Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

§ 31. Поняття про кислі та лужні ґрунти

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • прогнозувати pH середовища кислих і лужних ґрунтів;
  • обґрунтовувати причини існування кислих і лужних ґрунтів.

Поняття про кислі та лужні ґрунти ви вже певною мірою маєте (поясніть, звідки та які саме). Більше про них ви дізнаєтеся, доповнивши таблицю 31.1 значеннями pH, наведеними під нею (зробіть це її обґрунтуйте свій вибір).

Таблиця 31.1. Класифікація ґрунтів за величиною показника pH

Група ґрунтів

Величина pH

Сильно кислі

Кислі

Слабко кислі

Продовження таблиці

Група ґрунтів

Величина pH

Нейтральні

6,5-7,0

Слабко лужні

Лужні

Сильно лужні

pH: понад 8,5; 7,0-7,5; 5,5-6,5; 4,5-5,5; 3,0-4,5; 7,5-8,5.

Чому важливо знати це? Щоб правильно підживлювати та меліорувати ґрунти, запобігати їхньому деградуванню. Адже в надто кислих чи надто лужних ґрунтах пригнічено діяльність мікроорганізмів, порушено засвоєння поживних елементів рослинами (рис. 31.1 та 31.2).

Рис. 31.1. Уплив величини pH ґрунтового розчину на засвоюваність макро- та мікроелементів рослинами

За діаграмою на рисунку 31.1 визначте, засвоюваність якого з хімічних елементів є максимальною в сильно кислих ґрунтах. Поясніть це явище з огляду на те, що рослини здатні засвоювати його йони лише з водного розчину.

Рис. 31.2. Чи матиме газон поблизу вашої оселі ідеальний вигляд? Багато в чому це залежатиме від показника pH...

1. Скориставшися даними, які ви впорядкували в таблиці 31.1, визначте групу ґрунтів для створення ідеального газону. 2. Доповніть речення: «рН ґрунтового розчину залежить насамперед від умісту в ньому йонів ..., які зумовлюють кислу реакцію (дерново-підзолисті й болотні ґрунти) та ...-іонів, що створюють лужну реакцію (каштанові ґрунти, сіроземи й солонці)».

Реакція ґрунту (величина його pH) є наслідком сукупної дії багатьох чинників. Вона залежить від мінералогічного та хімічного складу ґрунту, умісту солей, органічних речовин, складу ґрунтового повітря, вологості ґрунту та його біогенності.

Чи не найважливішим регулятором реакції ґрунту є солі. Унаслідок зволоження вони переходять у ґрунтовий розчин, а внаслідок висихання залишають його. Багато які із солей зазнають гідролізу, у результаті чого, залежно від природи солі, у ґрунтовому розчині виникає надлишок катіонів Гідрогену або гідроксид-аніонів. Тож унесення добрив не лише підвищує кількість засвоюваних рослинами поживних речовин у ґрунті, а й позначається на pH ґрунтового розчину. Наприклад, систематичне використання для підживлення рослин амоній сульфату та амоній хлориду зумовлює кислу реакцію ґрунтового розчину внаслідок гідролізу цих солей.

Складіть рівняння реакцій гідролізу амоній сульфату та амоній хлориду.

Неорганічні й органічні кислоти в ґрунті також упливають на pH ґрунтового розчину. Однією з найпоширеніших у ньому неорганічних кислот є карбонатна. Залежно від термодинамічних умов (температури, тиску тощо) і біологічної активності вона спроможна підтримувати pH у межах 3,9-4,5-5,7.

Пригадайте з курсу біології, як унаслідок кореневого дихання потрапляє в ґрунт карбонатна кислота, і поясніть, чому її вміст тісно пов’язаний з добово-сезонними ритмами погоди та залежною від них ритмікою мікробіологічної (зокрема, й ферментативної) активності.

Сульфатна кислота утворюється в ґрунтах і материнських породах унаслідок повільного окиснення сульфідів металічних елементів, наприклад1 піриту FeS2:

2FeS2 + 2Н2О + 7О2 = 2FeSO4 + 2H2SO4;

12FeSO4 + 3О2 + 6Н2О = 4Fe2(SO4)3+ 4Fe(OH)3.

