Ćwiczenie 5: Sorpcyjne właściwości gleb

Podobne dokumenty
Politechnika Gdańska Wydział Chemiczny. Katedra Technologii Chemicznej

Ćwiczenie 8. Oznaczanie sumy zasad i obliczanie pojemności sorpcyjnej gleby 8.1. Wprowadzenie. Faza stała gleby ma zdolność zatrzymywania par, gazów,

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Kaźmierowski C., Zakład Gleboznawstwa i Teledetekcji Gleb UAM Poznań

UKŁADY DYSPERSYJNE GLEB KOLOIDY GLEBOWE

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Temat 7. Równowagi jonowe w roztworach słabych elektrolitów, stała dysocjacji, ph

KONDUKTOMETRIA. Konduktometria. Przewodnictwo elektrolityczne. Przewodnictwo elektrolityczne zaleŝy od:

Właściwości chemiczne gleby. Do koloidów glebowych zalicza się cząstki, o średnicy mniejszej od (0.002) mm.

You created this PDF from an application that is not licensed to print to novapdf printer (

Ćw.1 ph-metryczne oznaczanie kwasowości gleby.

SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA Z CHEMII DLA KLASY II GIMNAZJUM Nauczyciel Katarzyna Kurczab

Część I. TEST WYBORU 18 punktów

HYDROLIZA SOLI. 1. Hydroliza soli mocnej zasady i słabego kwasu. Przykładem jest octan sodu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

Wodorotlenki. n to liczba grup wodorotlenowych w cząsteczce wodorotlenku (równa wartościowości M)

Chemia - B udownictwo WS TiP

Prof. dr hab. Anna Miechówka. Faza stała gleby

Związki nieorganiczne

Wewnętrzna budowa materii

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW.

OZNACZANIE ZAWARTOŚCI MANGANU W GLEBIE

V KONKURS CHEMICZNY 23.X. 2007r. DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA ŚWIĘTOKRZYSKIEGO Etap I czas trwania: 90 min Nazwa szkoły

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Zadanie 4. Mrówczan metylu ma taki sam wzór sumaryczny jak: A. octan etylu. C. kwas mrówkowy. B. octan metylu. D. kwas octowy.

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

TEST NA EGZAMIN POPRAWKOWY Z CHEMII DLA UCZNIA KLASY II GIMNAZJUM

III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2010/2011. ETAP I r. Godz Zadanie 1

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

WYMAGANIA EDUKACYJNE na poszczególne oceny śródroczne i roczne Z CHEMII W KLASIE II gimnazjum

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Gleboznawstwo Chemia gleby

Wymagania z chemii na poszczególne oceny Klasa 2 gimnazjum. Kwasy.

XI Ogólnopolski Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2018/2019. ETAP I r. Godz Zadanie 1 (10 pkt)

CHEMIA KLASA II I PÓŁROCZE

PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA ZADAŃ

KONKURS CHEMICZNY ROK PRZED MATURĄ

WYMAGANIA EDUKACYJNE w klasie II

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW

- w nawiasach kwadratowych stężenia molowe.

Scenariusz lekcji w technikum zakres podstawowy 2 godziny

Litowce i berylowce- lekcja powtórzeniowa, doświadczalna.

FIZYCZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB

OZNACZANIE ODCZYNU GLEBY

Szczegółowy opis treści programowych obowiązujących na etapie szkolnym konkursu przedmiotowego z chemii 2018/2019

PODSTAWY STECHIOMETRII

OZNACZANIE WŁAŚCIWOŚCI BUFOROWYCH WÓD

Wymagania edukacyjne niezbędne do uzyskania poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych. CHEMIA klasa II.

OBLICZANIE WYNIKÓW ANALIZ I

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY. PRACOWNIA MATERIAŁOZNAWSTWA ELEKTROTECHNICZNEGO KWNiAE

Zasady oceniania z chemii w klasie II w roku szkolnym 2015/2016. Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra

Kryteria oceniania z chemii kl VII

ĆWICZENIE 2 WSPÓŁOZNACZANIE WODOROTLENKU I WĘGLANÓW METODĄ WARDERA. DZIAŁ: Alkacymetria

WYMAGANIA EDUKACYJNE

Wymagania programowe na poszczególne oceny. Chemia Kl.2. I. Kwasy

Wymagania programowe na poszczególne oceny. IV. Kwasy. Ocena bardzo dobra. Ocena dostateczna. Ocena dopuszczająca. Ocena dobra [1] [ ]

Zad: 5 Oblicz stężenie niezdysocjowanego kwasu octowego w wodnym roztworze o stężeniu 0,1 mol/dm 3, jeśli ph tego roztworu wynosi 3.

