МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕТСТВОПО ОБРАЗОВАНИЮ
Реферат
Железо в почвах
Методы определения железа
Выполнила:
Проверила:
Содержание
Введение
Глава 1. Железо в почвах
Глава 2. Методыопределения железа в почвах
2.1 Атомно-абсорбционныйметод
2.2Комплексонометрическое определение железа в почвах
2.2.1 Методикакомплексонометрического определения валового содержания железа в почвах
2.3 Фотометрическиеметоды определения железа
2.3.1 Методика определения общего содержания железа сульфосалицинатнымметодом
2.4 Методика определения подвижных форм железа с помощьюроданида аммония
Список литературы
Введение
Железо — элемент, абсолютно необходимый для жизни растений,без железа не образуется хлорофилла. В почвах железо встречается в составеминералов группы ферросиликатов, в виде гидроокислов, окислов, простых солей, атакже ферро- и ферриорганических комплексных солей.
В результате выветривания минералов, содержащих железо,освобождается гидроокись железа — малоподвижное соединение, выпадающее в видеаморфного геля Fe2O3*nH2O и, переходящее при кристаллизации вгетит Fe2O3*Н2O и гидрогетит Fe2O3*ЗН2O. [1]
Только в сильнокислой среде (рН
Гидроокись железа, так же как и гидроокись алюминия, может образовыватьс органическими кислотами подвижные формы комплексных соединений, способныхперемещаться по профилю почвы.
Глава 1. Железо в почвах
Среднее содержание железа в почвах составляет 3,8%. В составепочв в зависимости от кислотно-основных и окислительно-восстановительныхусловий железо может присутствовать в степени окисления +3 и +2. Принципиальновозможно определение количества Fe(III) и количества Fe(II) в почвах, но, какправило, при проведении валового анализа определяют общее содержание железа впочвах. А.А. Роде (1971) считал существенным недостатком исследованийэлементного состава почв отсутствие сведений о содержании Fe(III) и Fe(II) впочвах. Введение в практику валового анализа почв определения Fe(II) позволилобы выявить и количественно оценить особенности гидроморфного почвообразования.[3]
Этот элемент присутствует в почве в составе как первичных,так и вторичных минералов, являясь компонентом магнетика, гематита,титаномагнетита, глауконита, роговых обманок, пироксенов, биотитов, хлоритов,глинистых минералов, минералов группы оксида железа. Много в почвах содержитсяи аморфных соединений железа, особенно разнообразных гидроксилов (гетит,гидрогетит и др.). Общее содержание в почве Fe2O3 колеблется в очень широких пределах (в %): от 0,5 –1,0 в кварцево-песчаных почвах и 3 – 5 в почвах на лессах, до 8 – 10 в почвахна элювии плотных ферромагнезиальных пород и до 20 – 50 в ферраллитных почвах илатеритах тропиков. В почвах также часто наблюдаются железистые конкреции ипрослои.[2]
Согласно С. В. Зонну, соединения железа в почвах представленыследующими формами, соотношение которых показано в таблице 1: 1)силикатноежелезо, входящее в состав кристаллических решеток: а) первичных минералов; б) вторичных(глинистых) минералов; 2) несиликатное (свободное) железо: а)окристаллизованное (слабо или сильно) оксидов и гидроксидов; б) аморфныхсоединений (железистых и гумус-железистых); в) подвижных соединений (обменных иводно-растворимых).
/>
Таблица 1. Соотношение групп соединений железа в различныхпочвах, % от валового
Глава 2. Методы определения железа в почвах
2.1 Атомно-абсорбционный метод
Для количественного определения общего содержания железа врастворах, полученных при разложении почв, могут быть использованы разнообразныеметоды. Широко применяют атомно-абсорбционную спектроскопию, фотометрическиеметоды и комплексонометрическое титрование.
Атомно-абсорбционный метод используют для определениявалового содержания железа и оценки содержания отдельных групп его соединений впочвах. Железо атомно-абсорбционным методом может быть определенонепосредственно в пламени воздух—ацетилен и воздух—пропан—бутан, если егоконцентрация близка или выше 1 мг/л. Растворы с более низкой концентрациейжелеза рекомендуется анализировать после концентрирования или непламеннымвариантом атомно-абсорбционного метода с использованием графитовой кюветы.
Определение валового содержания железа проводят пламеннымвариантом метода. При этом, как правило, приходится в десятки раз разбавлятьрастворы, полученные при разложении почвы. Атомно-абсорбционным методом железообычно определяют при длине волны 248,3 нм.
2.2 Комплексонометрическое определение железа в почвах
Определение общего содержания железа в почвахкомплексонометрическим методом проводят титруя ионы трехвалентного железа.Комплексонат трехвалентного железа более устойчив, чем железа двухвалентного.Поэтому перед титрованием Fe(II) окисляют азотной кислотой при нагревании.
