Как найти емкость катионного обмена

Почвенный
поглощающий комплекс — это совокупность
минеральных, органических и органоминеральных
компонентов твердой части почвы,
обладающих ионообменной способностью.
Катионный обмен — частный случай
ионного обмена, под которым в химии
понимают обратимый процесс стехиометрического
обмена ионами между двумя контактирующими
фазами. Материальным носителем
катионообменной способности почв
является ППК

Реакцию
обмена катионов А и Б формально можно
записать так:

П(А
)m + nБ ↔ П(Б )n + mА ,

где
П — почвенный поглощающий комплекс.
Эта форма записи показывает, что составная
часть почвы — ее поглощающий комплекс,
обозначаемый символом П (или ППК),—
отдает в раствор катионы в обмен на
эквивалентное количество катионов
другого рода. Например, при обмене ионов
Са2+ и Na+

ПСа2+
+ 2Nа+ ↔ ПNа+2 + Са2+ или А13+ и Са2+П(А13+)2 +
3Са2+ ↔ П(Са2+)3 + 2А13+.

Согласно
определению, в ППК входят и способные
к обменным реакциям катионы; в противном
случае этот комплекс не смог бы выделить
в ходе реакции эквивалентное количество
катионов в обмен на катионы почвенного
раствора. Не все твердые фазы почв
способны проявлять катионообменную
способность. Практически не обладают
обменной способностью такие минералы,
как кварц; очень слабо проявляется это
свойство во фракциях механических
элементов крупнее 0,002—0,005 мм. Способность
к поглощению и обмену катионов
сосредоточена главным образом в илистой
фракции почв.

Катионы,
которые входят в состав ППК и могут быть
замещены Катионами другого рода при
взаимодействии с нейтральными растрами
солей, называют обменными катионами, в
качестве синонима употребляют термин
поглощенные катионы. При характеристике
ППК и обменных реакций часто используют
термин обменные основания, под которым
понимают только обменные катионы Са2+,
Мg2+, К+ и Na+, тогда как в число обменных
катионов входят кроме того, Н+, А13+ и др.
Таким образом, обменные основания
составляют только часть обменных
катионов, хотя в большинстве степных и
сухостепных почв практически весь фонд
обменных катионов представлен обменными
основаниями. Термин «обменные основания»
нельзя признать удачным; по определению
Бренстеда — Лоури, основаниями называют
вещества, способные соединяться с ионами
водорода. По Аррениусу, основание —
вещество, повышающее в растворе
концентрацию гидроксильных ионов.
Основаниями, следовательно, являются
не сами катионы Са2+, Nа+ и т. д., а их
гидроксиды. Однако в литературе по
почвоведению прочно укоренилось понятие
«обменные основания», и этим термином
приходится пользоваться, хотя
терминологические неточности нередко
приводят к неверной трактовке
почвенно-химических процессов. Так,
встречаются мнения, что поступление в
почвы ионов Са2+, Мg2+, Na+ независимо от
сопутствующего им аниона вызывает
снижение уровня почвенной кислотности.

Вопрос 12. Емкость катионного обмена.

Важнейшей
характеристикой почвенного поглощающего
комплекса и почвы в целом является
емкость катионного обмена (ЕКО). По К.К.
Гедройцу, емкость поглощения определяется
как сумма всех обменных катионов, которые
можно вытеснить из данной почвы. Он
считал, что для данной почвы это величина
постоянная и может изменяться лишь с
изменением природы самой почвы. Позже
было установлено, что величина ЕКО
существенно зависит от рН взаимодействующего
с почвой раствора и несколько варьирует
при замене одного вида насыщающего
катиона на другой.

Под
емкостью катионного обмена будем
понимать общее количество катионов
одного рода, удерживаемых почвой в
обменном состоянии при стандартных
условиях и способных к обмену на катионы
взаимодействующего с почвой раствора.
Величину емкости катионного обмена
выражают в миллиграмм-эквивалентах на
100 г почвы или ее фракции. Согласно
правилам Международной системы единиц
(СИ), величина ЕКО, выраженная в сМ(р+) •
кг-1 (сантимоли положительных зарядов
в 1 кг почвы), численно совпадав с числом
миллиграмм-эквивалентов на 100 г почвы.

