Laboratorium z gleboznawstwa i rekultywacji
I ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE GRUPA 17ISSP B
„Badanie zawartości CaCO3 w glebie” Autorzy opracowania: Jakub Burdajewicz Jędrzej Tatomir Marek Stańko

Część teoretyczna:

Węglany - związki chemiczne, sole i estry kwasu węglowego.

Węglany są dość rozpowszechnione w przyrodzie, odgrywają również dużą rolę w gospodarce człowieka, np. w przemyśle chemicznym oraz w budownictwie. Sole te, prócz węglanów metali alkalicznych, są słabo rozpuszczalne w wodzie. Silne kwasy wypierają z tych soli resztę węglanową, która w roztworach wodnych szybko ulega przemianie do gazowego dwutlenku węgla (CO₂).

Ważniejsze węglany występujące w przyrodzie:

• węglan magnezu MgCO₃

• węglan sodu Na₂CO₃ (soda) znajduje zastosowania w życiu człowieka: produkcja szkła, produkcja proszków do prania, zmiękczanie wody

• węglan wapnia CaCO₃ (wapień, marmur, kreda) otrzymuje się z niego m.in. szkło oraz cement i kredę szkolną. Za jego pomocą wyrabia się także papier, oraz używa się do odtleniania żelaza

• węglan litu - Li₂CO₃ - stosowany w leczeniu zaburzeń afektywnych dwubiegunowych. Zobacz też własności chemiczne węglanu litu.

W większości naszych gleb wytworzonych z utworów polodowcowych w poziomach powierzchniowych i podpowierzchniowych węglany na ogół nie występują, natomiast spotyka się je częściej w głębszych poziomach, leżących poniżej 80 - 120 cm, jedynie w nielicznych wypadkach można wykryć niewielkie ilości węglanów w poziomach powierzchniowych, np.: w niektórych czarnych ziemiach, czarnoziemach, glebach brunatnych właściwych i pararędzinach.

Węglany są stosunkowo łatwo rozpuszczalne w wodzie, zwłaszcza zakwaszonej CO₂ dlatego też z biegiem czasu są one przemieszczane w naszych warunkach klimatycznych do głębszych poziomów glebowych, a wierzchnie poziomy ulegają stopniowemu zubożeniu w ten składnik.

Rozpuszczenie CaCO₃ lub MgCO₃ w warunkach naturalnych (a następnie ich przemieszczenie do głębszych poziomów glebowych) przebiega przypuszczalnie wg reakcji: CaCO₃+H₂O+CO₂ -> Ca(HCO₃)₂, MgCo₃+H2O+CO₂->Mg(HCO₃)₂.

Węglany przechodzą w dwuwęglany, które migrują do głębszych poziomów glebowych a tam przy większym stężeniu następuje powtórne ich wytrącenie:

Ca(HCO₃)₂-(H₂O+CO₂)  -> CaCO₃,

Mg(HCO₃)₂-(H₂O+CO₂) -> MgCO₃

Występowanie węglanów w glebach przeciwdziała zakwaszeniu dlatego też gleby zawierające nawet niewielkie ilości węglanów mają odczyn zbliżony do obojętnego, i w związku z tym nie wymagają wapnowania.

Poza tym obecność węglanów w glebach polepsza ich właściwości fizyczne: zwiększa przepuszczalność gleb ciężkich, zmniejsza lekkich, umożliwia tworzenie się struktury gruzełkowatej.

Występowanie węglanów w glebie można łatwo wykryć polewając ją kwasem solnym ® wydzielenie CO₂, połączone z niej lub bardziej burzeniem się.

