6.1.3. Гіпотези про обмінний Алюмінію і обмінний Гідроген.

На початку XX ст. запропоновано дві гіпотези, на основі яких пояснювали природу потенційної кислотності: алюмінієва та воднева (або гіпотеза обмінного Алюмінію і гіпотеза обмінного Гідрогену). Власне тому початок XX ст. необхідно вважати початком дискусії про походження (генезис, природу) потенційної кислотності.

З позиції гіпотези про обмінний Алюміній (вперше запропонував американський вчений Т. Вейтч 1904 р.; вдосконалював і розвивав японський вчений Г. Дайкухара), його присутність у сольових витяжках із кислих ґрунтів пояснюють прямим його витісненням із ҐВК за допомогою розчинів нейтральних солей:

ҐВК]Al³⁺ + 3KCl → ҐВК]K₃ + AlCl₃,

Хлорид алюмінію титрується як кислота, що і створює враження щодо обмінної кислотності. У сольовій витяжці AlCl₃ гідролізується:

AlCl₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3HCl,

а поява вільної HCl знижує величину рН сольової витяжки.

Гіпотезу про обмінний Гідроген розроблено та експериментально розвинуто К. К. Гедройцом. Згідно з цією гіпотезою, у ҐВК кислих ґрунтів наявні H⁺-іони, які і витісняються катіонами нейтральних солей.

ҐВК]H⁺ + KCl → ҐВК]K⁺ + HCl.

Хлоридна кислота, яка утворюється унаслідок обміну, здатна розчинити наявні у ґрунті гідрооксиди і деякі інші сполуки Алюмінію:

Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O.

Отже, обидві гіпотези однаково пояснюють і кислу реакцію сольових витяжок з ґрунтів, і присутність у них Алюмінію.

У подальшому у вирішенні проблеми найбільшу роль відіграли роботи В. А. Чернова: 1947 р. у світ вийшла монографія цього автора: “О природе почвенной кислотности”, у якій відображено головні результати багаторічних експериментальних досліджень природи ґрунтової кислотності.

Автором встановлено, по-перше, що Al³⁺ вбирається переважною більшістю ґрунтів значно інтенсивніше, ніж H⁺. По-друге, важливим висновком є те, що титрована кислотність KCl−витяжок (кількість кислотності) із підзолистих ґрунтів і червоноземів еквівалентна вмісту у цих витяжках іонів Алюмінію. Отже, кількість кислотності відповідає кількості Алюмінію. На цій основі можна стверджувати, що поява Алюмінію у розчині є наслідком прямого обміну катіонів нейтральних солей на катіони Al³⁺, що знаходяться у ҐВК.

Сьогодні експериментальні дані засвідчили, що у малогумусових горизонтах кислих ґрунтів обмінна кислотність майже повністю зумовлена обмінними іонами Al³⁺. У гумусових горизонтах поряд з Al³⁺ у формуванні кислотності беруть участь H⁺-іони. У цих горизонтах Гідроген-іон може переважати над Al³⁺ або навіть Al³⁺ може бути зовсім відсутній.

Вирішення питання про природу обмінної кислотності має не тільки теоретичне або пізнавальне значення. Залежно від того, який іон міститься у ҐВК − H⁺ чи Al³⁺ − змінюється уявлення про механізм ґрунтово-хімічних реакцій, а також погляди на сутність деяких процесів ґрунтотворення. Від вирішення цього завдання залежить правильний вибір прийомів боротьби з кислотністю ґрунтів, зокрема, доз і термінів вапнування ґрунтів.

Дехто з науковців вважає, що взаємодія ґрунту з розчинами гідролітично-лужних солей відбувається принципово інакше, ніж з розчинами нейтральних солей. Це, вочевидь, і відрізняє гідролітичну кислотність від обмінної.

Проте у наукових працях Д. Л. Аскіназі, Н. П. Ремезова, Д. М. Прянишнікова переконливо доведено, що принципових відмінностей між обмінною і гідролітичною кислотністю немає.

Отже, на сучасному етапі вивчення потенційної кислотності, тобто її видів – обмінної і гідролітичної кислотності – не доведено, що їхня природа різна. Дещо вищі значення титрованої кислотності, які одержують за взаємодії ґрунту з гідролітично-лужною сіллю, пояснюються більш повним проходженням реакції.

Унаслідок взаємодії ґрунту з 1 М CH₃COONa значення рН розчину встановлюються в інтервалі 6,2−7,5, а після взаємодії з 1 М KCl − в інтервалі 3,0−6,5. Зрозуміло, що надлишок Гідроген-іонів у другому випадку не сприяє повному проходженню реакції. У першому ж випадку Гідроген-іони зв’язуються у слабкодисоційовану CH₃COOH і реакція відбувається значно повніше.

Алюміній також бере участь у формуванні гідролітичної кислотності. Проте оскільки рН рівноважного розчину створює умови для мінімальної розчинності гідроксиду Алюмінію, отож після його витіснення у вигляді Al³⁺ із ҐВК він повністю випадає в осад.

Згідно з твердженням К. К. Гедройца, гідролітичною кислотністю необхідно вважати різницю між кількістю кислотності, знайденої від обробки ґрунту розчином CH₃COOH і KCl. Іншими словами, гідролітичною кислотністю необхідно вважати тільки приріст кислотності за рахунок уведення аніона слабкої кислоти.