ĆW. 2. PODATNOŚĆ ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH NA BIODEGRADACJĘ (2 a)

Ćwiczenie 9. Oznaczanie potrzeb wapnowania gleb Wprowadzenie. Odczyn gleby jest jednym z podstawowych wskaźników jej Ŝyzności.

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

KONKURS CHEMICZNY,,ROK PRZED MATURĄ

HYDROLIZA SOLI. Przykładem jest octan sodu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

I Etap szkolny 16 listopada Imię i nazwisko ucznia: Arkusz zawiera 19 zadań. Liczba punktów możliwych do uzyskania: 39 pkt.

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2011/2012 eliminacje rejonowe

a) Sole kwasu chlorowodorowego (solnego) to... b) Sole kwasu siarkowego (VI) to... c) Sole kwasu azotowego (V) to... d) Sole kwasu węglowego to...

Zasady zapisywania wzorów krzemianów

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

Test kompetencji z chemii do liceum. Grupa A.

Podstawy i ogólne zasady pracy w laboratorium. Analiza miareczkowa.

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

1. za pomocą pomiaru SEM (siła elektromotoryczna róŝnica potencjałów dwóch elektrod) i na podstawie wzoru wyznaczenie stęŝenia,

Powstawanie żelazianu(vi) sodu przebiega zgodnie z równaniem: Ponieważ termiczny rozkład kwasu borowego(iii) zachodzi zgodnie z równaniem:

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE. dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH WYMIANA JONOWA

Chemia Nowej Ery Wymagania programowe na poszczególne oceny dla klasy II

Obliczanie stężeń roztworów

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów gimnazjów 16 stycznia 2015 r. zawody II stopnia (rejonowe)

Konkurs przedmiotowy z chemii dla uczniów dotychczasowych gimnazjów. 07 marca 2019 r. zawody III stopnia (wojewódzkie) Schemat punktowania zadań

imię i nazwisko, nazwa szkoły, miejscowość Zadania I etapu Konkursu Chemicznego Trzech Wydziałów PŁ V edycja

XXIII KONKURS CHEMICZNY DLA GIMNAZJALISTÓW ROK SZKOLNY 2015/2016

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej z chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJUM ROK SZKOLNY 2013/2014 ETAP SZKOLNY

Kryteria oceniania z chemii dla klasy drugiej DLA UCZNIÓW Z OBOWIĄZKIEM DOSTOSOWANIA WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

dla której jest spełniony warunek równowagi: [H + ] [X ] / [HX] = K

Wymagania programowe na poszczególne oceny CHEMII kl. II 2017/2018. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń:

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

Zadanie 2. [2 pkt.] Podaj symbole dwóch kationów i dwóch anionów, dobierając wszystkie jony tak, aby zawierały taką samą liczbę elektronów.

Wewnętrzna budowa materii - zadania

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

ĆWICZENIE 7 WSPÓŁOZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU I OBLICZANIE TWARDOŚCI WODY. DZIAŁ: Kompleksometria

Chemia I Semestr I (1 )

Wymagania programowe na poszczególne oceny. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń: Ocena dostateczna [1 + 2]

XV Wojewódzki Konkurs z Chemii

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej w poszczególnych tematach podręcznika Chemia Nowej Ery dla klasy siódmej szkoły podstawowej

10. ALKACYMETRIA. 10. Alkacymetria

Transkrypt:

