Материал: GOSY-1_vmeste

Сила к-т и оснований колич-но оценивается const равновесия р-ции переноса протона между компонентами кислотно-основных пар. В состав одного из них входит изучаемое соед-е, в состав второго – м-ла растворителя (HО). Ka - const, характеризующая перенос протона от к-ты к м-е воды.

Кислотность почв – способность почв подкислять почв.р-р или р-ры солей вследствие наличия в составе почвы к-т и обменных ионов Н и катионов, образ-их при их вытеснении гидролитически кислые соли (Al3+).

Почвен. к-ть оценивают по: интенсивным (рН почв.р-ра, известковый потенциал), экстенсивным (потенц-я к-ть, в России характериз-ют по величинам обменной и гидролитич.к-ти) показателям.

В зависимости от того, при каком взаимод-и к-ть проявл-ся и измер-ся (способу определения):

1.Актуальная – оценивается по величине рН – отриц. логарифма активности иона Н+ в почвен.р-ре (активность Н ионов (протонов) зависит от свв (ионной силы) р-ра, влияющих на коэфф-т активности иона). Источник протонов в почвен.р-ре: разной степени диссоциированные угольная и специф. и неспециф. орг. к-ты; в техногенных услов-х – сильные минер. к-ты (серная, азотная); соед-я Al, Fe, Mn, проявляющие кислотные св-ва. Измеряется в водной вытяжке или суспензии; при взаимодействии почвы с дистил. водой (водный рН, рНн2о, рН (Н2O)) при разбавлении почва:р-р 1:2,5 (в минер-х гор-тах), 1:25 (органогенные) либо в пасте. Иногда приводят рез-ты потенциометрического измерения - непосредственно в почве при естественной влажности, но она дб достаточно увлажненной и гомогенной для обеспечения надежного контакта с измерительным электродом. Можно измерять колориметрически или путем титрования.

Суспензионный эффект – значения рН в водной вытяжке и в надосадочной ж-ти суспензии всегда выше, чем в самой суспензии, где имеет место непосредственный контакт электрода с тв.частицами почвы. Объясняется тем, что в электроде сравнения контакт с окружающим р-ром или суспензией осуществляется через насыщенный р-р КCl. Минер.почвен.частицы могут избирательно связывать ионы К, что приводит к возникновению доп потенциала – потенциал жидкостного соединения.

Известковый потенциал: рассчитывают, исходя из протекающих в почвах р-ций обмена катионов с участием Н+ и Са2+: Пса0,5+Н+ <-> ПН+0,5Са2+; logK=pH-0,5p(Ca) при наличии Mg +Mg). «+»: слабая зависимость от соотношения почва:р-р, ионной силы р-ры.

2.Потенциальная - способность почвы при взаимодействии с р-рами солей проявлять себя как слабая к-та. Определяется св-вами тв.фазы почвы, обусловливающей появление доп. кол-ва протонов в р-ре при взаимодействиях с удобр-ми или химикатами; ионами Al3+, H+. Для ее уменьшения добавляют известь СаСО3.

В зависимости от хар-ра взаимодейств-го с почвой р-ра различают 2 формы потенц.к-ти:

•Обменная: общее кол-во кислотных компонентов, удерживающихся на пов-ти коллоидных частиц преимущественно электростатическими силами и вытесняется катионами в незабуференный р-р нейтральной соли; неполное вытеснение Н+. Природа ее зависит от состава и св-в почвенных коллоидов. Для определения исп-т 1 н. р-р КСl (рН~6,0). Источники: 2 гипотезы: 1.Гедройц: формируется обменным Н, в рез-те взаимод-я с р-ром соли в р-ре образ-ся НCl: ПН+KCl<->ПК+НCl. Основывалась на общем положении, что в почвах с промывным режимом в усл-х выноса оснований и непрерывного образ-я орг к-т (источников протона), именно Н+ должен входить в ППК. 2.Вейчем, Дайкухара: носитель обменной к-ти – обменный Al3+, вытесняется К в р-р КCl с образ-ем AlCl3 (соль слабого основания и сильной к-ты): ПAl+3КCl<->ПК3+AlCl3; гидролитически расщепляющаяся: AlCl3+3Н2O–>Al(ОН)3+3НСl. Чернов экспериментально подтвердил гипотезу обменного Al (прочнее закрепляется в почве => в природных усл-х в кислых почвах можно его ожидать); открыл, что обменный Al в ППК мб представлен гидроксокомплексами Al разной основности (Al(ОН) +2; Al(ОН)2+). Образующаяся в р-ре НСl оттитровывается щелочью или определяется по рН р-ра, который характеризуется как солевой рН, рНкcl_l, рН(КСl). рН<4,0 – к-ть обусловлена обменным Н+, рН 4,- 5,5 - обменным Al3+.

