Т. Р. Рыспеков, Б. Д. Балғышева
Топырақтардың сұйық фазасы. Топырақ ерітінділерін бөлу әдістері
жүктеу/скачать 0,83 Mb.
|
treatise140794
| 1.7. Топырақтардың сұйық фазасы. Топырақ ерітінділерін бөлу әдістері
Топырақ ерітіндісі – топырақтың қатты және газ тәріздес фазаларымен квази тепе-теңдікте болатын және оның кеуектік кеңістігін толтыратын судағы химиялық заттар ерітіндісі. Топырақ ерітіндісін айнымалы құрамға ие гомогенді сұйық фаза ретінде қарастыруға болады. Топырақ ерітіндісінің құрамы мен қасиеттерінің сандық сипаттамалары ретінде иондық күш, минералдану, электр өткізгіштік, тотығу-тотықсыздану потенциалы, титрлейтін қышқылдық (сілтілік), иондардың белсенділігі мен концентрациясы, рН қарастырылады. Химиялық элементтер топырақ ерітіндісінің құрамында еркін иондар, аквакешендер, гидрокешендер, органикалық және бейорганикалық лигандтары бар кешендер формасында, иондық жұптар мен басқа да ассоциаттар түрінде болуы мүмкін. Иондардың ассоциаттары деген кулонның тартылу күштерімен бірге ұсталынатын екі немесе үш ионнан тұрады. Бұл бөлшектер қарапайым иондармен тепе-теңдікте болады, олар электр зарядын тасуы немесе бейтарап болуы мүмкін. Ерітіндіде бос ионның белсенділігін тікелей анықтайды. Топырақ ерітіндісіндегі химиялық заттар концентрациясын массалық абсолютті бірліктерде өрнектейді. СИ бірліктерінде ерітінді көлемінің бірлігіндегі заттың мөлшерін мольде көрсететін молярлы концентрацияны алады. Эквивалентті массаны қолдана отырып, топырақ ерітіндісін талдау нәтижелерін өрнектеу талдаудың дұрыстығын тұжырымдауға мүмкіндік береді: қателер болмаған және топырақ ерітіндісінің барлық бөлшектерін есепке алған жағдайда катиондар эквиваленттерінің саны аниондар эквиваленттерінің санына тең болуы шарт. Топырақ ерітіндісінің жалпы минералдануын (мг/л) ерітінді буланғаннан кейін құрғақ тұздардың жалпы қосындысы ретінде анықтайды. Ерітілген заттардың елеулі бөлігі суда иондар түрінде болады, соған байланысты судың химиялық құрамын ионды формада өрнектейді. Көптеген сулар үшін алты ионның басым болуы тән: катиондар арасында – Ca2+, Mg2+, Na+ және аниондар арасында – НСО3-, SO42-, Cl- (алты компонентті құрам). Көптеген ландшафтардың суларында Ca2+> Mg2+> Na+ және НСО3-> SO42-> Cl-, бірақ басқа да арақатынастар да кездеседі. Барлық сулардың құрамында мөлшерінің аз болғанына (әдетте шамамен 10-6-10-8 г/л) қарамастан рөлі өте жоғары болатын Н+ және ОН-иондары болады. Топырақ ортасында элемент қосылысының басым формасы мен фазалар арасында бөлу сипаты тәуелді болатын топырақтың қатты және газ тәріздес фазалары, тірі зат пен топырақ ерітіндісі арасында өзара алуан әрекеттесу үдерістері қатарынан жүреді. Қабылдауды жеңілдету үшін осындай сызба- ларды қолданады (2-сурет). Әр түрлі тыңайтқыштарды, әр түрлі нормаларды пайдалану осы табиғи өзара әрекеттесулерге ықпал етеді. Әрі қарай осы ықпалдарды сандық өрнекте бағалау және болашаққа болжамдар жасау қажет. 2-сурет. Топырақтың компоненттері арасындағы динамикалық тепе-теңдік Топырақ ерітіндісін еріген тұздарды, органоминералды және органикалық қосылыстарды, газдар мен аса нәзік коллоидты кірнелерді қамтитын жер асты суын қосатын топырақтардың сұйық фазасы ретінде анықтауға болады. В.