Ćwiczenie 5: Zalecana literatura: Geneza, analiza i klasyfikacja gleb - Mocek A., Drzymała S., Wyd. UP w Poznaniu, 2010, strony 198-216, Gleboznawstwo - red. S. Zawadzki, PWRiL, W-wa, 1999. strony 205-219 Badania ekologiczno-gleboznawcze Bednarek i in. PWN, W-wa, 2004, str.176-200. polecam: www.au.poznan.pl/kgir/dydaktyka/w-3.doc oraz http://karnet.up.wroc.pl/~pwoz/koloidy.html) O zjawiskach sorpcyjnych zachodzących w glebach decydują silnie zdyspergowane cząstki koloidalne, tworzące tzw. KOMPLEKS SORPCYJNY gleby. Są to koloidy mineralne oraz organiczne. Koloidy mineralne to głównie minerały ilaste (montmorylonit, kaolinit, illit, wermikulit, chloryt) oraz krystaliczne tlenki Ŝelaza i glinu. Koloidy organiczne to próchnica (kwasy humusowe) i kompleksy mineralno-próchniczne. W chemii fizycznej wyróŝnia się procesy: adsorpcji i absorpcji. Absorpcja - pochłanianie przez sorbenta gazów, par, jonów oraz cząsteczek niezdysocjowanych. Adsorpcja - procesem zagęszczenia jonów lub cząsteczek na powierzchni sorbenta, zachodzący na granicy faz - zjawiska te określane są mianem sorpcji. Występowanie sorpcji na powierzchni koloidów jest konsekwencją obecności ładunku elektrycznego na ich powierzchni. Są to głównie ładunki ujemne umoŝliwiające sorpcję kationów, koloidy obdarzone dodatnim ładunkiem występują w Polskich glebach w bardzo małych ilościach, dlatego sorpcja anionów jest znikoma. Rys. 1. Schemat budowy cząstki koloidalnej wyjaśniający obecność ładunków na powierzchni wg Gorbunowa (red. Zawadzki, 1999) Rys. 2. Wpływ odczynu na wielkość ładunku na powierzchni koloidów (red. Zawadzki, 1999) Jądro (zwane ultramikronem) moŝe mieć budowę krystaliczną lub amorficzną, a strukturę zbitą lub porowatą. Ujemny ładunek jądra powoduje, Ŝe na skutek oddziaływań elektrostatycznych od strony roztworu glebowego tworzą się warstwy jonów (rys. 1 i 3): WPJ (wewnętrzna powłoka jonowa), są to jony silnie związane, nieruchome, o ładunku przeciwnym względem jądra - ujemnie lub dodatnio naładowane, które moŝna uznać za część jądra; ZPJ (zewnętrzna powłoka jonowa), jony kompensujące ładunek WPJ (o ładunku przeciwnym), tworzą dwie warstwy:

o o warstwa adsorpcyjna (Sterna-Helmholtza) warstwa silnie przylegających do WPJ nieruchomych jonów + ; są jony nieuwodnione (warstwa Sterna) oraz jony zhydratyzowane (warstwa Helmholtza), warstwa dyfuzyjna - jony + oddalone od WPJ i podlegające zjawisku sorpcji wymiennej. Słabiej wiązane mogą przenikać do roztworu glebowego, jak teŝ jony z roztworu mogą przenikać do tej warstwy. Koncentracja jonów maleje wprost proporcjonalnie do wzrostu odległości od powierzchni cząsteczki koloidalnej, aŝ do osiągnięcia stanu równowagi jonowej z roztworem. Rys. 3. Rozkład wielkości potencjału elektrycznego wokół cząsteczki koloidalnej (http://karnet.up.wroc.pl/~pwoz/koloidy.html) Na granicy warstwy jonów nieruchomych (w. Sterna-Holmholtza) i ruchomych jonów warstwy dyfuzyjnej, powstaje płaszczyzna poślizgu, w której tworzy się dodatkowy potencjał elektryczny (ściślej elektrokinetyczny). Potencjał ten, określany jako potencjał Zeta, zwiększa potencjalną pojemność sorpcyjną koloidów glebowych. Ze względu na genezę ujemnych ładunków koloidów glebowych wyróŝnia się ładunki trwałe ładunki zaleŝne od ph Rys. 4. Powstawanie ujemnych ładunków na powierzchni koloidów mineralnych i organicznych. a i c ładunki zaleŝne od ph, b ładunki trwałe izomorficzna wymiana. Ładunki trwałe - niezaleŝne od odczynu. Ładunki takie powstają w wyniku izomorficznej wymiany atomu w sieci kryształu na atom o niŝej wartościowości, przy czym podstawiany jon ma rozmiar zbliŝony do atomu pierwotnego, a struktura kryształu nie ulega zmianie (rys. 4b). Podstawienie atomów zachodzi zarówno w warstwach tetraedrycznych (krzemowych), jaki i oktaedrycznych (glinowych): w warstwach tetraedrycznych w miejsce krzemu Si +4 podstawiany jest glin AL +3 w warstwach oktaedrycznych glin AL +3 podstawiany jest jonami Mg +2 i Fe +2.

