233

окислительно-восстановительные процессы и кислородный обмен). Концентрация железа в почвенном растворе зависит от процессов

осаждения-растворения Fe(OH)3. Коллоиды Fe(OH)3 выпадают в осадок при изменении рН, содержания органического вещества и минеральных солей.

Лабораторная работа 5. Определение ионов железа (Fe2+, Fe3+)

В две маленькие фарфоровые чашки наливают по 2 мл фильтрата. В одну из них бросают несколько кристаллов красной кровяной соли.

Появляющееся синеватое окрашивание указывает на присутствие соединений Fe2+.

Во вторую чашку добавляют 4…5 капель 10 %-ного раствора роданида калия. При наличии соединений Fe3+ раствор окрашивается в красный цвет. По интенсивности окрашивания судят об их количестве.

Лабораторная работа 6. Определение сульфатов (SO42-) и ионов кальция (Ca2+)

Отбирают в 2 пробирки по 5 мл фильтрата и производят качественное определение ионов SO42- и Ca2+, как это было описано выше. В солянокислой вытяжке катионы Ca2+ связаны с нетоксичными солями CaSO4 и СаСОз, анионы SO42- с солью CaSO4 . .

Результаты качественного анализа записывают в рабочую тетрадь по предлагаемой схеме (табл.1). Присутствие какого-либо компонента обозначают знаком (+), а отсутствие - знаком (-).

Таблица 1

Результаты качественного анализа почвы

11

3.Определение щелочности водной вытяжки

Лабораторная работа 7. Определение щелочности от растворимых карбонатов

Щелочность от растворимых карбонатов, которую называют также

щелочностью от нормальных карбонатов, или частной щелочностью,

характерна для водных вытяжек из солонцов и солончаков, поскольку эта щелочность обусловлена присутствием в почве Na2CO3, а также щелочных солей кремниевой и органических кислот. В карбонатных почвах эта щелочность обусловлена также в какой-то мере карбонатом магния. Растворимые карбонаты создают щелочную среду вытяжки, вследствие чего вытяжка окрашивается в розовый цвет при добавлении фенолфталеина. Титруя окрашенную фенолфталеином вытяжку кислотой до обесцвечивания индикатора, определяют содержание в ней растворимых карбонатов:

2Na2CO3 H2SO4 2NaHCO3 Na2SO4,

т.е. CO32 H HCO3- .

Нейтрализация Na2CO3 по фенолфталеину идет до гидрокарбоната, т.к. Na2CO3 титруется по этому индикатору лишь наполовину. Образующиеся ионы HCO3- подкисляют раствор, вследствие чего рН снижается, т.е. становится меньше 8,2, и фенолфталеин обесцвечивается. Поэтому общее количество карбонат-ионов CO32 равно удвоенному количеству кислоты, затраченной на титрование.

Ход работы

К 25-50 мл водной вытяжки в конической колбе прибавляют 2-3 капли фенолфталеина. В зависимости от интенсивности окраски вытяжку титруют 0,01н или 0,02н. раствором H2SO4 до обесцвечивания индикатора. Слабо окрашенные вытяжки титруют со «свидетелем», в качестве которого служит колба такого же объема и с таким же количеством вытяжки, как и анализируемая проба, но без фенолфталеина. Титрование ведут до момента, когда цвет вытяжки в обеих колбах станет одинаковым. После титрования CO32 в этой же пробе определяют общую щелочность.

Щелочность (мг-экв) от растворимых карбонатов будет равна

X CH2SO4 2 Vвыт 2,

где СH2SO4 - концентрация кислоты, моль/дм3;

2 - коэффициент для пересчета CO32 ;

Vвыт - объем кислоты, израсходованной на титрование, см3 ;

12

Титрование по метиловому оранжевому следует вести со «свидетелем», в качестве которого служит колба такого же объема и с таким же количеством вытяжки, в которую индикатор добавляют в том же количестве. Сравнение окрасок проводят на белом фоне и титрование считают законченным в тот момент, когда окраска раствора из желтой перейдет в оранжевую.

