Determinarea reactiei solului

DETERMINAREA REACTIEI SOLULUI

Activitatea plantelor si microorganismelor din sol este influentata de reactia ionica sau pH-ul solutiei solului.

Pornind de la notiunea de acid si baza , acidul este o substanta care in solutie apoasa se disociaza si pune in libertate ionii de hidrogen iar baza este o substanta care in solutie apoasa se disociaza si pune in libertate ioni de hidroxil [4].

Apa, prin structura sa chimica, joaca rolul si de acid si de baza. Astfel, apa in echilibrul:

HOH HO^- + H⁺

acid baza

joaca rolul de acid, in timp ce in echilibrul:

HOH + H⁺  H₃O⁺

baza acid

moleculele de apa joaca rolul de baza.

Reunind cele doua echilibre se obtine:

HOH HO ^- + H⁺

HOH + H⁺ H₃O⁺

_____ _______ ______ ________

HOH + HOH H₃O⁺ + HO^-

Constanta de echilibru a acestei ecuatii se calculeaza cu expresia:

Constanta de echilibru are o valoare bine definita pentru o anumita temperatura.

K·[HOH] ² = [H₃O⁺] · [HO^-]

Produsul [H₃O⁺] · [HO^-] se numeste produsul ionic al apei sau constanta de autoprotoliza si se noteaza cu K_w. Valoarea numerica a acestei constante, la temperatura de 25 sC este 10^-13,996. In calcule obisnuite acesta valoare se considera 10^-14.

Dar, [H₃O⁺] = [HO^-] si atunci:

[H₃O⁺] = [HO^-] = = 10^-7 mol / l

Produsul [H₃O⁺] · [HO^-] are valoare constanta ceea ce inseamna ca valoarea concentratiei unuia dintre ioni este invers proportionala cu cu a celuilalt. Deci, prin marirea concentratiei unuia dintre ioni, concentratia celuilalt scade proportional, cu posibilitatea de a atinge valori foarte mici, fara sa devina egala cu zero.

Utilizarea concentratiilor de H₃O⁺ si HO^- in exprimarea caracterului acid sau bazic al unei solutii este o modalitate relativ greoaie. De aceea, Sorensen a introdus notiunea de pH sau exponent de hidrogen care este logaritm cu semn schimbat al concentratiei ionilor de hidrogen.

pH = - lg [H₃O⁺]

Pentru exprimarea concentratiei ionilor de hidroxil, in locul [HO^-] se foloseste notiunea de exponent de hidroxil (pOH) care are ca expresie:

pOH = - lg [HO^-]

Deoarece in solutiile apoase :

[H₃O⁺] · [HO^-] = K_w

rezulta ca:

pH + pOH = pK_w = - lg K_w

Dar, K_w ( la 25 sC) = 10^-14,

pH + pOH = 14

Clasificarea solutiior apoase in functie de pH este urmatoarea:

pH < 7 , pOH > 7 , solutia este acida;

pH > 7, pOH < 7 , solutia este bazica;

pH = pOH = 7, solutia este neutra

Solutia solului poate fi acida, bazica sau neutra. In functie de pH exista soluri extrem de acide, cu pH sub 3,5; foarte puternic acide, pH 3,5 - 4,3; soluri puternic acide, pH 4,3 - 5,0; moderat acide, pH 5,0 - 5,8; slab acide, pH 5,8 - 6,8; neutre, pH 6,8 - 7,2; slab alcaline, pH 7,2 -8,4; alcaline, pH 8,4 - 9; puternic alcaline cu pH-ul solutiei solului mai mare de 9,0.

pH-ul solului actioneaza in biotop ca factor ecologic limitant; schimbarea pH - ului elimina unele populatii de plante si accepta altele cu adaptari corespunzatoare.

1. Metode electrometrice de determinare a pH -ului

Aparatura si materiale

- pH- metru cu scala 0 - 14 unitati pH si cu precizie de citire de 0,05 unitati pH;

- electrod de sticla adecvat tipului de pH - metru;

- electrod de referinta, de calomel saturat sau de argint - clorura de argint.

Se prefera electrodul de sticla combinat cu electrod de referinta, fiind mai usor de manipulat si tot atat de precis ca si sistemul constituit din electrozi separati.

- agitator;

- balanta de precizie de ± 0,002 g;

- balanta cu precizie de ± 0,01 g;

- pahare Berzelius de 50 ml sau 100 - 150 ml;

- baloane cotate de 100, 500, 1000 ml;

- hartie de filtru calitativa;

- biureta de 50 ml.

1.1. Masurarea pH - lui in suspensii de sol

Se spala electrozii si celula de masurat de 3 - 4 ori cu apa distilata si se tamponeaza usor electrozii cu hartie de filtru.

