Робота 1. Демонстрування механічної вбирної здатності грунту.

Здатність грунту вбирати мінеральні і органічні частини з водних суспензій має велике значення в природі і житті людини.

Завдяки механічному вбиранню відбувається очищення каламутних водних потоків. При цьому суспензовані у воді частки акумулюються в певному горизонті грунту, що зумовлює зміну його механічного складу. Отже, процес природної фільтрації води є одним з елементарних грунтових процесів.

Очищені грунтові води є основним джерелом водопостачання населених пунктів. Чиста джерельна вода є цінним природним ресурсом для задоволення різноманітних потреб людини в побуті і господарстві. Явище механічного вбирання широко використовують при будівництві штучних фільтрів для очищення води.

Необхідне приладдя: дві колби місткістю 250-500 мл, лійка, глина.

Хід роботи:

Лійку поставити на колбу і насипати в неї 20-30 г грунту. Щоб грунт не просипався, в роструб лійки треба покласти уламок побитої кераміки або паперову кульку.

В другій колбі приготувати водну суспензію глини. Для цього кілька грамів глини залити водою і ретельно збовтати.

Профільтрувати крізь грунт суспензію. Переконатись, що грунт вбирає частки глини.

Робота 2. Демонстрування фізичної вбирної здатності грунту.

Мета цієї роботи полягає в тому, щоб довести наявність у грунтових колоїдів негативного заряду. Це можна довести пропускаючи крізь грунт розчин речовини, молекули якої мають полярну будову (розчин позитивно зарядженого реагенту).

В природі такою речовиною є вода. Негативно заряджені колоїди грунту сорбують на своїй поверхні дипольні молекули Н₂О і міцно їх утримують. Таку форму води називають гігроскопічною.

Для демонстрування фізичної вбирної здатності рекомендується застосовувати розчин метиленової синьки, молекули якої мають позитивний заряд. Для порівняння доцільно взяти розчин нейтрального барвника, наприклад, еозину, молекули якого не мають заряду.

Необхідне приладдя і реактиви: колба, лійка, фільтри, водний розчин метиленової синьки (1:1000), водний розчин еозину (1:1000).

Хід роботи:

На лійку покласти паперовий фільтр і насипати 15-20 г грунту. Лійку поставити на колбу.

В центрі насипаного на лійку грунту зробити невелике заглиблення. Влити невелику порцію розчину метиленової синьки в це заглиблення і спостерігати за кольором крапель фільтрату. При потребі влити ще порцію розчину синьки. Переконатись, що фільтрат знебарвлюється. Це свідчить про те, що молекули синьки увібрались колоїдами грунту.

Налити на цей же грунт порцію розчину еозину і переконатись, що забарвлення його не змінюється. Його молекули грунт не вбирає тому, що вони на мають заряду.

Робота 3. Демонстрування фізико-хімічної вбирної здатності грунту.

Фізико-хімічне вбирання полягає в тому, що колоїди грунту сорбують на своїй поверхні катіони металів. Одночасно увібрані катіони можуть обмінюватись на катіони грунтового розчину. Між тонкодисперсною масою грунту (грунтовим вбирним комплексом) і грунтовим розчином існує рухома рівновага. Зміна складу розчинних сполук в грунтовому розчині викликає відповідні зміни в складі увібраних катіонів. Одні катіони здатні витісняти з ГВК інші. Перші займають місце в дифузному шарі колоїдної міцели, другі переходять в грунтовий розчин. Таким чином, катіони одного і того ж елементу перебувають в грунті в двох станах: увібраному і вільному в грунтовому розчині. Тому, щоб довести наявність у грунті увібраних катіонів (наприклад, Са²⁺) необхідно спочатку видалити з нього вільні іони цього елементу.

Необхідне приладдя і реактиви: колба, лійка, паперові фільтри, пробірки, насичений розчин NaCl або KCl, 4%-ний розчин щавелевокислого амонію (NH₄)C₂O₄.

Хід роботи.

1. На лійку покласти паперовий фільтр і насипати 15-20 г грунту. Лійку поставити на колбу.

2. Кілька разів промити грунт дистильованою водою для того, щоб вимити з нього сполуки кальцію. Повне вимивання кальцію визначають якісною реакцією з оксалатом амонію. Для цього після чергового промивання грунту водою в пробірку беруть пробу фільтрату і доливають до нього кілька крапель оксалату амонію. Якщо при цьому випадає білий осад, то це вказує на те, що в грунті є вільний кальцій і промивання слід продовжувати. Якщо при доливанні оксалату амонію у фільтраті не з’являється помутніння чи осад, то це свідчить про те, що весь вільний кальцій вже вимито і в грунті залишився лише увібраний кальцій, який водою не вимивається.

3. Промитий водою грунт обробити розчином NaCl або КСІ і перші краплі фільтрату зібрати в чисту пробірку. При доливанні оксалату амонію до фільтрату в ньому випаде білий осад оксалату кальцію.

