Тихоненко Д.Г., Дегтярьов В.В. та ін. Практикум з грунтознавства

Подождите немного. Документ загружается.

етоди розрах

нк

баланс

ісся

1986

—

1990

0,8

0,042

12,8

0,2

–0,06

1991—199

0,2

65 0

1996—200

0,2

68 0

2001

—

2005

0,8

0,042

16,5

0,2

0,69

0,89

+0,09

006

—2

0,2

91 +0

сього по Україн

1986

—

1990

0,66

0,0

285

8,9

0,1

0,48

–0,08

1991—199

0,1

–

1996—200

335

0,1

–

2001

—

2005

0,66

0,0

345

10,7

0,1

0,68

+0,02

006

—2

350

0,1

59 0

Дані асоціації «Ук

аг

охім

РУНТОВІ КОЛОЇ

А МЕТОДИ

Х ВИВЧЕНН

агальні властивост

рунтових колоїді

олоїди та кристалоїди — це речовини, які переб

вають в різних ста-

нах і мають особливі властивості. Вони можуть відрізнятися розмірами

астинок. Якщо діаметр частинок справжніх розчинів прийнято вважати

меншим за 1 ммк, а діаметр частинок суспензій — більшим за 0,1 мк,

о діамет

частинок колоїдних

озчинів знаходиться в межах від 0,1 мк

до 1 ммк, тобто частинки колоїдних розчинів мають досить крупні роз-

міри і являють собою згустки (агрегати) молекул. Саме цим пояснюєть-

я одна з суттєвих причин різних властивостей колоїдів і кристалоїдів:

розчинах кристалоїдів активність всіх молекул та іонів однакова,

колоїдів — різна і залежить від їх просторового розміщення

У ґрунтах зустрічаються колоїди мінеральні та органічні. До міне-

ральних належать колоїди глини, кремнекислоти, гідроокислів заліза та

алюмінію. Представником органічних колоїдів у ґрунті є гумус.

У колоїдній хімії

озглядаються два способи оде

жання

ечовин

у колоїдному стані: дисперсійний та конденсаційний. При дисперсійно-

му способі речовини в колоїдному стані одержують шляхом подрібнен-

ня твердих часток до колоїдних розмірів (розмелювання на колоїдних

млинках або за допомогою ультразвуку). При конденсаційному способі,

навпаки, з дрібних частинок (молек

л) одерж

ють частинки колоїдних

розмірів — міцели шляхом конденсації молекул в агрегати, наприклад,

міцели Fe

(

)

при гідролізі FeСl

Так утворюються і ґрунтові колоїди в природних умовах. Дисперсій-

ним способом утворюються глинисті колоїдні системи з масивно-крис-

алічних гірських порід при вивітрюванні, конденсаційним — колоїд-

ний гумус з молекулярно-розчинних органічних сполук, які з’являються

у ґрунті внаслідок розкладу органічних решток

Незважаючи на відносно значну крупність міцел ґрунтових колоїдів,

х золі характериз

ються достатньою агрегативною стійкістю, тобто

тійкістю проти поєднання міцел в більш крупні агрегати

тійкість золів ґр

нтових колоїдів може об

мовлюватися різними

причинами: наявністю електричного заряду міцел; наявністю гідратних

болонок на пове

хні міцел

тупінь гідрофільності ґрунтових колоїдів може змінюватись як під

пливом реакції середовища, часу, підсушування, так і в залежності

ід будови міцел, їх насиченості різними катіонами. Чим вища гідро-

нтові колоїди та методи їх вивченн

фільність колоїду, тим більш стійким буде золь, бо об’єднанню міцел

перешкоджають, крім заряд

, ще й гідратні оболонки, ліквідація яких

(

наприклад, додаванням спирту) прискорює та полегшує об’єднання ко-

лоїдних часток в агрегати. У зв’язку з відносно великими розмірами ко-

лоїдних міцел, порівняно з молекулами справжніх розчинів, їм не влас-

тива дифузія. Впевнитися в цьому можна на прикладі досить простого

досліду

Хі

оботи.

п’ять пробірок наливають до половини їх об’єму гаря-

ий золь желатини. Після охолодження та заг

сання желатини в пробір-

ки наливають по 4—5 мл золів гумусу, глини, Fe(OH

)

і для порівняння

забарвлені справжні розчини FeCl

та

Через деяки

час можна

постерігати, як в пробірках зі справжніми розчинами желатина рівно-

мірно набуває кольору справжнього розчину, а в пробірках з ґрунтовими

колоїдами помітною є чітка зона розділу між золем колоїду та масою

желатину. Це свідчить про нездатність колоїдних систем до дифузії

ідомо, що однією з характерних властивостей ґрунтових колоїдів

їх здатність за певних умов переходити зі стану золю у гель. Це є коа-

ляція, а зворотний перехід — пептизація.

