Потенциометрическое определение pH почвы. Определение гидролитической кислотности почвы

Цель занятия:

  • а) контроль знаний методики потенциометрического определения pH почвы;
  • б) ознакомление с устройством и принципом работы универсального иономера ЭВ-74;
  • в) определение pH водной вытяжки;
  • г) определение pH солевой вытяжки;
  • д) определение гидролитической кислотности почвы.

Принцип метода. Определение реакции почв относится к числу наиболее распространенных анализов как в теоретических, так и в прикладных исследованиях.

Наиболее полная картина кислотных и основных свойств почв складывается при одновременном измерении нескольких показателей, в том числе титруемой кислотности или щелочности - фактор емкости и величины pH - фактор интенсивности.

Фактор емкости в данном случае характеризует общее содержание кислот или оснований в почвах, от него зависят буферность почв, устойчивость реакции во времени и по отношению к внешним воздействиям.

Фактор интенсивности характеризует силу мгновенного действия кислот или оснований на почву и растения: от него зависит поступление минеральных веществ в растения в данный отрезок времени. Это позволяет дать наиболее правильную оценку кислотности почв, так как в этом случае учитывается общее количество ионов водорода и алюминия, находящихся в почве в свободном и поглощённом состояниях.

Различают формы почвенной кислотности: актуальную и потенциальную, которая в свою очередь подразделяется на обмен ную и гидролитическую. Под актуальной кислотностью понимают активную концентрацию ионов водорода в почвенном растворе или в водной вытяжке из почвы (pH), определяется потенциометрически. Потенциальная кислотность определяется количеством ионов водорода, находящихся в почвенном поглощающем комплексе. При известных условиях эти ионы могут быть переведены в раствор: более подвижная часть ионов водорода (и А1) почвы может быть переведена в раствор при обработке почвы избытком нейтральных солей (КС1).

^2Н+ ^2К+

[ППК] + 4КС1 = [ППК] + 4НС1 ^2Н+ '^•2К+

По количеству образовавшейся свободной соляной кислоты судят об обменной кислотности почвы. Часть ионов водорода остаётся в поглощённом состоянии, так как образующаяся в результате реакции сильная соляная кислота полностью диссоциирует и избыток свободных ионов водорода в растворе препятствует их полному вытеснению из ППК.

Менее подвижная часть ионов водорода может быть переведена в раствор лишь при дальнейшей обработке почвы растворами гидролитически щелочных солей (CH3COONa). По количеству образовавшейся свободной уксусной кислоты судят о гидролитической кислотности почв. Ионы водорода в данном случае наиболее полно переходят в раствор (вытесняются из ППК), так как образующаяся уксусная кислота прочно связывает водородные ионы и реакция смещается вправо вплоть до полного вытеснения ионов водорода из ППК. Величина гидролитической кислотности равна разности между результатами, полученными при обработке почвы CH3COONa и КС1. На практике за величину гидролитической кислотности принимают результат, полученный при обработке почвы CH3COONa. Необходимо знать, что кислотность почвы обуславливается ионами не только водорода, но и алюминия:

Гидроокись алюминия выпадает в осадок, и система практически ничем не отличается от той, в которой содержатся только поглощённые ионы водорода. Но если даже А1С13 останется в растворе, то при титровании:

А1С13+ 3 NaOH = Al (OH)3 + 3 NaCl

что равноценно реакции:

3 НС1 + 3 NaOH = 3 NaCl + 3 Н2О.

Поглощённые ионы алюминия вытесняются и при обработке почвы раствором CH3COONa. В этом случае весь вытесненный алюминий переходит в осадок в виде гидроокиси.

По степени кислотности, определяемой в солевой вытяжке 0,1 н. КС1 потенциометрически, почвы делятся на: щелочной среде. Депрессия ростовых процессов наблюдается при pH ниже 5 и выше 8. Оптимальное pH почвы для льна, ржи, люпина, картофеля, гречихи 5,5; для клевера, гороха, кукурузы, пшеницы 6,0-7,0. Негативное влияние кислотности особенно опасно в начальный период вегетации. Повышенная кислотность или щелочность нарушает физиологическое равновесие в почвенном растворе, ухудшает питание растений, дестабилизирует белковый, углеводный и фосфорный обмен.

очень сильнокислые

pH менее 4,0

сильнокислые

4,1-4,5

среднекислые

4,6-5,0

слабокислые

5,1-5,5

близкие к нейтральным

5,6-6,0

нейтральные

6,0-7,0

слабощелочная

7,0-7,5

щелочная

7,5-8,5

сильнощелочная

более 8,5

Растения проявляют различную чувствительность к кислой и

Реакция почвенного раствора оказывает на растение прямое и косвенное влияние. Повышение концентрации водородных ионов в ризосфере снижает поступление в растение всех наиболее важных катионов и анионов: кальция, калия, магния, молибдена, фосфатов; увеличивает поглощение из почвенного раствора алюминия, марганца - токсичных для растений, а также активизирует гидролитические ферменты в корневой системе.

