4.1.2.4. Органо-мінеральні сполуки у ґрунтах

Це види продуктів взаємодії неспецифічних речовин ґрунту або специфічних гумусних речовин з мінеральними компонентами (катіонами металів, гідроксидами, неорганічними катіонами, силікатами і т. д.), які об’єднують у поняття «органо-мінеральних сполук». Окремі випадки органо-мінеральних сполук, що утворюються в ґрунті, є продуктом взаємодії органічних речовин із ґрунтовими мінералами, називають мінерал-органічними сполуками.

Згідно з класифікацією, розробленою Л. Н. Алекперовою, органо-мінеральні сполуки ґрунтів ділять на три групи:

1) гетерополярні сполуки;

2) комплексно-гетерополярні сполуки;

3) сорбційні комплекси.

Гетерополярні, або прості, солі гумусних кислот (ГК) утворюються в результаті реакцій нейтралізації гумусових кислот:

ГК(СООН)_n + nNaOH = ГК(COONa)_n + nН₂О.

Залежно від рН середовища заміщення протонів відбувається як за карбоксильними, так і за фенольними ОН-групами.

Заміщення має місце для катіонів (Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ та ін.).

Гумати лужних металів і амонію добре розчинні в воді і зустрічаються тільки в деяких солонцях і содових солончаках.

Гумати кальцію, що трапляються в ґрунтах, погано розчинні у воді за будь-яких значень рН і схильні до утворення на поверхні мінеральних компонентів плівок, які міцно утримуються силами адгезії. Гумати магнію розчиняються краще, ніж гумати кальцію. Вони можуть переходити у розчин і мігрувати в межах ґрунтового профілю.

Індивідуальні гумати або фульвати різних металів рідко зустрічаються у ґрунті. Частіше формуються складніші органомінеральні похідні, в яких катіони металів входять до аніонної частини молекули.

Гумусні кислоти схильні утворювати комплексні сполуки з усіма перехідними металами, що містяться у ґрунті у вигляді мікроелементів або що надходять з антропогенними викидами.

За здатності утворювати сполуки з гумусними сполуками різні катіони можна розмістити в ряд:

Fe³⁺ > А1³⁺ >> Fe²⁺ > Cu²⁺ > Zn²⁺ > Со²⁺ > Pb²⁺.

Положення металів у цьому ряді може змінюватися залежно від природи гумусних кислот і рН середовища.

Утворення комплексних сполук і гетерополярних солей гумусових кислот відіграє важливу роль у процесах міграції і трансформації мінеральних компонентів ґрунту. Ці процеси істотно знижують небезпеку забруднення ґрунтів, оскільки за достатньої кількості органічних речовин у ґрунті відбувається зв’язування токсичних металів.

Ще один вид органо-мінеральних сполук, що утворюються у ґрунті в процесі взаємодії гумусних речовин з кристалічними або аморфними мінералами ґрунтів, називають глино-гумусними, або сорбційними, комплексами.

Приклади розв’язування задач

ПРИКЛАД 4.1. Ґрунт містить 3,1% органічної речовини. Обчисліть процентний вміст С і N у ґрунті, якщо органічна речовина містить 60% С і масове відношення С : N дорівнює 10 : 1.

Розв’язання. Відповідно до умови задачі 100 г ґрунту містить 3,1 г органічної речовини. Вміст вуглецю:

m_C = 3,1/100 _‘ 60 = 1,86 (г).

За умовою задачі вміст азоту в ґрунті становить одну десяту від вмісту вуглецю, тобто m_N = 0,186 г.

Процентний вміст елементів дорівнює:

Wc = m_C /100 _‘ 100 = 1,9 (%);

W_N = m_C /100 _‘ 100 = 0,19 (%).

Відповідь: процентний вміст вуглецю й азоту в ґрунті дорівнює 1,9% і 0,19% відповідно.

ПРИКЛАД 4.2. Ґрунт містить 5,2 г органічних речовин на 100 г абсолютно сухого ґрунту. Обчисліть вміст органічних сполук у грамах на 100 г повітряно-сухого ґрунту, якщо в повітряно-сухому стані він містить 2,3 г Н₂О на 100 г абсолютно сухого ґрунту.

Розв’язання. Для того, щоб отримати 100 г абс. сухого ґрунту, необхідно взяти 102,3 г повітряно-сухого ґрунту. Складемо пропорцію:

5,2 г органічної речовини містить 102,3 г повітряно-сухого ґрунту,

x г органічної речовини містить 100 г повітряно-сухого ґрунту. Звідси:

х = 5,2 ∙ 100/ 102,3 = 5,08 (г).

Відповідь: у 100 г повітряно-сухого ґрунту міститься 5,1 г органічної речовини.