5 ) .Отсюда следует, что логарифм константы устойчивости этого ком­плекса повышается на 0,63 единицы на каждую единицу рН.Бор и другие элементы III группыИз элементов III группы только А1 является макроэлементом, уча­ствуя в построении важнейших структурных фрагментов почвы. Бор —типичный и очень важный микроэлемент.

Остальные элементы содер­жатся в микро- и ультрамикроколичествах; их роль и функции в поч­вах изучены очень мало.В соединениях бора преобладают неметаллические свойства, и eraоксид В 2 0 3 имеет кислотный характер (оксиды Al, Ga, In амфотерны). Оксид бора взаимодействует с водой, образуя борную (ортоборную) кислоту: В2Оз+ЗН20-»-2НзВОз.Ортоборная кислота и ее соли — главная форма соединений борав почвах. Тетраборат натрия (бура) — соль четырехборной кислотыН2В4О7 — образуется при взаимодействии борной кислоты с гидрок­сидом натрия:4Н 3 В0 3 + 2NaOH=^Na2B,,07 + 7Н 2 0.Четырехборная кислота довольно слабая; константы ее ионизацииравны Ki = l,8-10- 4 и К2 = 2,0-10-8.Ортоборная кислота очень слабая:константыIH+пнто[Н3В03]# 2 = 1,8-Ю-13 и /Сз=1,6-10-14.Анион борной кислоты обладает отчетливо выраженными основ­ными свойствами.

Константа основности рКъ, характеризующая пере­нос протона от молекулы воды к аниону:Н 2 В0 3 - + Н 2 О^НзВОз + ОН-,равна 4,9, и по степени основности среди встречающихся в почвах348анионов слабых кислот ион Н2ВОз~ занимает пятое место после S 2 - ,Р0 4 3 - , СОз 2- и H3S1O4-. Поэтому анион Н2ВОз~ может участвовать вформировании щелочности почв, а в почвах борного засоления именнобораты обусловливают иногда общий уровень щелочности водных вы­тяжек.На земной поверхности бор концентрируется при испарении при­родных рассолов, образуя боратные месторождения, в которых при­сутствуют бура Na 2 B 4 0 7 -ЮН 2 0, гидроборацит MgCaB 6 0n-6H 2 0, ашарит MgHBC>3.

Бор, входящий в состав встречающихся в почвах алю­мосиликатов (например, турмалины NaR3Al6[OH, F ) 4 | (ВОз)зISi 6 0i 8 ],где R — Fe2+, Mg, Li, Al, Mn), трудно доступен растениям.Содержание В в земной коре составляет 0,001—0,003%, повы­шаясь в осадочных породах (глинах, сланцах) до Ы 0 _ 2 % .

Среднеесодержание В в почвах, по А. П. Виноградову, составляет Ы 0 _ 3 % ,в золе растений — 4 -10 -2 %.Колебания содержания В в почвах составляют от 2 до 130 мг/кг.Наиболее бедны бором дерново-подзолистые почвы, особенно песча­ные и супесчаные. В черноземах количество бора колеблется от 0,3 до1,8 мг/кг; больше всего его в бурых степных почвах, там, где встре­чаются солевые аккумуляции и борные солончаки.Бор оказывает большое влияние на метаболизм и транспорт угле­водов в растениях; при недостатке бора отток углеводов из листьев вкорнеплоды и клубнеплоды задерживается. Дефицит бора снижаетколичество оплодотворенных цветков, понижает фиксацию атмосфер­ного азота клубеньковыми растениями.В растениях и почвах бор образует комплексные соединения суглеводами, многоатомными спиртами и другими веществами.

Так, ше­стиатомный спирт маннитн нон оннон2с—с—с—с—с—сн2онIII Iон он н нобразует с борной кислотой маннитборную кислоту по реакции:II—С—ОН НО ч—С—О.|+>В—ОН-* |>В—ОН + 2Н 2 0.—с—он но/—с—о/Образование такого рода комплексов с углеводами повышает их под­вижность и транспорт в растениях.Избыточное содержание бора в почвах столь же нежелательно,как и недостаточное. При очень высоком содержании бора в травахи кормах наблюдаются заболевания животных; нарушается, в част­ности, нормальное пищеварение; у овец, верблюдов развивается пнев­мония. Избыток бора в продуктах может нанести ущерб и здоровьючеловека.