В связи с тем что Fe(III) легко гидролизуется, егокомплексонометрическое титрование можно проводить лишь в сильно-кислой среде.Трехвалентное железо может быть оттитровано даже при рН 1, константаустойчивости комплексоната трехвалентного железа в этом случае равна 107'1(1gКэффуст = 25,1— 18,0). При титровании в сильнокислой среде устраняется мешающее влияниемногих сопутствующих элементов, которые в этих условиях либо вовсе не образуюткомплексонатов (Ва, Mg, Ca), либо комплексонаты образуются, но онималоустойчивы (Си и др.). Относительно устойчивые комплексонаты в сильно кислойсреде образуют Bi3+, V3+, но их содержание в почвахневелико и влиянием этих элементов на результаты определения железа в почвахпренебрегают. Титан при высоких содержаниях в почвах может влиять на результатыопределения валового содержания железа.[3]
В связи с тем что железо медленно реагирует с комплексномIII, титруют подогретые растворы. В качестве индикатора используютсульфосалициловую кислоту. Интервал рН, в котором развивается красно-фиолетоваяокраска сульфосалицилатного комплекса железа, не велик. Поэтому нужно оченьстрого соблюдать предписанные методикой условия проведения анализа. В противномслучае окрашенное соединение может не образоваться. Часто раствор неприобретает красно-фиолетовой окраски в связи с тем, что имеет более кислую,чем необходимо, реакцию. В этом случае в анализируемую систему нужно добавитьраствор аммиака, а не сульфосалициловой кислоты.
В конечной точке титрования сульфосалицилат железа разрушаетсявследствие образования более устойчивого комплексоната железа и лиловая окраскаисчезает, переходя в лимонно- желтую, обусловленную комплексонатом железа. Какуже отмечалось, молярный коэффициент поглощения сульфосалицилата железаневелик, поэтому переход окраски при комплексонометрическом титровании железанерезкий.
2.2.1 Методика комплексонометрического определения валовогосодержания железа в почвах
Прежде чем проводить анализ на конических колбах вместимостью250 мл, делают отметку на уровне, соответствующем объему 50 мл. В колбупомещают 25 мл фильтрата, полученного после отделения кремниевой кислоты,добавляют 5—7 капель концентрированной HN03 и нагревают до кипенияокисляя Fe(II).
Затем в колбу добавляют 10—15 капель 25%-ного растворааммиака, помещают кусочек индикаторной бумаги конго-рот и добавляют по каплямсначала 25%-ный раствор аммиака, а затем 10%-ный до перехода синей окраскииндикаторной бумаги в бурую. Если при этом выпадет осадок, его растворяютнесколькими каплями 1 н. НСl. Вколбу приливают 5 мл 1 н. НСl, иобъем жидкости дистиллированной водой доводят до отметки, соответствующей 50мл. Содержимое колбы нагревают до 50-60°, добавляют 1-3 капли 10%-ного растворасульфосалициловой кислоты и титруют 0,01 М раствором комплексона III до перехода лиловой окраски сульфосалицилата железа в бледно-желтую комплексонатажелеза. Скорость реакции невелика, поэтому последние порции титранта добавляютмедленно
Реагенты:
1. 0,01 Мраствор комплексона III. См. раздел 5.6.2.1.
2. 25%-ный раствор аммиака.
3. 1 н. раствор НС1. 8,2 мл конц. НС1 разбавляют водой до 1 л.
4. 10%-ный раствор сульфосалициловой кислоты.
2.3 Фотометрические методы определения железа
В связи с тем что и Fe2+ и Fe3+обладают хромофорными свойствами (электронная конфигурация атома железа — 1s22s2 2р6 3s2 Зр6 3d6 4s2),для фотометрического определения железа используют различные типы химическихреакций, которые приводят к образованию окрашенных соединений.
Для определения общего содержания железа в почвах разработаныфотометрические методы, основанные на образовании окрашенных соединений какдвух-, так и трехвалентного железа. В России наиболее широко используютфотометрический сульфосалицилатный метод определения Fe(III).
Сульфосалициловая кислота в зависимости от рН раствора образуетс Fe(III) три различно окрашенных комплекса. При рН 2-3 образуетсякрасно-фиолетовый комплекс [FeSsal]+, при рН 4-8 коричневато-оранжевый комплекс[Fe(Ssal)2] — и при рН 8—10 в аммиачном раствореобразуется устойчивый желтый комплекс [Fe(Ssal)3]3-.
Красно-фиолетовый комплекс, образующийся в кислой среде,может быть использован для селективного определения Fe(III) в присутствииFe(II); вариант метода малочувствительный, молярный коэффициент поглощения придлине волны 490 нм равен 2,6-103. Этот комплекс используют при комплексонометрическомопределении железа в почвах, предварительно переведя Fe(II) в Fe(III).
Для фотометрического определения валового содержания железа впочвах используют комплекс желтого цвета, устойчивый в щелочной среде. Этотвариант метода позволяет определить общее содержание железа в почвах, так как вусловиях эксперимента Fe(II) легко окисляется до Fe(III). Максимум светопоглощениянаходится в области длин волн 420-430 нм, молярный коэффициент поглощения равен5,8-103. Кривые светопоглощения сульфосалицилатных комплексов железа приведенына рис. 1.