Ujemny ładunek powstający po izomorficznej wymianie jest trwały i niezaleŝny od ph. W montmorylonicie podstawienie moŝe występować w obu warstwach, jednak większa ilość ładunków powstaje w wyniku podstawień w warstwach oktaedrycznych. Natomiast w illicie, gdzie podstawienie zachodzi takŝe w obu warstwach, więcej ładunków powstaje w warstwie tetraedrycznej. Ładunki zaleŝne od ph: Koloidy mineralne Źródłem ładunków są niewysycone wartościowości na krawędziach krystalicznych struktur pakietowych. Ponadto na powierzchniach płaszczyzn, np. kaolinitu, wystają grupy wodorotlenowe (-OH), stanowiące punkty wymiany jonów (rys. 3a). Wodór z tych grup oddysocjowuje przy wysokim ph (zjawiska buforowania), a na powierzchni koloidu powstaje ujemny ładunek, którego nośnikiem jest O -. Tego rodzaju - ładunki stanowią większość ładunku w dwuwarstwowych minerałach ilastych (1:1). W minerałach trójwarstwowych (2:1), ładunki zaleŝne od ph stanowią do 25% ogólnej liczby ładunków i występują głównie w naroŝach krawędziach na krawędziach zniszczonych struktur krystalicznych (rys. 2). Koloidy organiczne W związkach humusowych (próchnicy) występują grupy funkcyjne: karboksylowa (-COOH), fenolowa (-OH), wodorotlenowa (-OH, tu jako hydroksylowa), W grupach tych wodór związany jest słabym wiązaniem kowalencyjnym i moŝe oddysocjowywać przy wyŝszym ph. Zjawiska te związane są z tzw. właściwościami buforowymi gleb. Po dysocjowaniu wodoru na koloidach powstają ujemne ładunki. W miejsce wodoru moŝe być przyłączony ponownie kation wodoru lub równowaŝna ilość innego kationu kationów. Rys.5. Mechanizm powstawania ujemnych ładunków w koloidach próchnicznych o tlenkach glinu (Józefaciuk 2004) Sorpcja wymienna polega na wymianie jonów pomiędzy roztworem glebowym a koloidalnym kompleksem sorpcyjnym. W miejsce jonów zaadsorbowanych na powierzchni koloidów glebowych wchodzi równowaŝna chemicznie ilość jonów z roztworu glebowego. Podczas reakcji wymiany ustala się stan dynamicznej równowagi między ilością i strukturą kationów występujących w roztworze glebowym a ilością odpowiednich jonów w kompleksie sorpcyjnym. Sorpcja wymienna dotyczy głównie kationów: Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, NH + 4, H + oraz Al 3+. Pojemność sorpcyjną gleby, wyraŝaną w jednostkach elektrochemicznych, wyznacza sumaryczna ilość wszystkich wymiennie sorbowanych jonów. 1 cmol(+)/ kg gleby = 1 mmol(+)/100 g gleby = 1 me/100 g gleby mval/kg = [(mmol/100g) x 10] wartościowość pierwiastka 1 me wyraŝa sorpcję jednego ładunku + jonu. MiligramorównowaŜnik (mgr) to masa substancji, która zastępuje lub wiąŝe 1 mg wodoru (jeden + ), obliczana przez podzielenie masy atomowej (lub cząsteczkowej) przez wartościowość jonu. Przykład: Mg +2 (masa atomowa 24) elektrochemicznie jest równowaŝny dwóm jonom H +, a masa Mg która moŝe zastąpić 1 mg H wynosi 24/2 = 12 mg. Inne przykłady mgr: 40 40 + 12 + 3 16 Ca = = 20 mg CaCO 3 = = 50 mg 2 2 39 24 + 12 + 3 16 K = = 39 mg MgCO3 = = 42 mg 1 2 23 40 + 16 Na = = 23 mg CaO = = 28mg 1 2