оагуляцію ґрунтових колоїдів, тобто перехід зі стану золю (псевдо-

розчин

)

гель (осад), мож

ть викликати різні причини: дія розчинів

електролітів, дія золів колоїдів з протилежним зарядом та ін.

«класичному» вигляді процеси коагуляції та пептизації можуть

ідбуватися в ґрунтах солонцьового типу ґрунтотворення, де на стадії

засолення ґрунти збагачуються розчинними солями в кількостях, до-

татніх для коагуляції ґрунтових колоїдів, перш за все органічних. Після

промивання таких засолених ґрунтів дощовою чистою водою, на стадії

солонцювання, обов’язково б

де спостерігатися пептизація колоїдів

наслідок зниження концентрації солей в ґрунтовому розчині нижче по-

рога коаг

ляції з подальшим переміщенням пептизованих колоїдів по

профілю ґрунту, що веде до формування елювіальних та ілювіальних

генетичних го

изонтів

Визначення знака заряд

нтових коло

ів

ля характеристики властивостей колоїдів ґрунту та вивчення при-

роди іонного обмін

же важливо знати знак заряд

колоїдів

конк-

ретному ґрунті. Він визначається двома методами: капіляризацією або

елект

езом.

Метод капіляризації

В невеликі склянки приливають по 10—

15 мл золю гідрату окису заліза і золю гумусу, який до того був ретельно

агальне ґр

нтознавств

іддіалізований. В кожну склянку опускають стрічку фільтрувального

папер

шириною 2 см і довжиною 12—15 см так, щоб стрічка зан

рю-

алась у золь на 1,0—1,5 см. Через деякий час спостерігають, як золь

піднімається по стрічці до певної висоти, забарвлюючи паперов

трічку в темно-бурий колір. В той же час золь гідроокису заліза пово-

дить себе на стрічці зовсім інакше. Безкольорова рідина (вода) буде під-

німатися високо, а колоїдні частки після невеликого підйому зупинять-

я і зберуться у згусток (скоагулюють). Різниця у підніманні золів по

фільтрувальному паперу полягає в тому, що пори паперу, змочені водою,

набувають від’ємного заряду, і негативно заряджені колоїди піднімають-

я по капілярах паперової стрічки, а позитивно заряджені затрим

ються

(

коагулюють завдяки нейтралізації заряду), адсорбуються в нижній час-

ині стрічки

Отже, дослід показує, що гідрозоль гумусу заряджений негативно,

а золь гідроксиду заліза — позитивно

Треба мати на увазі, що описана вище поведінка гідрозолю гумусу

щодо негативно зарядженого адсорбента (паперова стрічка) стосується

иключно ретельно діалізованих гідрозолей гумусу, тобто штучно пе-

реведених у кислотну форму. Якщо ж з паперовою стрічкою буде взає-

модіяти сольова форма г

, то вигляд стрічки б

де нагад

вати такий,

як у випадку з гідрозолем заліза. Суть такого явища пояснюється в лек-

ційном

матеріалі

Метод електрофорезу.

уть метода полягає у вивченні поведінки

ґрунтових колоїдів в електричному полі. Для визначення знака заряду

можна скористатися простим приладом, який складається з U-подібної

рубки з підведеними до неї електродами, сполученими з полюсами

джерела постійного струму. У трубку вміщують золь і вмикають елект-

ричний струм. Через певний час забарвлення золю гумусу біля анод-

ного кінця тр

бки темнішає, а забарвлення гідрозолю біля її катодного

кінця світлішає. Зазначені явища, як і в досліді з фільтрувальним папе-

ром, свідчать про те, що міцели г

проявляють негативний заряд,

незалежно від того, в якій (кислотній чи сольовій) формі перебувають

гумусові речовини

Електролітна коагуляція колоїдів

засолених

нта

ід електролітною коагуляцією ґрунтових колоїдів розуміють пе-

рехід колоїдної системи зі стан

золю в гель під впливом електроліт

ри електролітній коагуляції діє загальне правило: коагуляцію колоїдів

икликає іон електроліт

, який за знаком заряд

є протилежним зарядові

нтові колоїди та методи їх вивченн

колоїдних міцел. Ґрунтові колоїди — гумус та глина мають негативний

заряд, том

їх коаг

ляцію мож

ть викликати катіони електроліт

у.