Косвенное влияние кислотности в питании растений связано с изменением подвижности ряда элементов в почвенном растворе. В щелочной среде снижается подвижность бора, цинка, меди, алюминия, марганца, возрастает подвижность молибдена и фосфатов.

Внесение в почву минеральных, органических удобрений и известковых материалов с учётом особенностей высеваемой культуры обеспечивает физиологическую уравновешенность почвенного раствора. Оптимизация условий питания осуществляется за счёт использования различных форм, доз и сроков внесения удобрений.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТУАЛЬНОЙ КИСЛОТНОСТИ

Эта форма кислотности обусловлена содержанием свободных ионов водорода в почвенном растворе и измеряется по величине pH водной вытяжки из почвы. Этот вид кислотности непосредственно действует на корневую систему растений и на почвенные микроорганизмы.

Определение актуальной кислотности почвы необходимо для выяснения возможности воздействия на почву разных форм, доз и сочетаний удобрений, а также подбора культур в севооборотах. Однако pH водной вытяжки - величина неустойчивая, часто изменяющаяся под действием разных факторов в течение даже одного вегетационного периода.

Ход анализа. На технических весах взять навеску почвы массой 20 г и поместить в колбу на 200-250 см3. Прилить цилиндром 50 см3 дистиллированной воды.

Взбалтывать на ротаторе в течение 1 ч. В суспензии или фильтрате определить значение pH электрометрическим методом.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ PH СОЛЕВОЙ ВЫТЯЖКИ

ПО МЕТОДУ ЦИНАО (ГОСТ 26483)

Сущность метода заключается в извлечении обменных катионов из почвы раствором хлористого калия концентрации 1 моль/дм3 (1 н.) при соотношении почвы и раствора 1 : 2,5 и потенциометрическом определении pH с использованием стеклянного электрода. При определении pH в пробах органических горизонтов почв вытяжку готовят при соотношении почвы и раствора 1 : 25.

Ход анализа. Приготовление вытяжки (ГОСТ 26483). Пробу почвы (в воздушно-сухом состоянии, пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 - 2 мм) массой 30 г взвешивают на технических весах с погрешностью не более 0,1 г и пересыпают в коническую колбу. К пробам дозатором или цилиндром приливают

75 см3 экстрагирующего раствора (КС1 н.). Одновременно проводят холостой опыт без пробы почвы. Почвы с раствором перемешивают в течение 1 минуты.

При определении pH в пробах органических горизонтов почв отбирают навеску массой 4 г, прибавляют к ней 100 см3 экстрагирующего раствора и перемешивают суспензию в течение 3 мин.

После проведения настройки pH-метра или ионометра по трем буферным растворам с pH 4,01, 6,86 и 9,18 электроды погружают в суспензию и измеряют величину pH. Показания прибора считывают не ранее чем через 1 минуту после погружения электродов в суспензию. Во время работы настройку прибора периодически проверяют по буферному раствору с pH 4,01.

После измерения pH суспензию оставляют на 18 - 24 ч, затем перемешивают на электромеханической мешалке в течение 1 минуту и фильтруют через бумажные фильтры. Первую мутную порцию фильтрата объемом 10-15 см3 отбрасывают. Допускается вместо настаивания проб почв с раствором хлористого калия проводить перемешивание суспензий на встряхивателе или ротаторе в течение 1 ч.

Фильтраты используются для последующего анализа (определение обменной кислотности, обменного алюминия, а также нитратов, обменного аммония, подвижной серы, обменного марганца, обменного кальция и обменного (подвижного) магния по методам ЦИНАО).

За результат анализа принимают значение единичного определения pH со шкалы прибора с точностью не ниже 0,1 единицы pH. Допускаемые отклонения от среднего арифметического результатов повторных анализов при выборочном статистическом контроле при вероятности Р = 0,95 составляют 0,2 единицы pH.

Реактивы:

  • 1. Экстрагирующий раствор - раствор калия хлористого концентрации с (КС1) = 1 моль/дм3 (1 н.) (pH 5,6-6,0).
  • 2. Буферные растворы для настройки pH-метра готовят из стандарт-титров 2-го разряда по ГОСТ 8.135.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБМЕННОЙ КИСЛОТНОСТИ

ПО МЕТОДУ ЦИНАО (ГОСТ 26484)

Сущность метода заключается в извлечении обменных катионов водорода и алюминия из почвы раствором хлористого калия концентрации 1 моль/дм3 при соотношении почвы и раствора 1:2,5 и последующем потенциометрическом титровании фильтрата гидроокисью натрия до pH 8,2.

Ход анализа. В химический стакан отбирают 25 см3 фильтрата вытяжки, приготовленной по ГОСТу 26483. Стакан помещают на магнитную мешалку. В раствор погружают электродную пару. Бюретку заполняют раствором гидроокиси натрия концентрации 0,1 моль/дм3. На блоке автоматического титрования устанавливают значение эквивалентной точки, равной 8,2 pH, и время выдержки, равное 30 секунд. Включают блок автоматического титрования, магнитную мешалку и открывают кран бюретки. По окончании титрования определяют расход NaOH по бюретке.

