Chương 4. Hóa tính của đất

Chương Hóa tính đất 4.1 pH đất    pH đất đặc tính hóa học quan trọng đất (giống sa cấu tiêu vật lý đất) Hiểu biết pH đất cho phép xác định nhanh chóng đất có phù hợp cho sinh trưởng hay không dinh dưỡng giới hạn Ion hydro proton không tồn đơn lẻ dung dịch, thay vào chúng phản ứng với nước H2O để tạo nên phân tử H3O+ Acid – Bazơ     Acid-bazơ phần quan trọng đời sống ngày Một lượng ion H3O+ dư thừa dung dịch tạo số đặc tính thú vị Acid phản ứng với kim loại vật chất khác Acid đậm đặc HCl tạo bao tử giúp tiêu hóa thức ăn Ở nồng độ loãng, acid tạo nên vị chua chanh, cam, giấm, chất khác Bazơ chẳng hạn NaOH sử dụng phổ biến chất có tính tẩy rửa công việc nhà nước rửa chén, bột giặt, nước lau kiếng… Làm đo tính đậm đặc acid hay bazơ? H3O+ phụ thuộc vào nồng độ acid Đo độ chua       Tính acid (hay tính bazơ) dung dịch đo thang pH Thang pH tương ứng với nồng độ ion H+ dung dịch Nếu lấy giá trị số mũ (exponent) nồng độ H3O+ sau bỏ dấu trừ, ta giá trị pH Ví dụ, nồng độ H3O+ nước trung tính x 10-7 M Giá trị pH dung dịch Thang pH thay đổi từ – 14, pH=7 xem trung tính, ([H3O+ ] = [OH-]), pH     Dung dịch acid có giá trị pH < 7.0 Dung dịch kiềm có giá trị pH > 7.0 Một acid định nghĩa chất cho proton, hóa chất làm gia tăng nồng độ ion H+ dung dịch Ngược lại, bazơ định nghĩa chất nhận proton, hóa chất làm giảm nồng độ ion H3O+ (hydronium) dung dịch (và tăng nồng độ hydroxyt OH-) Ion H3O+ Ion OHH 2O Dung dịch trung tính Dung dịch acid yếu http://www.msichicago.org/ed/learninglabs/imgs/waters_ph_chart.jpg Hầu hết dinh dưỡng hữu dụng cho trồng giá trị pH từ 5,5 – 7, gây độc cho giá trị thấp cao http://www.traylorchemical.com/images/faqs/phchart.jpg pH đất – đo H+ dung dịch đất * pH – dấu âm log nồng độ ion (H+) dung dịch đất pH = - log [ H+] * thang pH dùng để xác định tính acid bazo dung dịch Tại điểm trung tính (pH =7) giá trị H+ = OHRemember – Tại giá trị pH 6, nồng độ ion H+ nhiều gấp 10 lần so với giá trị pH 100 lần so sách pH pH CẦN XEM Khả trao đổi Cation trước muốn thảo luận sâu pH đất Các dạng độ chua đất Độ chua hoạt tính (active acidity) – phụ thuộc vào hoạt động ion H+ dung dịch đất thời điểm xác định Thường pH đất biến thiên từ 3-9 Dựa vào pH có th ể chia đất làm cấp có phản ứng khác nh sau: Độ pH Cấp đất          < 4,5 4,6-5,5 5,6-6,5 6,6-7,5 7,6-8,0: 8,0-8,5 > 8,5 đất đất đất đất đất đất đất chua chua vừa chua trung tính kiềm yếu kiềm vừa kiềm nhiều Theo Bộ Nông nghiệp Việt Nam Độ chua trao đổi - gây bở ion H+ Al3+ trao đổi cation khác (ion mang điện tích dương +) Đo độ chua hoạt tính 14 pH 25 ml H2O 10 g Soil Tỷ lệđất:nước=1:2,5 Khả trao đổi Cation  Sự trao đổi