Емкость
обмена не следует отождествлять с суммой
обменных катионов. Последняя определяется
как общее количество катионов, вытесняемых
из незасоленной и бескарбонатной почвы
нейтральным раствором соли. Сумма
обменных катионов характеризует
природное состояние почвы, она может
совпадать количественно с ЕКО, но может
и существенно от нее отличаться. Поскольку
ЕКО зависит от рН, для одной и той же
почвы сумма обменных катионов может
быть ниже, если почва имеет кислую
реакцию, ЕКО — выше, если ее определяют
с помощью буферного раствор при рН 8,2.
Возможны и обратные зависимости.

Учитывая
зависимость емкости обмена от рН и
необходимость характеристики почвы не
только в условно выбранном стандартном
состоянии, но и в природной обстановке,
следует различат три вида ЕКО:

• емкость
катионного обмена стандартную определяют
с помощью буферных растворов при
постоянном значении рН. С этой целью
почву насыщают ионами Ва2+ из буферного
раствора с рН 6,5 После насыщения емкость
определяют по количеству поглощенного
почвой Ва2+;

• емкость
катионного обмена реальную (или
эффективную) определяют путем обработки
почвы небуферными растворами солей о
реальной емкости катионного обмена
можно судить с достаточной точностью
по сумме обменных катионов;

• дифференциальная
(или рН-зависимая) емкость катионного
обмена характеризует приращение емкости
катионного обмена с увеличением рН
равновесного раствора: ∆ЕКО/DрН. Чтобы
найти дифференциальную ЕКО, почву
насыщают катионами одного рода из
буферных растворов с различными
значениями рН (например 6,5 и 8,2), а затем
рассчитывают общее приращение ЕКО или
её приращение на единицу рН.

Емкость
катионного обмена зависит от
гранулометрического состава почвы и
строения веществ, входящих в состав
почвенного поглощающего комплекса.
Увеличение ЕКО в тяжелых по механическоскому
составу почвах обусловлено не только
нарастанием удельной поверхности, но
и изменением природы слагающих различные
фракции веществ

Величина
ЕКО зависит от числа отрицательных
зарядов, приходящихся на единицу массы
или поверхности ППК. Обменные катионы
компенсируют отрицательный заряд, и в
отсутствие внешнего электрического
поля каждая частица ППК электронейтральна.

Наибольшей
емкостью обладают гумусовые вещества,
для которых особенно сильно выражена
зависимость ЕКО от рН. В нейтральной и
кислой средах в реакциях обмена участвует
водород только карбоксильных групп. В
щелочной среде диссоциируют также
фенольные группы и некоторые другие
гидроксилы, что резко увеличивает ЕКО.
Надо иметь в виду, что карбоксильные
группы гумусовых кислот неодинаковы.
Константы диссоциации групп СООН зависят
от их положения в молекуле и ближайшего
окружения.

В
обогащенных гумусом горизонтах почв
величина ЕКО обусловлена в значительной
мере органическими веществами. По данным
М.А. Винокурова, емкость органической
части почвы в 10—30 раз превышает ЕКО
минеральной части, и при содержании
гумуса около 5—6 % на его долю приходится
30—60 % ЕКО

При
количественном описании явлений
катионного обмена редко используют
уравнения изотерм адсорбции, например
уравнения Фрейндлиха, Ленгмюра и др.
Иногда и само явление обмена рассматривают
как один из видов адсорбции. Однако
различия между адсорбционными явлениями
и ионным обменом настолько велики, что
на этом следует остановиться подробнее.

