Визначення обмінних катіонів кальцію та магнію трилонометричним методом

Ґрунтові колоїди, завдяки великій сумарній поверхні і наявності електричного заряду, здатні поглинати з ґрунтового розчину іони, катіони й аніони. Переважна частина мінеральних і всі органічні колоїди мають негативний заряд, тому поглинаються в основному катіони.

Катіони, що знаходяться у ввібраному стані і які здатні вступати в обмінні реакції з катіонами ґрунтового розчину, називаються обмінними чи поглиненими.

До обмінних катіонів відносяться Ca²⁺, Мg²⁺, Fe ³⁺, Al³⁺, Na⁺, NH₄⁺, H⁺, K⁺.

Кількість катіонів, яку може ввібрати ґрунт, називається ємністю вбирання, або ємністю обміну.

Сукупність колоїдів ґрунту разом з поглинутими катіонами.прийнято називати (по К. К. Гедройцю) ґрунтовим вбирним комплексом (скорочено ГВК)

Від складу ввібраних катіонів і від їх співвідношення залежать властивості ґрунту і його родючість. Вони дають можливість більш ретельно підійти до рішення питання що до необхідності проведення вапнування кислих та гіпсування лужних ґрунтів.

Двовалентні катіони кальцію і магнію (Ca²⁺, Мg²⁺) спричиняють коагуляцію ґрунтових колоїдів, сприяють утворенню агрономічно цінної структури.

Одновалентні катіони (Na⁺, NH₄⁺, H⁺, K⁺) пептизують ґрунтові колоїди, не сприяють утворенню структури ґрунту, призводять до погіршення фізико-механічних і водно-фізичних властивостей ґрунту.

Ґрунти, в яких до 25% ємності вбирання припадає на Н⁺ і Аl³⁺ (75% на Са²⁺ і Мg²⁺), вважають насиченими основами. До них відносяться чорноземи, каштанові ґрунти і сіроземи.

Якщо іони водню і алюмінію становлять понад 25% ємності вбирання, то це свідчить про те, що ці ґрунти ненасичені основами. До них відносяться дерново-підзолисті, болотні ґрунти та червоноземи.

Ґрунти, в яких вбирний комплекс насичений на 15-20% і більше Na⁺ , називаються солонцями.

Як кількість окремих катіонів, так і ємність поглинання виражаються в міліграм-еквівалентах (мг-экв.) на 100 г ґрунту. Величина ємності поглинання вказує на кількість колоїдів у ґрунті і коливається в межах від 5-10 (у сірих опідзолених легкосуглинкових ґрунтах), до 50-60 мг-экв (в чорноземах).

За співвідношення Са²⁺/Мg²⁺ можливо дати оцінку фізичним властивостям ґрунту, якщо співвідношення менше 1 – властивості незадовільні, 3-4 – задовільні, більше 4 – добрі.

Визначення ввібраних катіонів засноване на здатності поглинених катіонів витіснятися яким-небудь іншими катіонами, що знаходяться в ґрунтовому розчині або ж введеними в розчин.

Хід аналізу

1. На аналітичних терезах беруть наважку ґрунту 1 г, просіяного через сито з діаметром отворів 0,25 мм і переносять на складчастий беззольний фільтр. Фільтр розміщають на лійці з дренажем (бите скло). Потім лійка вставляється в мірну колбу на 100 мл і наважка ґрунту промивається 1 н розчином хлористого натрію (NaCI) з pН 7-7,2.

2. Промивання продовжується до наповнення колби фільтратом до мітки. При промиванні ґрунту розчином NaCI відбувається витіснення увібраних катіонів Са²⁺ та Мg²⁺ і заміна їх катіонами Na⁺. У розчині витіснені катіони будуть знаходитися у вигляді хлоридів:

3. Після цього лійка з ґрунтом поміщається в іншу колбу і ґрунт промивається розчином NaCI доти, поки не збереться 40-50 мл фільтрату. Цей фільтрат використовується для перевірки на повноту витіснення Са²⁺ і Mg²⁺.

