Научно-методическое обеспечение исследовательской деятельности

при изучении почв в рамках школьной лаборатории

Актуальность данной темы

обусловлена истощением почв в черте города Калач.

Урожай

овощных

культур

с

каждым

годом

становится

всё

более

скудным,

а

состояние

декоративных

культур

свидетельствует

о

нехватке

питательных

веществ

в

почве.

Целью

исследований членами секции «Химическая лаборатория» школьного НОУ «Олимп» является

анализ образцов почв, взятых с приусадебных земельных участков в разных частях города и

разработка практических рекомендаций по её улучшению для повышения эффективности

выращивания декоративных и сельскохозяйственных культур.

Методики почвенного анализа, нормативные характеристики почвенного плодородия

довольно широко освещены в научной литературе по почвоведению и агрохимии. Учитывая

оснащение школьной химической лаборатории, уровень базовых естественнонаучных знаний

и

умений

учащихся,

усвоенных

ими

на

уроках,

для

формулировки

и

поиска

решений

разнообразных

проблем, были

выбраны

доступные

методики

почвенного

анализа.

Приготовление пробы почвы. Проба,

взятая для анализа, должна характеризовать все

свойства исследуемой почвы. Из четырех различных мест по месту жительства участников

нашего исследования взять образцы почвы с глубины 10 см. Очищенную от инородных тел

и включений образцы почвы высушить на воздухе, затем отвесить по 2 г.

Физический

анализ. 1) Гранулометрический

состав

почвы. Содержание механических

частиц определить при помощи цифрового микроскопа. Взять немного почвы, разложить её

тонким

слоем

на

предметное

стекло

и

рассмотреть.

Смочить

почву

водой,

помешать.

Проанализировать результаты, сделать вывод о структуре почвы (однородная, неоднородная,

физический песок, физическая глина, крупнозем, мелкозем, кварц). 2) Определить содержание

воздуха в почвенном образце,

поместив цилиндрический образец почвы в сосуд с водой.

Наблюдать,

как

выделяется

из

почвы

воздух,

замещаясь

водой.

3)

Определить

водопроницаемости почвы.

Приготовление

водной

вытяжки

из

почвы. Правильно подготовленная водная вытяжка

отличается

от

водной

суспензии

отсутствием

взвешенных

в

водной

среде

почвенных

коллоидов.

Для

проведения

общего

анализа

ионного

(солевого)

состава

раствора

почвы

приготовить вытяжку при соотношении 1:50 (2 г почвы на 100 мл дистиллированной воды).

Пробирки с навеской и водой плотно закрыть пробками и центрифугировать в течение 1 мин

при скорости 1000 оборотов. Таким образом, разделить раствор на фракции. Мутную жидкую

фракцию вылить на фильр и профильтровать. Полученный прозрачный раствор является

готовой водной вытяжкой пригодной для химического анализа. Используя солевую почвенную

вытяжку,

определить рН растворов почвенных образцов

почвы

при

помощи цифровой

1

лаборатории Архимед. Подключить датчик кислотности (pH-метр DT016-A) к портативному

компьютеру (Nova 5000). Прибор находится в пластиковом корпусе и снабжен электродом для

измерения концентрации

ионов водорода, а также системой температурной компенсации.

Произвести настройку параметров измерения: частота измерений 500 каждую секунду; число

замеров 1000.

Ход опыта:

в стакан

налить

водную вытяжку, подключить датчик рН,

зарегистрировать

данные. Опыт повторить несколько раз по количеству образцов почв.

Полученные

данные

занести

в

таблицу.

(Шкала

кислотности

для

почв:

ниже

4,5

–

сильнокислые; 4,35-5,0 –среднекислые; 5,00- слабокислые; 6,0- слабокислые; более 6 -7 –

нейтральные;

7,30-8,0

–щелочные).

Изучение

засоленности

почвы. 1) Для обнаружение

карбонат-ионов:

в

пробирки

с

исследуемой

почвенной

вытяжкой

добавить

концентрированную соляную кислоту (68%). Заполнить графы «Интенсивность выделения

СО

2»,

«

Содержание карбонат-иона в почве» в

таблице «Группировка почв по содержанию

карбонатов»

2)

Для

обнаружения сульфат-ионов: в пробирки

с исследуемой почвенной

вытяжкой

добавить по каплям раствор хлорида бария. Видимых изменений не наблюдаем

(наблюдаем

образование белого осадка), Реакция фармакопейная, т. е. свойственна только

одному иону. Г) Обнаружение хлорид-иона: в пробирки с почвенными вытяжками добавить

по каплям раствор нитрата серебра. Видимых изменений не наблюдаем (наблюдаем). Реакция

на хлорид-ион действием раствора нитрата серебра -

белый творожистый осадок хлорида

серебра. Качественное

определение

нитратов

провести

реакцией

с

дифениламином

(HN(C

6

H

5

)

2

).

В каждую пробирку прилить по нескольку капель раствора дифениламина в

концентрированной

серной

кислоте.

При

наличии

нитратов

жидкость

в

пробирке

окрашивается в темно-синий цвет вследствие образования дифенилнитрозоамина.

Реакция с

дифениламином (фармакопейная). Из проведенных опытов сделать вывод об отсутствии или

наоборот засоленности почвы. Обнаружение тяжелых металлов в почве. Тяжелые металлы

могут накапливаться в живых организмах и образовывать токсичные металлорганические

соединения, не подвергаясь биологическому разложению. Самые опасные из загрязнителей,

как

полагает

Всемирная

организация

здравоохранения

–

свинец,

ртуть

и

кадмий.