Вопрос
13. Адсорбцией

называют концентрированно вещества
адсорбата объема газа или жидкости на
поверхности твердого тела (адсорбета)
или жидкости. Если молекулы адсорбата
образуют поверхностное химическое
соединение с адсорбентом, то говорят о
хемосорбции. Адсорбция увеличивается
с ростом давления газа или концентрации
раствора. При снижении парциального
давления адсорбируемого компонента
газовой смеси или при бесконечном
разбавлении раствора адсорбция
уменьшается вплоть до полного освобождения
поверхности адсорбента от молекул
адсорбата.

Сухие
почвы обладают способностью адсорбировать
различные газы и пары. Наиболее интенсивно
происходит адсорбция молекул воды,
которая описывается уравнением Брунауера
— Эммета — Теллера В меньшей степени
адсорбируются СО2, O2, N2. Адсорбция воды,
диоксида углерода и кислорода может
сопровождаться химическим взаимодействием
с компонентами твердых фаз почв
(хемосорбция). Из растворов почвы
адсорбируют нейтральные молекулы
органических соединений, гумусовые
вещества.

Адсорбцию
вызывают молекулярные силы поверхности
адсорбента Неполярные молекулы
удерживаются за счет дисперсионных
сил. Полярные молекулы (диполи, мультиполи)
взаимодействуют с электро-статическим
полем поверхности адсорбента, что
усиливает адсорбцию. Одно из главных
различий между адсорбцией и ионным
обменом заключается в том, что обменные
катионы являются обязательным компонентом
ППК и могут быть только заменены на
катионы другого рода, но не удалены
вовсе. Попытка пространственного
расчленения ППК на анионную часть и
катионы привела бы к нарушению принципа
электронейтральности. В противоположность
этому поверхность адсорбента может
быть полностью лишена молекул адсорбата.
Общее содержание обменных катионов
остается сравнительно постоянным (в
пределах постоянства величины ЕКО),
тогда как количество адсорбированного
вещества является функцией активности
адсорбата в объеме фазы. Иными словами
адсорбент и адсорбат могут существовать
раздельно, тогда как ППК составляет
единое целое.

В
то же время количественные закономерности
адсорбции и ионного обмена могут быть
описаны сходными по форме уравнениями.
Для описания изотерм адсорбции пользуются
уравнением Фрейндлиха или уравнением
Ленгмюра.

Эмпирическое
уравнение Фрейндлиха имеет вид

где
Q — количество адсорбированного вещества;
с — его равновесная концентрация (или
равновесное парциальное давление); m и
n -эмпирические константы. Это уравнение
впервые было сформулировано Беммеленом
в 1888 г., но в литературе закрепилось как
уравнение Фрейндлиха. Оно хорошо
описывает многие сорбционные процессы,
хотя и не позволяет найти предельную
величину максимальной адсорбции.

Уравнение
Ленгмюра для мономолекулярной адсорбции
записывают в следующем виде:

где
Q— количество адсорбированного вещества
на 1 г адсорбента; С – равновесная
концентрация; C—константа равновесия;
Qmax — максимальное количество вещества,
адсорбируемое адсорбентом, его сорбционная
емкость.

При
изучении процессов поглощения почвами
катионов, анионов, неполярных молекул
широко используют представление о
специфической и неспецифической
адсорбции. Различие между ними определяется
характером связи поглощенных почвой
веществ с активными адсорбционными
центрами на поверхностях твердых фаз.

Вопрос
14. Неспецифическая адсобция.

Неспецифическая адсорбция обусловлена
слабыми молекулярными (вандерваальсовыми
и кулоновскими электростатическими,
силами). Электрическое взаимодействие
характерно для классического варианта
ионного обмена, когда удерживаемые за
счет электростатического взаимодействия
катионы и анионы легко обмениваются на
катионы и анионы равновесного почвенного
раствора.