И. Вернадский топырақ ерітінділерін табиғи сулардың маңызды санаттарының бірі, «өмірдің негізгі субстраты», «биосфера механизмінің негізгі элементі» ретінде санады. Топырақ ерітінділерінің неғұрлым маңызды көзі атмосфералық жауын-шашындар болып табылады. Жер асты сулары да оларды қалыптастыруға қатысуы мүмкін. Суару кезінде топырақ ерітінділері үшін ылғалдың қосымша қоры суарушы су болады. Топырақ ерітіндісінің құрамы тұндыру үдерістерінің – еріту, сорбция – десорбция, ионды алмасу, кешен түзу, топырақ ауасы газдарының еруі және т.б. нәтижесінде оның қатты фазалармен өзара әрекеттесуіне тәуелді. Қосылыстың басым реакциясы мен формаларын білу табиғи компоненттер арасындағы элементтердің жылыстауын (миграциясын) болжауға мүмкіндік береді. Осындай деректердің негізінде әр түрлі климаттық аймақтарда әр түрлі жүретін топырақтар мен қоршаған ортадағы химиялық қосылыстардың жылыстауы мен жинақталуын есепке алу үшін баланстық есептеулер қолданылады. Булану, жауын-шашындар және ылғалдың сіңуі, сонымен қатар, табиғи да, әр түрлі аймақтардағы минералды тыңайтқыштармен қосылған да, әр түрлі ерігіштікке ие катиондардың, аниондардың жылжуын 3-сурет түрінде шартты түрде көрсетуге болады. Әдетте, жер асты суларына қосымшада құрамында минералды заттар бар минералданған суларды бөліп көрсетеді. Әлсіз (0,5-5 г/л), орташа (5-30 г/л) және қатты минералданған (еритін тұздардың 30 г/л-дан көп) суды ажыратады. 3-сурет. Топырақ ылғалының болжамды булану көлемдері және әр түрлі климаттық аймақтардағы топырақтың ішіне атмосфералық жауын-шашындар ылғалының сіңуі Жылыстау (миграция) қатарларын талдай отырып, химиялық элементтердің оқшауланып емес, бір-бірімен қосылыста жылыстайтындығын ескеру қажет. Мысалы, хлор мен күкірт негізінен натриймен бірге, ал, кальциймен және магниймен аз мөлшерде жылыстайды. Мүжілу қыртысынан хлордың белгілі бір мөлшері бөлінгенде, бір уақытта натрийдің (немесе басқа катионның – кальцийдің, магнийдің) эквивалентті саны да бөлінеді. Алайда, натрийдің жылыстау қабілетіне оның хлормен бірге шығуы бөлінулер байқалмайды, себебі, граниттердегі Na2O мөлшері 4,09%-ды құрайды, ал хлордың мөлшері бар болғаны 0,02%-ды қамтиды. Элементтің сулы жылыстауы оның химиялық қосылыстарының ерігіштігіне көбірек тәуелді. Ерігіштік құбылысы иондар мен атомдар радиустарына, полярлану валенттілігіне және жылыстаудың басқа да ішкі факторларына, сонымен қатар, жылыстаудың сыртқы жағдайларына – температураға, қысымға, ерітінділер концентрациясына, рН және басқаларына тәуелді. Температура артқан сайын көптеген минералдардың ерігіштігі артады. Мысалы SiO2, ерігіштігі температура артқан сайын артады және сондықтан жер қыртысының терең аймақтарында SiO2-ның жылыстауы мен қайтадан кристалдану құбылыстары болады (гидротермалды ерітінділер). Қысым да көптеген қосылыстардың ерігіштігіне көп ықпал етеді. Әсіресе қысым артқан сайын СО2 ерігіштігінің артуы маңызды, бұл карбонаттар ерігіштігінің өсуіне, әк тастардың сілтісіздендіруін арттыруға, карсттың күшейтілген өсуіне әкеледі. Ірі сызаттар мен тамырлар жүрістері бойымен топырақ горизонттары арқылы жылдам сіңірілетін гравитациялық сулар