Suspensiile de sol ( in prealabil agitate si lasate timpul necesar pentru echilibrare) se agita timp de de 3-5 minute si apoi se introduce cuplul de electrozi. Electrozii se aseaza in suport astfel incat bula electrodului de sticla sa fie introdusa pana la jumatatea inferioara a stratului de suspensie, in timp ce electrodul de referinta sa ramana in jumatatea superioara a ei. Se citeste valoarea pH - lui indicata pe scara pH - metrului, in decurs de 1 minut dupa imersarea electrozilor.

Se repeta masurarea pana ce, la interval de un minut , valorile pH - lui se reproduc cu o cu o abatere de ± 0,05 unitati pH.

Electrozii se spala cu apa distilata, dupa fiecare proba sau solutie de masurat, si se tamponeaza usor cu hartie de filtru.

1.2. Masurarea pH - lui in pasta din solutie

Se spala electrozii cu apa distilata si se usuca prin tamponare usoara cu hartie de filtru.

Se introduc electrozii de sticla si de referinta, in pasta de sol, rotind incet electrodul de sticla pentru indepartarea filmului de apa format in jurul lui. Se citeste valoarea pH - lui la aparat. Se scot electrozii din pasta, mentinandu-se insa deasupra paharului si se introduc din nou, cu aceleasi precautii; se efectueaza din nou citirea pH - lui la aparat. Se repeta citirile la aparat in aceleasi conditii pana se obtine o valoare pH care nu difera de citirea anterioara cu mai mult de ± 0,05 unitati pH [17].

Fig.11 pH - metru

1.3. Determinarea pH- ului in susupensii de sol in apa sau solutii apoase saline (Lucrarea nr.6)

Aceasta este o metoda mai expeditiva de masurare a ph -ului in suspensii de sol in apa sau solutii apoase saline (clorura de potasiu, clorura de calciu) pregatite in raport de 1: 5 (volum / volum), cu ajutorul unui cuplu de electrozi (electrod de sticla si electrod de referinta) [10].

1.3.1. Principiul metodei

Masurarea pH - ului se executa cu ajutorul unui electrod de sticla intr-o suspensie diluata 1 : 5 (V / V) de sol in apa (pH - H₂O) sau in clorura de potasiu de concentratie 1 mol / l (pH - KCl) sau in solutie de clorura d calciu de 0,01 mol / l (pH - CaCl₂)

Se prepara o suspensie de sol intr-un volum de cinci ori mai mare decat volumul sau, la alegere :

- de apa;

- de solutie apoasa de clorura de calciu (CaCl₂) 0,01

mol / l;

- de solutie apoasa de clorura de potasiu (KCl) 1mol / l.

1.3.2. Reactivi

1.3.2.1. Solutie de clorura de potasiu de concentratie

1 mol / l

Se dizolva 74,5 clorura de potasiu in apa si se completeaza pana la 1000 ml la temperatura de 20 sC.

1.3.2.2. Solutie de clorura de calciu de concentratie 0,01 mol / l

Se dizolva 1,47 g clorura de calciu dihidratata (CaCl₂·2H₂O) in apa si se dilueaza la 1000 ml la temperatura de 20 sC.

1.3.2.3. Solutii pentru etalonarea pH - metrului.

a) Solutie tampon, pH = 4 la 20 sC.

Se dizolva 10,21g de ftalat acid de potasiu (K₈H₅O₄ ) in apa si se dilueaza la 1000 ml la 20 sC. Solutia este stabila o luna daca este conservata in flacoane de polietilena.

b) Solutie tampon, pH = 7,00 la 20 sC

Se dizolva 3,800 g dihidrogenfosfat de potasiu (KH₂PO₄) si 3,415 g hidrogenfosfat disodic (Na₂HPO₄) in apa si se dilueaza la 1000 ml la 20 sC.

Inainte de utilizare, dihidrogenfosfatul de potasiu trebuie uscat timp de 2 ore intre 110 si 120 sC. Solutia este stabila o luna daca este conservata in flacoane de polietilena.

c) Solutie tampon, pH = 9,22 la 20 sC.

Se dizolva 3,80 g de tetraborat de sodiu de sodiu decahidrat (Na₂B₄O₇ ·10 H2O) in apa si se dilueaza la 1000 ml la 20 sC. Solutia este stabila o luna daca este conservata in flacoane de polietilena. Tetraboratul de sodiu poate pierde apa de cristalizare daca este pastrat timp indelungat.

1.3.3. Aparatura

Aparatura folosita este urmatoarea:

- agitator sau omogenizator;

- pH - metru, echipat cu sistem de control si de ajustare a temperaturii;

- electrod de sticla si electrod de referinta sau electrod combinat;

- termometru, cu exactitate de 1sC;

- flacon pentru recoltare de esantioane, de sticla borosicatica sau polietilena, prevazut cu buson sau capac de inchidere ermetic, cu o capacitate de cel putin 50 ml;

- lingura de tarat, cu o capacitate cunoscuta, de cel putin 5 ml.

1.3.4. Esantionul de laborator

Se utilizeaza fractiunea de particule din esantioanele de sol uscate la aer sau la o temperatura inferioara sau egala cu 40 sC, care se trec prin sita cu diametrul ochiurilor de 2 mm.