/>
Рисунок 1. Кривые свстопоглощения сульфосалицилатныхкомплексов железа при рН 2 (1) и рН 9 (2) молярный коэффициент поглощения
Сульфосалициловая кислота образует устойчивые комплексные соединениясо многими металлами. При проведении анализа добавляют избыток реагента, чтобыпредотвратить осаждение алюминия, магния, кальция при подщелачивании раствора.Комплексы этих элементов с сульфосалициловой кислотой бесцветны. Окрашенныекомплексы сульфосалициловая кислота образует с металлами, обладающими хромофорнымисвойствами.[3]
Для предотвращения выпадения в осадок гидроксида Mn(IV) приподщелачивании в раствор предварительно добавляют гидроксиламин.
Валовое содержание железа может быть определено по окрашенномукомплексу двухвалентного железа с бртофенантролином (Methods of soil analysis, 1982). В этом случае железо восстанавливаютгидроксиламином до двухвалентного состояния. Затем в раствор добавляют ортофенантролин,с которым Fe(II) образует устойчивый, имеющий красноватую окраску, комплекс —Fe(C12H10N2)2+3. Этацветная реакция специфична для Fe2+. Присутствующие в почвах химическиеэлементы, как правило, не влияют на результаты анализа.
Ортофенантролин может быть использован для раздельного определенияFe(II) и Fe(III). В этом случае анализируют две аликвоты исследуемого раствора.В одной из них определяют суммарное содержание Fe(II) и Fe(III) послепредварительного восстановления трехвалентного железа, в другой — Fe(II). ОпределениеFe(II) рекомендуется проводить в темноте или при слабом красном свете, чтобыпредотвратить фоторедукцию комплекса Fe(III) с ортофенантролином.
Окрашенный комплекс Fe(II) с ортофенантролином образуетсясразу после добавления реагента и устойчив в течение нескольких суток. Окраскаразвивается в интервале значений рН от 2 до 9. Однако при проведении анализапочв оптическую плотность измеряют при рН 3—5, так как при высоком содержаниикальция и фосфора в условиях меньшей кислотности может произойти образованиетруднорастворимого фосфата кальция.
2.3.1 Методикаопределения общего содержания железа сульфосалицинатным методом
В мерную колбувместимостью 100 мл помещают 10-25 мл фильтрата, полученного после отделениякремниевой кислоты. В колбу добавляют 0,5 г гидроксиламина, приливают 5—10 мл 25%-ного раствора сульфосалициловой кислоты. Раствор в колбе перемешивают иприливают аммиак до появления слабого запаха. Раствор снова перемешивают идобавляют еще 2 мл аммиака. Объем жидкости в колбе доводят водой до метки,раствор тщательно перемешивают и через 10 мин измеряют оптическую плотность.
Для построениякалибровочного графика в мерные колбы вместимостью 100 мл помещают 1, 2, 4, 5,7 мл стандартного раствора с содержанием Fe 0,1 мг/мл. В колбы приливают 25 млводы и проводят анализ, как указано выше, для испытуемых растворов.
Строят график зависимостиоптической плотности от концентрации Fe2O3 и находят содержание железа в почве.
Реагенты:
1. 25%-ный растворсульфосалициловой кислоты. Навеску сульфосалициловой кислоты массой 25 г растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Раствор хранят в темной склянке с притертой пробкой.
2. 25%-ный раствораммиака, не содержащий С02.
3. Гидроксиламинсолянокислый NH2OH HCl.
4. Стандартный растворжелеза. Навеску [(NH4)2SO4 Fe2(SO4)3*24Н2O] массой 0,8637 г растворяют в 1 л 5%-ного раствора H2S04 и тщательно перемешивают. Полученный раствор долженсодержать в 1 мл 0,1 мг железа. Концентрацию железа в растворе проверяютгравиметрическим методом.
Стандартный растворжелеза может быть получен растворением 0,1000 г металлического железа в 5%-ном растворе серной кислоты. Если для полного растворения железа необходимо, растворподогревают.
2.4 Методикаопределения подвижных форм железа с помощью роданида аммония
Навеску воздушно-сухойпочвы 5 г, просеянной через сито с отверстиями 1 мм, помещают в колбу и приливают 250 мл 0,2 Н раствора HCL, перемешивают и настаивают в течение суток.
Суспензии фильтруют,пипеткой отбирают 5 мл фильтрата в колбу на 100 мл и приливают 5 мл HNO3, затем перемешивают и по каплям добавляют раствор KMnO4 с м.д. 0,3% до образования неисчезающей слабо-розовойокраски от одной капли, затем добавляют 80-90 мл дистиллированной воды и 5 мламмония роданистого. Доводят водой до метки и колориметруют.
Из рабочего раствора солиМора готовят эталонные растворы. Для этого в колбы на 100 мл наливаютколичество раствора по таблице 2, доливают дистиллированной воды около 80 мл,приливают 5 мл аммония роданистого, доводят водой до метки, перемешиваютколориметрируют сразу в течение 15 – 30 мин.