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA SORPCJĘ 1. Budowa sorbenta Poszczególne koloidy (sorbenty) obdarzone są róŝną wielkością ładunku. Rodzaj sorbenta, wielkość powierzchni sorpcyjnej i wielkość ładunku decyduje o ilości wiązanych jonów oraz o energii wiązania poszczególnych jonów (kolejności wiązania). PoniŜej zestawiono przykładowe pojemności sorpcyjne wybranych sorbentów: Koloid Pojemność sorpcyjna cmol (+)/kg Montmorylonit 80-120 Kaolinit 3-15 Illit 20-50 Chloryt 10-40 Wermikulit 100-200 Tlenki Fe I Al 4 Alofan 100 Próchnica 150-300 2. Odczyn Odczyn wpływa na ilości ujemnych ładunków, w zaleŝności od budowy koloidu róŝna jest ilość ładunków zaleŝnych od ph (rys. 2). Wapnowanie wykonane przed wysianiem nawozu, wpływa na wzrost ph i zwiększa pojemność sorpcyjną gleby. 3. Rodzaj kationu Wzajemne wypieranie się kationów nie odbywa się zgodnie z prawem działania stęŝeń jak równieŝ zgodnie z energią sorbcji i desorpcji kationów. Energia potrzebna do zasorbowania kationów maleje wraz ze wzrostem wartościowości, a przy równej wartościowości, maleje wraz ze wzrostem masy atomowej kationu. Zjawisko sorpcji dotyczy jonów uwodnionych. Dla jonów uwodnionych średnica maleje w kierunku od Li + do H +. Jony słabo uwodnione (z prawej) mają mniejszą średnicę i są łatwiej sorbowane niŝ silnie uwodnione jony jednowartościowe (z lewej). Wodór jest tutaj wyjątkiem, choć jest najmniejszy i ma najmniejsza masę, zachowuje się jak jon dwu- lub trójwartościowy, jest najsilniej uwodniony i jednocześnie najsilniej sorbowany. Szereg elektrochemiczny kationów wskazuje na wielkość energia wejścia do kompleksu sorpcyjnego. Kationy łatwo sorbowane są trudno usuwalne z KS. Li + < Na + < NH 4 + = K + < Mg 2+ < Ca 2+ < Al 3+ < Fe 3+ <H + Wzrost energii adsorpcji kationów [wejścia do kompleksu sorpcyjnego] Wzrost energii desorpcji kationów [wyjścia z kompleksu sorpcyjnego] Uogólniając: Ładunek elektryczny zaleŝy od wartościowości kationu, jony o małym promieniu w stanie dehydratacji wykazują większą gęstość ładunku na jednostkę objętości i silnie się uwadniają, co zwiększa ich promień w stanie hydratacji (szczególnie jonu jednowartościowe), wzrost promienia w stanie hydratacji zwiększa odległość między jądrem i naładowaną powierzchnią koloidów, wzrost odległości od powierzchni koloidów zmniejsza siły oddziaływania i wiązania, najmniejszą energię wejścia do kompleksu sorpcyjnego wykazuje H +, następnie jony trójwartościowe, dwuwartościowe, a najmniejszą jonu jednowartościowe. Przy jednakowej wartościowości łatwiej sorbowane są kationy o większej masie (mają mniejszą energie wejścia) Kationy łatwo sorbowane (o małej energia wejścia) są trudniej usuwalne z kompleksu sorpcyjnego (wykazują duŝą energie wyjścia).

