1.5. Анализ элементного состава почв
Спекшаяся смесь после охлаждения, если все операции были выполнены правильно, легко вынимается из тигля. Анализ, как правило, начинается с выделения и количественного определения кремния.
По содержанию в почвах кремний – второй после кислорода элемент. В суглинистых и глинистых бескарбонатных почвах его содержание составляет 60-80%, достигая 99% в некоторых песчаных почвах. Поэтому для определения валового содержания кремния в почвах обычно используют гравиметрический метод. Фотометрический, атомно-абсорбционный и другие методы применяют при определении содержания кремния в почвенных растворах или некоторых вытяжках из почв.
При растворении сплава, как и при растворении силикатов и алюмосиликатов в природных условиях, образуются растворы ортокремниевой кислоты (H4SiO4) которые устойчивы только когда концентрация SiO2 не превышает 0,01%, т.е. ниже растворимости аморфного кремнезема. При более высокой концентрации SiO2 за счет конденсации образуются поликремниевые кислоты: n Si(OH)4 → [(OH)3Si-O-Si(OH)2-O-Si(OH)2]n-O-Si(OH)3.
Кремниевые кислоты – лиофильные (гидрофильные) коллоиды, нечувствительные к действию электролитов. Для их осаждения необходимо разрушение гидратных оболочек, т.е. их обезвоживание (дегидратация). В валовом анализе для перевода кремниевых кислот в осадок используют два метода: солянокислый и желатиновый.
Солянокислый метод. Обезвоживающее действие HCl основано на способности хлористого водорода образовывать с водой азеотропную (нераздельно кипящую) смесь, которая при выпаривании не разделяется на составляющие компоненты. В такой смеси каждый моль HCl удаляется с 8 молями воды. Выпаривание кислого раствора, полученного при разложении почвы, и обработка остатка концентрированной HCl – длительный процесс, длящийся 4-6 часов. Дегидрированный осадок кремниевой кислоты обрабатывают разбавленной HCl, отфильтровывают и промывают. В процессе обработки часть кремниевой кислоты растворяется, поэтому проводят ее повторное осаждение. Двукратное выделение кремниевой кислоты с выпариванием раствора досуха делает солянокислый метод определения кремниевой кислоты весьма трудоемким.
1.5.1. Определение кремния желатиновым методом
Желатиновый метод выделения кремниевой кислоты основан на коагуляции полимеризованной кремниевой кислоты органическим соединением с высокой молекулярной массой – желатином. Принято считать, что отрицательно заряженные коллоидные частицы кремниевой кислоты коагулируют под влиянием крупных положительно заряженных частиц желатина. Монокремниевые и поликремниевые кислоты обладают разными свойствами. Поликремниевые кислоты легко коагулируют и выпадают в осадок под влиянием желатина. Неполимеризованные моно- и дикремниевые кислоты желатином не осаждаются. Разница между результатами определения содержания кремния солянокислым (двойное осаждение) и желатиновым (однократное выделение) методами невелика и составляет около 0,2%.
Ход анализа. Спекшуюся смесь после охлаждения переносят в фарфоровую чашку на 200-250 мл, приливают 25 мл горячей дистиллированной воды, накрывают большим часовым стеклом и затем постепенно прибавляют 10 мл концентрированной HCl, осторожно приподнимая стекло во избежание разбрызгивания раствора.
Чашку с содержимым ставят на кипящую водяную баню и нагревают до полного растворения спека, не снимая часового стекла. Время от времени кусочки нерастворившегося сплава разминают стеклянным пестиком (палочка с расплющенным концом). Затем стекло обмывают над чашкой, удаляют его и раствор выпаривают до состояния влажных солей при периодическом перемешивании стеклянным пестиком, так как возможно образование плёнки, которая будет мешать выпариванию раствора. К полученному влажному остатку прибавляют 20 мл концентрированной HCl, опять накрывают часовым стеклом и помещают на 10 мин на кипящую баню.
Снимают стекло и при энергичном круговом помешивании тем же пестиком прибавляют 5 мл свежеприготовленного 1%-ного раствора желатина, продолжая быстро перемешивать раствор в течение 2-3 мин. Затем в чашку прибавляют немного мацерированной фильтровальной бумаги, приливают 25 мл горячей дистиллированной воды для растворения образовавшихся солей, оставляют на горячей бане еще на 10 мин и фильтруют декантацией (не перенося на фильтр выделившийся осадок SiO2) через фильтр с белой лентой, диаметром 11 см в мерную колбу на 250 мл. Под конец осадок из чашки переносят на фильтр, смывая его сильной струей горячего раствора 1% HCl. Чашку тщательно вытирают кусочком фильтра, который затем смывают 1% HCl на фильтр с осадком.
Осадок продолжают промывать тем же раствором до исчезновения в фильтрате реакции на железо. Для этого собирают в пробирку ~ 2 мл кислого фильтрата прямо из-под воронки и приливают 2-3 капли 10% раствора роданида калия или аммония и, если не появится красная или розовая окраска от роданида железа, то осадок заканчивают промывать двукратным наполнением воронки одной горячей водой. Фильтрат в колбе доливают до метки водой, хорошо перемешивают и используют для дальнейших анализов.
Подсушенный на воронке фильтр с осадком кремниевой кислоты переносят во взвешенный фарфоровый тигель, прикрывают крышкой, осторожно озоляют и прокаливают в муфеле при 900о до постоянной массы. Результаты заносят в форму 3.
Форма 3
Почва, генетический горизонт, глубина образца, см |
Номер тигля |
Масса пустого тигля, г |
Масса тигля с осадком SiO2, г |
Масса осадка SiO2, г |
Подзолистая, А1 0-4 |
2 |
14,2342 |
15,0356 |
0,8014 |
Содержание кремния в виде SiO2 находят по формуле:
где m0 – навеска прокаленной почвы, г; m1 – масса осадка SiO2, г; 100 – коэффициент пересчета на 100 г почвы.