Uscarea poate avea o incidenta nepermisa asupra pH - ului; de exemplu, in cazul esantioanelor de sol ce contin sulfuri, uscarea poate reduce pH-ul de o maniera considerabila.

1.4. Mod de lucru

1.4.1. Pregatirea suspensiei

Se preleveaza din esantionul de laborator, cu ajutorul unei linguri, o proba de analiza reprezentativa de cel putin 5 ml.

Se transfera acest volum de analizat intr-un flacon de recoltare esantioane si se adauga de cinci ori volumul sau de apa su solutie de clorura de potasiu sau solutie de clorura de calciu.

Se agita sau se omogenizeaza energic suspensia timp de 5 min; cu ajutorul unui agitator sau a unui omogenizator, apoi se lasa in repaus cel putin 2 ore dar nu mai mult de 24 de ore. In majoritatea solurilor, echilibrul este atins dupa doua ore.In acest caz masuratoarea poate fi efectuata dupa doua ore. Dar la unele soluri, cum ar fi solurile contaminate, solurile recent amendate sau solurile cu carbonati, pH-ul de echilibru poate sa nu fie atins in intervalul de mai sus. In consecinta se obtin valori prea scazute sau prea ridicate comparativ cu situatia in care echilibrul este in mod natural atins, datorita modificarilor incetinite in sistemul tampon. Pentru a verifica daca este sau nu un asemenea caz, masurarile de pH trebuie efectuate la diferite momente (cel putin doua) in interval de la 2 ore pana la 24 ore de la agitare. In acest caz este indicat sa se noteze cel putin doua valori ale pH- lui pentru a stabili pH-ul aproximativ al solului.

1.4.2. Etalonarea pH-metrului

Pentru etalonarea pH-metrului se utilizeaza solutiile tampon. Cu electrozi care sunt in stare buna, echilibrul este atins in mod normal in circa 30 secunde.

1.4.3. Masurarea pH-ului

Reglarea pH- metrului se face dupa instructiunile din manualul de utilizare. Se masoara temperatura suspensiei avand grija ca temperatura solutiilor tampon si cea a suspensiilor de sol sa nu difere cu mai mult de 1sC. Se agita energic suspensia chiar inainte de masurarea pH-ului. Se masoara pH-ul suspensiei. Se inregistreaza pH-ul dupa ce se atinge echilibrul. Se noteaza valorile cu doua zecimale.

Citirea este considerata stabila daca intr-un interval de 5 secunde nu variaza cu mai mult de 0,02 unitati de pH. Viteza obisnuita de atingere a echilibrului este de 1 minut dar poate depinde de:

- de valoarea pH-ului (la valori ale pH-ului mai ridicate, echilibrul se atinge mai greu);

- de calitatea sticlei din electrodul de sticla (diferente de fabricatie intre electrozi) si de vechimea lui;

- de mediul in care se efectueaza masurarea (echilibrul este atins mai rapid in mediu de KCl sau de CaCl₂ decat in apa);

- de modul in care este executata agitarea mecanica inainte de masurare, care poate ajuta sa se obtina citiri stabile intr-un timp redus.

2. Metode colorimetrice de determinare a pH -ului

2.1. Procedeul cu pehametrul Hellige

Pehametrul Hellige este alcatuit dintr-o placuta de portelan prevazuta cu o scobitura de forma unei calote sferice, care se continua cu un canal in forma de T. Pe ambele parti ale canalului se afla o scara de culori corespunzatoare cu valorile pH - ului cuprinse intre 1 si 9. Din trusa mai face parte si o sticla bruna, picuratoare, in care se pastreaza amestecul de indicatori ( rosu de metil si albastru de timol in mediu slab alcalin in raportul 1 / 2) [17].

Fig. Fig. 12

Pehametru Hellige

Pentru masurarea pH-ului, se pune in scobitura placii de portelan putin pamant maruntit, peste care se toarna prin picurare solutia indicator, apoi cu o bagheta se agita solul cu solutia, dupa care se apleaca placa de portelan pentru ca solutia sa treaca in canal. Comparand culoarea solutiei cu culorile - etalon se poate determina valoarea pH - ului, cu precizia de 0,5 unitati.

2.2. Procedeul foliilor indicatoare de pH (Lucrarea nr.7)

Aceasta metoda ofera o precizie mai mare decat cea precedenta, ajungand pana la 0,1 unitati pH.

Foliile indicatoare sunt fasii de celuloza translucida impregnate cu amestec de indicatori. Foliile se introduc in suspensia sol - apa si acestea isi modifica culoarea corespunzator cu concentratia ionilor de hidrogen din solutie. Comparand culoarea foliilor introduse in solutia sol - apa cu scarile - etalon (din hartie colorata, care sunt atasate la pachetelele cu folii) se determina valoarea pH - lui.

Fig. 13

Folii indicatoare

de pH