Одиниці вимірювання показників

Для оцінки рівнів показників хімічних властивостей ґрунтів і хімічних ґрунтових процесів застосовують одиниці фізичних величин Міжнародної системи СІ (Systeme International d’Unitees − SI). Ця система була прийнята у 1960 році на ХІ Генеральній конференції з мір і ваг у Парижі. Скорочене позначення українською мовою “СІ”, російською − “СИ”, міжнародне − “SІ” − від початкових літер слів Systemе Internatіonal, що у перекладі означає “система міжнародна”. Застосування Міжнародної системи одиниць СІ в Україні довший час мало тільки рекомендаційний характер, проте після набуття чинності з 1 січня 1999 року ДСТУ 3651-97 “Метрологія. Одиниці фізичних величин” її застосування стало обов’язковим. Міжнародна система СІ налічує 7 основних одиниць. Це маса, кількість речовини, довжина, час, сила світла, сила електричного струму, термодинамічна температура. Окрім цього, використовуються похідні одиниці. які одержують за рівняннями із основних одиниць. Зокрема, для оцінки молярних концентрацій розчинів використовують похідні величини моль/м³ або моль/л. Для оцінки хімічного стану ґрунтів найчастіше використовують одиниці маси, одиниці кількості речовини, а також похідні від цих одиниць.

У системі одиниць СІ головною одиницею маси є кілограм, а найуживанішими частковими одиницями (становлять частку від головної одиниці фізичної величини) – грам (г), міліграм (мг) і мікрограм (мкг). У ґрунтознавстві найчастіше використовують одиниці, які характеризують масову частку того чи іншого компонента у ґрунті.

Масова частка – це відношення маси компонента, наявного у системі, до загальної маси цієї системи. Результати аналізу виражають у відсотках (сота частка, %), проміле (тисячна частка, %о, ppt), у мільйонних частках (млн⁻¹, в іноземній літературі ppm – pars pro million). Одиниці ppt і ppm, насамперед, зручні для оцінки малих концентрацій речовин, отож їх доволі часто використовують в іноземній літературі. На теренах пострадянських держав, зокрема в Україні, застосовують мг/кг, що відповідає 1 ppm. Достатньо часто застосовують одиниці, які характеризують виражену у міліграмах масу компонента на 1 кг або 100 г ґрунту (мг·кг⁻¹ або мг/кг, мг/100 г ґрунту). У випадках, коли необхідно оцінювати еквівалентні співвідношення між наявними чи реагуючими у ґрунтах компонентами, використовують не одиниці маси, а одиниці кількості речовини.

Головною одиницею кількості речовини у системі СІ є моль (mol), частковими одиницями – децимоль (дмоль, dmol), сантимоль (смоль, cmol), мілімоль (ммоль, mmol) і мікромоль (мкмоль, µmol). Перелічені часткові одиниці відповідають 10⁻¹, 10⁻², 10⁻³, 10⁻⁶ частці моля.

Відповідно до системи СІ, моль – одиниця кількості речовини, що складається із такого числа структурних елементів, яке відповідає вмісту атомів у 0,012 кг Карбону-12 (¹²С). Кількість атомів у 0,012 кг ¹²С, або в одному молі Карбону-12, дорівнює числу Авогадро – 6,022·10²³ (Основи аналітичної хімії, 2000).

Моль і часткові одиниці застосовуються для оцінки кількості речовини будь-яких структурних елементів – атомів, молекул, іонів і умовних частинок, наприклад, еквівалентів – ½ Ca²⁺, 1/3 Al³⁺ тощо.

Під еквівалентом розуміють реальну або умовну частинку, яка може приєднувати, вивільняти або якось по-іншому бути еквівалентною одному іонові Гідрогену у кислотно-основних реакціях або одному електрону в окисно-відновних реакціях. Оскільки еквівалент розглядають як частинку (реальну чи умовну), одиницею кількості речовини еквівалента також є моль (mol).

