Extragerea sarurilor solubile din sol

EXTRAGEREA SARURILOR SOLUBILE DIN SOL

Prezenta sarurilor solubile (cloruri, sulfati, carbonati) in sol indica existenta unor procese de salinizare care ii determina anumite caractere specifice; aceste soluri sunt cunoscute sub denumirea generica de saraturi. Pentru stabilirea celor mai bune masuri privind folosirea rationala a acestor soluri este necesar sa se cunoasca continutul in saruri sub aspectul calitativ si cantitativ.

Prima operatie este aceea de a extrage sarurile solubile din sol [17].

1. Extragerea sarurilor solubile din sol se face cu apa distilata, la raportul sol/apa de 1/5. In acest scop, intr-un balon conic de 250 - 500 cm³, se introduc 10 g sol (cantarit la balanta tehnica) peste care se adauga 50 cm³ de apa distilata (masurata cu o pipeta de 50 cm³ cu bula), libera de bioxid de carbon (fiarta in prealabil) pentru a nu dizolva carbonatii greu solubili

( CaCO₃, MgCO₃) si a-i trece sub forma de bicarbonati. Dupa ce s-a agitat 5 - 30 min, continutul balonului se filtreaza printr-o hartie cu o porozitate cat mai fina, pentru a se obtine filtratul limpede. Daca filtratul obtinut nu este limpede, se refiltreaza , adaugand inca o hartie de filtru , repetandu-se operatia de inca doua sau trei ori. In cazul cand filtratul obtinut este totusi colorat, este necesar ca acesta sa fie decolorat, deoarece nu se pot executa determinari titrimetrice de precizie (nu se pot sesiza virajul indicatorilor). Decolorarea se poate obtine prin: ultrafiltrare, centrifugare, adaugarea de substante coagulate sau prin oxidarea substantei organice (care determina culoarea extractului).

Pentru decolorarea prin oxidarea substantei organice se pipeteaza intr-un balon 5-20 cm³ din extractul apos si se adauga 2 cm³ acid sulfuric 10% si 4 cm³ permanganat de potasiu 0,5 n si se fierbe 2-3 minute. Excesul de permanganat se elimina adaugandu-se 1 cm³ de solutie de glucoza 10% in solutie fierbinte. Apoi se raceste si se neutralizeaza excesul de acid sulfuric cu solutie de carbonat de sodiu 10%, in prezenta indicatorului dinitrofenol, pana la aparitia culorii galbui-deschis. Pentru decolorarea prin precipitarea substantei organice cu sulfat de zinc la 25 cm³ de extract colorat se adauga 2 cm³ solutie sulfat de zinc 0,1M si 2 cm³ de hidroxid de potasiu 1%. Precipitatul se filtreaza si reziduul de pe filtru se spala cu apa distilata de 1 - 2 ori.

Extractele de sol se modifica repede sub influenta bioxidului de carbon din aer, fapt pentru care se impune ca dozarea alcalinitatii sa se faca imediat dupa obtinerea acestora.

2. Determinarea calitativa a sarurilor solubile (Lucrarea nr.10)

Din extractul apos se iau circa 1 - 2 cm³ in trei eprubete pentru efectuarea reactiilor calitative de identificare a carbonatului de sodiu Na₂CO₃, ionului sulfat si ionului clorura Cl^-.

Intr-una din eprubete se introduc 1 - 2 picaturi de fenolftaleina care in prezenta carbonatului de sodiu, sare ce imprima o puternica reactie alcalina, vireaza la rosu. Intensitatea nuantei indicatorului la dilutii mari este proportionala cu concentratia.

In a doua eprubeta se adauga circa 3 - 5 picaturi de clorura de bariu 10% care in prezenta sulfatilor precipita ionii sub forma de sulfat de bariu, BaSO₄, conform reactiei:

Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2NaCl

Opalescenta suspensiei (alba - laptoasa) este proportionala cu concentratia.

In ultima eprubeta se adauga circa 3 - 5 picaturi AgNO₃ 10% care in prezenta clorurilor precipita ionii Cl^- sub forma de AgCl, conform reactiei:

NaCl + AgNO₃ = AgCl + NaNO₃

Ca si in cazul precedent, opalescenta suspensiei (alba - laptoasa) este proportionala cu concentratia.

3. Determinarea cantitativa a sarurilor solubile

Determinarea cantitativa a sarurilor solubile din sol se poate efectua global sau pe grupe (cloruri, sulfati, bicarbonati si carbonati). Determinarea globala a sarurilor solubile din sol se poate face prin masurarea conductibilitatii electrice a extractelor apoase din sol, dar mai exact prin cantarirea reziduului fix rezultat in urma concentrarii sarurilor prin evaporarea totala a apei [11].

