FIZYKOCHEMICZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB
FIZYKOCHEMICZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB
ODCZYN GLEB H2O = H+ + OH- Odczyn gleby wyraża się wartością pH Odczyn - stosunek jonów wodorowych, H+, do jonów wodorotlenowych OH- H2O = H+ + OH- W wodzie destylowanej [H+] = [OH-] = 10-7 mol/dm3- odczyn obojętny Wzrost stężenia jonów [H+] (spadek [OH-]) - roztwór kwaśny. Wzrost stężenia jonów [OH-] (spadek [H+]) - roztwór zasadowy. Odczyn gleby wyraża się wartością pH pH = -log [H+] roztwory kwaśne – pH < 7 roztwory obojętne – pH = 7 roztwory zasadowe – pH > 7
Zakres pH w większości gleb mineralnych
ODCZYN GLEB – cd. W Polsce przeważają gleby o odczynie kwaśnym; gleby kwaśne i bardzo kwaśne - 50% powierzchni kraju, gleby słabo kwaśne – 30%, gleby obojętne i zasadowe – 20%.
KWASOWOŚĆ I ZASADOWOŚĆ GLEB Kwasowość – stan gleby, w którym jej odczyn jest kwaśny 1. Kwasowość czynna – pochodzi od jonów H+ roztworu glebowego 2. Kwasowość potencjalna – pochodzi od jonów H+ i Al3+ zaadsorbowanych przez koloidy glebowe kwasowość wymienna – ujawnia się w glebach po potraktowaniu ich roztworami soli obojętnych - KCl kwasowość hydrolityczna - ujawnia się w glebach po potraktowaniu ich roztworami soli hydrolizujących zasadowo – (CH3COO)2Ca
KWASOWOŚĆ I ZASADOWOŚĆ GLEB – cd. Al3+ K+ K+ Al3+ K+ Gleba + 8KCl Gleba +2AlCl3 + 2HCl K+ H+ K+ H+ K+ K+ Kwasowość wymienna H+ Gleba + (CH3COO)2Ca Ca2+ Gleba + 2CH3COOH H+ Kwasowość hydrolityczna
BUFOROWE WŁAŚCIWOŚCI GLEBY Właściwości buforowe gleby - zdolność gleby do przeciwstawiania się zmianie odczynu
SORPCYJNE WŁAŚCIWOŚCI GLEB Sorpcja – powierzchnia ciała stałego (gleby) przyciąga i zatrzymuje warstwę jonów, atomów lub molekuł. Za zdolności sorpcyjne gleby odpowiada kompleks sorpcyjny zbudowany z koloidów glebowych: minerały ilaste (smektyty, wermikulit, illit, kaolinit) krystaliczne i amorficzne tlenki żelaza i glinu minerały bezpostaciowe próchnica kompleksy ilasto-próchnicze
Dzięki właściwościom sorpcyjnym gleby możliwe jest: regulacja w nich odczynu magazynowanie dostarczanych w nawozach składników pokarmowych roślin neutralizacja szkodliwych dla organizmów żywych substancji, które dostają się do gleby
Rodzaje sorpcji w glebie: Wymiana jonowa (wymienna) – jon z roztworu wymienia (zastępuje) jon z powierzchni lub struktury ciała stałego Sorpcja chemiczna – powstawanie na powierzchni gleby trwałych wiązań chemicznych (kompleksów) między sorbentem a sorbatem Sorpcja fizyczna – zagęszczanie na powierzchni cząstek gleby molekuł innych ciał (cieczy, gazów) wskutek działania sił van der Waalsa Sorpcja biologiczna – pobieranie i zatrzymywanie jonów z roztworu przez organizmy żywe
Jednym z najważniejszych rodzajów sorpcji na koloidach glebowych jest wymiana jonowa. Jon z roztworu glebowego wymienia (zastępuje) jon z powierzchni lub struktury koloidu glebowego. Wymianie jonowej ulegają przede wszystkim kationy – sorpcja wymienna kationów (cation exchange) a zdecydowanie w mniejszym stopniu aniony – sorpcja wymienna anionów (anion exchange). Najczęściej spotykanymi kationami w glebach są: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+ - kationy o charakterze zasadowym H+, Al3+ - kationy o charakterze kwasowym
SORPCJA WYMIENNA KATIONÓW Ca+2 Kationy wymienne Ca+2 Ca+2 Ca+2 K+ - - - - - - - - - - - - - - - - - Ca+2 H+ K O L O I D H+ Ca+2 Al+3 Mg+2 Mg+2 Mg+2 Ca+2 K+ K+ K+ H+ Mg+2 Ca+2 Ca+2 Al+3 H+ Al+3
cmol(+)/kg = 0,01 M/kg = 10mM/kg Miarą pojemności wymiany kationów (CEC) i anionów (AEC) jest mM/kg Inne, stosowane, jednostki pojemności wymiany jonów: cmol(+)/kg = 0,01 M/kg = 10mM/kg mval/kg = mM/kgwartościowość pierwiastka
Rozmiary wymiany kationów w glebie zależą od: składu mineralnego sorbentu i wielkości jego ziaren, rodzaju sorbowanego kationu i jego stężenia, rodzaju towarzyszącego anionu, pH roztworu, temperatury,
Wpływ składu mineralnego gleby na wielkość jej pojemności sorpcyjnej Pojemność sorpcyjna niektórych składników gleb [cmol(+)/kg] Składnik CEC kaolinit 3-15 chloryt 10-40 haloizyt 5-10 alofan 100 montmorillonit 80-120 uwod. tl. Fe i Al 4 wermikulit 100-200 illit 20-50 próchnica 150-250
Wpływ pH na wielkość sorpcji Cr(III) Sorpcja Cr(III) [%] pH
Przykłady wartości CEC Bielica Gleba brunatna Rędzina 50 mM / kg 120 mM / kg 240 mM / kg