становлено, що коагулююча дія катіону тим сильніша, чим вища

його валентність: при однакових валентностях сильніше коаг

лює

катіон з більшою атомною масою. Механізм коагуляції являє собою

(

схема тично) процес нейтралізації заряду міцел, разом з тим пояснення

коагуляції тільки нейтралізацією заряду не вичерпує всього комплексу

вищ і дає лише наближене розуміння процесу

Електролітна коагуляція колоїдів може бути характерною для тих

ґрунтів, де ґрунтовий розчин має концентрацію розчинних солей вищу

за поріг коаг

ляції.

орогом коаг

ляці

називають мінімальну концент-

рацію електроліту, при якій наступає коагуляція певного золю

Ми б

демо розглядати методик

визначення порогів коаг

ляції золів

ґрунтових колоїдів на прикладі електролітної коагуляції золів гумусу та

глини

У ґрунті колоїди перебувають у вигляді органо-мінеральних гелів.

ля відокремлення їх від більш крупних механічних елементів необхід-

но штучно пептизувати гелі, перевести їх у золі. К. К. Гедройц запро-

понував методику виділення колоїдів: ґрунт обробляють 1 н розчином

NaCl до негативної реакції на Са

фільтраті. Надлишок хлористого

натрію відмивають дистильованою водою. В подальшому разом з про-

мивними водами виділяються золі ґр

нтових колоїдів. У такий спосіб

з гумусованих горизонтів одержують гідрозолі гумусу, а з негумусова-

них го

изонтів глинистих мате

инських по

ід — золі глини

риготовлені золі застосовуються для визначення їх порогів коагу-

ляції. Як електроліти використовуються 1,0; 0,1; 0,01; 0,001 н розчини

CaCl

MgCl

KСl

NaCl

HCl

Хі

оботи. В чотири пробірки приливають по 2 мл золю гумусу

або глини і додають по 2 мл розчин

одного з електролітів, причом

першу пробірку — 1 н розчин, в другу — 0,1 н розчин і т. д. І так для

кожного з обраних електролітів. Пробірки збовт

ють і розміщ

ють на

штативі для відстоювання. Через 5—15 хвилин (в залежності від тем-

ператури повітря в лабораторії) відмічають наявність або відсутність

знак коагуляції колоїдів в пробірках. Результати спостережень запису-

ть в та

Результати коагуляції колоїдів позначають плюсом, відсутність коагу-

ляції мінусом. Ступінь коагуляції до моменту спостереження позначають

різною кількістю плюсів. Якщо в пробірці з’являється лише опалесцен-

ція, то це позначають одним плюсом; якщо в пробірці спостерігаються

дрібні пластівці,— двома плюсами; якщо ж в пробірці

творився темно-

забарвлений осад і світла рідина над ним,— трьома плюсами

агальне ґр

нтознавств

1. Пороги коаг

ляції золів г

лектроліти

Пороги коагуляції золю гумус

1 н 0

01 н 0

001

Мg Cl

aCl

Так визначається поріг коаг

ляції ґр

нтових колоїдів та одночасно

ивчається коагулююча дія різних електролітів

заємна коагуляція

нтових коло

ів

ід взаємною коагуляцією розуміють коагуляцію протилежно за-

ряджених колоїдів при їх зміш

ванні. Протилежно заряджені колоїди

можуть коагулювати лише при точно визначених співвідношеннях.

Оскільки величина заряд

ґр

нтових колоїдів в значній мірі залежить від

реакції середовища, то, можливо, зміна реакції середовища буде впли-

ати і на взаємн

коаг

ляцію. Співвідношення, при яких настає взаємна

коагуляція колоїдів, визначається як

зона коагуляції

У ґрунтах, як відомо, можуть бути найрізноманітніші співвідношення

колоїдів та різні значення рН середовища. Тому дуже цікавим є вивчення

як самого процесу взаємної коагуляції, так і впливу змін рН середовища

на взаємн

коаг

ляцію ґр

нтових колоїдів

ознайомимося зі взаємною коагуляцією протилежно заряджених

колоїдів шляхом зміш

вання золів г

та гідрат

оксид

заліза. До-

лід виконується так. В дев’ять чистих пробірок градуйованою піпет-

кою приливають певн

кількість (згідно з табл. 12) золів г

та заліза

(

)

міст пробірок збовтують і через 5—10 хвилин відмічають зону коа-

гуляції тими ж знаками, що й при електролітній коагуляції

Другий дослід проводиться аналогічно. Тільки після приливан-

ня золю г

в пробірки додають з капельниці по одній-дві краплі

0,1 н розчину лугу, а потім золь гідрату оксиду заліза. Через 5—10 хви-

ин після збовт

вання визначають зон

коаг

ляції. В третьом

досліді

після приливання золю гумусу в кожну пробірку додають з капельни-

ці по одній-дві краплі 0,1 н розчин

HСl, а потім золь гідрат

окси-

нтові колоїди та методи їх вивченн

ду заліза. Пробірку збовтують і через 5—10 хвилин визначають зону

коаг

ляції

2. Визначення зони коагуляції золів гумусу та заліза

Умови коагуляції

Золь гумусу, мл 1

Золь Fe

(

)

мл 0

Зона коагуляції

ихі

них золів

при підлуговуванні

при підкисленні

Номери пробірок.