3.1. Determinarea gravimetrica a continutului global de saruri prin metoda reziduului fix ( dupa Peterburski)

Intr-o capsula de portelan tarata la balanta analitica cu precizia de 0,0001g se pipeteaza o parte alicota de extract apos, care sa contina cel putin 100 si cel mult 1000 mg de reziduu uscat, care se apreciaza dupa analizele calitative sau conductometrice si se pune la evaporat pe o baie de apa. Cand volumul extractului este mare, se adauga succesiv, pe masura ce se evapora pana la terminarea acestuia, cand trebuie spalat vasul in care s-a pastrat extractul, iar apa rezultata se adauga in capsula. Dupa evaporarea totala a apei se introduce reziduul la etuva la 105 sC pentru 3 - 4 ore, apoi se trece la calcinat intr-un cuptor electric la temperatura de 550 sC timp de 20 - 30 minute. Dupa racire se cantareste la balanta analitica.

Se face diferenta intre greutatea capsulei cu reziduu si greutatea capsulei goale pentru a determina cantitatea de reziduu corespunzatoare partii alicote luate in analiza.

Reziduul fix se determina cu ajutorul relatiei:

in care:

m - cantitatea de sol luata pentru analiza, g;

a - greutatea reziduului uscat cantarit in capsula;

V - volumul total al extractului;

v - partea alicota de extract apos folosit pentru determinare, in cm³;

100 - factor pentru raportarea procentuala.

Rezultatele se recalculeaza la sol uscat la 105 sC.

3.2. Determinarea cantitativa a anionilor in extractul apos

In extractele apoase de sol se deosebesc mai multe tipuri de alcalinitate: alcalinitatea provenita de la carbonatii alcalini numita si alcalinitate normala; alcalinitatea provenita de la bicarbonatii alcalini sau alcalinitatea bicarbonatica si suma acestora sau alcalinitatea totala.

3.2.1 Determinarea titrimetrica a carbonatilor alcalini - usor solubili

Neutralizarea carbonatilor alcalini se face prin titrare cu acid sulfuric 0,01n in prezenta fenolftaleinei ca indicator, conform reactiei:

2Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2NaHCO₃

Intr-un balon conic de 100 - 150 cm³ se pipeteaza 5 - 100 cm³ de extract si se adauga 1 - 2 picaturi de fenolftaleina solutie alcoolica 1%. In prezenta carbonatilor, fenolftaleina vireaza la rosu, colorand extractul in roz. Proba se titreaza cu acid sulfuric 0,01n pana la decolorarea extractului, care trece in roz incolor.

Continutul de carbonati alcalini se determina cu relatia:

in care:

m - cantitatea de sol luata in lucru, g;

a - cantitatea de acid sulfuric 0,01n folosit la titrare;

V - volumul total de extract apos de sol, in cm³;

v - volumul partii alicote din extractul luat in analiza;

0,0003 - factor pentru transformarea cantitatii de acid sulfuric 0,01n in g ;

100 - factor pentru raportare procentuala;

2 - coeficient pentru dublarea cantitatii de acid sulfuric consumata la titrare.

Rezultatele se recalculeaza la 100g de sol uscat la 105 sC.

3.2.2. Determinarea volumetrica a continutului de carbonati greu solubili ( Lucrarea nr. 11)

Pentru determinarea continutului de carbonati se adauga acid clorhidric unui esantion de sol pentru a descompune carbonatul prezent. Reactia, in forma ei simplificata, este urmatoarea:

MeCO₃ + 2H⁺ Me²⁺ + H₂CO₃

H₂CO₃ H₂O + CO₂

Volumul de dioxid de carbon produs este masurat folosind un aparat Schleiber si este comparat cu volumul de dioxid de carbon produs de carbonatul de calciu pur. Pentru a evita efectuarea corectiilor datorate diferentelor de temperatura si presiune, toate determinarile se efectueaza in aceleasi conditii. Determinarea trebuie efectuata intr-o camera cu temperatura controlata.

Continutul de carbonat se exprima ca o concentratie echivalenta de carbonat de calciu (CaCO₃), siderit (FeCO3), dolomit [ Ca Mg (CO₃)₂], rhodocrosit (MgCO₃). In soluri din regiuni uscate poate fi prezenta soda ( Na₂CO₃ ·10 H₂O).

3.2.2.1 Reactivi

- apa cu o conductivitate selectiva care sa nu depaseasca 0,2 mS / m la 25 sC;

- acid clorhidric, de concentratie 4 mol / l;

- carbonat de calciu, pulbere.

3.2.2.2. Aparatura

- balanta analitica cu exactitate de cel putin 0,1 mg;

- vase de reactie cu gat larg si cu capacitatea de 150ml;

- aparatul Scheibler.