Такое
взаимодействие характерно в чистом
виде для катионов Nа+, Сs+, частично для
К+, Са2+, Мg2+, Ва2+, а также для таких анионов,
как Сl- и NO .Большинство важнейших анионов
(Н2РО , НРО , SО , SеO , F-), катионы
щелочно-земельных металлов, катионы и
гидроксиды практически всех тяжелых
металлов в значительной мере или
полностью поглощаются по механизму
специфической адсорбции. Это означает,
что при таком взаимодействии образуются
значительно более прочные координационные
и ковалентные связи с поверхностными
соединениями или группами. Иногда
отмечают, что хемосорбция отличается
образованием еще более прочных связей.
Связанные по механизму специфической
адсорбции ионы не удается вытеснить
катионами и анионами нейтральных солей
по типу обычных реакций ионного обмена.
При специфической адсорбции может
поглощаться значительно большее
количество ионов, чем это вытекает из
ЕКО и уравнений обмена, причем уровень
поглощения сильно зависит от рН.

Специфически
могут связываться также ионы К+ и NН , в
том числе в межпакетных пространствах
минералов с расширяющейся решеткой, а
также гидроксокомплексы катионов многих
металлов. Все это осложняет анализ
количественных закономерностей реакций
ионного обмена

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Определение емкости катионного обмена (ЕКО) в почве

Ёмкость катионного обмена (ЕКО) или ёмкость поглощения (ммоль/100 г почвы) – один из важнейших показателей, характеризующих катионнообменную способность почв (КС).  Характеризует кол-во катионов почвы, способных к обмену на катионы нейтральной соли при pH ~ 6,5. Ёмкость катионного обмена является одной из основных характеристик почвенного поглощающего комплекса (ППК).

Для чего нужна ЕКО?

Величина ёмкости катионного обмена необходима для оценки качества почвы и уровня её плодородия, так же по величине ёмкости катионного обмена можно косвенно судить о содержании органического вещества и гранулометрическом составе. Данный показатель необходим при оценке пригодности нарушенного плодородного слоя. 


Что же такое ППК?

С ёмкостью катионного обмена тесно связано понятие почвенного поглощающего комплекса (ППК). Под ППК понимают совокупность почвенных частиц – коллоидов, способных поглощать и обменивать поглощённые ионы. Почвенные коллоиды разделяются на три группы: органические, минеральные и органоминеральные. Ёмкость поглощения изменяется в широком диапазоне между разными типами почвы и характеризуется постоянным значением, вне зависимости от видов поглощаемых катионов.

Выделяют категории поглощающей способности почв по величине ЕКО:

·      Очень низкая (ЕКО ˂ 10 мг-экв/100 г)

·      Низкая (ЕКО =10-15 мг-экв/100 г)

·      Средняя (ЕКО = 15-30 мг-экв/100 г)

·      Высокая (ЕКО ˃ 30 мг-экв/100 г)

Величина ёмкости катионного обмена для разных типов почв с уточнением гранулометрического состава

Тип почвы

Гранулометрический состав

ЕКО, мг-экв/100 г почвы

Дерново-подзолистая

Песчаная

3-6

Среднесуглинистая

10-20

Глинистая

15-25

Серая лесная

Среднесуглинистая

15-30

Чернозём

Тяжелосуглинистый

30-70

Суглинистый

20-50

Светло-каштановая

Суглинистая

20-40

Краснозём

Суглинистый

13-25

Серозём

Суглинистый

8-20

Величина ЕКО зависит от:

  • Содержания коллоидных частиц. Чем выше их содержание (чем тяжелее почва по гранулометрическому составу), тем больше ёмкость поглощения;
  • Химический и минералогический состав коллоидов. Минералы группы монтмориллонита лучше, чем другие глинистые минералы поглощают катионы. Вещества гумусовой природы обладают лучшей поглотительной способностью, по сравнению с другими.
  • Величина водородного показателя. Чем выше кислотность (кислее) – тем больше отрицательно заряженных коллоидов, тем больше значение ёмкости катионного обмена.

·      

В ППК происходит обмен не только катионов, но и анионов. Все дело в том, что, как правило, почвенные коллоиды имеют отрицательный заряд, кроме гидроксидов железа и алюминия, имеющих положительный заряд. Именно поэтому почва обладает лучшей способностью поглощать катионы, по сравнению с анионами.