арнайы топырақ ерітіндісіне айналып үлгермейді. Топырақ ерітінділерін бөлу әдістері. Зерттеу шарттары мен міндеттеріне байланысты топырақ ерітінділерін бөлу мен зерттеу үшін әр түрлі әдістер қолданылады. Әдістердің 1-тобы: су сорындыларының көмегімен топырақ ерітіндісін бөлу және зерттеу, яғни, топыраққа топырақ мөлшерінен елеулі түрде артатын мөлшерде суды қосу арқылы ерітіндіні алу (неғұрлым жиірек қолданылатын топырақ: су ара қатынасы = 1:5). Топырақ ерітінділері мен су сорындыларының құрамдары өзара қатты айрықшаланады. Сондықтан, қазіргі кезде су сорындыларын негізінен топырақтардағы оңай еритін тұздардың мөлшерін және кейде өсімдіктер үшін оңай қолжетімді қорек элементтерінің қатарын анықтау үшін қолданылады. Әдістердің 2-тобы: топырақтан салыстырмалы түрде өзгермеген түрде ерітіндіні бөлу. Топырақ кескінінен алдын ала іріктеп алынған топырақ үлгісінен топырақ ерітіндісін бөлу үшін топырақтың қатты және сұйық фазасының өзара әрекеттесу күшін жеңу қажет. Сондықтан осы әдістер сыртқы күшті пайдалануға негізделеді: 1) сыққышпен қалыптасатын қысым; 2) сығылған газ қысымы; 3) орталықтан тебу күші; 4) әр түрлі сұйықтықтардың ығыстыру қабілеті. Заманауи топырақ зерттеулерінде бірінші және соңғы әдістер, яғни, ерітіндіні сығу немесе орнын басатын сұйықтықпен ығыстыру неғұрлым жиі қолданылады. Әдістердің 3-тобы: топырақ ерітінділерін қар және жаңбыр суларымен ауыстыру және ығыстыру қағидасы бойынша әрекет ететін бөлудің лизиметрлік әдістері. Топырақ арасында сіңірілетін ерітінділерді сандық есепке алу және құрамын зерттеу үшін құрылғысы әр түрлі лизиметрлер пайдаланылады: бетонданған қабырғалары мен түбі бар лизиметрлер- контейнерлер, лизиметрлер-монолиттер, лизиметрлер-құйғыштар, топырақтың табиғи орнын аз бұзатын жабық типті тегіс лизиметрлер, лизиметрлік хроматографиялық колонкалар. Әдістердің 4-тобы: далалық жағдайларда табиғи жер топырағындағы топырақтардың су фазасын тікелей зерттеу (in situ өлшеулері). Топырақтың электр өткізгіштігі мен ылғалдылығын анықтау үшін (тұздардың қорын ескере отырып) топыраққа батырылатын электродтарды пайдалана отырып жасалынған бірінші тәжірибелер 19 ғасырда жүргізілді. Ұзақ уақыт бойы топырақтарда сутек пен тотығу – тотықсыздану иондарының белсенділігін ғана анықтады. Потенциометрлік, соның ішінде, ионометрлік әдістердің дамуы осы зерттеулерді неғұрлым кеңірек жүргізуге, иондардың топырақтағы белсенділігін өлшей отырып, иондардың (Са2+, Мg2+, К+, Na+, NH4+, NО3-, С1- ) және басқалары) кең жиынын анықтауға мүмкіндік берді. Суда қатты денелердің еруі кезінде жүйенің көлемі әдетте аз ғана өзгереді. Тұздың ыстық қаныққан ерітіндісін салқындата отырып, кристалдарды – тегіс беттермен – қырлармен шектелген қатты денелерді алуға болады. Кристалдану қанықпаған ерітінділердің баяу булануы кезінде де жүреді. Баяу кристалдану кезінде дұрыс формалы (пішінді) әрі жоғары тазалықты ірі кристалдарды алады. Жылдам кристалдану кезінде дұрыс емес формадағы (пішіндегі), ұсақ әрі тазалығы аз кристалдар түзіледі. Судағы және топырақ ерітіндісіндегі маңызды тұздардың ерігіштігі 8-кестеде берілген. 8-кесте жүктеу/скачать 0,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|