Kationtová výměnná kapacita Miroslav Fér mfer@af.czu.cz

sorpce půdy – schopnost půdy zadržovat ve svém sorpčním komplexu prvky a živiny, tzn. zvýší se koncentrace látky na fázovém rozhraní ve srovnání s okolním prostředím sorbent – látka, na které dochází k poutání (př.: půda) sorbát – látka, která se na povrchu hromadí (př.: ionty) sorpční komplex – soubor minerálních koloidů (jílových minerálů) a organických sloučenin (humus)

Sorpční vlastnosti půdy Schopnost poutat různé látky z disperzního prostředí Polydisperzní soustava je směs částeček různého tvaru a velikosti s příměsí organických látek Disperzní podíl + disperzní prostředí Hrubá disperze Koloidní disperze Molekulární disperze < 1μm 1μm – 1nm > 1nm

Dělení podle skupenství disperzního prostředí a disperzního podílu Disperzní prostředí Disperzní podíl Disperze koloidní hrubé plynné plynný -------- kapalný aerosoly (mlhy) déšť, mlhy tuhý aerosoly (dýmy) prach, dýmy kapalné pěny bubliny, pěny emulze lyosoly suspenze tuhé tuhé pěny tuhé emulze tuhé soly tuhé směsi

Půdní koloidy Minerální jílové minerály primární silikáty nerozpustné Al, Fe fosfáty polymerní kys. křemičitá (H2SiO3) hydratované oxidy (Al, Fe, Mn) seskvioxidy Organické humusové látky bílkoviny, lignin Kombinované Organominerální komplex

Druhy půdních koloidů Elektronegativní – ACIDOIDY negativně nabité při disociaci uvolňují X-H………H+ adsorbují kationty jílové minerály, humusové látky, H2SiO3) většina půdních koloidů Elektropozitivní – BAZOIDY kladně nabité při disociaci uvolňují X-OH……OH- adsorbují anionty hydráty seskvioxidů

Druhy půdních koloidů Amfoterní – AMFOLYTOIDY - koloidy, které v důsledku změny pH různě disociují X – O – H - H+ zásaditá reakce (chovají se jako acidoidy) - OH- kyselá reakce (chovají se jako bazoidy) - (polymerní hydratované seskvioxidy)

Původ záporného náboje Konstituční (permanentní) je způsoben isomorfní substitucí na jílových minerálech oktaedr : Al3+ → Fe2+, tetraedr: Si4+ → Al3+ Variabilní na pH závislý náboj záporný náboj roste se stoupajícím pH disociace hydroxylových skupin povrch alumosilikátů hrany krystalů vrstevnatých silikátů organická hmota: fenyl-, karboxyl-

Sorpční komplex Kationtová výměnná kapacita KVK efektivní množství kationtů, která je půda schopna poutat při pH 7, nebo jiném vhodném pH efektivní kolik je při dané hodnotě pH vazebných míst potenciální nejvyšší hodnota jakou můžeme dosáhnout při zvýšení pH, většinou 7 a více * organominerální komplex

Sorpční komplex KVK – (T) (mmol(+) / 100 g) převod miligramů na mmol je vyjádřen vztahem: kde:

Sorpční komplex Kyselé kationty Bazické kationty Ca2+ H+ K+ - - - - H+ Na+ H+ Mg2+

Metody stanovení KVK Rozmanitá škála metod (skripta str.81) Metoda indexového iontu celý sorpční komplex nasytíme 1 kationtem, vytěsníme ho a stanovíme jeho množství Sycení iontem Vymytí přebytku iontu Vytěsnění index. iontu Mehlichova metoda Bowerova metoda

Mehlich Indexový iont Ba Na sloupci zeminy, v koloně, Sycení BaCl2 (6 hod.) Promývání H2O (2 hod.) Vytěsnění Ba pomocí MgCl2 → stanovení KVK (4 hod.)