1)

Обнаружение ионов свинца: в пробирку с почвенным раствором добавить 1 мл раствора

йодида

калия. Видимых изменений не наблюдаем

(наблюдаем). Иодид калия образует с

ионами Рb

2+

желтый осадок йодида свинца (II): Pb(NO

3

)

2

+ 2KI = PbI

2

↓ + 2KNO

3

. Если к осадку

прибавить

в пробирку несколько капель воды и

2 н. раствора уксусной кислоты, то при

нагревании можно наблюдать растворение осадка. При охлаждении (погружении пробирки в

холодную воду) йодид свинца (II) снова появляется в виде блестящих золотистых кристаллов.

Эта специфическая для Рb

2+

реакция. 2) Обнаружение ионов меди: в пробирку налить на 1/4

ее высоты раствор почвы, прилить в нее 2-3 мл (избыток) раствора аммиака, перемешать

2

содержимое пробирки. Наблюдать

изменения. Щелочи

образуют с ионами Cu

2+

голубой

осадок Cu(OH)

2

, чернеющий при нагревании вследствие превращения в оксид меди (II) CuO:

Cu

2+

+ 2OH- = Cu(OH)

2

↓; Cu(OH)

2

= CuO + H

2

O. Гексацианоферрат (II) калия в нейтральной

или слабокислой среде образует с ионом Cu

2+

красно-бурый осадок гексацианоферрата (II)

меди (II): 2Cu

2+

+ [Fe(CN)

6

]

4-

= Cu

2

[Fe(CN)

6]

↓ Осадок нерастворим в разбавленных кислотах,

но разлагается при действии щелочей: Cu

2

[Fe(CN)

6

] + 4OH

-

= 2Cu(OH)

2

↓ + [Fe(CN)

6

]

4-

3) Обнаружение ионов Fe

2+

: Гексацианоферрат (II) калия (жёлтая кровяная соль) образует с

ионом Fe

2+

синий осадок комплексного соединения – «турнбулевой сини»:

FeSO

4

+ K

3

[Fe(CN)

6

] = KFe[Fe(CN)

6

]↓ + K

2

SO

4

. Эта реакция – наиболее чувствительная на

ионы железа (II). Она проводится во второй пробирке с раствором сульфата железа (II) или

соли Мора добавлением (по каплям) гексацианоферрата (II) калия. Осадок обычно образуется

уже после добавления первой капли этого реактива. 4) Обнаружение ионов Fe

3+

:

А) Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) образует с ионом Fe

3+

темно-синий

осадок комплексного соединения – «берлинской лазури»: FeСl

3

+ K

4

[Fe(CN)

6

] = KFe[Fe(CN)

6

]↓

+ 3KCl

Ход опыта. Поместить в пробирку одну каплю раствора FeCl

3

, разбавить его водой (6 -

8 капель) и прибавить 1 - 2 капли раствора K

4

[Fe(CN)

6

]. В отчете описать опыт и объяснить,

чем

отличается

берлинская

лазурь

от

турнбулевой

сини.

Исходя из проделанных опытов,

сделать вывод о наличии в исследуемом образце почвы ионов тяжелых металлов.

Б) Оптическим методом анализа, используя спектрофотометр определить концентрацию Fe

3+

,

общее содержание железа в почвенной вытяжке и контрольном растворе. Для построения

калибровочного графика зараннее приготовить 50 мл стаканы с 0 – 0,5 – 1 – 2 – 3 – 4 мл

эталонного раствора сульфата железа (III) с концентрацией 0,01 мг/мл, что соответствует

содержанию железа 0 – 0,1 – 0,2 – 0,4 – 0,6 – 0,8 –мг/л. В каждый стакан добавить по 1 мл

соляной кислоты плотностью 1,12 г/мл, 1 мл 50% роданида аммония и довести объем до 50

мл

дистиллированной

водой.

Содержимое

перемешать.

Роданид

аммония NH

4

SCN или

калия KSCN дает с ионами Fe

3 +

кроваво

–

красное

окрашивание

роданидов

железа. Fe

3+

+

3SCN

-

= Fe(SCN)

3

или [Fe(SCN)

6

]

3 -

Интенсивность окраски пропорциональна концентрации

ионов

Fe

3+

.

Состав

продуктов

реакции

зависит

от

концентрации

роданида.

Это

одна

из

важнейших

и

наиболее

чувствительных

реакций

на

Fe

3+

.

Роданидным

методом

можно

определить 0,05 – 2,00 мг Fe

3+

в 1 л воды. Предел обнаружения 0,05 мг/л. По полученным

данным построить калибровочный график.

В

качестве

научно-методического

обеспечения

проведения

комплексного

анализа

физических

свойств

и

химического

состава

почвы

использовали

методики,

описанные

в

следующих источниках: Воскресенский П. И., Неймарк А. М. Основы химического анализа –

3

М.: Просвещение, 1971.; Фридланд В.М., Буяновский Г.А. Просто земля. – М.: Просвещение,

1977; Врабий М.Н. Химический кружок для восьмиклассников // Химия в школе. – 2007. - №9.

Использовали

информационную технику. Результат работы: общая характеристика

состояния почвы, рекомендации по повышению ее плодородия.

4