Ćw. 07. Hh

Ćwiczenie 7. Oznaczanie kwasowości hydrolitycznej gleby metodą Kappena
7.1. Wprowadzenie.
W zaleŜności od siły wiązania jonów wodorowych i glinowych w glebie, kwasowość dzieli
się na aktualną i potencjalną.
Kwasowość aktualna (czynna, odczyn gleby) jest to stęŜenie jonów wodorowych w roztworze
glebowym. Została ona szerzej omówiona w ćwiczeniu 3.
Kwasowość potencjalną stanowią jony wodorowe i glinowe zaadsorbowane z róŜnymi siłami
na cząsteczkach fazy stałej gleby. W zaleŜności od siły, z jaką jony wodorowe i glinowe
przytrzymywane są przez kompleks sorpcyjny gleby, kwasowość potencjalna dzieli się na
kwasowość wymienną (Hw) oraz hydrolityczną (Hh).
Kwasowość wymienna jest powodowana głównie przez monomeryczne jony glinowe
[Al(H2O)6]3+. Jony te przedstawia się często w formie uproszczonej Al3+. Ujawniają się one
podczas traktowania gleby solami obojętnymi, przechodząc z kompleksu sorpcyjnego do
roztworu glebowego:
Al(H2O)6
H
H
Na
Ca
H
Kompleks
sorpcyjny
Al(H2O)6
3K
Mg
Ca
K
H
Mg
+ 10KCl →
H
H
Na
Ca
H
Kompleks
sorpcyjny
Mg
Ca
K
K
Mg
+
2Al(H2O)6Cl3
HCl
3KCl
3K
W roztworze glebowym jony [Al(H2O)6]3+ ulegają hydrolizie uwalniając jony wodorowe.
Schematycznie reakcje hydrolizy jonów glinowych moŜna zapisać następująco:
[Al(H2O)6]3+ + H2O → [Al(OH)(H2O)5]2+ + H+
[Al(OH)(H2O)5]2+ + H2O → [Al(OH)2(H2O)4]+ + H+
[Al(OH)2(H2O)4]+ + H2O → Al(OH)3(H2O)3 + H+
Udział jonów wodorowych w kwasowości wymiennej jest stosunkowo niewielki i waha się w
granicach 10 - 40 %, bowiem kationy soli obojętnych (KCl, NaCl, CaCl2) nie są w stanie
wyprzeć jonów H+ związanych zbyt duŜymi siłami w kompleksie sorpcyjnym. Udział ten
maleje wraz ze wzrostem kwasowości. Kwasowość wymienna zanika w glebach o pH
wyŜszym niŜ 5,5 bowiem w glebach o takim odczynie jony [Al(H2O)6]3+ ulegają hydrolizie do
jonów [Al(OH)(H2O)5]2+ i [Al(OH)2(H2O)4]+, mających zdolność tworzenia polimerów, które
ulegają bardzo silnej, niewy-miennej sorpcji na cząsteczkach fazy stałej gleby. Najprostszym
przykładem polimeru glinowego jest dimer [Al2(OH)2(H2O)8]4+, powstający w wyniku
połączenia się dwóch jonów [Al(OH)(H2O)5]2+.
Kwasowość hydrolityczna obejmuje jony wodorowe oraz glinowe związane wymiennie i
niewymiennie przez kompleks sorpcyjny gleby. Jest ona sumą wszystkich jonów wodorowych
w glebie. Występuje w glebach obojętnych, a nawet zasadowych. Oznacza się ją w celu
obliczenia pojemności kompleksu sorpcyjnego (ćwiczenie 8), oraz w celu określenia dawki
nawozu wapniowego, która teoretycznie doprowadzi odczyn gleby do obojętnego (ćwiczenie
9).
Józef Wójcik. Oznaczanie kwasowości hydrolitycznej gleby metodą Kappena
7.2. Zasada metody.
Oznaczanie kwasowości hydrolitycznej polega na wyparciu jonów wodorowych i glinowych z
kompleksu sorpcyjnego za pomocą roztworu soli hydrolizującej zasadowo (octan wapniowy
lub sodowy), doprowadzonej do pH 8,2. Jako sól słabego kwasu i mocnej zasady ma ona duŜą
zdolność wypierania jonów wodorowych i glinowych z kompleksu sorpcyjnego, poniewaŜ jej
anion jest silnym akceptorem wodoru.
Ca Na
H Na
K
H
H
Ca
Mg
K
Mg
Kompleks H + n(CH3COO)2Ca →
Kompleks
sorpcyjny H
Ca sorpcyjny Ca
Ca
Ca
Ca
Ca H
Ca
6CH3COOH
+
(n-3)(CH3COO)2Ca
Powstający w wyniku reakcji kwas octowy jest miareczkowany mianowanym roztworem
wodorotlenku sodowego. Jednorazowe potraktowanie próbki gleby roztworem ekstrakcyjnym
nie doprowadzi do wyparcia wszystkich jonów wodorowych i glinowych z kompleksu
sorpcyjnego. Ekstrakcję tej samej próbki naleŜało by powtarzać kilkakrotnie, za kaŜdym
razem uŜywając nowej porcji octanu. Aby tego uniknąć wynik miareczkowania mnoŜy się
przez ustalony empirycznie współczynnik 1,5.
7.3. Wykonanie ćwiczenia.
80 g powietrznie suchej gleby przesianej przez sito o średnicy oczek 1 mm odwaŜyć do
polietylenowej butelki o pojemności 330 cm3. Dodać 200 cm3 roztworu octanu wapniowego o
stęŜeniu 0,5 mol.dm-3. Zawartość butelki wytrząsać przez 1 godzinę, następnie sączyć zawiesinę,
odrzucając pierwszą, mętną partię przesączu. Odmierzyć 100 cm3 przesączu do kolby stoŜkowej
i miareczkować wobec fenoloftaleiny mianowanym roztworem NaOH o stęŜeniu 0,05 mol.dm-3.
7.4. Obliczenia.
1.
2.
3.
4.
Obliczyć liczbę cmoli NaOH, zuŜytą na zmiareczkowanie przesączu.
Obliczyć jakiej masie gleby odpowiada wzięta do analizy objętość przesączu.
Obliczyć liczbę cmoli H+, jaka weszła w reakcję z NaOH.
Wynik pomnoŜyć przez 1,5 (współczynnik) i wyrazić w centymolach ładunku na
kilogram gleby [cmolc.kg-1].
7.5. Odczynniki.
1. Roztwór octanu wapniowego o stęŜeniu 0,5 mol.dm-3,
2. Mianowany roztwór NaOH o stęŜeniu około 0,05 mol.dm-3,
3. Roztwór fenoloftaleiny o stęŜeniu 1 %.
7.6. Pytania kontrolne.
1. Wyjaśnij pojęcie kwasowości wymiennej i hydrolitycznej.
2. W jaki sposób moŜna zmiejszyć zakwaszenie gleby ?
3. Oblicz dawkę nawozu zawierającego 40 % Ca (w Mg na hektar) potrzebną do
zobojętnienia kwasowości hydrolitycznej w warstwie gleby o miąŜszości 25 cm na
powierzchni 1 ha, jeŜeli wartość Hh wynosi 2,5 cmolc.kg-1, a gęstość objętościowa ρv
= 1,5 g.cm-3.
2