Orientacyjna metoda Passona

Próbkę glebową sprawdzamy jakościowo na zawartość węglanów, w tym celu do porcelanowej parowniczki wsypujemy ok.1g gleby i zadajemy kilku kroplami 10%HCl co w przybliżeniu pozwala nam określić zawartość węglanów.

zawartość CaCO₃ reakcja z HCl

poniżej 1% brak burzenia

1-2% słabe nietrwałe burzenie

2-4% wyraźne nietrwałe burzenie

powyżej 5% silne długotrwałe burzenie

Przy zawartości poniżej 1% MeCO₃ do oznaczania ilościowego odważymy 20g gleby roztartej uprzednio w moździerzu i przesianej przez sito o średnicy oczek 1mm. Przy większej zawartości węglanów odważamy odpowiednio mniejsze próbki gleby np. 10g, 5g, 1g itp. Gdyż na aparacie Passona możemy oznaczyć od zera do 1% węglanów w naważce. Aparat Passona składa się z U-rurki, której zamknięte ramię(lewe) ma podziałkę od zera w górnej do jedności w dolnej części rurki. Rurka ta łączy się w górze gumowym wężem z naczynkiem zawierającym 10%HCl oraz ze słoikiem z glebą. Drugie ramię U-rurki ma od dołu odpływ zamknięty ściskaczem. U-rurkę przed przystąpieniem do oznaczania napełniamy do zera wodą wodociągową lub jeżeli chcemy uzyskać wyniki możliwie dokładne roztworem NaCl lub CuSO₄. Roztwory te nie pochłaniają CO₂, natomiast woda może pochłaniać nieznaczne jego ilości.

Odważoną próbkę na wadze półtechnicznej lub analitycznej umieszczamy w szklanym słoiku.

Do naczynka znajdującego się przy korku słoika na końcu gumowego węża wlewamy 10%HCl w takiej ilości, aby zapełnić naczynko nieco poniżej otworów wylewowych. Zamykamy ostrożnie i szczelnie słoik z glebą korkiem, do którego przymocowane jest naczynko z HCL. Podłączamy całość za pomocą węża gumowego do U-rurki napełnionej wodą i ostrożnie przechylamy kwas solny z naczynka do słoika z glebą. W tym momencie jeżeli w badanej próbce są węglany następuje reakcja i wydzielanie się CO₂, a część płynu z lewego ranienia U-rurki zostaje wypchnięta do prawego. W związku z tym należy za pomocą odpływu zaopatrzonego z zaciskacz odprowadzić nadmiar płynu tak aby w obu ramionach U-rurki aparatu słup płynu był na jednakowym poziomie. Glebę z HCl w słoiku trzeba dobrze wymieszać wstrząsając energicznie tak długo aż przestanie wydzielać się CO₂ i płyn w U-rurce nie będzie się już więcej obniżał.

Wyrównujemy w obu ramionach U-rurki płyn przez wypuszczenie nadmiaru z ramienia prawego i odczytujemy z podziałki zawartość węglanów(Ca,) w procentach. W przypadku dużej ilości węglanów w badanej naważce i obniżenia się płynów w ramionach aparatu poniżej skali należy oznaczenie powtórzyć z mniejszą ilością gleby.

Część praktyczna:

Metoda wagowa

Polega ona na reakcji gleby z kwasem solnym.

Bierzemy naczynko wagowe i nalewamy do niego 20 cm³ HCl 10%. Stawiamy na nim szkiełko oraz zerujemy wagomierz. Odważamy na szkiełku 10g gleby, a następnie wsypujemy glebę do kwasu i lekko uchylamy szkiełko. Obserwujemy burzenie się gleby. Burzenie było silne. Po wszystkim zapisujemy wagę końcowa, w naszym przypadku było to 9,94g.

[(m_poczg – m_kong)/m_poczg]*100% [%]

Gdzie:

m_poczg- masa początkowa gleby w gramach

m_kong- masa końcowa gleby w gramach

[(10 – 9,94)/10]*100%= 0,6%

Zawartość CaCO₃ w glebie jest mała. Tak mała zawartosc CaCO₃ może być spowodowany intensywnością przesiąkania wody opadowej przez profile, zawartość w niej bezwodnika kwasu węglowego i innych kwasów mineralnych i organicznych (w szczególności kwasów próchnicznych) rozpuszczających węglany. Pewne straty mogą też być spowodowane erozją wodną a także powietrzną.