Особенности протекания катионного обмена:

  • Принцип эквивалентности для нейтральных солей. Обмен катионов происходит в равных количествах, что и анионов.
  • Разные катионы поглощаются с разной интенсивностью и по-разному удерживаются. Чем выше атомная масса и больше заряд иона- тем лучше он поглощается ППК и лучше удерживается. Ряды вытеснения для одновалентных катионов: Ii+ ˂ Na+ ˂ NH4+˂  K+ ˂ Rb+; для двухвалентных:  Mg2+ ˂ Ca 2+˂ Ba2+; для трехвалентных: Al3+˂ Fe3+ Исключение: ионы водорода способны вытеснять ионы, превышающие его по заряду и массе, например ионы Ca2+ и Na+.
  • При постоянной концентрации раствора ЕКО увеличивается с увеличением обьёма раствора. При постоянном объёме раствора ЕКО повышается с повышением концентрации раствора вытесняющей соли.
  • Скорость обмена катионов достаточно высока. Равновесие устанавливается за несколько минут.

Методы определения ЕКО

В основе определения ёмкости катионного обмена лежит вытеснение обменных катионов почвы ионом Ba2+ (из раствора BaCl2) или Mg2+ (экспресс-метод ЦИНАО) в связи с их высокой энергией поглощения. Количество поглощённого бария и магния определяют в основном следующими методами:

  • Гравиметрический метод — весовой метод определения осадка сульфата бария. Вытеснение бария разбавленной HCl и последующее осаждение его серной кислотой в виде BaSO4.
  • Метод кислотно-основного титрования — метод Бобко-Аскинази-Алешина. Косвенное определение поглощенного бария по количеству титрованной серной кислоты, израсходованной на связывание Ba2+ в BaSO4.
  • Экспресс — метод ЦИНАО для карбонатных, гипсосодержащих и засоленных почв с долей органического вещества не более 6% с насыщением почвы ионами магния и последующим их определении комплексонометрическим методом, фотометрическим методом или атомно-абсорбционный методом на выбор.

В нашей лаборатории используется ускоренный метод кислотно-основного титрования, а также экспресс-метод ЦИНАО для карбонатных, гипсосодержащих и засоленных почв с долей органического вещества не более 6% (рис.1).

Определение ЕКО в лаборатории

Прайс-лист на исследование почвы и грунта

Прайс-лист на исследование донных отложений

Прайс-лист

Предыдущие новости

Расширение области аккредитации ООО «Лаборатория»

Рады сообщить Вам, что ООО «Лаборатория» прошла процедуру расширения области аккредитации. На данный момент мы является частной лабораторией с самой большой областью аккредитации в Российской Федерации.

Лабораторные исследования ПХТ и ПХБ

Полихлорированные бифенилы (ПХБ) – высокотоксичные стойкие органические загрязнители окружающей среды. Использование этих соединений в качестве диэлектриков в конденсаторах и охладителях в теплообменных системах – заметное технологические достижение промышленной химии середины ХХ века.

все новости

AGRONEWS продолжает рассказывать о плодородии почвы и влияющих на него факторах. Одна из них — способность к катионному обмену. Высокая способность означает, что почва может содержать много питательных веществ, необходимых растениям. При низком показателе питательные вещества не связаны частицами гумуса и глины, поэтому легко вымываются из почвы и уходят под пахотный слой. 

При оценке способности почвы к катионному обмену учитываются три фактора: емкость катионного обмена (ЕКО), насыщенность питательными веществами и соотношение между катионами химических элементов в почве.

Емкость катионного обмена

Емкость катионного обмена (емкость поглощения) — общее количество катионов одного рода, которое может быть вытеснено из почвы. Чем показатель выше, тем почва плодороднее. Помимо минералогического и гранулометрического состава почвы, на ЕКО влияет содержание органических веществ, то есть значение в основном зависит от доли глины и гумуса в почве. Показатель также повышается при увеличении pH участка.