4. Фільтрат, який знаходиться в мірній колбі на 100 мл треба обережно сколотити, поділити на дві частини по 50 мл і перенести в колби ємністю по 250 мл для подальшого титрування. При цьому в обидві колби з фільтратом додається по 50 мл дистильованої води. В одній колбі визначається поглинений Са²⁺, а в другій - сума Са²⁺ і Mg²⁺.

Визначення засноване на здатності Трилону-Б, (звідси і метод називається трилонометричним) утворювати з іонами Са²⁺ і Mg²⁺ міцні комплексні сполуки, які можуть розчинятися у воді.

 

Перевірочне титрування

5. У немірну колбу, в якій містяться останні порції фільтрату, добавляють1 мл аміачного буферу і невелика кількість індикатора хромогену чорного. Індикатор беруть на кінчику шпателя. Вміст колби титрують 0,02 н розчином трилону-Б до переходу бузкового кольору в синій з зеленуватим відтінком.

При цьому кількість розчину трилону-Б, яке пішло на перевірочне титрування (кол. 1 табл.) поділяють на 2. Кількість поділеного розчину враховується при визначенні Са²⁺ та суми Са²⁺ і Мg²⁺.

 

Визначення суми поглинутих Са²⁺ і Мg²⁺

6. В одну з колб (на 250 мл), в якій до 50 мл фільтрату добавлено 50 мл води, доливають 2,5 мл аміачного буферу і невелика кількість індикатора хромогену чорного. Розчин титрується 0,02 н розчином трилону-Б до переходу бузкового кольору в синюватий з зеленим відтінком, кол. 2 табл.

Вміст Ca+Mg у мг-экв. на 100 г ґрунту (кол. 7 табл.) обчислюють за формулою:

 

,

де:

а - число мл трилону-Б, витраченого на титрування суми Ca+Mg;

в - число мл трилону-Б, витраченого на перевірочне титрування;

N - нормальність трилону-Б(0,02 н.);

100 - коефіцієнт для перерахунку на 100 г ґрунту;

К - коефіцієнт гігроскопічності (1,03);

С - наважка ґрунту, взята для аналізу.

ПРИМІТКА: у зв'язку з тим, що фільтрат був розділений на дві рівні частини, наважка ґрунту при розрахунках також поділяється на 2 (звідси 1/2 С).

 

Визначення поглинутого Са²⁺

7. В другу колбу, в якій до 50 мл фільтрату додано 50 мл води, добавляють 2 мл 2 н розчину NaOH і невелику кількість індикатора мурексиду. Вміст колби титрують 0,02н розчином трилону-Б до переходу яскраво-рожевого кольору в бузковий, кол. 3 табл.

Якщо аналіз проведений вірно, то при визначенні поглинутого Са²⁺ витрачається на 2-3 мл менше трилону-Б, ніж при визначенні суми Са²⁺ і Mg²⁺.

Кількість поглинутого Са²⁺ в мг-экв на 100 г ґрунту розраховують за тією ж формулою, що й при визначенні суми Ca²⁺+Mg²⁺, кол.8,табл.

Вміст поглинутого Mg²⁺ (кол. 9 табл.) розраховується за різницею між сумою Ca²⁺+Mg²⁺ і Са²⁺.

Дані заносяться в таблицю:

К-сть мл трилону-Б, витрач. на перевірочне тинрування	К-сть мл трилону-Б, вмтрач.на титрування Ca^2++ Mg^2+	К-сть мл трилону-Б, витрач.на титрування Ca^2+	№ трилону-Б	КГ	Наважка ґрунту,г	Ca^2++Mg^2+ у мг- екв.на 100 г ґрунту	Ca^2+ в мг – екв.на 100г ґрунту	Mg^2+ в мг – екв.на 100г ґрунту
			0,02	1,03	0,5

 

Висновок. Вказують на вміст катіонів Са²⁺ та Мg²⁺, визначають співвідношення між ними та дають оцінку фізичним властивостям ґрунту.

Лабораторна робота 9