Кількість речовини позначають символом “n”. Зокрема, кількість речовини Fe³⁺ записується як n(Fe³⁺). Напр., n(Fe³⁺) = 10 ммоль.

Молярна маса – це маса речовини, взята у кількості одного моля. Вона позначається символом “ М ”. Одиницею молярної маси, згідно з системою СІ, є кг·моль⁻¹ або кг/моль. Застосовують також г∙моль⁻¹, г∙смоль⁻¹, г∙ммоль⁻¹. Наприклад: М (Mg²⁺) = 24,305 г∙моль⁻¹; М (Mg²⁺) = 0,024305 г∙ммоль⁻¹; М (½Mg²⁺) = 12,1525 г∙моль⁻¹; М (½Mg²⁺) = 0,0121525 г∙ммоль⁻¹.

Отже:

· 1 моль MgCl₂ складається із 6,022·10²³ молекул і має масу 95,21 г; молярна маса MgCl₂ становить 95,21 г·моль⁻¹ або скорочено – М (MgCl₂) = 95,21 г·моль⁻¹;

· 1 моль Mg²⁺ складається із 6,022·10²³ молекул і має масу 24,305 г, М (Mg²⁺) = 24,305 г·моль⁻¹;

· 1 моль (½Mg²⁺) складається із 6,022·10²³ умовних частинок, або еквівалентів, має масу 12,1525 г; молярна маса ½Mg²⁺ відповідає 12,1525 г·моль⁻¹ або М (½Mg²⁺) = 12,1525 г·моль⁻¹;

· 1 моль електронів (е⁻) складається із 6,022·10²³ електронів, має масу 0,5486·10⁻³ г, М(е⁻) = 0,5486·10⁻³ г∙моль⁻¹.

Відношення кількості розчиненої речовини (число молей розчиненої речовини) до об’єму розчину називають молярною концентрацією, позначають символом “ с ” і виражають у молях на літр. У цьому випадку вираз для концентрації розчину, який в 1 л містить 1 моль HCl, має вигляд: с (HCl) = 1 моль∙л⁻¹. Вираз с (½H₂SO₄) = 0,1 моль∙л⁻¹ відповідає виразу 0,1 н. H₂SO₄, а с (H₂SO₄) = 0,1 моль∙л⁻¹ відповідає 0,1 М H₂SO₄.

Для того, щоб від кількості речовини у досліджуваній системі перейти до її маси, число молей речовини необхідно помножити на величину її молярної маси. Наприклад, в 1 кг ґрунту міститься 50 ммоль (слово моль після числа і у заголовках таблиць не відміняється) сульфат-іонів. Молярна маса SO₄²⁻ становить 96 г/моль або 0,096 г/ммоль. Тоді, помноживши 50 ммоль на 0,096 г/ммоль, одержимо, що в 1 кг ґрунту вміст SO₄²⁻ (сульфат-іонів) становить 4,8 г. Якщо результат аналізу того ж ґрунту виражений числом мілімолей еквівалентів сульфат-іонів (½SO₄²⁻), то він відповідає 100 ммоль(−)·кг⁻¹ або 100 ммоль(−)/кг. У цьому випадку, щоб обчислити масу сульфат-іонів у ґрунті, число мілімолей еквівалентів сульфат-іонів необхідно помножити на молярну масу еквівалента М (½SO₄²⁻), яка становить 0,048 г/ммоль. Одержуємо абсолютно однаковий результат. Маса сульфат-іонів в 1 кг ґрунту становить 4,8 г, або масова частка сульфат-іонів у ґрунті відповідає 0,48 %.