Насыщенность почвы основаниями

Глино-гумусовый комплекс может связывать как основания, полезные для питания растений (катионы Са2+, Mg2+, К+, Na), так и ионы Н+ и А13+. Степень насыщенности основаниями (V ) вычисляется как отношение суммы обменных оснований к  общей емкости катионного обмена, выраженное в процентах. В зависимости от соотношения почвы делят на насыщенные (V> 80%) и ненасыщенные (V= 50-70%) основаниями.

Лучшими считаются почвы, насыщенные основаниями, например, черноземы с высоким содержанием Са2+ и Мg2+. Они имеют нейтральную или слабощелочную реакцию. В таких почвах органические и минеральные коллоиды сохраняются и накапливаются, что способствует увеличению общей емкости поглощения катионов.

Преобладающее содержание ионов Н+ и А13+ в почвенном поглощающем комплексе (ППК) обуславливает высокую кислотность почвы и со временем приводит к разрушению минералов. Емкость поглощения катионов уменьшается, ухудшается структура. В таких почвах создается неблагоприятный водно-воздушный режим, на поверхности постепенно образуется корка.

Степень насыщенности основаниями используется при определении нуждаемости почв в известковании. При V более 80% известкование проводить не нужно, при V менее 50% — потребность в нем высокая, в промежутке — средняя и слабая.

Соотношение катионов

Соотношение катионов калия, магния и кальция влияет на потенциальную структуру почвы. Кальций делает структуру почвы рыхлой; он удерживает частицы глины на расстоянии друг от друга и действует как связующее вещество между глиной и органическим веществом. Магний действует аналогичным образом, но не является связующим элементом между органическим веществом и песком или глинистыми частицами. Слишком большое количество калия и натрия приводит к поверхностному уплотнению почвы.

Проиллюстрировать это можно с помощью структурного треугольника, который  представляет соотношение между Ca+, Mg+ и ионами K, Na, H, AI, Fe. Он показывает фактическую структуру почвы.

Катионы натрия, кальция, калия и магния являются связывающими агентами: они сохраняют частицы почвы, но также обеспечивают достаточное расстояние между ними.

Оптимальная структура (синее пятно в треугольнике структуры) — это идеальный баланс ионов Ca, Mg и K, связанных с глиной и гумусом. Положение черной точки относительно темно-синей области определяет, какое удобрение требуется для улучшения почвы.

Если черная точка находится над синей областью, значит, в почве превышено содержание кальция и не хватает магния. Для улучшения структуры почвы необходимо использовать удобрения, содержащие магний.

Если черная точка находится ниже темно-синей области, значит, есть нехватка кальция и избыток магния. Желаемый результат даст применение известковых удобрений.

Меньшая доля катионов Ca+ и большая Mg+ не вызовет больших проблем напрямую (синие и голубые пятна). Магний удерживает частицы глины на расстоянии, как и кальций, но он связывается с органическим веществом. Однако слишком большое количество K+ делает почву восприимчивой к поверхностному уплотнению. Слишком малое количество K+, в свою очередь, приводит к снижению урожайности.

Состояние почвы ухудшается и при избыточной доле Na+ в составе обменных катионов: усиливается разрушение почвенной структуры, возрастет распыленность. Из-за уменьшения пористости, особенно некапиллярной, снижается скорость фильтрации воды вплоть до полной водонепроницаемости.

Лабораторный анализ емкости катионного обмена

Определить емкость катионного обмена и другие показатели в лабораторных условиях сегодня можно различными методами. Они отличаются предварительной обработкой образцов, видами солей и катионов, процедурой насыщения и извлечения, способами конечного определения ионов.

Однако большинство этих методов имеют большую или меньшую погрешность в результатах. Так, определить точный состав обменных катионов в некоторых видах почв сложно из-за содержания в них водорастворимых солей, карбонатов и гипса, так как они могут растворяться в применяемых реактивах и искажать результаты. Кроме того, на результат лабораторных исследований влияет человеческий фактор.