cation dung dịch cation khác bề mặt vật chất mang điện tích âm, chẳng hạn sét hay chất hữu Đất Keo đất H+ Ca++ +2H+ Dung dịch đất + Ca++ Keo đất H+ Dung dịch đất Khả trao đổi cation đất      Trong hầu hết loại đất, khoảng 99% cation đất kết chặt vào mixen (micelles) (tức hạt sét chất hữu cơ) 1% tồn dung dịch Cation đất (chủ yếu Ca++, Mg++, K+ and Na+) luân trì trạng thái cân bằg phần hấp thụ keo đất phần dung dịch nước đất Sự cân tạo nên trao đổi – cation bị tách (để lại phần trống), cation khác lấp vào chỗ trống Vì vị trí mang điện tích âm gọi vị trí trao đổi cation Tổng số cation trao đổi từ vị trí gọi khả trao đổi Cation hay CEC SỰ TRAO ĐỔI CATION  Sét mang điện tích âm (-) nhờ có cấu trúc đồng hình  Mùn mang điện tích (-) nhờ phản ứng Mg+2 Ca+2 _ _ _ K+_ Na+   _ _ _ _ Ca +2 Ca+2 KEO ĐẤT Mg+2  -R-COOH ⇔ -R-COO- + H+ Các cation liên kết lỏng lẻo vào phần lực hút tĩnh Sự trao đổi ion diễn dễ dàng nhanh chóng dung dịch đất Và bề mặt keo đất Mg+2 DUNG DỊCH ĐẤT NGUYÊN TẮC TRAO ĐỔI CATION So sánh K+ Li+ 1.Thông thường, cation có đường kính lớn lượng hydrate hóa nhỏ (ít nước xung quanh nó) giữ chặt bề mặt khoáng sét Cation mang điện tích cao giữ chặt cation mang điện tích thấp (ngoại từ H+=Al3+) Tuy nhiên, cation thay cation khác nồng độ đủ cao H H H H K+ H (-) (-) (-) H H Li+ H (-) H H (-) (-) So sánh số điện tích Al (-) 3+ (-) Ca 2+ (-) (-) Na + (-) (-) Al+3 > Ca+2 > Mg+2 > K+ > Na+ > Li+ Bazơ Khả trao đổi Cation bị ảnh hưởng bởi: 1) Loại cation Al+3 > Ca2+ > Mg2+ > K+ =NH4+ > Na+ >H+ Giữ chặt > d ễ b ị thay 2) Nồng độ tương đối cation dung dịch đất Khả trao đổi Cation 1) Số cation hấp thụ đơn vị khối lượng đất hay tổng số cation trao đổi mà đất hấp thu * CEC tính mili đương lượng (meq) 100 g đất sấy khô Trọng lượng đương lượng = trọng lượng phân tử hay nguyên tử (g) hóa trị hay số ion trao đổi phản ứng Mili đương lượng (MEQ) li đương lượng tương đương với 6.02 x 10 20 phân tử hay nguyên tử MEQ số Cation phổ biến Nguyên tố Na+ K+ Hóa trị K.lượng EQ KL MEQ 1 23/1=23 Ca++ Mg++ 2 39/1=39 40/2=20 24/2 = 0.023 0.039 0.02 0.012 CEC CỦA CÁC LOẠI ĐẤT TƯƠNG QUAN GIỮA CEC VÀ CHC TƯƠNG QUAN GIỮA pH VÀ CEC ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHONG HÓA ĐẾN CEC Phương pháp đo CEC? Tất cation hấp thụ thay bở cation NH4+ Đổ thêm nước cồn NH4+ thay dung dịch muối trung tính KCl Sau lượng NH4+ thay xác định dung dịch trích + Các bước đo CEC 4.3 KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI ANION Sự hút bám micelle + NO3- + Cl- (phần rắn mang Điện tích dương (+) (dung dịch đất) micelle + Cl- +NO3- (phần rắn mang Điện tích dương (+) (dung dịch đất) Điện tích dương thường gặp bề mặt khoáng