Семестровая работа по «Химия окружающей среды»

 

 

 

   3 Факторы оказывающие влияние на интенсивность физико-химических процессов в почве.

Поглотительною способностью почв называется ее свойство обменно  или необменно поглощать твердые, жидкие или газообразные вещества или  увеличивать их концентрацию у поверхности  коллоидных частиц.

К.К. Гедройц  выделил 5 видов поглотительной способности: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую.

Механическая – это  свойство почвы поглощать твердые  частицы, поступающие с водой  или воздухом, размеры которых  не превышают размеры почвенных  пор.

Физическая – это  свойство почвы изменять концентрацию молекул различных веществ на поверхности твердых частиц за счет физического взаимодействия молекул. При этом изменяется величина поверхности  и поверхностная энергия. Вследствие стремления    дисперсной системы к уменьшению поверхностной энергии происходит укрупнение частиц твердой фазы путем адсорбции на поверхности частиц некоторых веществ.  Такими веществами являются органические кислоты, многие высокомолекулярные органические соединения. Они притягиваются  к поверхности тонкодисперсных частиц, испытывая положительную физическую адсорбцию.

Многие минеральные  кислоты, соли (нитраты, хлориды), щелочи отталкиваются от твердых частиц и испытывают отрицательную физическую адсорбцию. Они слабо удерживаются в почве и легко вымываются из профиля.

Физической адсорбции  подвергаются пары и газы, особенно  N и СО₂.

Химическая поглотительная способность (хемосорбция) обусловлена  образованием труднорастворимых соединений в почве с кислой реакцией.  Сорбция фосфатов на поверхности гидрооксидов  Fe и Al  в почве с нейтральной и щелочной реакцией.  Образование труднорастворимых    CaPH₄ , образование Al-Fe –гумусовых комплексов, глинисто-гумусовых комплексов.

Биологическая -  обусловлена  поглощением элементов питания и О₂ корнями растений, м/о. Характеризуется большой избирательностью.

Физико-химическая обусловлена  наличием ППК, представленного почвенными коллоидами. ППК обладает способностью поглощать и обменивать иt⁺    и an^-    поверхностной части коллоидов на эквивалентное количество ионов почвенного раствора.  Физико-химическая поглотительная способность обуславливает физико-химические свойства почв, такие как кислотность, буферная способность.

Почвенно-поглощающий  комплекс (ППК)

Поглотительной способностью обладают коллоиды (частицы 0,2 –0,001 мкм), предколлоидная фракция 1-0,2 мкм. Характерной особенностью их является большая удельная поверхность. Это и определяет их высокую химическую активность.

 

 

Кислотность и щелочность почв

 

Реакция почвы обусловлена  наличием и соотношением в почвенном растворе водородных (Н⁺) и гидроксильных (ОН^¯) ионов и характеризуется величиной рН. Эта величина соответствует отрицательному логарифму активности водородных ионов в растворе. В зависимости от состава растворенных веществ и характера их взаимодействия с твердой фазой почв, определяющих соотношение между концентрациями    Н⁺ и ОН^¯ ионов в почвенном растворе, почвы могут иметь нейтральную рН=7, кислую рН < 7, щелочную рН > 7 реакцию.

Реакция почвы зависит  от совокупного действия ряда факторов:

1. Химического и минерального состава минеральной части почвы
2. Наличия свободных солей
3. Содержания и качества органического вещества
4. Состава почвенного воздуха
5. Влажности почвы
6. Жизнедеятельности организмов

Нейтральные, кислые, щелочные соли, переходя из твердой фазы в раствор при увлажнении и обратно при иссушении, оказывают влияние на реакцию почв.

Одной из наиболее распространенных в почве минеральных кислот явлется  угольная кислота. При окислении  сульфидов в почвах может образовываться серная кислота. Значительное подкисление почвенного раствора  может вызвать ненасыщенные катионами ГК и ФК. Слаборазложившиеся остатки органического вещества лесной подстилки имеют кислую реакцию. В результате  жизнедеятельности грибов и бактерий, разложения растительного опада, выделения корнями или насекомыми в почву могут присутствовать свободные органические кислоты.

Кислотность почв

Различают актуальную и  потенциальную кислотность.

Актуальная  кислотность обусловлена наличием водородных ионов в почвенном растворе, активность которых зависит от ионной силы раствора. Актуальная кислотность определяется при взаимодействии почвы с дистиллированной водой. Иногда рН почвы определяют непосредственно  в почве, но почва должна быть достаточно увлажненной.