Величину общей щелочности в присутствии карбонат-иона вычисляют по суммарному количеству кислоты, затраченной на титрование по фенолфталеину и метиловому оранжевому. Если растворимых карбонатов нет, расчет ведут по количеству кислоты, затраченной на титрование по одному метиловому оранжевому.

Общая щелочность, мг-экв,

HCO3- = СH2SO4 ·( Vвыт1 - Vвыт2)·2 ,

где СH2SO4 - концентрация кислоты, моль/дм3;

Vвыт1- объем кислоты, израсходованной на титрование по фенолфталеину, см3;

Vвыт2 - объем кислоты, израсходованной на титрование по метиловому оранжевому, см3;

2 - множитель пересчета на 10 г сухой почвы. Общая щелочность, %:

HCO3- = HCO3- · 0,061

где 0,061 - величина мг-экв HCO3-.

Расчеты по результатам анализа

Определение общей щелочности проведено в 25 мл вытяжки. На титрование по метиловому оранжевому затрачено 1,2 мл 0,0215 н H2SO4. На предшествующее титрование по фенолфталеину израсходовано 0,6 мл этой же кислоты. Общая щелочность, в мг-экв:

HCO3- = 0,0215 · (1,2 + 0,6) · 20 = 0,77,

где 20 - множитель пересчета на 100 г сухой почвы.

Общая щелочность, % :

HCO3- = 0,77 · 0,061 = 0,047,

где 0,061 - величина мг-экв HCO3-.

14

4. Определение рН водной и солевой вытяжки колориметрическим и потенциометрическим методом

Лабораторная работа 9. Определение рН водной вытяжки колориметрическим методом

Оборудование:

1)фарфоровая ступка с пестиком;

2)технические весы;

3)Конические колбы на 250 и 100 мл;

4)мерные цилиндры;

5)штатив с пробирками;

6)набор и универсальный индикатор Алямовского или рН-метр, иономер;

7)центрифуга.

Реактивы:

1)дистиллированная вода (рН=7);

2)1н раствор хлорида калия - 75 г соли KCl растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 1 л в мерной колбе. Полученный раствор должен иметь рН 5,6…6,0. Если рН < 5,6 то по каплям приливают в раствор 10 %-ного KOH, а при рН > 6,0…10 %-ной

HCl.

3)буферные растворы по ГОСТ 10170 и ГОСТ 210171;

4)универсальный индикатор Алямовского - в 500 мл абсолютного этилового спирта растворяют в (г): фенолфталеина - 0,1, индикатора метилового красного - 0,2, диметиламинобензола - 0,3, бромтимолового синего - 0,4, тимолового синего - 0,5, добавляют несколько капель 1н раствора NaOH для получения желтой окраски индикатора. При меньшем количестве спирта навески индикаторов соответственно уменьшаются.

Примечание. При отсутствии набора и индикатора Алямовского величину рН можно определить с помощью универсальной индикаторной бумаги. Наиболее точным является определение рН на приборах рН-метр и универсальный иономер.

Ход работы

Среднюю пробу почвы растирают в фарфоровой ступке пестиком, берут навеску 20 г и помещают в коническую колбу емкостью 250 мл. наливают 100 мл дистиллированной воды (рН=7). Содержимое колбы хорошо несколько раз взбалтывают и отстаивают до полного осветления жидкости. Для ускорения этой процедуры можно использовать центрифугу Фильтрование не рекомендуется.

Пипеткой берут 5 мл водной вытяжки (из колбы с суспензией) в

15

пробирку и прибавляют затем 0,3 мл универсального индикатора. Жидкость в пробирке окрашивается в определенный цвет. Пробирку встряхивают для равномерного распределения окраски и ставят в среднее гнездо компаратора. В другие 2 гнезда ставят эталоны шкалы Алямовского, близкие по цвету, и определяют величину рН.

Колориметрический метод дает возможность определять рН только в бесцветных и прозрачных растворах.

Он не пригоден для определения рН в солонцовых горизонтах и солонцеватых почвах, в торфяниках. Пользуются в этих случаях потенциометрическим методом.

Лабораторная работа10. Определение рН солевой вытяжки колориметрическим методом

Ход работы

20 г растертой воздушно-сухой почвы помещают в коническую колбу емкостью 100 мл, приливают 50 мл 1н раствора KCl, закрывают чистой пробкой, взбалтывают в течение 5 мин и ставят отстаиваться на 1824 часа.