1 Для ознайомлення, а не для запам’ятовування.

1. Складіть повне та скорочене йонні рівняння, що описують процес окиснення ферум(ІІ) сульфату. Чи належить ця реакція до реакцій йонного обміну? Чому? 2. Перевірте, використавши метод електронного балансу, чи правильно добрано коефіцієнти в рівнянні цієї реакції.

Унаслідок гідролізу одного з проміжних продуктів - ферум(ІІІ) сульфату - утворюється кінцевий продукт окиснення - лімоніт2 - та виникає надлишок (поясніть чому) катіонів Гідрогену в розчині.

2 Його хімічний склад спрощено описують формулою FeO(OH) · nH2O.

Кислотні дощі (див. §21) також сприяють зниженню pH ґрунтів.

Гниття білків рослинних і тваринних решток веде до утворення гідроген сульфіду й амоніаку, які за участі бактерій, води та кисню зазнають низку складних біохімічних перетворень, продуктами яких є кислоти - сульфатна та нітритна й нітратна відповідно.

Складіть формули неорганічних речовин, про які йшлося в цьому абзаці. Які з них здатні до електролітичної дисоціації?

Органічні кислоти (етанова, оксалатна, лимонна, яблучна, піровиноградна тощо) потрапляють у ґрунт з метаболітами грибів, бактерій, комах та кореневими виділеннями рослин.

Цікаво і пізнавально

Мімоза сором’язлива (Mimosa pudica) оригінально реагує на потенційну загрозу (рис. 31.3). Якщо пошкоджено її корені, вони виділяють «коктейль» з отруйних речовин, до складу якого входять сильні метан-, етан- та пропансульфонова кислоти, а також молочна, піровиноградна кислоти й різноманіті сполуки Сульфуру1.

1 http://www.plantphysiol.org/content/170/2/1075

Рис. 31.3. Мімоза сором’язлива (Mimosa pudica)

Рослини споживають аніони та катіони у певних пропорціях в обмін на еквівалентну кількість йонів Н+, ОН-, НСО-3, СО2-3, унаслідок чого можливе зрушення реакції ґрунтового розчину в той чи той бік (рис. 31.4).

Рис. 31.4. Між частинками ґрунту, ґрунтовим розчином і поверхнею кореневих волосків відбувається йонний обмін. 1. Частинка ґрунту. 2. Кореневий волосок. 3. Вода. 4. Пухирець повітря

1. Поясніть, як зміниться: 1) кислотність; 2) величина pH ґрунту внаслідок поглинання кореневою системою рослини: а) катіонів Калію та Магнію; б) нітрат- та сульфат-аніонів. 2. Коренева система рослини поглинає катіони амонію значно швидше, ніж нітрат-аніони. Підвищиться чи знизиться концентрація катіонів Гідрогену в ґрунті внаслідок використання як добрива амоній нітрату?

Як можна змінити величину показника pH ґрунту? Надмірну кислотність ґрунту усувають вапнуванням, а надмірну лужність - гіпсуванням. Вапнування - це внесення в ґрунт оксидів, гідрогенкарбонатів або карбонатів Кальцію та Магнію для нейтралізації його кислотності:

ЕО + 2Н+ = Е2+ + Н2О;

Е(НСО3)2 + 2Н+ = Е2+ + 2CO2↑ + 2Н2О;

ЕСО3 + 2Н+ = Е2+ + CO2↑ + Н2О

ЕСО3 + Н2О + СО2 = Е(НСО3)2.

Унаслідок цих процесів у ґрунтовому розчині зменшується вміст катіонів Гідрогену, натомість збільшується вміст катіонів Кальцію та гідроксид-іонів - продуктів гідролізу кальцій гідрогенкарбонату.

Гіпсування - це внесення в лужні ґрунти гіпсу, формула якого CaSO4 · 2Н2О. У такий спосіб, наприклад, хімічно меліорують солонці, щоб замінити поглинений Натрій на Кальцій:

2Na++ CO2-3 + CaSO4↓ = СаСО3↓ + 2Na+ + SO2-4;

CO2-3 + CaSO4↓ = СаСО3↓ + SO2-4.

