Катионообменная способность почв

Большинство солей, находящихся в почве и образующих поглотительный комплекс почвы (ППК), способны диссоциировать и принимать участие в реакциях ионного обмена, поглощая одни ионы из почвенных растворов и отдавая эквивалентное количество ионов твердой фазы. Обмен катионов может проходить по следующей схеме:

[почва] Са + NaCI à [почва] 2Na + CaCl₂

Реакция катионного обмена обратима: при большом количестве ионов натрия в почвенных растворах реакция пойдет в направлении вытеснения кальция в раствор, а при внесении извести будет преобладать обратная реакция. Энергия поглощения разных катионов зависит от их заряда и атомной массы, исключением является водород. В порядке возрастающей энергии поглощения катионы можно расположить в следующем порядке:

Na⁺ à NH₄^-­ à K⁺ à Mg²⁺ à H⁺ à Ca²⁺ à Al³⁺ à Fe³⁺

Количество катионов, которое способна поглотить почва, называется емкостью катионного поглощения или емкостью обмена и выражается в мг-экв поглощенного вещества на 100 г почвы. Величина емкости поглощения у разных почв разная и зависит от наличия минеральных органических коллоидов почвы. Так, у супесчаных почв она составляет всего 5…10 мг-экв, у суглинистых малогумусных – 15…20, а у суглинистых черноземов – 40…50 мг-экв и выше. Чем больше в почве глинистых частиц и гумуса, тем больше емкость поглощения.

Цель работы: углубить представления об особенностях и реакциях ионного обмена в почвах, научиться определять обменную емкость почв.

Приборы: делительная воронка на 100 мл; колбы для титрования на 100 мл – 5 шт., мерные цилиндры на 30…50 мл – 2 шт.

Реактивы: 0,1 н. раствор НСl; 0,1 н. раствор CaCl₂, аммиачная буферная смесь, раствор темно-синего хрома (индикатор), 0,1 н. раствор трилона Б.

Порядок выполнения работы

Для работы собирают установку, представленную на рис. 3. В делительную воронку, на предварительно положенный фильтр из стекловаты, помещают навеску исследуемой почвы массой ~ 20 г. Через воронку с почвой медленно пропускают 100 мл 0,1 н. раствора НСl. Затем почву в воронке многократно промывают водой, пропуская ее через воронку до тех пор, пока капля, вытекающая из воронки, покажет нейтральную реакцию по бумажке индикатора.

 

Рис. 3. Установка для определения обменной емкости почв:

1 – делительная воронка; 2 – фильтр; 3 – почва

 

В колбу для титрования помещают 10 мл 0,1 н. раствора СаCl₂, разбавляют дистиллированной водой в 5 раз, затем добавляют 5 мл аммиачной буферной смеси и 4…5 капель индикатора темно-синего хрома, который дает розово-красное окрашивание. Раствор титруют 0,1 н. раствором трилона Б и записывают объем, пошедшего на титрование (V_mp).

Затем в делительную воронку заливают 0,1 н. раствор CaCl₂ и медленно пропускают через кран прошедший через почву раствор со скоростью 1…2 капли в секунду. Выходящий раствор собирают в колбу для титрования по 10 мл в каждую, затем разбавляют в 5 раз, добавляют 5 мл аммиачной буферной смеси, вносят индикатор и титруют трилоном Б, определяя объем титранта (V₁, V₂ …V_n) пошедший на титрование каждой колбы. Раствор, выходящий из воронки прекращают собирать, когда объем титранта, пошедший на титрование последней пробы (V_n), станет равным объему, пошедшему на титрование исходного раствора CaCl₂ (V_mp). По результатам титрования строят график V титранта = f (V элюента), общий вид которого представлен на рис. 4.

 

Рис. 4. График зависимости объема титранта от объема элюента

 

По графику находят объем титранта V_g и V_n, которые используют в расчетах динамической и полной емкости обмена почвы (T_g, Т_n). Под динамической обменной емкостью понимают емкость почвы, когда связываются все ионы, проходящие через почву (до "проскока" ионов).

Под полной объемной емкостью понимают максимальное количество ионов, которые способна поглотить почва. Расчет ведут по следующим формулам, мг-экв/100 г:

;

,

где V_g и V_n – объем элюента, мл (находят по графику); N_CaCl2 – исходная концентрация раствора CaCl₂, найденная титрованием трилоном Б; m – масса навески почвы.

 

Требования к отчету

В отчете следует привести краткое описание работы, дать понятие об обменных реакциях ППК, дать определение динамической и полной обменной емкости, привести результаты расчетов, на основе полученных данных сделать вывод о типе исследуемой почвы.

Лабораторная работа № 9