За допомогою одиниць кількості речовини результати аналізу ґрунту з масовою часткою сульфат-іонів, яка становить 0,48 %, можуть бути виражені так:

· 50 ммоль (SO₄²⁻)·кг⁻¹, 5 смоль (SO₄²⁻)·кг⁻¹ або 5 ммоль (SO₄²⁻)/100 г ґрунту;

· 100 ммоль (½SO₄²⁻)·кг⁻¹, 10 смоль (½SO₄²⁻)·кг⁻¹ або 10 ммоль (½SO₄²⁻)/100 г ґрунту;

· 100 ммоль (−) кг, 10 смоль (−) кг, 10 ммоль (−)/100 г ґрунту.

В останньому прикладі знак “−” означає заряд умовної частинки ½SO₄²⁻. Необхідно пам’ятати, що результати аналізу, виражені у мілімолях еквівалентів і у міліграм-еквівалентах, чисельно однакові.

Одиниці кількості речовини використовують для висвітлення результатів дослідження іонообмінних властивостей ґрунтів. Зокрема, характеризуючи іонообмінну здатність ґрунтів, оцінюють кількість від’ємних –ємкість катіонного обміну – (ЄКО) або додатних –ємкість аніонного обміну (ЄАО) зарядів частинок ґрунтового вбирного комплексу (ҐВК). Відповідно до системи СІ, одиницею кількості речовини зарядів на одиницю маси ґрунту є моль (е⁻) кг⁻¹ у відношенні до від’ємно заряджених позицій ҐВК або моль (p ⁺) кг⁻¹ у відношенні до зарядів катіонів, які компенсують від’ємні заряди ҐВК. Їхні величини повинні бути чисельно рівними, тому що 1 протон (p ⁺) чи його електрохімічний еквівалент у вигляді катіона компенсують 1 від’ємний заряд ҐВК. Вміст обмінних (вбирних) катіонів у ҐВК і ємкість катіонного обміну можуть бути виражені, наприклад, як 50 ммоль (p ⁺) кг⁻¹, 50 ммоль (+) кг⁻¹, або 5 ммоль (+)/100 г ґрунту.

Крім головних одиниць Міжнародної системи СІ (маса, кількість речовини, довжина, час, сила світла, сила електричного струму, термодинамічна температура), використовують похідні одиниці. Зокрема, для оцінки хімічного потенціалу, або мольного вимірювання вільної енергії Гіббса, застосовують джоуль на моль (Дж/моль, J∙mol⁻¹), для оцінки питомої електричної провідності ґрунтових розчинів і фільтратів із насичених водою ґрунтових паст – Сіменс на метр (См/м, дСм/м, мСм/см, S∙m⁻¹, dS∙m⁻¹, mS∙cm⁻¹) тощо.

До запровадження Міжнародної системи одиниць СІ оцінка еквівалентних співвідношень речовин ґрунтознавцями усього світу здійснювалася не за допомогою одиниць кількості речовини еквівалентів, а одиниць маси, таких як грам- і міліграм-еквівалент. Під грам-еквівалентом речовини розуміли кількість грам (масу) цієї речовини, хімічно рівноцінну (еквівалентну) грам-іону Гідрогену у кислотно-основній реакції. За допомогою цих одиниць оцінювали співвідношення аніонів і катіонів, які перейшли із ґрунту у водну витяжку, склад обмінних (увібраних) катіонів у ҐВК та ін. На сучасному етапі розвитку хімії ґрунтів застосування таких одиниць маси як г-екв і мг-екв не допускається.

Водночас, очевидним є той факт, що результати, виражені у міліграм-еквівалентах на 100 г ґрунту (мг-екв/100 г), у мілімолях еквівалентів на 100 г ґрунту (ммоль (екв)/100 г) і у сантимолях еквівалентів на кілограм ґрунту (смоль (екв)/1 кг) чисельно є рівними. Необхідно зазначити, що чисельно рівними будуть також результати вимірювання питомої електропровідності розчинів, які виражені у мілімо на сантиметр (ммо/см), у мілісіменсах на сантиметр (мСм/см) і у децисіменсах на метр (дСм/м).

Дата добавления: 2014-01-04