Аналогично проводят титрование 25 см3 фильтрата холостого опыта При отсутствии блока автоматического титрования анализируемые пробы титруют вручную, контролируя pH с помощью pH-метра или индикатора - 1 %-ного раствора фенолфталеина, до появления слабо розовой окраски, не исчезающей в течение 1 минуты.

Обменную кислотность (X) в миллимолях в 100 г почвы вычисляют по формуле:

X = (V-Vo)-c / (250-V0,

где V - объем раствора NaOH, израсходованный на титрование пробы вытяжки, см3;

Vo - объем раствора NaOH, израсходованный на титрование пробы холостого опыта, см3;

V! - объем пробы вытяжки, взятый для титрования, см3;

с - концентрация раствора NaOH, ммоль/см3;

250 - коэффициент пересчета на 100 г почвы.

Результаты анализа выражают в миллимолях в 100 г почвы с округлением до второго десятичного знака.

Допускаемые относительные отклонения от среднего арифметического результатов повторных анализов при выборочном статистическом контроле при вероятности Р = 0,95 составляют 35 % при обменной кислотности до 0,1 ммоль в 100 г почвы, 15 % - св. 0,1 до 0,5 ммоль в 100 г почвы, 10 % - св. 0,5 ммоль в 100 г почвы.

Реактивы:

  • 1. Гидроокись натрия (ГОСТ 4328. «х.ч.» или «ч.д.а.») концентрации 0,1 моль/дм3.
  • 2. Фенолфталеин, индикатор (ГОСТ 5850 «ч.д.а.»), раствор массовой концентрации 10 г/дм3.
  • 3. Дистиллированная вода (ГОСТ 6709).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОЛИТИЧЕСКОЙ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВ ПО КАППЕНУ

Эта форма кислотности обусловлена ионами водорода, более прочно связанными в почвенном поглощающем комплексе и способными обмениваться на основания только в нейтральной или щелочной среде. Эти ионы водорода труднее замещаются на основания и вытесняются в раствор только гидролитически щелочными солями. В качестве гидролитически щелочной соли применяется уксуснокислый натрий, который в водном растворе образует слабо диссоциирующую уксусную кислоту и сильное основание - pH раствора 8,2.

Гидролитически щелочная соль взаимодействует как с ППК, так и с почвенным раствором, таким образом, в данном случае определяется общая кислотность почвы, которая включает актуальную и потенциальную кислотность, как обменную, так и собственно гидролитическую. Гидролитическую кислотность выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Установлено, что таким путём вытесняется не весь водород, поэтому при расчёте вводят коэффициент П = 1,75 - поправка на полноту вытеснения водорода. Величина гидролитической кислотности используется для расчёта дозы извести при известковании кислых почв.

Ход анализа. На технических весах берут 40 г воздушно-сухой почвы. Переносят навеску в колбу ёмкостью 250-300 см3. Приливают из бюретки 100 см3 1,0 н. раствора уксуснокислого натрия (pH 8,0 - 8,2). Взбалтывают на ротаторе 1 час или взбалтывают 15 минут и оставляют на ночь.

Отфильтровывают через воронку с бумажным складчатым фильтром, отбросив первые порции фильтрата. 50 см3 фильтрата переносят пипеткой в колбу Эрленмейера объёмом 100 см3.

Приливают 2-3 капли фенолфталеина и оттитровывают образующуюся кислоту 0,1 н. раствором щёлочи до устойчивой слаборозовой окраски.

Расчёт

(Укон • нКОН) • Р 100 К - 1,7

где Нг - гидролитическая кислотность, мг-экв./100 г почвы;

Р - разведение (100/50 = 2);

Н - навеска почвы, г;

Vkoh - количество щёлочи, пошедшее на титрование;

нКОН - нормальность щёлочи;

1,75- коэффициент на полноту вытеснения ионов водорода из ППК (вычислен из расчета доведения pH почвы до 7,0);

К - коэффициент влажности почвы.

- При определении этих показателей во влажной почве одновременно определяют процент влажности и рассчитывают коэффициент влажности К.

Пример расчета. На титрование 50 см3 фильтрата пошло 1,0 см3 0,1205 н. раствора щелочи.

Нг = (1,0 • 0,1205) • 2 • 100 • 1,75 : 40 = 1,05 мг-экв./100 г почвы.

Форма записи

№ образца

Навеска почвы, г

Разведение

КОН

Нг, мг-экв./100 г почвы

н.

см3

1

40

2

0,1205

1,0

1,05

Реактивы:

  • 1. Раствор натрия уксуснокислого 1,0 н. Раствор готовится непосредственно перед проведением анализа.
  • 2. 0,1 н раствор КОН или NaOH, готовится из фиксанала.
  • 3. Фенолфталеин 1 %-ный спиртовой раствор, готовится на этанол-ректификате.

Контрольные вопросы:

  • 1. Какова роль разных видов кислотности почв в питании растений?
  • 2. Для чего нужно знать виды кислотности и сумму поглощенных оснований?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >