Л.А. Воробьёва - Химический анализ почв (1114635), страница 52
Текст из файла (страница 52)
21.10.2. Приемы оценки катионообменных свойствПри определении величин показателей, характеризующихкатионообменные свойства, навеску почвы обрабатывают растворами солей. В результате обменные катионы вытесняются из ППК,а их место занимает катион соли. Его называют катионом-вытеснителем.В истории учения о сорбционных процессах огромное практическое и теоретическое значение имеют работы выдающегосяпочвоведа К.К. Гедройца.
Именно на почвах — природных ионообменниках устанавливались закономерности ионного обмена.Если вытеснение обменных катионов из ППК рассматриватькак химическую реакцию обмена между обменными катионамиППК и катионами раствораn-Na + + NHJ *=* П-ЫЩ+Ыа + ,то в соответствии с законом действующих масс константу равновесия реакции катионного обмена можно представить как:„=^NH; CNa»<W CNH;238где cNa., c NH; — концентрация ионов в жидкой фазе, cNa., cNH.
—количество ионов, адсорбированных почвой. Преобразуя уравнение, получим:5мн; _ у CNH;Из уравнения вытекает важное следствие. При обмене равновалентных катионов в условиях равновесия отношение адсорбированных почвой катионов пропорционально отношению этихкатионов в растворе независимо от концентрации. А это означает, что однократной обработкой навески почвы раствором, содержащим катион-вытеснитель, невозможно удалить из ППК всеобменные катионы. Часть их останется в ППК в соответствии ссоотношением катионов, которое установится в жидкой фазе суспензии.
С каждой последующей обработкой концентрация вытесняемых обменных катионов в жидкой фазе суспензии будетуменьшаться, что приведет в конечном итоге к практически полному вытеснению обменных катионов из ППК.На основе теоретических представлений и экспериментальных данных были разработаны приемы вытеснения обменныхкатионов из почв.В связи с тем что однократной обработкой почвы растворомкатиона-вытеснителя нельзя вытеснить из почвы всего количества обменных катионов, почву, как правило, обрабатывают раствором, содержащим катион-вытеснитель, многократно до полного вытеснения обменных катионов из почвенного поглощающего комплекса.Установлено, что с увеличением концентрации катиона-вытеснителя количество вытесненных из почвы обменных катионоввозрастает, но не беспредельно.
Начиная с концентрации катиона-вытеснителя, равной 1 моль(+)/л, дальнейшее ее повышениене приводит к увеличению количества вытесненных из почвыобменных катионов. Поэтому в практической работе для вытеснения обменных катионов из ППК не используют растворы сконцентрацией эквивалентов катиона-вытеснителя, превышающей 1 моль(+)/л.Увеличение объема раствора катиона-вытеснителя, воздействующего на одну и ту же массу почвы, увеличивает количествовытесненных обменных катионов, но рост количества вытесненных обменных катионов идет медленнее, чем увеличение объемараствора катиона-вытеснителя.23910.3.
Методы оценки емкости катионного обменаВ связи с тем, что ЕКО почв зависит от многих факторов,идеальной была бы ее оценка по количеству катионов, котороемогло быть адсорбировано почвой из раствора с таким же составом, рН, ионной силой, какие характерны для жидкой фазы анализируемой почвы в полевых условиях. Однако такой анализ потребует знания слишком многих предварительных сведений освойствах анализируемой почвы. Поэтому при оценке ЕКО используют некоторые условные приемы.10.3.1.
Оценка эффективной емкости катионного обменаОценку эффективной (реальной) ЕКО проводят, обрабатывая навеску почвы небуферным раствором нейтральной соли. Приэтом допускают, что рН почвенной суспензии, получаемой в процессе анализа, обусловлен свойствами исследуемой почвы и результаты определения ЕКО отражают реальную катионообменнуюспособность почвы. Однако нужно иметь в виду, что в процессеобработки почвы раствором соли рН по мере вытеснения из ППКкатионов, проявляющих кислотные свойства, увеличивается.Вследствие увеличения рН определяемая в процессе анализа величина ЕКОэфф, по-видимому, отличается от ЕКО почвы в реальных условиях. Как правило, эффективную емкость катионногообмена находят расчетным путем, суммируя результаты определения вытесненных из ППК обменных катионов или результатыопределения обменных оснований и обменной кислотности.10.3.2.
Приемы оценки стандартной емкостикатионного обменаОпределение ЕКОст проводят, обрабатывая навеску почвыбуферным раствором с заданным значением рН. В России стандартную емкость катионного обмена принято определять при рН6,5. В то же время во многих странах ее определяют при рН 8,28,3 или 7,0. Как указывалось выше, рН 8,2 имеют насыщенныеоснованиями почвы, которые находятся в равновесии с СаС03 припарциальном давлении диоксида углерода, соответствующем РС02атмосферного воздуха. При рН 8,2 удобно проводить анализ карбонатных почв, так как в этих условиях низка растворимость кальцита.
В связи с тем, что РСо2 газовых фаз почв в реальных условиях значительно выше, чем РС02 атмосферы, рН почв, содержащихСаС03, ниже 8,2 и в почвах с высокой биологической активностью близок к 7. Поэтому часто ЕКОст определяют при рН 7.240Определение ЕКО проводят в два этапа. На первом этапе,многократно обрабатывая навеску почвы раствором соли, вытесняют обменные катионы и насыщают ППК почвы катионом-вытеснителем. На втором этапе проводят определение поглощенного почвой катиона-вытеснителя, по количеству которого получают представление о величине ЕКО. Разработано большое числометодов определения стандартной емкости катионного обмена, вкоторых используются разнообразные комбинации приемов насыщения почвы катионом-вытеснителем, удаления его избытка,количественного определения адсорбированного почвой катиона-вытеснителя.10.3.2.1.
Насыщение почвы катионом-вытеснителемДля вытеснения обменных катионов из ППК, насыщения егокатионом-вытеснителем и определения ЕКО используют разнообразные по составу растворы. В качестве катионов-вытеснителей чаще других используют NH J, Na + , К + , Li+, Са2+, Mg2+, Ba2+,Sr2+. Концентрация эквивалентов катионов-вытеснителей в растворах варьирует от 0,01 до 1 моль(+)/л. Наиболее широко вкачестве катиона-вытеснителя используют Ва2+, реже Mg2+. Взарубежной практике исследования засоленных почв часто в качестве катионов-вытеснителей используют Na + и NHJ. При выборе катиона-вытеснителя нужно иметь в виду, что обработкапочв растворами, содержащими NH 4 + или К + , может привести ких фиксации в межслоевых пространствах глинистых минералов,главным образом гидрослюд, и к ошибкам в результатах определения ЕКО.Вытеснение обменных катионов и насыщение ППК катионом-вытеснителем осуществляют многократной обработкой навески почвы раствором, содержащим катион-вытеснитель.
Полноту вытеснения обменных катионов из ППК контролируют поотсутствию в промывных водах кальция или, при анализе кислыхпочв — по значению рН промывных вод. В последнем случаепромывание проводят до тех пор, пока рН промывных вод неперестанет отличаться от рН исходного раствора, используемогодля вытеснения обменных катионов и насыщения ППК. Если непредполагают определять состав обменных катионов, промывныеводы выбрасывают.После вытеснения обменных катионов и насыщения ППКкатионом-вытеснителем его избыток, который неизбежно вместе с раствором удерживается почвой, удаляют.
Процедура удаления удерживаемого почвой раствора, содержащего катион-вытеснитель, может привести к существенным ошибкам в анализе.Неполное удаление избытка катиона-вытеснителя приводит к241получению завышенных результатов определения ЕКО. Пептизация и частичная потеря коллоидов вследствие уменьшения концентрации электролитов при промывании навески почвы водойзанижает результаты анализа.
Часто для удаления избытка катиона-вытеснителя используют неводные растворители.10.3.2.2. Количественное определение катиона-вытеснителяИспользуют два подхода к определению сорбированного почвой катиона-вытеснителя. Один из них заключается в определении катиона-вытеснителя без его предварительного вытесненияиз ППК. Другой предусматривает вытеснение катиона-вытеснителя из ППК и его последующее количественное определениелюбым подходящим для этой цели методом.Определение катиона-вытеснителя может быть проведенопрямым методом при анализе насыщенной им почвы.
Например,американские почвоведы при определении стандартной емкостикатионного обмена обрабатывают навеску почвы раствором ацетата аммония (рН 7), избыток NHJ вымывают этанолом и проводят прямое количественное определение сорбированного почвойNH}. Для этого навеску почвы, насыщенную NHJ, вместе с фильтром помещают в колбу для отгонки аммиака, в колбу приливаютраствор NaOH, переводя аммонийный ион в аммиак; затем аммиак отгоняют, поглощая раствором борной кислоты, и определяют титрованием кислотой (см.
раздел 4.2.1.2 ).Аналогичный подход с использованием в качестве катионавытеснителя Ва2+ предлагал К. К. Гедройц. После удаления избытка бария определяют его валовое содержание и оценивают ЕКО.При этом полагают, что содержание бария в исходной почве малои не оказывает влияния на результаты определения ЕКО. Предложены и другие варианты определения ЕКО, основанные на этомпринципе, с использованием инструментальных методов для последующего количественного определения катиона-вытеснителя.Катион-вытеснитель может быть определен «по разности».Примером могут служить методы, основанные на использованииорганических красителей катионного типа — метиленового синего (голубого) или метиленового фиолетового.
При проведениианализа навеску почвы однократно обрабатывают раствором красителя заданной концентрации и по ее уменьшению в результатеионообменного поглощения почвой находят ЕКО. Концентрацию красителя определяют фотометрически. Метод определенияЕКО с помощью красителей прост и производителен, пригодендля анализа любых по составу почв.К.К. Гедройц и Е.Н. Иванова для определения ЕКО в насыщенных кальцием и магнием незаселенных и не содержащих гипс242почвах предложили использовать 0,1 н. раствор К 2 С0 3 . При обработке почвы раствором карбоната калия обменные Са2+ и Mg2+вытесняются из ППК, образуя труднорастворимые карбонаты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