kaolinite, oxides, khoáng alophan, keo hữu (mùn) Inner-Sphere Complexes Al - OH2+ + H2PO4- → (phần rắn đất) (dung dịch đất) Al - H2PO4 + H2O (rắn đất) (dung dịch đất) Một số anion photphate, sulfate, asenate (arsenate) ph ản ứng v ới m ột nhóm hydroxyl mang proton bề mặt kaolinite c ố định thành d ạng không h ữu dụng cho 4.4 Độ bão hòa bazơ  Độ bão hòa baz (%BS) định nghĩa tổng cation kiềm trao đổi (Ca2+, Mg2+, K+, and Na+) chia cho CEC  Đơn vị: - Cũ: meq/100g đất (meq 100g-1) - Mới: Sl, centimoles/kg đất (cmolckg-1) CEC = Ca2+ +Mg2+ + K+ + Na+ + Al3+ + H+ (in cmolc kg-1) [...]... Ca++ + 2OH- Tính chua của đất và sự sinh trưởng của cây      Tính chua của đất là yếu tố tạo áp lực về môi trường giới hạn sự sinh trưởng của cây trồng Đất chua phâ tán rộng rãi và chiếm khoảng 40% diện tích đất trên thế giới Ở Việt Nam, diện tích đất chua khoảng … , tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng sông Cửu Long Thêm vào đó, hiện tượng mưa acid cũng góp phần làm tăng sự acid hóa của đất Ion nhôm... trong đất ở pH thấp Đây là độc chất đối với sự sinh trưởng của cây Đất chua chứa Acid Sulfate (Đất  Đất chua chứa Acid phèn) Màu đỏ của nước được  sulfate hình thành khi quặng pyritic* (khoáng FeS2) xì lên trên lớp đất mặt, oxy hóa tạo thành sulfuric acid Một loại khoáng khác trong đất phản ứng với acid và giải phóng nhôm tự do, gây độc cho cây trồng và vật nuôi trong nước gây ra bởi Sắt bị oxy hóa. .. một cation khác trên bề mặt của các vật chất mang điện tích âm, chẳng hạn sét hay chất hữu cơ Đất Keo đất H+ Ca++ +2H+ Dung dịch đất + Ca++ Keo đất H+ Dung dịch đất Khả năng trao đổi cation trong đất      Trong hầu hết các loại đất, khoảng 99% cation trong đất kết chặt vào các mixen (micelles) (tức là các hạt sét và chất hữu cơ) và 1% tồn tại trong dung dịch Cation trong đất (chủ yếu là Ca++, Mg++,... RA BỞI MƯA AXIT Nguồn gốc của tính acid trong đất (tt) 4 Hấp thu cation cơ bản bởi cây trồng Các cation cơ bản có gốc OH- trong dung dịch đất    Ca++, Mg++, K+, = Các cation cơ bản được hấp thu vào cây và không còn góp phần tạo OHtrong dung dịch đất nữa Ion H+ được giải phóng vào trong dung dịch đất 5 Quá trình lọc của các cation cơ bản khi các cation cơ bản bị lọc khỏi đất bởi quá trình lọc, chúng... vị khối lượng đất hay tổng số cation có thể trao đổi mà đất có thể hấp thu * CEC được tính bằng mili đương lượng (meq) trong 100 g đất sấy khô Trọng lượng đương lượng = trọng lượng phân tử hay nguyên tử (g) hóa trị hay số ion trao đổi trong phản ứng Mili đương lượng (MEQ) 1 li đương lượng tương đương với 6.02 x 10 20 phân tử hay nguyên tử MEQ của một số Cation phổ biến Nguyên tố Na+ K+ Hóa trị