4. StęŜenie jonów w roztworze glebowym Sorpcja wymienna jest procesem dynamicznym, w którym w sposób ciągły ustala się dynamiczna równowaga między stęŝeniem i składem jonów w roztworze glebowym i ich reprezentacją w kompleksie sorpcyjnym. DuŜe stęŝenie jonów w roztworze glebowym zwiększa ich sorpcję, w ten sposób jony o duŝej energii wejścia (słabo sorbowane) mogą równieŝ przenikać do kompleksu sorpcyjnego (np. Na + ). Rys. 6 Wymiana jonów w środowisku glebowym (Mocek i in. 2004) METODY OZNACZANIA CAŁKOWITEJ KATIONOWEJ POJEMNOŚCI SORPCYJNEJ [CEC] PoniewaŜ w większości gleb świata dominują koloidy mineralne i organiczne o ładunku ujemnym, rozwaŝana jest głównie kationowa pojemność sorpcyjna. W charakterystyce sorpcji wymiennej uŝywane są pojęcia: kationy wymienne, suma zasad i pojemność wymienna kationów. Kationy wymienne Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, H + są to wymienne formy poszczególnych kationów występujących w glebie. Powszechnie oznacza się 5 kationów: Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, H +, które stanowią absolutna większość (>99%) w kompleksie sorpcyjnym. Suma zasad S (ang. TEB) jest to suma kationów o charakterze zasadowym, Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, zabsorbowanych przez glebę wyraŝona w [mmol(+)/100 g], [me/100 g], lub [cmol(+)/ kg]. Metody oznaczania: Sumowanie poszczególnych kationów zasadowych, przy czym kaŝdy oznacza się oddzielnie w wyciągu glebowym uzyskanym przez przemywanie gleby roztworami soli. Kationy wyparte z kompleksu oznacza się dostępnymi metodami. Wyparcie z gleby kationów zasadowych przy uŝyciu kwasów np. HCl [w metodzie Kappena], wyniku reakcji część kwasu zostaje zobojętniona. Odpowiada to sumie wymiennych kationów zasadowych, a określa się ją przez miareczkowanie zasadą nadmiaru kwasu pozostałego w przesączu po reakcji z glebą. Ogólne kryteria interpretacji sumy zasad: Klasa S S [cmol (+)/kg] Warunki siedliskowe niska < 5 dystroficzne średnia 5-15 mezotroficzne wysoka >15 eutroficzne Pojemność wymiany kationów PWK (ang. CEC) - jest to suma wszystkich kationów zasadowych (Ca 2+, Mg 2+, K +, Na + ) i kwasowych (H +, Al 3+ ) zabsorbowanych przez glebę. WyraŜamy ją w: [me/100 g], [cmol (+) /kg]. PoniewaŜ wielkość ujemnego ładunku wielu koloidów zaleŝy od ph gleby, stąd takŝe PWK zaleŝna jest od ph gleby, stąd wyróŝnia się dwa rodzaje pojemności sorpcyjnej:

Efektywna lub rzeczywista, PWEe lub PWKr odnosi się do naturalnego ph gleby i określa aktualne zdolności sorpcyjne. Potencjalna, PWKp występuje po wapnowaniu lub w glebach naturalnie zasobnych w węglany, standardowo przyjmuje się wartość ph 8,2 (jest nieadekwatna dla gleb o odczynie kwaśnym). Standardowo PWK oznaczana roztworem buforowanym do ph 7 (Bednarek i in. 2004). Metody oznaczania KPW Pośrednio przez zsumowanie poszczególnych kationów. Np. próbka gleby traktowana jest roztworem BaCl 2 w celu wysycenia wszystkich potencjalnych pozycji wymiennych, następnie po reakcji w roztworze oznaczana jest zawartość wypartych jonów zasadowych Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, a jony kwaśne (H +, Al 3+ ) oznaczane są odrębnie (metodą Sokołowa); Bezpośrednio na podstawie analizy jednego kationu, którym wysyconane są wszystkie miejsca wymiany jonów, przy uŝyciu octanów lub chlorków: amonu lub baru, a ilość kationów zasorbowanych z tych soli (np. baru) jest miarą pojemności wymiennej kationów. Np. próbka tak jak powyŝej traktowana jest roztworem BaCl 2 w celu wysycenia wszystkich potencjalnych pozycji wymiennych (w uzyskanym roztworze oznaczyć moŝna stęŝenia wypartych jonów zasadowych), a następnie desorbuje się bar roztworem 1M Mg 2+ lub 1M NH 4 +, a ilość wypartego baru w relacji do masy próbki wyznacza pojemność sorpcyjną. Ogólne kryteria interpretacji KPW [cmol (+)/kg] Klasa KPW Martin i Nolin, European Soil Bureau, 1991 b. niska < 6 niska 6-12 < 15 średnia 12-25 15-40 wysoka 25-40 > 40 b. wysoka > 40 Stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego zasadami V - procentowy udział kationów zasadowych (Ca2+, K+, Mg2+, Na+) w całkowitej pojemności sorpcyjnej. jest równieŝ waŝną cechą Ŝyzności gleby: V S [%] = 100 PWK gdzie: S, PWK - odpowiednio suma zasad i pojemność wymienna kationów (w jednakowych jednostkach). W glebach uprawnych stopień wysycenia zasadami jest waŝnym wskaźnikiem agrotechnicznej jakości gleby. Przyjąć moŝna, Ŝe przy ph około 5-6 wysycenie zasadami wynosi około 50 %, wartości poniŝej 25% wskazują na szczególne naraŝenie gleb na szybkie zakwaszenie i degradację chemiczną. Generalnie V< 50% wskazuje na wadliwy sposób uprawy, V na poziomie 50-75 % równieŝ wskazuje błędy agrotechniczne, dopiero wartości powyŝej 85% świadczą o dobrym stanie fizykochemicznym gleby (dobrej agrotechnice). W najlŝejszych glebach uprawnych, wytworzonych z piasków luźnych, nawet mimo właściwie wykonywanych zabiegów, trudno jest uzyskać wysoką jakość agrotechniczną gleby. DuŜe nakłady pracy i środków, przy plonowaniu uzaleŝnionym od rozkładu opadów powodują, Ŝe takie często przeznaczane są pod zalesienia lub na cele nierolnicze (klasy bonitacyjne VI, VIz). Oznaczanie sumy zasad metodą Kappena - Metoda stosowana TYLKO w glebach bezwęglanowych, nie jest uŝywana w badaniach naukowych!!. Jest jednak prosta, pozwala na zrozumienie mechanizmu desorpcji i wymiany jonów oraz umoŝliwia szybkie rozpoznanie badanej cechy w utworach bezwęglanowych. 1. 20 g gleby powietrznie suchej umieścić w butelce plastikowej o pojemności co najmniej 120 cm 3 2. Dodać 100 cm 3 0,1 M HCl i wytrząsać przez 2 godz. na mieszadle rotacyjnym przy prędkości obrotowej około 40 obr./min. 3. Następnie przefiltrować zawiesinę przez średni sączek,odrzucając pierwsze krople przesączu. 4. Pobrać pipetą 25 cm 3 przesączu i przenieść do kolby stoŝkowej o pojemności 100 cm 3.

5. Dodać 2-3 krople 1 % fenoloftaleiny i miareczkować pozostały w ekstrakcie kwas roztworem 0,1 M NaOH do słabo róŝowego zabarwienia utrzymującego się przez 15-20 s. (próbki moŝna miareczkować potencjometrycznie do ph 8,25). 6. Zmiareczkować roztwór 0 w 2-3 powtórzeniach - pobierać dokładnie w taką samą objętość 25 cm 3 0,1 M HCl dadawanego do nawaŝek gleby, przenieść do kolb stoŝkowych, dodać 2-3 krople 1 % fenoloftaleiny i miareczkować jak powyŝej. Schemat reakcji: M I C E L A - Na M - H NaCl = Ca I = H H CaCl 2 - K C - H KCl = Ca + nhcl E = H H + (n-8) HCL + CaCl 2 =Mg L = H H MgCl 2 - H A - H Obliczanie wyników: Suma wymiennych kationów zasadowych obliczana jest ze wzoru: S = mgr NaOH 100 20 V Vc = me 1 ("0" a) m 20 = cmol kg NaOH 100g a objętość 0,1 m NaOH zuŝyta do miareczkowania badanego ekstraktu, cm 3 0 objętość 0,1 m NaOH zuŝyta do miareczkowania roztworu 0,1 M HCl, cm 3 (średnia z powtórzeń), V objętość ekstraktu wzięta do miareczkowania, tj. 25 cm 3, Vc objętość roztworu 0,1 M HCl do zalania nawazki, tj. 100 cm 3, M stęŝenie molowe roztworu NaOH, 100/(20 v/v c ) przeliczenie na 100 gram gleby, tj. 20 ( + ) W glebach o ilastych lub o duŝej zawartości materii organicznej (tj. duŝej pojemności sorpcyjnej) nawaŝkę naleŝy zmniejszyć do 10 g, a suma jonów zasadowych wyznaczyć z odpowiednio przekształconego wzoru : S = mgr NaOH 100 = 10 V Vc 100g me 1 ("0" a) m 40 = cmol kg NaOH ( + )