Отже, ви пересвідчилися, що збагнути хімізм ґрунтоутворення та живлення рослин вам допомогли здобуті раніше знання з біології, географії та уявлення про хімічну рівновагу, реакції йонного обміну, зокрема гідроліз, і розуміння значущості хімічних знань для забезпечення людства високоякісним продовольством.

Цікаво і пізнавально

Національний науковий центр «Інститут землеробства Національної академії аграрних наук України» - головна установа Науково-методичного центру «Землеробство». Зокрема, колектив інституту розробив наукові основи відтворення та регулювання родючості легких ґрунтів, хімічної меліорації кислих і солонцевих ґрунтів.

https://www.youtube.com/watch?v=ZXaGc7XbnDg

https://www.youtube.com/watch?v=-nRh6QU9J-Y

ПРО ГОЛОВНЕ

• Ґрунти класифікують за величиною показника pH.

• Величина показника pH ґрунтового розчину впливає на засвоюваність макро- та мікроелементів рослинами.

• Рослини споживають аніони та катіони у певних пропорціях в обмін на еквівалентну кількість йонів Н+, ОН-, НСО-3, СО2-3.

• Надмірну кислотність ґрунту усувають вапнуванням, а надмірну лужність - гіпсуванням.

Перевірте себе

  • 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?

Застосуйте свої знання й уміння

  • 2. Визначте, яке явище, пов’язане зі змістом параграфа 31, описують наведені далі хімічні рівняння:

СО2 + НОН = 2Н+ + СО2-3;

NO2 + 2НОН = 2Н+ + NO-3 + NO-2;

2SO2 + 2НОН + О2 = 4Н+ + 2SO2-4

  • 3. Поясніть, чому: а) використання натрій нітрату як добрива приводить до нагромадження в ґрунті йонів ОН-; б) не можна одночасно вапнувати ґрунт гашеним вапном і вносити в нього аміачні форми азотних добрив.
  • 4. Проаналізуйте опис досліду з книги К. А. Тимірязева «Життя рослин» і поясніть його результати: «...візьмемо ретельно відполіровану пластинку з білого мармуру ... й закопаємо її на дно плоского квіткового горщика. Посадімо в горщик яку-небудь рослину, наприклад боби. Коріння цього бобу незабаром досягне мармурової пластини, розтягнеться по ній і щільно прилипне до її полірованої поверхні. Якщо після декількох днів ми відкопаємо пластинку, обмиємо, висушимо її й потім поглянемо на неї, розташувавши її проти світла, то на гладкій поверхні, що відбиває світло, побачимо матові червоподібні сліди. Це відбитки коренів ..., не глибокі, та тим не менш дуже виразні».
  • 5. Доповніть уривки з науково-популярних статей1: а) «На дуже лужних ґрунтах значно знижено доступність для рослин таких елементів, як Ферум, Манган, Купрум, Цинк і більшості мікроелементів. Порушення їхнього засвоєння зумовлене утворенням їхніх нерозчинних ..., які рослини не можуть поглинати в такому вигляді»; б) «підживлені амоній хлоридом рослини інтенсивніше поглинатимуть із ґрунтового розчину катіони NH+4, оскільки використовуватимуть їх для синтезу амінокислот. Натомість аніони Сl- потрібні рослині в значно меншій кількості, тож засвоюватимуться меншою мірою. Через це в ґрунтовому розчині накопичуватимуться заміщені катіонами амонію йони ... й не ввібрані аніони Сl-, що утворюватимуть ... кислоту і, як наслідок, підкислюватимуть ґрунт...»; в) «... забур’янення полів хвощем польовим (Equisetum arvense) на Львівщині вдалося здолати лише після ... . Адже хвощ дуже полюбляє саме кислі ґрунти».

1 За матеріалами https://agronom.com.ua/kyslotnist-gruntiv-ta-yiyi-vplyv-na-zhyv/; https://propozitsiya.com/ua/keruvannya-kislotnistyu-gruntiv

Творча майстерня

  • 6. Підготуйте презентацію «Ґрунтовно про кислі й лужні ґрунти».