Таким чином, при завершенні промивання грунту водою ми виявили відсутність кальцію у фільтраті. Це означає, що вільний кальцій ми видалили з грунту. Проте після обробки грунту не водою, а розчином солі, у фільтраті знову з’являється кальцій. Це означає, що іони натрію витіснили з ГВК увібрані іони кальцію.

Аналогічний дослід можна провести з будь-яким іншим катіоном, застосувавши відповідну якісну реакцію.

Робота 4. Демонстрування коагуляції і пептизації грунтових колоїдів.

Необхідне приладдя і реактиви: лійка, фільтр, колба місткістю 300-500 мл, 0,05 н. розчин HCl, дистильована вода, циліндр місткістю 200-300 мл, 1 н. розчин NaOH, концентрований розчин CaCl₂.

Хід роботи:

1. Насипати в лійкуна фільтр 15-20 г безкарбонатного або малокарбонатного грунту (який не закипає при дії HCl). Під лійку поставити склянку або колбу місткістю 300-500 мл. Промити грунт 0,05н. розчином HCl з метою видалення з нього вільного і увібраного кальцію. Для цього необхідно витрати близько 300 мл розчину. Потім промити грунт невеликою порцією дистильованої води.

2. Промитий грунт перенести з фільтра в циліндр, обмиваючи фільтр дистильованою водою.

3. Влити в циліндр 20-25 мл 1 н. розчину NaOH, щоб викликати пептизацію колоїдів, і довести об’єм суспензії дистильованою водою до 150-250 мл (залежно від об’єму циліндра).

4. Ретельно збовтати вміст циліндра і залишити його стояти 30-40 хв. За цей час крупні частки грунту осядуть на дно, а колоїдні залишаться в завислому стані.

5. Долити в циліндр 2-3 мл концентрованого розчину СаСІ₂ і спостерігати за процесом коагуляції колоїдів грунту і утворенням гелю.

6. Після закінчення коагуляції долити в циліндр кілька см³ 1 н. розчину NaOH і простежити за пептизацією колоїдів.

Дати письмові відповіді на такі запитання:

Що таке коагуляція і пептизація колоїдів?

Чому дво- і тривалентні катіони зумовлюють коагуляцію колоїдів, а одновалентні - пептизацію колоїдів?

Чому колоїди засолених грунтів (солонець, солончак) дуже пептизовані, а чорноземів - зкоагульовані або слабо пептизовані?

Як залежить родючість та інші властивості грунту від коагуляції і пептизації (від складу увібраних катіонів)?

 

Тема: Вбирна здатність грунту.

Завдання: 1. Вивчити теоретичний матеріал з питань: «Ємкість вбирання грунту», «Екологічне значення вбирної здатності грунту». Засвоїти такі поняття і терміни: ємкість вбирання грунту, грунтовий вбирний комплекс, ємкість катіонного обміну, склад увібраних катіонів в основних зональних типах грунтів, грунти насичені і ненасичені основами, грам-еквівалент.

2. Визначити суму обмінних основ за методом Каппена-Гільковиця.

3. Продемонструвати хімічну вбирну здатність грунту.

Література: 1. Чорний І.Б., 1995, стор. 83-86.

2. Добровольский В.В., 1989, стр. 72-79.

3. Добровольский В.В., 1982, стр. 55-61.

Робота 5. Демонстрування хімічної вбирної здатності грунту.

Необхідне приладдя та реактиви: штатив з пробірками, лійка, фільтр, 5%-ний розчин ВаСІ₂, 1 н. розчин (NH₄)₂C₂O₄.

Хід роботи:

Встановити на штативі дві пробірки, на одну з яких поставити лійку з паперовим фільтром.

Насипати на лійку 1/2 її об’єму суглинкового грунту і зволожити його 5%-ним розчином ВаСІ₂.

Промивати на лійці грунт краплями 1 н. розчину (NH₄)₂C₂O₄ доки в пробірку не набереться 1/3 її об’єму фільтрату. В другу пробірку (контрольну) налити таку ж кількість 1 н. розчину (NH₄)₂C₂O₄.

В першу і другу пробірки долити по 3 мл 5%-ного розчину ВаСІ₂. Спостерігати за інтенсивністю випадання білого осаду в обох пробірках.

Дайте письмові відповіді на такі питання:

В чому проявляється хімічне вбирання грунту?

Напишіть хімічне рівняння взаємодії (NH₄)₂C₂O₄ i BaCl₂?

Чому в дослідному фільтраті осаду випало більше, ніж в контрольному?

 

Робота 6. Визначення суми увібраних основ за методом Каппена-Гільковиця.

Принцип методу: Суму увібраних основ витісняють з ГВК воднем титрованого розчину соляної кислоти і визначають їх кількість по залишку кислоти. Цей метод дає дуже наближені результати, тому що при одноразовому настоюванні грунту з кислотою обмінні основи не витісняються повністю. Крім того, частина кислоти витрачається на побічні реакції з твердою і рідкою фазами грунту.