Еще большая погрешность у экспресс-тестов для определения ЕКО. Точность этого анализа зависит от правильного отбора и обработки пробы, качества реактивов (снижается при загрязнении, неправильном хранении и истечении гарантийного срока),  правильности приготовления растворов потребителем, погрешностей при титровании и калибровке.

Вместе с тем, за рубежом становится все более популярной технология NIRS — спектроскопия ближнего инфракрасного излучения. Преимущество NIRS перед другими методами — в точных результатах и меньшем времени, которое требуется на анализ.

При NIRS-исследовании на образец оказывается воздействие ближним инфракрасным излучением. Современное оборудование за несколько секунд измеряет, волны какой длины отражаются от исследуемого материала, а какой — поглощаются. Полученный спектр содержит точную информацию о составе образца.

Благодаря результатам исследований NIRS сельхозпроизводитель может принять оперативные меры для улучшения структуры почвы. К слову, скоро эта технология анализа почвы станет доступна и для белорусских аграриев.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 июня 2015 года; проверки требуют 4 правки.

Ёмкость катионного обмена (ЁКО) — общее количество катионов одного рода, удерживаемых почвой в обменном состоянии при стандартных условиях и способных к обмену на катионы взаимодействующего с почвой раствора.

Величину ёмкости выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы или её фракции.

Термин по ГОСТу:

Ёмкость катионного обмена почвы[1] — максимальное количество катионов, которое может быть удержано почвой в обменном состоянии при заданных условиях.

В водоочистке — рассчитывается исходя из объемной способности ионита произвести реакцию обмена катионов на равное количество катионов из очищаемой воды. В этом случае ионирование производится с целью замены катионов, находящихся в воде, на катионы, которыми катионит заряжен при регенерации.

Величину расчетной обменной емкости (РОЕ) выражают в миллиграммах эквивалентах на 1000 мл воды.

Примечания[править | править код]

  1. ГОСТ 27593-88 (2005). ПОЧВЫ. Термины и определения. УДК 001.4:502.3:631.6.02:004.354

Реакция почвенного раствора зависит не только от размеров обменной и гидролитической кислотности, но и от степени насыщенности почвы основаниями. Сумма поглощенных оснований показывает общее содержание катионов оснований (Са +, Mg2+, К+, Na+, NH4 и т.д.) в почвенном поглощающем комплексе (ППК). При сопоставлении значений суммы поглощенных оснований и гидролитической кислотности можно сделать предположение о степени кислотности почв. Этот показатель необходим для расчета емкости катионного обмена и степени насыщенности почв основаниями. Сумму обменно-поглощенных катионов кальция, магния, калия и натрия называют суммой обменных оснований (S).

Глино-гумусовый комплекс может связывать как основания, полезные для питания растений (катионы Са2+, Mg2+, К+, Na), так и ионы Н+ и А13+. Степень насыщенности основаниями (V) вычисляется как отношение суммы обменных оснований к общей емкости катионного обмена, выраженное в процентах. В зависимости от соотношения почвы делят на насыщенные (V> 80%) и ненасыщенные (V=” 50-70%) основаниями.

Лучшими считаются почвы, насыщенные основаниями, например, черноземы с высоким содержанием Са2+ и Мg2+. Они имеют нейтральную или слабощелочную реакцию. В таких почвах органические и минеральные коллоиды сохраняются и накапливаются, что способствует увеличению общей емкости поглощения катионов.

Преобладающее содержание ионов Н+ и А13+ в почвенном поглощающем комплексе (ППК) обуславливает высокую кислотность почвы и со временем приводит к разрушению минералов. Емкость поглощения катионов уменьшается, ухудшается структура. В таких почвах создается неблагоприятный водно-воздушный режим, на поверхности постепенно образуется корка.

Определение степени насыщенности почвы основаниями позволяет более точно решить вопрос об очередности и необходимости известкования. Этот показатель характеризует относительное место гидролитической кислотности в ППК. Может быть так: два участка почвы имеют одинаковую гидролитическую кислотность, но степень насыщенности основаниями разная, тогда потребность, и очередность в известковании разные

Степень насыщенности основаниями используется при определении нуждаемости почв в известковании. При V более 80% известкование проводить не нужно, при V менее 50% — потребность в нем высокая, в промежутке — средняя и слабая.

