Способи оцінки ємності катіонного обміну

Загальна схема визначення величин показників, які характеризують катіонообмінні властивості, полягає в обробці наважки ґрунту розчинами солей. Унаслідок еквівалентного обміну увібрані катіони вилучаються із ҐВК, а їхнє місце займає катіон солі.

Якщо вилучення обмінних катіонів із ҐВК розглядати як хімічну реакцію обміну між обмінними катіонами ҐВК та катіонами розчину:

то, відповідно з законом діючих мас, константу рівноваги реакції катіонного обміну можна відобразити так:

де , − концентрація іонів у рідкій фазі, , − кількість адсорбованих ґрунтом іонів. Трансформуючи рівняння, одержимо:

Аналіз рівняння дає змогу зробити важливий висновок. За умови обміну рівновалентних катіонів в умовах рівноваги відношення адсорбованих ґрунтом катіонів пропорційне відношенню цих катіонів у розчині незалежно від концентрації. Це означає, що за однократної обробки наважки ґрунту розчином солі неможливо вилучити із ҐВК всі обмінні катіони. Їхня частина залишиться в ҐВК відповідно до співвідношення катіонів, яке встановлюється у рідкій фазі суспензії. Після кожного наступного обробітку концентрація вилучених обмінних катіонів у рідкій фазі суспензії зменшуватиметься, що зумовить, зрештою, до практично цілковитого витіснення обмінних катіонів із ҐВК.

На основі теоретичних узагальнень і експериментальних даних розроблено прийоми оцінки ефективної (реальної) та стандартної ємності катіонного обміну.

Оцінку ефективної (реальної) ЄКО здійснюють шляхом обробітку ґрунту небуферним розчином нейтральної солі. У цьому випадку допускають, що рівень рН ґрунтової суспензії, яку одержують у процесі аналізу, зумовлений властивостями досліджуваного ґрунту, а результати визначення ЄКО відображають реальну катіонообмінну здатність ґрунту. Проте необхідно зазначити, що у процесі обробітку ґрунту розчином солі рН зростає. Унаслідок цього величина ЄКО_еф, яку визначають у процесі аналізу, відрізняється від ЄКО ґрунту у реальних умовах. Тому ефективну ємність катіонного обміну, здебільшого, визначають розрахунковим шляхом, додаючи результати визначення витіснених із ҐВК обмінних катіонів, або результати визначення обмінних основ і обмінної кислотності.

Оцінку стандартної ємності катіонного обміну (ЄКО_ст) здійснюють, обробляючи наважку ґрунту буферним розчином із заданим значенням рН. Діапазон коливань значень рН буферних розчинів, за яких визначають ЄКО_ст у різних країнах, становить від 6,5 до 8,2. В Україні стандартну ємність катіонного обмінну прийнято визначати при рН 6,5.

Визначення ЄКО_ст здійснюють у два етапи. На першому етапі наважку ґрунту багаторазово обробляють розчином солі, витісняють обмінні катіони і насичують ҐВК ґрунту катіоном солі. Для цього доволі часто використовують такі катіони: NH₄⁺, Na⁺, K⁺, Li⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺. Концентрація еквівалентів катіонів у розчинах змінюється від 0,01 до 1 моль(+)/л. Найчастіше серед перелічених вище катіонів використовують Ba²⁺, рідше − Mg²⁺.

Повноту витіснення обмінних катіонів із ҐВК визначають за відсутністю у фільтраті Кальцію або, у випадку аналізу кислих ґрунтів − за значенням рН фільтрату.

Після витіснення обмінних катіонів і насичення ҐВК катіоном солі його надлишок, механічно затриманий ґрунтом, видаляють або за допомогою дистильованої води, або за допомогою безводних розчинників.

Упродовж другого етапу здійснюють визначення увібраного ґрунтом катіона солі, і за кількістю останнього одержують величину показника ЄКО.

Для визначення сорбованого ґрунтом катіона солі використовують два підходи. Перший полягає у визначенні катіона солі без його попереднього витіснення із ҐВК та подальше його кількісне визначення придатним для цієї мети методом. Наприклад, американські ґрунтознавці, визначаючи стандартну ЄКО, обробляють наважку ґрунту розчином ацетату амонію (рН 7), а надлишок NH₄⁺ вимивають етанолом та здійснюють пряме кількісне визначення сорбованого ґрунтом NH₄⁺.

Аналогічний підхід з використанням катіона Ba²⁺ запропоновано К. К. Гедройцом. Після видалення надлишку Барію (Ba), механічно затриманого ґрунтом, визначають його валовий вміст та оцінюють ЄКО. Існують також інші варіанти визначення ЄКО, які базуються на цьому принципі, проте з використанням інструментальних методів для кількісного визначення катіона солі.

Необхідно зазначити, що для визначення ЄКО другий підхід застосовують значно частіше. Він передбачає, після насичення катіоном солі ҐВК, повне його видалення звідти та подальше кількісне визначення.

Щоб прискорити вилучення катіона солі із ҐВК, раціонально використовувати розчини, складовими яких є компоненти, що утворюють з катіоном солі важкорозчинні або стійкі комплексні сполуки. Зокрема, у багатьох методах для вилучення із ҐВК Барію застосовують розчини, у складі яких міститься сульфат-іон.

Дата добавления: 2014-01-04