•Гидролитическая: обнаруживается при воздействии на почву р-ра гидролитически щелочной соли сильного основания и слабой к-ты, при котором происходит более полное вытеснение поглощенных Н и др. кислотных ионов. Для определения исп-т 1 и рр CН3COONa рН=8,2. При взаимод-и уксуснокислого Na с почвой могут происходить р-ции в зависимости от сод-я в ней Al или Н: [ППК-]H+ + CH3COONa –>[ППK-]Na+ + СH3СООН. Гидролитич. к-ть характеризует кол-во образующейся уксусной к-ты, определяемое титрованием. При наличии в почве обменного Al образующийся в результате обменной р-ции уксуснокислый Al распадается на гидроксид Al и уксусную к-ту

Гидролитическая к-ть обычно больше обменной. Иногда гидролитическая ь оказывается меньше обменной за счет поглощения почвой анионов уксусной к-ты и вытеснения ионов ОН-, в результате чего уменьшается к-ть вытяжек.

Доля участия в ППК обменных катионов Н+ и Al3+, определяемых как обменная или гидролитическая к-ть, характеризует ненасыщенность почв основаниями.

Степень насыщенности почв основаниями – кол-во обменных оснований (обычно Са2+ + Mg2+), выраженные в %от емкости поглощения: V=S/E•100=S/(S+H)•100, V - степень насыщенности основаниями, %, S - сумма обменных оснований, мг-экв/100 г, Е - емкость поглощения, мг-экв/100 г, Н - гидролитическая к-ть, мг-экв/100 г.

Ненасыщенность почв основаниями: V=100 – [S/(S+H]•100: характеризуется разностью между емкостью поглощения при избранном значении рН и сод-ем в почве обменных оснований.

Основным методом повышения продуктивности кислых почв, снижения их к-ти служит известкование. При внесении извести СаСО3 при наличии избытка углекислоты переходит в растворимый Са(НСО3)2, который взаимодействует с почвой: [ППК2-]2Н+ + Са(НСО3)2 –> [ППК2-]Са2+ + 2Н2O+2СО2. Почвы с высокой степенью насыщенности не нуждаются в известковании.

Щелочность почв

Щелочная реакция почв. р-ров и водных вытяжек мб обусловлена различными по составу соед-ми: карбонатами и гидрокарбонатами щел и щел-зем эл-тов, силикатами, алюминатами, гуматами Na. Согласно теории к-т и оснований Бренстеда-Лоури, щел р-ция обусловлена анионами слабых к-т, которые переходят из тв. фазы почв в почв. р-ры и водные вытяжки и могут проявлять основные св-ва. Роль оснований-анионов будет тем выше, чем большей const Кb они будут характеризоваться.

Определяющим моментом в создании щел. р-ции - присутствие в почве гидролитически щелочных солей слабых к-т и оснований: карбонатов Na и К, гидрокарбонатов Na и К, карбонатов Са и Mg, гидрокарбоната Ca. Так же себя ведут гуматы и фульваты щелочей.

Т.к. с к-той может взаимодействовать любое в-во, способное присоединять протон, то общую щелочность можно рассматривать как меру дефицита протонов по отношению к условно принятому его нулевому уровню. Определяемая в почвах общая щелочность всегда является комплексной, отличается большим разнообразием существующих в почвах хим соедй и протекающих в ней хим р-ций.

Виды:

•Актуальная: обусловлена наличием в почв. р-ре гидролитически щел. солей, при диссоциации которых образ-ся в значительных кол-вах [ОН-]. При характеристике актуальной щел-ти природных вод и почв. р-ров различают общую щелочность, щелочность от нормальных карбонатов и щелочность от гидрокарбонатов. Эти виды щелочности различаются по граничным значениям рН. Щелочность почвы определяется титрованием водной вытяжки или почвенного р-ра к-той в присутствии различных индикаторов и выражается в мг-экв/100 г почвы. Общая щелочность - титрованием по индикатору метиловому оранжевому. Кроме общего сод-я гидролитически щелочных солей на общую щелочность будут влиять и анионы - основания. Щелочность от нормальных карбонатов - результат обменных р-ций почв, содержащих поглощенный Na. Появляется также в рез-те жд сульфатредуцирующих бактерий, восстанавливающих в анаэробных усл-х и в присутствии орг в-ва сернокислые соли Na с образ-ем соды. Определяется титрованием в присутствии фенолфталеина. При этом на результаты анализа будет влиять и наличие анионов-оснований с ярко выраженными основными св-вами: сульфид- и фосфат-ионов, анионов кремниевой и борной к-т; гидроксокомплексов некоторых металлов, например Аl(Н2О)2(ОН)4-: Аl(Н2О)2(ОН)4- + Н2O<–> Аl(Н2О)3(ОН)3- + ОН-

•Потенциальная: определяется сод-ем обменного Na (может переходить в почвенный р-р, подщелачивая его). При взаимодействии почвы с углекислотой поглощенный Na в ППК замещается Н и появляется сода, подщелачивающая р-р: [ППК2+]2Na+ + H2CО3 <–> [ППК2-]2Н+ + Nа2CО3.