Избыток бора наблюдается в некоторых биогеохимическихпровинциях, одна из них расположена в бассейне р. Урал.Внесение борных удобрений при недостатке бора повышает уро­жайность сахарной свеклы, овощей, льна, клевера; бор способствуетувеличению сахаристости свеклы и крахмалистости картофеля. Борныеудобрения снижают также подверженность многих культур бактери­альным заболеваниям.349Функции в почвах остальных элементов главной подгруппыIII группы — галлия Ga, индия In и таллия Т1 — изучены очень пло­хо. Содержание Ga в среднем составляет около 30 мг/кг, колеблясьот 0,2—0,4 до 300—350 мг/кг.Таблица 89 Содержание In и Т1 очень малоСодержание макроэлементов,и в среднем близко к 0,1 мг/кг.лантаноидов и некоторых другихВ химическом отношении ониэлементов в гавайской почве и конкрецияхпроявляют себя аналогами А1.(по Глэсби),Галлий способен накапливатьсяв гумусных и иллювиальных го­оксиды, %; элементы, мг/кгризонтах; иногда в повышенныхконцентрациях( > 1 мг/кг) обна­Коэффициентруживается в растениях.Оксид илиПочваКонкрецияобогащенияконкреций,элементAБТаллий и его соединенияБ:Аочень токсичны, но в почвах онпрочно фиксируется, поэтому егоSi0 219,131,80,60токсичностьпроявляется при вы­А120331,526,40,84соких концентрациях (десяткиFe 2 0 315,99,20,58CaO0,120,231,92мг на 1 кг почвы).1,681,140,68Скандий Sc, иттрий Y и лан­кМпОо21,3321,3316,0тан La содержатся в почвах всреднем на уровне 10—50 мг/кг2354La2,3при очень больших колебаниях;Се110>200>1,85,9213,6Ргдля La диапазон содержанийNd23924,0указывается даже в пределахSm5,0285,6от 1 до 5000 мг/кг.

Отличитель­1,68,75,4Euной чертой элементов подгруппыGd4,1204,9Tb0,522,54,8скандия является их тяготениеDy2,8134,6к концентрированию в илистойHoне опр.2,0—фракции.Erне опр.6,0—Концентрация в почвах лан­Yb1,94,62,4таноидов колеблется от 0,1—0,5 до 50—120 мг/кг. Наимень­шее содержание характерно для тербия ТЬ, наибольшее — для це­рия Се.

Геохимическое поведение элементов этой группы сходно. Со­держание некоторых из них в оксисоли с Гавайских островов и кон­центрирование в марганцовистых конкрециях той же почвы показанов табл. 89.СвинецВ IV группе периодической системы элементов особое значениеимеет свинец, вследствие его высокой токсичности. Свинец ингибируетферментативные реакции, вступая в химическое взаимодействие с бел­ками и осаждает их.

Присутствие повышенных концентраций свинцав воздухе и в продуктах питания представляет угрозу для здоровьячеловека; действие свинца проявляется в заболеваниях нервной систе­мы, печени, почек и других органов.Свинец широко используется в промышленности и на транспортеи вместе с отходами производства попадает в почву. Свинец расхо­дуется в производстве аккумуляторных батарей, на изготовление кра­сок, различных сплавов; значительная его часть используется для про­изводства алкилсвинцовых присадок к топливу для двигателей внут­реннего сгорания.

Широко распространен тетраэтилсвинец (СгНбЬРЬ;его добавляют как антидетонатор к бензину для карбюраторных дви­гателей внутреннего сгорания. Тетраэтилсвинец сам по себе весьма350токсичен, поражая главным образом центральную нервную систему.Выбросы тетраэтилсвинца и продуктов его сгорания очень сущест­венно загрязняют свинцом почвы, прилегающие к автострадам. На про­изводство алкилсвинцовых соединений в 70-е гг. во всем мире исполь­зовалось около 380 000 т свинца, и почти весь этот свинец поступилзатем в окружающую среду. В США только за счет выхлопныхгазов автотранспорта в атмосферу попадает до 100000 т свинца еже­годно.Анализы показали резкое увеличение концентрации РЬ в почвахвблизи автомобильных дорог. Очень показательны следующие дан­ные: если при плотности движения на автостраде в 11000 автомашинв час содержание РЬ в почве было около 6,4 мг/кг, то при плотностидвижения 32 000 машин в час оно возросло до 36—37 мг/кг.

Наиболь­шему загрязнению подвержена прилегающая к автостраде полоса ши­риной 10—15 м (по обе стороны дороги). При интенсивном движениизагрязнение свинцом прослеживается до 100—150 м. Как показалА. И. Обухов, особенно быстро нарастает в почве содержание подвиж­ных форм соединений свинца и, как следствие, содержание РЬ в рас­тениях.Для РЬ характерны соединения со степенями окисления + 2 и+ 4, например оксид РЬО и диоксид свинца РЬ0 2 .Более устойчивы и распростраv---•Т а б л и ц а 90нены в природе соединенияРЬ(П).Произведения растворимости ( П Р )Сравнительно легко растворимынекоторых соединений свинцатолько небольшое число соеди­нений свинца:ацетатсвинцаРЬ(СН 3 С00) 2 , хлорид РЬС12, бро­ФормулаПРрПР = —lg ПРмид РЬВг2, нитрат Pb(N0 3 ) 2 .Большаячасть соединенийРЬВг25,049,1-Ю- 6свинца отличается невысокой илиРЬСОз7,5-Ю- 1413,13очень низкой растворимостью.

Характеристики

Список файлов книги