1.7. Определение гипса

Содержание гипса в почвах варьирует в широких пределах – от следовых количеств до 40% и более. Сведения о содержании гипса и глубине залегания гипсоносных горизонтов необходимы для диагностики почв, оценке их генетических и мелиоративных особенностей, в частности при обосновании способа мелиорации солонцов.

Сам гипс безвреден для растений, однако при его очень высоком содержании свойства почв ухудшаются. Кроме того, совместно с гипсом в почве всегда аккумулируются и легкорастворимые соли, которые оказывают непосредственное отрицательное влияние на свойства почв и культурные растения.

Химические методы определения гипса основаны на растворении его разбавленными растворами HCl, растворами солей или водой.

1.7.1. Солянокислый метод определения гипса

Чаще всего для растворения гипса используют 0,2 н. раствор HCl. При взаимодействии гипса с соляной кислотой происходит реакция:

CaSO₄ ∙ 2H₂O + 2HCl = CaCl₂ + H₂SO₄.

В полученном фильтрате определяют содержание SO₄^2-, вычитают из него количество сульфат-иона водной вытяжки и узнают количество SO₄^2- гипса с последующим пересчетом на CaSO₄ ∙ 2H₂O.

Ход анализа. Образец почвы растирают в агатовой ступке и просеивают через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Из него берут навеску массой 1-5 г с точностью до 0,0001 г. Если содержание гипса в почве высокое, то навеску уменьшают до 0,2-1,0 г. Навеску почвы помещают в химический стакан, заливают 100 мл 0,2 н. раствора HCl, тщательно перемешивают и оставляют до следующего дня.

На следующий день суспензию отфильтровывают через плотный фильтр, после чего почву многократно промывают декантацией той же кислотой. Приливают в стакан новую порцию 0,2 н. раствора HCl перемешивают содержимое стакана стеклянной палочкой, выжидают, пока основная масса частиц осядет на дно и после этого осторожно по палочке сливают раствор на воронку. Обработку почвы кислотой продолжают до тех пор, пока проба на наличие ионов SO₄^2- в фильтрате из-под воронки не даст отрицательную реакцию. Первую пробу следует делать не ранее, чем будет получено 300 мл фильтрата. Для этого в пробирку набирают 5-10 мл фильтрата, прибавляют несколько капель 10 %-ного раствора BaCl₂, нагревают раствор до кипения и оставляют на 2 час. При отсутствии сульфат-ионов в фильтрате раствор в пробирке остается прозрачным, а при их наличии появляется белая муть или осадок.

После того как проба на сульфат-ионы даст отрицательный результат полученный фильтрат упаривают в фарфоровой чашке на водяной бане до объема 150-200 мл. Если фильтрат содержит органическое вещество, его следует выпарить в фарфоровой чашке досуха, а сухой остаток обработать концентрированной азотной кислотой или царской водкой для разрушения органических веществ. Сухой остаток растворяют в 10 %-ном растворе HCl, выделяют полуторные оксиды и только после этого, предварительно установив слабокислую среду (в сильнокислом растворе значительно возрастает растворимость сульфата бария), осаждают сульфат-ионы.

Для осаждения сульфат-ионов раствор нагревают до кипения и приливают по каплям 2-10 мл горячего 10 %-ного раствора хлорида бария, тщательно размешивая стеклянной палочкой каждую каплю осадителя. Кипятят раствор 2-3 мин. при постоянном перемешивании, накрывают стакан часовым стеклом и ставят на горячую водяную баню на 1-2 часа для отстаивания осадка, после чего проверяют полноту осаждения сульфат-ионов.

Для проверки полноты осаждения сульфата бария в прозрачный отстоявшийся раствор по стенке стакана приливают несколько капель хлорида бария. Если в этом месте образуется муть от выделившегося осадка, в раствор добавляют еще некоторое количество хлорида бария и нагревают до кипения. Дают осадку отстояться и, если нет уверенности в полноте осаждения, повторяют пробу еще раз. Осадок держат на бане 4-6 часов. Если осадок едва заметен, время отстаивания увеличивают до 12-24 часов. После этого отфильтровывают осадок через плотный фильтр. Осадок на фильтре промывают дистиллированной водой подкисленной HCl до отсутствия реакции на ион бария. Для проверки набирают в пробирку несколько мл промывной жидкости из-под воронки с осадком и добавляют к ним несколько капель 10 %-ного раствора серной кислоты. Отсутствие белой мути свидетельствует о полноте отмывки осадка от ионов бария.

Фильтр с осадком подсушивают на воронке, помещают во взвешенный фарфоровый тигель, ставят в холодную муфельную печь и затем прокаливают при температуре 700-750 ^°С.

Определив содержание сульфат-ионов в водной вытяжке (см. раздел 2), рассчитывают содержание SO₄^2- гипса, а затем содержание CaSO₄ ∙ 2H₂O.

Для этого используют следующие формулы

CaSO₄ ∙ 2H₂O, % = SO₄^2- гипса, % ∙ 1,79,

где m навеска почвы, г; m₀ – масса осадка BaSO₄, г; 0,411 – коэффициент пересчета BaSO₄ в SO₄^2-; 1,79 – коэффициент пересчета сульфат-ионов в гипс.

Пример расчета. Для определения содержания гипса взята навеска почвы 0,4856 г. Масса осадка BaSO₄ равна 0,0956 г, содержание ионов SO₄^2- водорастворимых солей равно 1,25%. Содержание SO₄^2- гипса составило:

Содержание CaSO₄ ∙ 2H₂O составило 6,84 ∙ 1,79 = 12,24 %.

Реактивы.

1. 0,2 н. раствор HCl. 16,4 мл конц. HCl (пл. 1,19) приливают в мерную колбу объемом 1 л, содержащую примерно 800 мл дистиллированной воды, перемешивают, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.

2. 10%-ный раствор BaCl₂. 10 г BaCl₂ ∙ 2H₂O помещают в мерную колбу объемом 100 мл, приливают примерно 50 мл дистиллированной воды, растворяют, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.

3. Царская водка. Готовят смешиванием 3 объемов конц. HCl (пл. 1,19) и 1 объема конц. HNO₃ (пл. 1,40).

4. 10%-ный раствор HCl. 47,3 мл конц. HCl (пл. 1,19) приливают в мерную колбу объемом 200 мл, содержащую примерно 150 мл дистиллированной воды, перемешивают, доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.