ЯВИЩА ВБИРАННЯ У

РУНТ

Види вби

ання та їх значенн

Вбирною здатністю ґр

нт

називають здатність вбирати і

трим

ва-

и різні речовини з навколишнього середовища (іони та змучені частин-

ки — з розчинів, молекули водяного пару та газів — з повітря)

Явища вбирання відбуваються переважно на поверхнях колоїдних

асток (міцел) через те, що ґрунтові колоїди, як і колоїдні частки вза-

галі, мають сильно розвинуту питому поверхню. Завдяки вільній енергії

поверхня колоїдних міцел служить ареною різних фізичних і хімічних

явищ, що мають відношення до вбирної здатності

гідно з ученням К. К. Гедройца, виділяють такі види вбирної здат-

ності ґр

нтів

еханічне вбирання — властивість ґрунту, як пористого тіла, за-

римувати тверді частинки, діаметр яких більше за діаметр його пор.

еличина механічного вбирання залежить від гранулометричного скла-

ду ґрунту, його щільності, структурного стану, наявності капілярних

пор і т. ін. Прикладом механічного вбирання може служити вбирання

ґрунтом мулуватих частинок, скаламучених у поливній воді, яка фільт-

ється скрізь товщ

ґр

нт

(зам

лювання, кольматаж), а також вбиран-

ня тіл мікроорганізмів

ізичне вбирання (аполярне

)

— вбирання ґр

нтом речовин

вигляді

молекул (гази, пари) з повітря або з речовин. Вбирання газу твердою

фазою ґрунту — результат дії молекулярного притягання на поверхні

вердого тіла. Молекули газів вбираються повністю. Чим більш дрібно-

земистий ґрунт, тим чiткiше виявлене явище фізичного вбирання, бо при

цьому буває більшою питома поверхня частинок твердої фази ґрунту

дсорбовані ґрунтом гази перебувають у стані сильного стиснення,

а при вбиранні ґр

нтом пар

навколо його частинок

творюється шар

ущільненої рідини, як і при змочуванні ґрунту водою

олярні молек

ли вбираються, орієнт

ючись до поверхні твердої

фази. Неполярні молекули під впливом індукції силового поля поверх-

невих іонів твердого тіла також набувають асиметрії (індуковану по-

ярність)

бирання газів і пару ґрунтом посилюється при зниженні вологості

а температури і зменшується при їх підвищенні. Енергія вбирання газів

пару знижується у такому порядку: водяна пара, NH

Чим

більше води в ґр

нті, тим менше повітря вбирає ґр

нт

ізико-хімічне (обмінне) вбирання іонів відбувається на поверхні ко-

оїдних міцел, які входять до склад

ґр

нтового колоїдного комплекс

(

ГКК). Суть його можна передати схемою

вища вбирання

ґр

нт

2К

[ҐКВК] Mg

+ 5 KCl → [ҐКВК] 2К

+ СaCl

+ MgCl

атіони вбираються колоїдним комплексом ґрунту обмінно: катіони,

кі знаходяться у ввібраному стані, переходять до ґрунтового розчину,

а катіони з ґрунтового розчину — у ввібраний стан

акономірностей фізико-хімічного (обмінного) вбирання м

жна

нести такі

1. При обмінном

вбиранні ґр

нтом вбираються переважно катіони:

заряд колоїдних частинок у більшості ґрунтів (за винятком червоноземів

су

бтропіків і тропіків) від’ємний, а

катіонів — позитивний

2. Обмінне вбирання катіонів відбувається в еквівалентній кількості.