K.lượng... (sedimentary) và đá biến tính (metamorphic) Nó hi ện di ện trong khoáng nguyên sinh và được tìm thấy khi kết hợp với than đá phi ến th ạch sét   Đất chua chứa Acid sulfate soils có giá trị rất thấp (có khi dưới 3.0) đất có chứa nhiều Sắt sulfide (FeS) Đất chua chứa Acid sulfate là đất duy nhất ảnh hưởng nghiêm trọng đến các công việc xây dựng, sản xuất nông nghiệp, và chất lượng nước của hệ thống sông... nghiệp, và chất lượng nước của hệ thống sông ngòi     Màu của sắt là dấu hiệu dễ nhận biết trong trường hợp đất chua do acid sulfate Tạo thành một lớp váng trê bề mặt nước gây chết cây và sinh vật sống trong nước Khi đất chua do acid sulfate bị oxy hóa, acid sulfuric tạo ra sắt di động, nhôm và sự hiện diện của các kim loại nặng trong đất Lượng độc chất sắt này có thể được giảm bớt bằng cách dùng... http://www.biconet.com/testing/GIFs/st-t2.jpg 4.2 Sự trao đổi Cation  Trao đổi Cation – khả năng của đất có thể giữ các dinh dưỡng và ngăn ngừa chúng không bị thất thoát ra khỏi vùng rễ hút của cây  Cation là các ion mang điện tích dương (+), ví dụ Ca++, Mg+ +  Sự trao đổi cation giúp giữ lại các cation cần thiết cho cây trồng (Ca+2, Mg+2, K+, NH4+ …)  Khả năng trao đổi Cation trong đất càng cao, đất càng phì nhiêu màu... trong cấu trúc của khoáng sét - Adsorbed H+ release structural Al3+ -Al3+ có khuynh hướng tách phân tử H2 O thành ion H+ and OH-, phóng thích thêm H+ vào dung dịch đất - Al được xem là một cation tính axit đối với đất chua - Al có thể gây độc cho cây ở pH thấp pH thấp Al thủy phân H2 O pH cao Sự kết tủa tăng dần Hợp chất Al ổn định Sự hòa tan tăng dần 6 Nguồn gốc gây ra đất chua 1 Sự nitrate hóa: từ amon... K+_ Na+   _ _ _ _ Ca +2 Ca+2 KEO ĐẤT Mg+2  -R-COOH ⇔ -R-COO- + H+ Các cation liên kết lỏng lẻo vào các phần trên do lực hút tĩnh Sự trao đổi ion diễn ra dễ dàng và nhanh chóng giữa dung dịch đất Và bề mặt của keo đất Mg+2 DUNG DỊCH ĐẤT NGUYÊN TẮC TRAO ĐỔI CATION 1 So sánh giữa K+ và Li+ 1.Thông thường, cation nào có đường kính lớn nhất và năng lượng hydrate hóa nhỏ nhất (ít nước xung quanh nó) ... xác định Thường pH đất biến thiên từ 3-9 Dựa vào pH có th ể chia đất làm cấp có ph n ứng khác nh sau: Độ pH Cấp đất          < 4, 5 4, 6-5 ,5 5, 6-6 ,5 6, 6-7 ,5 7, 6-8 ,0: 8, 0-8 ,5 > 8,5 đất đất... chua Sự nitrate hóa: từ amon thành nitrate (oxy hóa NH4+) NH4+ + 2O2 -> NO 3- + H2O + H+ Sự ph n hủy chất hữu cơ: R-COOH -> R-COO- + H+ Sự hô hấp: CO2 + H2O > H2CO3 = H+ HCO 3- Mưa acid   ... cation thay cation khác nồng độ đủ cao H H H H K+ H (-) (-) (-) H H Li+ H (-) H H (-) (-) So sánh số điện tích Al (-) 3+ (-) Ca 2+ (-) (-) Na + (-) (-) Al+3 > Ca+2 > Mg+2 > K+ > Na+ > Li+ Bazơ Khả