После отстаивания пипеткой аккуратно берут 2,5 мл прозрачной вытяжки в пробирку и приливают 3-4 капли универсального индикатора Пробирку встряхивают для перемешивания жидкости и определяют величину рН по шкале Алямовского, как указано выше.

рН раствора KCl равен 5,6. Если рН солевой вытяжки будет меньше 5,6, значит, в почве проявляется потенциальная (обменная) кислотность. Значение рН солевой вытяжки имеет важное значение при решении вопроса о необходимости химической мелиорации кислых почв, расчете доз мелиорантов, а также при выборе удобрений. В зависимости от величины рН солевой вытяжки различают реакцию почв:

<4 - очень сильнокислая; 4,1 - 4,5 – сильнокислая; 4,6 - 5,0 - среднекислая; 5,1 - 5,5 – слабокислая;

5,6 - 6,0 - близкая к нейтральной; >6,0 - нейтральная.

При величине рН менее 5,5 почвы нуждаются в химической мелиорации. Ориентировочно дозы мелиоранта (мела) можно определить по табл. 2.

16

Таблица 2

Дозы мелиоранта (мела) в зависимости от рН солевой вытяжки и гранулометрического состава почв

Лабораторная работа 11. Определение рН потенциометрическим методом

Потенциометрический метод определения реакции (рН) почв заключается в измерении электродвижущей силы (ЭДС), которая возникает при опускании в почвенную суспензию (водную или солевую вытяжку) двух различных электродов: измерительного и электрода сравнения. В качестве электрода сравнения чаще используется хлорсеребряный, а измерительного - стеклянный (мембранный) Преимущество стеклянного электрода состоит в том, что на точность определения не влияет наличие в растворе окислителей, восстановителей, коллоидов тяжелых металлов. Измерение можно проводить в широком диапазоне значений рН. Вытяжку (водную или солевую) готовят при отношении почвы к раствору 1: 25.

Оборудование:

1)фарфоровая ступка с пестиком;

2)весы;

3)фильтры;

4)стеклянные воронки;

5)колбы 250 мл (1 шт.) и 100 мл (2 шт.);

6)пробирки (6 шт.) в деревянном или пластмассовом штативе;

7)фарфоровые чашки диаметром 5 см (2 шт.);

8)стеклянные палочки для фильтрования (1 шт.).

Ход работы

Из подготовленного для анализа образца почвы на технических весах берут навеску 40 г, помещают в коническую колбу емкостью 200 мл, приливают 100мл дистиллированной воды (рН=7) или 1н раствора хлорида калия (солевая вытяжка), колбу с суспензией встряхивают в течение 1 мин. Затем суспензию наливают в стеклянный стакан емкостью 100 мл и

17

определяют рН на иономере ЭВ - 74 или на рНмилливольтметре. После настройки прибора (согласно инструкции) в стакан с суспензией погружают стеклянный электрод и солевой контакт электрода сравнения, спустя 1,5 мин измеряют рН.

Настройку прибора проводят по буферным растворам с рН 4,01; 6,86; 9,18. Все соли, используемые для этих растворов, должны быть химически чистыми. Приготовление и хранение буферных растворов проводят так, чтобы в них не попадали из воздуха углекислота или аммиак. Срок хранения буферных растворов не более 3 месяцев.

Электрометрический (потенциометрический) метод определения рН воды отличается большой точностью (до 0,02), позволяет проводить исследование практически в любой воде независимо от ее окраски, мутности, солевого состава.

Метод основан на измерении разности потенциалов, возникающих на границах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электрода и исследуемым раствором, с одной стороны, и внутренней поверхностью мембраны и стандартным раствором - с другой. Внутренний, стандартный раствор стеклянного электрода имеет постоянную концентрацию ионов водорода, поэтому потенциал на внутренней поверхности мембраны не меняется. Измеряемая разность потенциалов определяется потенциалом, возникающим на границе внешней поверхности электрода и исследуемого раствора. Изменение значения рН на единицу вызывает изменение потенциала электрода на 58,1 мВ при 2OºC. Пределы линейной зависимости потенциала электрода от рН обусловлены свойствами стеклянного электрода. Результат определения не зависит от окраски, мутности, взвеси, присутствия свободного хлора, окислителей или восстановителей, повышенного содержания солей. Влияние температуры компенсируется специальным устройством, вмонтированным в прибор.