Потенциальная кислотность – способность почвы при взаимодействии с растворами солей проявлять себя как слабая кислота. Потенциальная кислотность определяется свойствами твердой фазы почвы, обусловливающей появление дополнительного количества протонов в растворе при взаимодействиях с удобрениями. Потенциальная кислотность подразделяется на обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность  определяется при взаимодействии почвы  с раствором нейтральных солей. При этом происходит эквивалентный  обмен катионов нейтральной соли на ионы водорода, алюминия и др., находящиеся в ППК. Обычно для определения обменной кислоты почв используют 1 н раствор КCl.

Природа     обменной кислотности зависит от состава  и свойств почвенных коллоидов. Кислотность органических почвенных  коллоидов (ГК, ФК) обусловлена главным образом обменным Н функциональных групп.  Источником его служат органические кислоты и угольная кислота.

Кислотность минеральных  коллоидов связана с наличием в ППК обменных ионов Н⁺ Al⁺⁺⁺, Fe⁺⁺⁺. Источником служат ионы кристаллической решетки глинистых минералов и гидроксидов, мобилизуемые органическими кислотами.

[ППК¯ ] Н⁺  + KCl →   [ППК] К + HCl

[ППК^3-] Al  ³⁺   + KCl → [ППК] Al +  AlCl₃ 

AlCl₃ + Н₂О    → HCl + (OH)₃

Гидролитическая кислотность обнаруживается при воздействии на почву раствора гидролитически щелочной соли сильного основания и слабой кислоты. При этом происходит более полное вытеснение поглощенного Н. Обычно используют 1 н р-р СН₃ СОО Na с рН 8,2. При взаимодействии уксуснокислого Na с почвой могут происходить реакции в зависимости от содержания в ней Al⁺⁺⁺ или Н⁺.

[ППК¯ ] Н⁺   + СН₃СООNa  → [ППК¯ ] Na⁺  + СН₃ СООН

Наличие потенциальной  кислотности характерно для почв, обедненных основаниями (Са²⁺ , Mg²⁺).

Кислая реакция почвы  неблагоприятна для большинства культурных растений и полезных микроорганизмов. Кислые почвы обладают неблагоприятными физическими свойствами. Из-за недостатка оснований органическое вещество в этих почвах не закрепляется, почвы обеднены питательными веществами.    Алюминий оказывает токсическое действие на растения. При содержании его 10-12 мг=экв/100 г.п. наблюдается выпадение клевера из состава растений.

Доля участия в ППК  обменных катионов Н⁺ и Al⁺⁺⁺ характеризует ненасыщенность почв основаниями.

СНО = Са  + Mg / ЕКО × 100 %

Основным приемом повышения продуктивности кислых почв служит известкование.

Щелочность почв

Обуславливается карбонатами  и гидрокарбонатами щелочных и щелочноземельных элементов, силикатами, алюминатами, гуматами натрия, анионами слабых кислот.

Определяющим моментом в создании щелочной реакции является присутствие в почве гидролитически щелочных солей слабых кислот и сильных оснований: Na₂СО₃, К₂СО₃, гидрокарбонатов Na и К, карбонатов Са и Mg, гидрокарбоната Са и др. Также ведут себя гуматы и фульваты щелочей.

Различают актуальную и потенциальную щелочность.

Актуальная  щелочность появляется у почв, содержащих поглощенный натрий. При взаимодействии почвы с Н₂СО₃  поглощенный натрий замещается Н^* и появляется сода.

[ППК ²¯]  2Na ⁺   + Н₂СО₃  → [ППК²¯ ] 2Н⁺  + Na₂СО₃

Сильнощелочная реакция  неблагоприятна для большинства  растений.  Высокая щелочность обусловливает  неблагоприятные физические и химические свойства. При рН 9-10 почвы отличаются  большой вязкостью, липкостью, водонепроницаемостью во влажном состоянии и твердостью, цементированностью и бесструктурностью  в сухом состоянии.

Для химической мелиорации содово-засоленных почв необходимы замещение  обменного Na на Са и нейтрализация  свободной соды:

[ППК ²¯]  2Na ⁺   + СаSО₄  =  [ППК²¯ ] Ca²⁺   + Na₂SО₄

Na₂CО₃ + CaSО₄   =  СаCО₄ + Na₂SО₄

Na₂CО₃  + H₂SО₄ = Na₂SО₄ + H₂O + CO₂

Химическая мелиорация щелочных почв производится путем гипсования, внесения Са(NО₃)₂ или материалов, содержащих  Н₂SО_{4 ,} Fe SО_4.

Поглотительная способность (ПС) почв – способность обменно или  необменно поглощать твердые, жидкие или газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности коллоидных частиц.