Aparatul Scheibler este alcatuit dintr-un tub de sticla sub forma literei U. Bratul din stanga al tubului este negradat si este pus in legatura, pe la partea inferioara, printr-un furtun de cauciuc, cu un vas de nivel in care se gaseste solutie saturata de clorura de sodiu colorata. Furtunul de cauciuc este prevazut cu o clema de inchidere. La partea superioara bratul este deschis.

Bratul din dreapta tubului este gradat in cm³ si este pus in legatura, pe la partea superioara , cu un vas de atac sau vas de reactie, care se inchide etans cu un dop de cauciuc, prin care trece un tub din sticla terminat cu o eprubeta cu deschidere laterala. Dopul vasului de atac este prevazut si cu un furtun de cauciuc, cu clema de inchidere pentru a intrerupe legatura cu exteriorul.

Fig. 14

A Aparatul Scheibler

3.2.2.3. Modul de lucru

Inainte de a trece la determinarea propriu-zisa, se stabileste, cu aproximatie, continutul probei de sol in carbonati, dupa durata si intensitatea efervescentei, prin metoda calitativa. Pentru aceasta se iau 1 - 2 g de sol, se pun intr-o capsula de portelan sau pe o sticla de ceas si se trateaza cu cateva picaturi de HCl 10%. La o efervescenta puternica, se ia in lucru o cantitate mai mica de sol, iar la o efervescenta mai slaba se ia o cantitate mai mare.

Pentru determinarea propriu-zisa se cantaresc 1 - 10 g de sol si se introduc in vasul de atac (avand grija ca solul sa nu se depuna pe peretii vasului). In eprubeta cu deschidere laterala se pune acid clorhidric 10% sau 1 / 3 ( o parte acid clorhidric si trei parti apa distilata), avand grija sa nu se scurga pe peretii exteriori ai eprubetei. Preventiv se sterge eprubeta cu o carpa. Se inchide bine balonul de atac al aparatului. Se aduce solutia in cele doua brate la nivelul zero, pe principiul vaselor comunicante, ridicand vasul de nivel la inaltimea calcimetrului. Se intrerupe legatura acestuia cu exteriorul prin inchiderea clemei din dreapta (clema de la furtunul dopului balonului de atac). Prin inclinarea balonului de atac, se trece acidul din eprubeta peste sol. In urma efervescentei ce are loc, dioxidul de carbon degajat va apasa asupra lichidului din bratul din dreapta, obligandu-l sa coboare. Nivelul lichidului din bratul din stanga urca si ameninta sa iasa in exterior. Pentru a preveni acest lucru, se deschide imediat clema din partea dreapta (atasata la furtunul de cauciuc). Lichidul din bratul din stanga va cobora. Pe toata perioada analizei, se are in vedere ca nivelul lichidului din bratul stang sa se mentina mai sus decat nivelul lichidului din bratul drept cu aproximativ 1 cm. Dupa terminarea efervescentei (lichidul din bratul drept nu mai coboara) se aduce lichidul din bratul stang la nivelul lichidului din bratul drept, cu ajutorul clemei din stanga si se citeste cantitatea de dioxid de carbon degajata.

Fig. 15 Fig. 16

a) Situatia inainte de masurare b) Situatia dupa masurare

A - vas de reactie;

B - cuva de material plastic cu acid clorhidric;

C - dop de cauciuc;

D - robinet de inchidere;

E - tub de caligrare in forma de U;

F - vas rezervor cu apa.

Pentru calcularea procentului de carbonati se procedeaza astfel:

1. Volumul de CO₂ citit la aparat, notat cu Vt , se reduce la presiunea normala (760 mm) si temperatura de 0 sC cu urmatoarea relatie:

in care:

V₀ - volumul de CO₂ redus la 0 sC si 760 mm, ml;

Vt - volumul de CO₂ citit la aparat, ml;

t - temperatura aerului in momentul determinarii, sC;

Pt - presiunea atmosferica in momentul determinarii, mm col Hg.

2. Cu ajutorul legii lui Avogadro se trece de la volumul de CO₂ la cantitatea de CO₂ cu relatia:

a = V₀ · 0,00197

in care:

a - cantitatea de CO₂, g;

0,00197 - cantitatea de CO₂ ce corespunde unui cm³ de gaz, la temperatura si presiunea normala.

3. Se calculeaza continutul procentual de carbonat de calciu cu relatia:

unde:

a - cantitatea de CO₂ rezultata din reactie, g;

2,272 - coeficientul de transformare a CO₂ in CaCO₃ (cantitatea de CaCO₃ corespunzatoare unui gram de CO₂ )

m - cantitatea de sol luata in analiza, g.

