Химия почв - Людмила Галактионова

Определение элементарного состава почв является следующим после морфологического описания этапом любого почвенного исследования, т.к. используется для уточнения классификационной принадлежности почв, дает представление о потенциальном плодородии почв, является основой для определения комплекса мероприятий по повышению и воспроизводству почвенного плодородия.

2.1 Вопросы для самоконтроля «Элементарный и фазовый состав почвы»

1. Особенности почв как природного тела. Элементарный состав почв, сущность понятия, основные направления.

2. Особенности элементарного состава почв: биофильные элементы, макроэлементы, переходная группа и микро – и ультрамикроэлементы (их биологическая роль), геохимическая классификация элементов В.М. Гольдшмидта (литофильные, халькофильные, сидерофильые и атмофильные элементы).

3. Особенности элементарного состава почв: классификации элементов А.И. Перельмана по путям миграции в ландшафте (воздушные и водные мигранты) и степени биофильности, понятие коэффициента биологического поглощения.

4. Способы выражения элементарного состава почв (моль, мольная доля, мольный процент, наиболее употребительные расчеты, расчет запасов элемента, мольные отношения элементов).

5. Каковы особенности расчета запасов веществ в слое почвы (0-20, 0-50 и 0-100 см)?

6. Фазовый состав почв, понятие фазы и группы почвенно-химических процессов.

2.2 Химическая посуда и лабораторное оборудование

Посуда, применяемая в лаборатории, бывает стеклянной, кварцевой и фарфоровой. Для изготовления химической посуды в основном применяют стекла с относительно малым коэффициентом линейного расширения, т. е. устойчивые к изменению температуры, а также действию агрессивных сред (кислот, щелочей).

Наиболее известны стекла марок ХУ (химически устойчивое) и ТУ (термически устойчивое). Мерой термической устойчивости стекла служит максимальная разность (перепад) температур, которую оно выдерживает. Стекло марки ХУ выдерживает перепад температур от 60 °C до 80 °C и размягчается при температурах от 550 °C до 570 °C, марки ТУ – перепад 160 °C, размягчается при температурах от 650 °C до 700 °C. Наиболее термостойкое стекло «Пирекс» выдерживает перепад температур 250 °C; его недостаток – малая устойчивость к действию щелочей.

Основным недостатком стекла является хрупкость. Повреждение поверхности стекла ведет к снижению его стойкости к перепаду температур и механическому удару.

Нельзя пользоваться посудой, имеющей трещины. Стеклянную посуду нельзя чистить песком.

Максимально термостойкую посуду изготавливают из кварцевого стекла (термическая устойчивость 780 °C, температура размягчения 1650 °C). Кварцевое стекло инертно к действию большинства химических реагентов. Оно пропускает ультрафиолетовые лучи и незаменимо для проведения фотохимических реакций. Однако сложность изготовления обусловливает дороговизну изделий из кварца.

Фарфор обладает большей термической устойчивостью (в интервале температур от 1000 °C до 2000 °C) по сравнению со стеклом и кварцем и хорошей химической устойчивостью, поэтому фарфоровую посуду применяют для выпаривания растворов и прокаливания осадков. Из фарфора изготавливают шпатели, лопатки, ложки и т. п.

Наиболее употребительна в лаборатории стеклянная посуда. Она весьма разнообразна, что связано с многообразием экспериментальных задач.

Пробирки. Для проведения предварительных опытов и качественных проб часто используют пробирки (рисунок 2.1). Они бывают различного диаметра и длины. Наливаемая в пробирку жидкость не должна занимать более трети ее объема. Содержимое пробирки нельзя перемешивать, закрывая ее отверстие пальцем. При нагревании пробирку медленно вращают во избежание бурного вскипания и выплескивания содержимого. При длительном нагревании ее целесообразно держать не в руке, а в пробиркодержателе в наклонном положении. Градуированные и центрифужные пробирки нельзя нагревать на открытом пламени.

Рисунок 2.1 – Пробирки химические

Химические стаканы. Вспомогательные работы преимущественно с водными растворами и редко – с органическими растворителями обычно проводят в химических стаканах. В них также проводят химические реакции при температурах не выше 100 °C при условии, что реакционная смесь не требует защиты от доступа воздуха и влаги.