Для измерения рН можно пользоваться потенциометрами (рНметрами) различных марок. Стеклянные электроды этих приборов калибруются по буферным растворам.

Оборудование, реактивы:

1)рН-метр;

2)эталонные растворы;

3)дистиллированная вода;

4)стаканчики на 200 мл - 4 шт.;

5)фильтровальная бумага.

Материал - воды грунтовые, поверхностные и сточные.

18

Ход работы

Перед началом работы ознакомиться с инструкцией работы на прибор. Определить рН поверхностной, грунтовой и сточной воды в соответствии с инструкцией. Полученные данные измерений занести в тетрадь и сделать вывод.

5.Определение загрязняющих веществ в почве

Лабораторная работа 12. Определение содержания нитратного азота в почве дисульфофеноловым методом

Об обеспеченности растений азотом судят по содержанию в почве его минеральных соединений, так как органические (азот гумуса) непосредственно не доступны растениям. Наиболее важным показателем обеспеченности растений азотом является количество в почве нитратного азота.

Одним из методов его определения, доступных для проведения в студенческих лабораториях, является дисульфофеноловый, который позволяет определить только азот нитратов. Даже при большом содержании в почве нитратов он даёт правильные показатели.

Принцип метода

Метод основан на образовании в присутствии дисульфофеноловой кислоты и NaOH соли пикриновой кислоты (пикрата натрия), окрашивающей раствор в желтый цвет Интенсивность окрашивания зависит от содержания нитратного азота.

HNO3 + C6H5OH(HSO3)2 → C6H2OH(NO2)3 + 2H2SO4 + H2O;

C6H2OH(NO2)3 + NaOH → C6H2(NO2)3ONa + H2O.

пикрат натрия

Реактивы:

1)0,05 %-ный раствор К2SO4;

2)20 %-ный раствор NaOH;

3)дисульфофеноловая кислота (готовится заранее);

4)основной эталонный раствор (готовится заранее);

5)рабочий эталонный раствор.

Оборудование и приборы:

1)колбы - 2 шт.,

2)фильтры плотные - 1 шт.,

3)воронки - 1 шт.,

4)чашки фарфоровые - 2 шт.,

19

5)палочки стеклянные -1 шт.,

6)колбы мерные - 1 шт.,

7)пипетки мерные, пипетка на 1 мл для дисульфофеноловой кислоты,

8)промывалка,

9)водяная баня с электрообогревом,

10)фотоэлектроколориметр (ФЭК),

11)емкость для слива жидкости при колориметрировании,

12)фильтровальные бумажки для обтирания кювет.

Оценку обеспеченности растений азотом проводят по табл.3.

Приготовление основного эталонного раствора

7,216 г перекристаллизованного и высушенного при 105°С х.ч. KNO3 отвешивают на аналитических весах и помещают в мерную колбу ёмкостью 1 л, растворяют в 0,05 %-ном K2SO4 и этим же раствором доводят до метки и тщательно перемешивают. В 1 мл полученного раствора содержится 1 мг азота. При его хранении для консервации добавляют 1 мл толуола или хлороформа.

Приготовление рабочего эталонного раствора

Из основного эталонного раствора пипеткой берут 5 мл и разбавляют 0,05 %-ным раствором K2SO4 до объема 50 мл в мерной колбе на 50 мл, перемешивают. В 1 мл этого раствора содержится 0,1 мг азота. Затем пипеткой отбирают из него 20 мл, помещают в фарфоровую чашку и выпаривают на водяной бане. После этого приливают 1 мл дисульфофеноловой кислоты, растирают осадок стеклянной палочкой, оставляют стоять 10 минут, приливают 15 мл дистиллированной воды, нейтрализуют 20 %-ным раствором NaOH до неисчезающей желтой окраски, переносят раствор по стеклянной палочке через маленькую воронку в мерную колбу ёмкостью 200 мл и доводят дистиллированной

20