3.2.2.4. Interpretarea rezultatelor

Aprecierea solurilor dupa continutul in carbonati se face conform tabelului de mai jos:

Tabelul 4

3.2.3. Dozarea titrimetrica a alcalinitatii (Lucrarea nr. 12)

Se bazeaza pe neutralizarea tuturor carbonatilor solubili si bicarbonatilor cu acid sulfuric 0,01n in prezenta metiloranjului ca indicator.

Dupa ce s-au titrat carbonatii alcalini, in acelasi pahar se aduga 1 - 2 picaturi de metiloranj si se continua titrarea pana la aparitia culorii roz - pal.

Relatia de calcul este urmatoarea:

in care:

m - cantitatea de sol luata in lucru, g;

a - cantitatea de acid sulfuric 0,01n folosit la titrare;

V - volumul total de extract apos de sol, in cm³;

v - volumul partii alicote din extractul luat in analiza;

b - cantitatea de acid sulfuric 0,01n folosit la titrare in prezenta metiloranjului, in cm³;

0,00061 - factorul de transformarea cantitatii de acid sulfuric 0,01n in g H₂CO₃ .

Rezultatele obtinute se recalculeaza pentru 100 g sol uscat la 105 sC.

3.2.4.Dozarea titrimetrica a clorurilor (dupa Mohr).

Ionii de clor din extract se titreaza cu AgNO₃ 0,01n in prezenta K₂CrO₄ ca indicator, conform reactiei:

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃

In balonul cu extractul pentru titrare de la determinarea alcalinitatii totale (extract neutralizat), se adauga 1 cm³ de cromat de potasiu 10 % si se titreaza continutul de azotat de argint 0,01n pana la aparitia nuantei slab rosietice.

Pentru efectuarea calculelor se foloseste urmatoarea formula:

in care:

m - cantitatea de sol luata in lucru, g;

a - cantitatea de solutie de azotat de argint 0,01n folosit la titrare, in cm³;

V - volumul total de extract apos de sol, in cm³;

v - volumul partii alicote din extractul luat in analiza;

0,00035 este factorul de transformare a cantitatii de azotat de argint 0,1n, in g Cl.

Rezultatele se recalculeaza la 100g sol uscat la 105 sC.

3.2.5.Dozarea gravimetrica a sulfatilor ca sulfat de bariu

Ionii de sulfat din extract sunt precipitati cantitativ la cald, in mediu acid, ca sulfat de bariu, conform reactiei:

Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2NaCl

Precipitatul se separa prin filtrare, dupa care se calcineaza si se cantareste.

Pentru determinare se iau intr-un pahar o parte alicota din proba de analizat, continand circa 0,5 - 5 miliechivalenti de ioni de sulfat si se dilueaza la 100 - 200 cm³. Se adauga doua sau trei picaturi de metiloranj si 10 cm³ de acid clorhidric 10 %, pentru a favoriza formarea unor cristale mari de sulfat de bariu. Se incalzeste la fierbere si se pune picatura cu picatura de clorura de bariu 10% pana nu se mai observa formarea precipitatului, dupa care se mai adauga cca. 1 cm³ in exces. Se lasa apoi paharul acoperit cu o sticla de ceas pe baia de apa pentru precipitarea completa a sulfatului de bariu. Dupa racire, continutul paharului se filtreaza cantitativ cu porozitatea fina. Daca cristalele de sulfat de bariu trec in filtrat, acesta se aciduleaza cu acid clorhidric 10%, se incalzeste pana la fierbere si se refiltreaza tot pe acelasi filtru. Paharul in care s-a facut precipitarea cat si filtrul se spala bine cu apa calda acidulata cu acid clorhidric 10%. Spalarea se continua pana nu se mai obtine reactia bariului in filtrat cu acid sulfuric. Filtrul astfel spalat se strange si se introduce in creuzet de portelan adus la greutatea constanta. Creuzetul se usuca in etuva la 105 sC, apoi se introduce in cuptor pentru 30 minute, la o temperatura de 600 - 700 sC, dupa care se raceste in exsicator si apoi se cantareste. Facandu-se diferenta dintre cantarirea finala si cea initiala ( de aducere la greutatea constanta), se determina greutatea precipitatului.

Continutul de sulfati se calculeaza cu formula:

in care:

m - cantitatea de sol luata in lucru, g;

a - greutatea precipitatului din creuzet, g

V - volumul total de extract apos de sol, in cm³;

v - volumul partii alicote din extractul luat in analiza; cm³

0,4114 - factorul de transformare a BaSO₄ in .

Rezultatele se recalculeaza pentru 100 g sol uscat la 105 sC.