Практичне значення роботи: Кількість, склад і співвідношення увібраних катіонів мають великий вплив на фізичні і фізико-хімічні властивості грунту. Від цього залежать структурний стан грунту, реакція грунтового розчину, буферність грунту тощо. Сума увібраних основ визначає взаємодію грунту з внесеними добривами. Їх міграція, закріплення грунтом, засвоєння кореневою системою рослин, участь в хімічних реакціях значною мірою залежать від процесів обмінної вбирної здатності грунту. Катіони металів внесених добрив повністю або частково вбираються ГВК і закріплюються в грунті. Певна їх частина вимивається в нижні горизонти. Увібрані основи, як відомо, є доступними для живлення рослин. Звідси, чим більше в грунті увібраних основ, тим вища його родючість.

Таким чином, визначення суми увібраних основ дає можливість зробити висновок про фізичні властивості і рівень родючості грунту. Показник суми обмінних основ використовують при обгрунтуванні системи удобрення грунтів в сівозміні, хімічної меліорації (вапнування) грунтів тощо.

Необхідне приладдя і реактиви: колба місткістю 200-250 мл, штатив з бюреткою на 100 мл, лійка, фільтри, мірна піпетка на 50 мл, 0,1 н. розчин НСІ (титрований), 0,1 н. розчин NaOH (титрований), фенолфталеїн, електрична плитка.

Хід роботи:

На технічних терезах зважити 20 г повітряносухого грунту розтертого і просіяного крізь сито з діаметром отворів 1 мм. Наважку грунту висипають в колбу.

За допомогою бюретки або піпетки долити в колбу з грунтом 100 мл 0,1 н. розчину НСІ точно встановленого титру. Грунт з кислотою збовтують протягом години і залишають стояти на добу. (Примітка: цю частину роботи студенти виконують під керівництвом лаборанта напередодні занять.)

Через 24 години вміст колби збовтати і профільтрувати крізь складчатий фільтр, повністю переносячи на нього грунт. Якщо фільтрат каламутний - його вдруге фільтрують через той самий фільтр з грунтом.

Мірною піпеткою взяти з прозорого фільтрату пробу 50 мл і влити в чисту колбу.

Вміст колби довести до кипіння на електричній плитці і кип’ятити 2-3 хв. для видалення СО_2.

Долити в колбу 3-4 краплі фенолфталеїну і титрувати гарячий розчин 0,1 н. розчином NaOH точно встановленого титру до появи блідо-рожевого забарвлення, яке не зникає протягом одної хвилини.

Обчислити вміст у грунті увібраних основ за формулою:

S = 10 · (a · N_HCL - b · N_NaOH ),

де S - сума увібраних основ у мг-екв. на 100 г грунту;

а - кількість мл фільтрату, взятого для титрування;

N_HCL - точна нормальність соляної кислоти;

b - кількість мл розчину NaOH;

10 - коефіцієнт перерахунку результатів на 100 г грунту.

8. Результати аналізу записати в таблицю:

Таблиця 1. Результати визначення суми увібраних основ.

Наважка грунту, г	Кількість філь-трату взятого для титрування, мл	Нормальність НСІ	Кількість розчину NaOH, витраченого на титрування, мл	Нормаль-ність NaOH	Сума увібраних основ, мг-екв, на 100 г грунту
		0,1		0,1

Дайте письмові відповіді на такі запитання:

1. Користуючись даними таблиці 9 посібника Чорного І.Б. (1995, ст. 84) або таблицею 13 підручника Добровольського (1989, ст. 76), зробити висновок про рівень забезпеченості даного грунту поживними елементами.

2. Дайте визначення поняття «ємкість вбирання грунту» і вкажіть від яких факторів залежить ця величина.

3. Який зв’язок між величиною ємкості вбирання і рівнем родючості грунту?

4. Чому грунти сформовані на лесових породах мають високу ємкість вбирання, а грунти сформовані на льодовикових породах - низьку?

Тема: Структура грунту.

Завдання: 1. Вивчити теоретичний матеріал з даної теми. Засвоїти поняття і терміни: структурний агрегат грунту, структура грунту, структурність грунту, структурний (агрегатний) склад грунту, агрегація грунту.

Чітко уявляти процес формування структурних агрегатів. Знати під впливом яких факторів і при наявності яких компонентів формується водоміцна, агрономічно цінна структура грунту. Звернути увагу на роль грунтових колоїдів, гумусу і двохвалентних катіонів у формуванні грунтових агрегатів. Зрозуміти, що в основі формування структури грунту лежить процес коагуляції грунтових колоїдів.

2. Визначити структурний склад грунту.

3. Визначити водоміцність структурних агрегатів за методом М.М.Нікольського.

Література: 1. Чорний І.Б., 1995, стор. 67-70.

2. Добровольский В.В.,1989, стр. 115-118.

3. Добровольский В.В.,1982, стр. 20-21.

4. Польский Б.Н., 1980, стр. 22-27.