Сильнощелочная р-ция неблагоприятна для большинства растений. Высокая щелочность обусловливает низкое плодородие многих почв, неблагоприятные физ и хим их св-ва. При рН 9-10 почвы отличаются большой вязкостью, липкостью, водонепроницаемостью во влажном состоянии, значительной твердостью, цементированностью и бесструктурностью в сухом состоянии.

Для хим мелиорации щелочных содово-засоленных почв необходимы замещение обменного на Na на Са и нейтрализация свободной соды – для этого вносят гипс CaSO4, нитратов Са или материалов, сод-щих гипс, Н2SO4, сульфат Fe, пиритовые огарки или S, окисляясь до Н2SO4, взаимодействует с СаСО3 почв, образуя сернокислый Са, который действует на соду и поглощенный Na. Мелиорация злостных содовых солончаков производится методом кислования Н2SO4 с последующими промывками при искусственном дренаже.

Буферность почвы - способность почвы противостоять изменению ее актуальной р-ции под воздействием различных фак-ров. Оценивают по: экстенсивным показателям (общая буферность) - общее кол-во к-ты или основания, которое нужно добавить к суспензии почвы или к вытяжке из почвы при заданном разбавлении, чтобы сместить знач-е рН от начальной точки титрования (рН НТТ) до некоторого конечного знач-я, определяющегося целями и задачами исслед-я; интенсивным показателям (интенсивность буферности): β=dC/dpH, dC – кол-во добавляемой к-ты Са или основания Св, dpH – изменение рН, которое при этом произошло. В экспериментальных усл-х: β=ΔС/ΔpH, ΔС – кол-во добавленного в усл-х опыта реагента, ΔpH – реальное измеренное изменение в системе, которое произошло после добавления к-ты или лснования.

Виды:•Против кислотных агентов; •Против щелочных агентов

Буферные св-ва почв связаны с поглощением и вытеснением ионов, с пр. перехода соед-й в молекулярные или ионные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок образующихся в почве соед-й. Определяется св-вами ее тве. Фазы - почвенных коллоидов. К-та или щелочь, появляющиеся в почвенном р-ре, вступают во взаимодействие с почвенными коллоидами, что ослабляет сдвиг р-ции.

При взаимодействии почвы с к-той происходит р-ция обмена между обменными катионами и водородным ионом к-ты, в результате чего Н+ ион оказывается связанным с тв. фазой почвы, а в р-ре появляются катионы: [ППК2+^–]Са2+ + НСl = [ППК2+]2Н+ + СаСl2

Если в почве появляется щелочь, Н или Al ППК обмениваются с катионами щелочи, которая нейтрализуется: [ППК2+]2Н+ + Са(ОН)2 = [ППК2+]Са2+ + 2Н2O

Кроме почвенных коллоидов тв. фаза почв может сод-ть др. фак-ры буферности - малорастворимые простые соли основного или кислотного хар-ра, которые могут взаимодействовать с р-рами и ослаблять сдвиг р-ции.

Буферность почвы зависит от:

1)кол-ва почвенных коллоидов (чем > коллоидов в почве, тем выше ее буферность; песчаные почвы почти не обладают буферностью);

2)сос-ва почвенных коллоидов (чем выше в почвах сод-е гумуса, монтмориллонита и почвенных коллоидов с широким отношением кремнезема к глинозему, тем выше их буферность по отношению к изменениям р-ции как в кислом, так и в щелочном интервале; буферность возрастает параллельно увеличению емкости поглощения почв);

3)состава обменных катионов (наличие большого кол-ва катионов Са2+, Mg2+, Nа2+ и др. оснований создает значительную буферность в кислую сторону; почвы, имеющие в составе обменных катионов Н+ или Al3+⁺ и способные поглощать щелочь, обнаруживают буферность в щелочную сторону).

Буферность почв и почвенных р-ров определяется путем их титрования:

•по отношению к к-там – р-рами к-т; •к щелочам – р-рами едких щелочей; •к соде – р-рами соды.

При добавлении небольших порций реактива (к-ты или щелочи) производится измерение рН почвенного р-ра и строится кривая титрования, описывающая буферную способность почв. Для почв высокой буферности кривая изменения рН при титровании отличается постепенностью изменений, в то время как для почв малой буферности она характеризуется резкостью переходов.

Высокой буферностью в отношении к-т и низкой - против щелочей - отличаются гумусированные маловыщелоченные, богатые углекислыми солями почвы степных, полупустынных и пустынных областей. Высокой буферностью против щелочных агентов обладают глинистые почвы, содержащие значительные кол-ва обменных Н+ и Al3+ и кислых гумусовых соед-й.