3. Ене

гія вби

ання

ізних катіонів залежить як від властивостей ад-

орбенту, так і від характеру катіонів. Одновалентні катіони (Na

)

бираються і утримуються ґрунтом гірше за двовалентні (M

)

двовалентні — гірше за тривалентні (Аl

). На енергію вбирання

катіонів впливає також величина атомної маси іону

. Особливістю вбирання катіонів ґр

нтом є своєрідна, порівняно

зі звичайними гетерогенними реакціями, залежність від концентрації

розчин

, який реаг

є з ґр

нтом, а при незмінній концентрації — від

кількості розчину. В цих двох випадках немає прямої пропорційної

ал

жн

ос

ті

ап

иклад

при витисненні ввібраних катіонів з ґрун-

ту одним і тим же розчином NH

l, але різної концентрації, порівня-

но з 0,01 н розчином буде витіснятися катіонів не в 10 разів більше,

а значно менше. Чим нижче концентрація розчинів, тим вище вбиран-

ня катіонів і навпаки. При послідовному промиванні ґрунту розчином

l найбільша кількість амонію вбирається на початк

процес

та

найбільша кількість кальцію витісняється першими порціями цього

розчин

у.

. Характерною рисою будь-якої реакції є швидкість, яка залежить

ід ступеня дисоціації сполук, що реагують між собою. У явищах вби-

рання протікає гетерогенна реакція, де тверда фаза нерозчинна у воді,

але процес вбирання відбувається настільки швидко, немов в ньому ре-

агують майже повністю дисоційовані сполуки

. Явища вбирання не дають хімічних сполук, які б відповідали пев-

ній форм

лі

7. Енергія вбирання залежить не тільки від властивостей катіона,

кий вбирається, але й від властивостей самого ґр

нт

. О. Н. Соколов-

ький виявив значну різницю у властивостях колоїдної частини чорно-

зему та солонцю, яка проявляється у підвищенні «жадібності» солонцю

до двовалентних катіонів, особливо до іону кальцію

агальне ґрунтознавств

. К. Гедройцем було встановлено, що поряд з обмінним вбиранням

катіонів ґрунту властиве необмінне вбирання, при якому ввібрані катіо-

ни закріплюються у ґрунті. Тому після витіснення з ґрунту усіх обмін-

них катіонів можна, застосовуючи інші методи обробки ґрунту розчи-

ном, домогтися додаткового витіснення катіонів. Цю частину катіонів

на

ива

ть н

еоб

мінн

ою.

ід склад

обмінних катіонів залежить ряд агрономічно важливих

ластивостей ґрунту: пептизованість і агрегованість, характер і ступінь

закріплення органічної речовини твердою фазою,

творення органо-мі-

неральних сполук, кислотно-лужна та інші види буферності, стійкість

ґрунтів проти дії кислих опадів та інші. Обмінні катіони є джерелом по-

живних р

човин для рослин

рунти, насичені кальцієм

мають реакцію, близьку до нейтральної,

підвищену буферну здатність проти підкислення, їх колоїди утворю-

ть стійкі непептизовані у воді гелі, що сприяє утворенню агрономічно

цінної водотривкої стр

кт

ри. Вони наб

вають добрих водно-фізичних,

фізико-механічних та технологічних властивостей, легко піддаються

бробітк

у.

У ґрунтах, де у складі обмінних катіонів багато обмінного

атрію

ідмічається лужна реакція, пептизовані тонкодисперсні колоїди не

утворюють агрономічно цінних водотривких агрегатів, збільшується

здатність до набрякання і прилипання, погіршуються водні властивості.

Такі ґрунти у вологому стані утворюють ґрунтову кірку і дуже щільні,

майже неп

оникні для повіт

я б

или, важко об

обляються

нти

які містять велик

кількість

обмінних

водню

та

алюмінію

мають кислу реакцію, містять мало органічної речовини, переважно

лабко- або безстр

кт

рні, погано забезпечені елементами живлення.

ожному ґрунту властиві певні обмінні катіони. Наприклад, у складі

бмінних катіонів чорноземів та каштанових ґрунтів переважають C

; дерново-підзолистих — Н

і Al

;

солонцях — Na

;

олотних —

. У кожній із згаданих ґрунтових відмін поряд з основними містяться

й інші катіони. Наприклад, у чорноземах —

;

дерново-підзо-

истих ґрунтах — Ca

;

солонцях — Ca

та інші

ажливим показником ґр

нтового в

ирного колоїдного комплек-

у і ґрунту в цілому є

істкість катіонного обмінн

(Є), яка характе-

риз

ється загальною с

мою

вібраних катіонів, здатних до обмінних

реакцій. Цей показник відображає величину вбирної здатності ґрунту

вимірюється у мг-екв на 100 г ґрунту

У ґрунтах величина місткість катіонного обмінну коливається залеж-

но від типу ґрунту, його мінералогічного і гранулометричного складу,

місту і складу колоїдів, наявності органічної речовини, реакції середо-

ища та інших

акто

ів