Стаканы бывают высокие и низкие, с носиком и без него, вместимостью 50, 100, 250, 400, 600 мл, 1 и 2 л (рисунок 2.2). Стаканы обычно изготавливают тонкостенными. Их можно нагревать, подкладывая под дно асбестовую сетку с диаметром асбестового круга, чуть большим диаметра стакана. Стаканы, как и другую тонкостенную посуду, нельзя сразу после нагревания ставить на холодную поверхность.

Большие стаканы с содержимым, как и любую большую и тяжелую посуду, переносят, обязательно поддерживая рукой под дно.

Рисунок 2.2 – Стаканы химические

Колбы. В химической лаборатории используют плоскодонные и круглодонные колбы.

Плоскодонные колбы предназначены в основном для сбора и хранения жидкостей, а также проведения простых химических реакций, преимущественно не связанных с нагреванием. Они бывают круглыми и коническими (колбы Эрленмейера) (рисунок 2.3 а, б).

Вместимость плоскодонных колб колеблется от 10 мл до нескольких литров. Плоскодонные колбы, как и стаканы, можно нагревать только на асбестовой сетке.

а – плоскодонная; б – коническая Эрленмейера; в – круглодонная; г, д – двухгорлые; е, ж – трехгорлые; з – грушевидная; и – яйцевидная

Рисунок 2.3 – Колбы

Круглодонные колбы используют для проведения реакций при повышенной температуре и работы в вакууме. Они широко употребляются в практике и потому более разнообразны, чем плоскодонные.

Круглодонные колбы подразделяются на широко- и узкогорлые, длиннои короткогорлые. Колбы могут быть не только одногорлыми, но и двух-, трех- и четырехгорлыми. Разновидностью круглодонных колб являются яйцевидные и грушевидные колбы (рисунок 2.3 в – и). Грушевидные колбы удобны для работ, связанных с нагреванием: их широкое дно прогревается более равномерно. Яйцевидные колбы пригодны для концентрирования в них растворов: концентрат собирается в небольшом объеме внизу колбы.

Мерная посуда. Для измерения объема жидкости используют градуированную посуду: мензурки, мерные цилиндры, мерные колбы, пипетки, бюретки (рисунок 2.4). Вся мерная посуда бывает различной вместимости и применяется для грубого или точного отмеривания объемов жидкостей, приготовления растворов с точной концентрацией компонентов. Для работы с летучими жидкостями используют мерную посуду с пришлифованными пробками. Цилиндры и мензурки служат для грубого отмеривания жидкостей.

Следует помнить, что мерную посуду нельзя нагревать: она теряет при этом точность.

Рисунок 2.4 – Мерная посуда

Воронки. В химической лаборатории используют конические, делительные и капельные воронки (рисунок 2.5).

а, б-делительные (1 – керн, 2 – муфта); в – капельная; г – капельная с трубкой для выравнивания давления.

Рисунок 2.5 – Воронки химические

Конические воронки из стекла предназначены для переливания жидкостей из одного сосуда в другой или фильтрования; для сыпучих тел используют воронки с широким носиком. Делительные воронки (рисунок 2.5 а, б) применяют для разделения несмешивающихся жидкостей и проведения экстракции. Делительная воронка представляет собой емкость цилиндрической или яйцевидной формы, в нижней части которой имеется отводная трубка с краном. Отводная трубка бывает обычно короткой, а кран располагается примерно посередине нее, что позволяет достаточно четко разделить две несмешивающиеся фазы. Горло воронки всегда закрывают пришлифованной пробкой. Вместимость делительных воронок от 50 мл до 2 – 3 л.

Капельные воронки (рисунок 2.5 в, г) служат для регулируемого (непрерывного или периодического) приливания жидкости к реакционной смеси в ходе проведения реакции. Они похожи на делительные воронки, но их различное назначение обусловливает некоторые конструктивные особенности. У капельных воронок отводная трубка обычно длиннее, чем у делительных, а кран располагается под самым резервуаром. Их максимальный объем не превышает 500 мл. Жидкость из обычной капельной воронки вытекает лишь при открытой горловине. В том случае, когда находящуюся в воронке жидкость необходимо изолировать от контакта с внешней средой (т. е. когда горло воронки должно быть закрыто пробкой), используют капельные воронки с трубкой для выравнивания давления. Краны делительных и капельных воронок не взаимозаменяемы. Поэтому нельзя путать краны от разных воронок, что случается при мытье посуды. Обычно керн и муфта крана воронки помечены одинаковыми цифрами несмываемой краской. Перед началом работы кран воронки обрабатывают консистентной смазкой, затем в воронку наливают воду или подходящий органический растворитель для проверки герметичности крана.