Соотношение катионов калия, магния и кальция влияет на потенциальную структуру почвы. Кальций делает структуру почвы рыхлой; он удерживает частицы глины на расстоянии друг от друга и действует как связующее вещество между глиной и органическим веществом. Магний действует аналогичным образом, но не является связующим элементом между органическим веществом и песком или глинистыми частицами. Слишком большое количество калия и натрия приводит к поверхностному уплотнению почвы. Оптимальная структура это идеальный баланс ионов Ca, Mg и K, связанных с глиной и гумусом. Этот баланс определяет какое удобрение требуется для улучшения почвы. Например, если в почве превышено содержание кальция и не хватает магния, то для улучшения структуры почвы необходимо использовать удобрения, содержащие магний. Если же наоборот есть нехватка кальция и избыток магния, то желаемый результат даст применение известковых удобрений.

Меньшая доля катионов Ca+ и большая Mg+ не вызовет больших проблем напрямую. Магний удерживает частицы глины на расстоянии, как и кальций, но он связывается с органическим веществом. Однако слишком большое количество K+ делает почву восприимчивой к поверхностному уплотнению. Слишком малое количество K+, в свою очередь, приводит к снижению урожайности. Состояние почвы ухудшается и при избыточной доле Na+ в составе обменных катионов: усиливается разрушение почвенной структуры, возрастет распыленность. Из-за уменьшения пористости, особенно некапиллярной, снижается скорость фильтрации воды вплоть до полной водонепроницаемости.

Один из факторов влияющих на плодородие почвы это способность почвы к катионному обмену. Высокая способность означает, что почва может содержать много питательных веществ, необходимых растениям. При низком показателе питательные вещества не связаны частицами гумуса и глины, поэтому легко вымываются из почвы и уходят под пахотный слой.

При оценке способности почвы к катионному обмену учитываются три фактора: емкость катионного обмена (ЕКО), насыщенность питательными веществами и соотношение между катионами химических элементов в почве.

Емкость катионного обмена (емкость поглощения) — общее количество катионов одного рода, которое может быть вытеснено из почвы. Чем показатель выше, тем почва плодороднее. Помимо минералогического и гранулометрического состава почвы, на ЕКО влияет содержание органических веществ, то есть значение в основном зависит от доли глины и гумуса в почве. Показатель также повышается при увеличении pH участка.

На кислых почвах катионы водорода, алюминия, марганца и железа вытесняются из ППК внесением извести. При этом отрицательно влияющие на растения катионы в ППК замещаются кальцием, что позволяет считать его стражем почвенного плодородия

Используя степень насыщенности основаниями рассчитывается один из важнейщих показателей плодородия почвы – буферная способность почвы.

Буферность почвы это способность противостоять изменению реакции среды. Буферность характеризуется величиной емкости катионного поглощения, составом поглощенных катионов и катионо-анионным составом почвенного раствора. Показатель используется для расчета оптимальных доз, форм, сроков и способов внесения удобрений и мелиорантов под сельскохозяйственные культуры. Чем выше значение ЕКО, тем выше буферность почвы.

Буферность почв проявляется также в устойчивости к временному изменению концентрации почвенного раствора, вызванному недостатком влаги, неравномерным или периодическим внесением удобрений и мелиорантов. Почвы с высокой буферностью, ЕКО и разнообразным составом поглощенных ионов легко удерживают в поглощенном состоянии максимально допустимые разовые дозы мелиорантов и удобрений без значительного повышения концентрации почвенного раствора.

Малобуферные и малоемкие почвы не могут без увеличения концентрации почвенного раствора и роста потерь элементов от вымывания удерживать большие разовые дозы мелиорантов и удобрений, поэтому на таких почвах удобрения вносят дробно.

Добавить комментарий