Bowerova metoda - postup Navážka 2 g jemnozemě I. Sycení (3x) Vymytí (3x) Vytěsnění index. iontu (3x) Filtrát doplnit po rysku 1M CH3COONH4, zapsat číslo baňky Proměření na AAS

2) Sycení Přidat 10 ml 1M CH3COONa (pipetou) 3 min. třepat - ručně 3 min. odstřeďovat - centrifuga Supernatant slít do výlevky

3) Vymytí Přidat 10 ml 95% C2H5OH 3 min. třepat - ručně 3 min. odstřeďovat - centrifuga Supernatant slít do výlevky

4) Vytěsnění index. iontu Přidat 10 ml 1M CH3COONH4 3 min. třepat - ručně 3 min. odstřeďovat - centrifuga Supernatant ! NEVYLÉVAT ! Filtrovat do 50 ml odměrných baněk

Výpočet Změřená koncentrace Na mmol(+)/100 g CNa……(mmol / ml) V………objem baňky (ml) n………navážka (2 g)

Sorpční kapacita [mmol / 100 g ] KVK KVK mmol(+)/100g Velmi vysoká > 30 Vysoká 30 – 25 Vyšší střední 24 – 18 Nižší střední 17 – 13 Nízká 12 – 8 Velmi nízká < 8 Půdní druh Sorpční kapacita [mmol / 100 g ] Písčitá 2 – 10 Hlinitá 20 – 30 Jílovitá 40 – 50 Organická půda až 150

Hydrolytická acidita Schopnost půdy měnit reakci roztoků hydrolyticky štěpitelných solí CH3COONa ! STEJNÝ VZOREK ! Typy půdní reakce Aktuální forma → aktivní reakce pHH2O [pH] Potenciální forma → výměnná reakce pHKCl[pH], Va [mmol/100 g] → hydrolytická reakce Ha [mmol/100 g]

Postup 40 g zeminy + 100 ml 1M CH3COONa 45 min protřepávat na třepačce Suspenzi přefiltrovat Odměřit 50 ml filtrátu !!!přesně!!! Filtrát titrovat na 3 kapky fenolftaleinu (fft) 0,1M NaOH do slabě růžového zabarvení Zapsat spotřebu NaOH.........a Vypočítat Ha

Ha = a.f.M.5.1,75 [mmol / 100 g zeminy ] Výpočet Ha = a.f.M.5.1,75 [mmol / 100 g zeminy ] a spotřeba NaOH f faktor NaOH M molarita NaOH 5 přepočet na 100g 5 x 20 g použitých pro analýzu 1,75 konstanta na neúplné vytěsnění

Hodnocení Ha mmol(+)/100g Hodnocení > 1,37 Velmi silná 1,37 – 0,92 0,92 – 0,63 Střední 0,63 – 0,29 Mírná 0,29 – 0,17 Slabá < 0,17 Velmi slabá

Sorpční komplex Kyselé kationty Ha Bazické Kationty S Ca2+ H+ K+ - - - Na+ H+ Mg2+ KVK = Ha + S

Bazické kationty S – suma bazických kationtů S = KVK – Ha [mmol / 100 g] V – stupeň sorpčního nasycení V = (S * 100) / KVK [%]

Hodnocení KVK mmol(+)/100g Sorpční komplex V (%) Velmi vysoká > 30 Plně nasycený 100 – 90 Vysoká 30 – 25 Nasycený 90 – 75 Vyšší střední 24 – 18 Slabě nasycený 75 – 50 Nižší střední 17 – 13 Nenasycený 50 – 30 Nízká 12 – 8 Extrémně nenasycený < 30 Velmi nízká < 8

Sorpční komplex stav a vlastnosti sorpčního komplexu ovlivňují přímo: Sorpční kapacitu Reakci půdy a charakter a dynamiku Pufrovitost půdy nepřímo: Strukturní stav půdy Obělavatelnost Vodní a vzdušný režim Biologickou aktivitu

Do protokolu proměřená koncentrace sodíku CNa výpočet KVK (v mmol(+)/100 g) vyhodnocení KVK (str. 84) spotřeba NaOH a výpočet Ha vyhodnocení Ha (str. 57) výpočet sumy bazických kationtů S výpočet stupně sorpčního nasycení V vyhodnocení V (str. 89)