XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Натрий (Na, лат. natrium) — химический элемент первой группы, третьего периода периодической системы Менделеева, с атомным номером 11. Как простое вещество представляет собой мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. На внешнем энергетическом уровне натрий имеет один электрон, который он легко отдаёт, превращаясь в положительно заряженный катион Na+. Единственным стабильным изотопом является ²³Na. В свободном виде не встречается, но может быть получен из различных соединений [1].

Натрий — шестой по распространённости элемент в земной коре: он находится в составе многочисленных минералов, включая полевые шпаты, содалит и «каменную соль» (галит, хлорид натрия) [1].

Важным фактором, влияющим на плодородие почв, является их химический состав. Валовое содержание натрия в почвах составляет 1,3%. Основные его запасы представлены различными силикатными труднорастворимыми минералами, – он сосредоточен преимущественно в кристаллических решетках первичных минералов (разновидности натрийсодержащих полевых шпатов, слюды и др.). В обменном состоянии в почвенном растворе натрий входит в состав водорастворимых солей (карбонат натрия, гидрокарбонат натрия, сульфат натрия, хлорид натрия, нитрат натрия). Благодаря высокой растворимости и подвижности натрий легко выносится из почв при условии достаточной влажности. В случае засушливых климатических условий этот элемент накапливается в грунте, вызывая его засоление [2].

По количеству поглощенного натрия почвы подразделяют на несолонцеватые (не более 3 – 5% натрия), слабосолонцеватые (5 – 10%), солонцеватые (10 – 20%) и солонцы (более 20%). Если количество натрия в обменном состоянии превышает 5 мг/100г, происходит сильное измельчение почвы, что приводит к разрушению ее структуры и находящихся в ней элементов. Это приводит к тому, что питательные вещества легко вымываются (выветриваются) или не усваиваются растениями по причине токсичности натриевых солей [3].

Внешнесредовое воздействие на почвы может иметь различные формы и происходить из разных источников. Например, осадки могут содержать соли, которые могут усиливать засоление почвы. Высокая температура и сухость воздуха также могут усиливать процесс испарения влаги из почвы, что приводит к концентрации солей в почве.

Внешняя среда оказывает значительное влияние на механизмы появления и накопления натрия в почвах. Вот некоторые факторы внешней среды, которые влияют на накопление натрия:

1. Соленость воды: растительные сообщества часто обитают вблизи морей, океанов, соленых озер или в регионах с высоким уровнем солености грунтовых вод. Соленость воды влияет на содержание натрия в почве, так как вода, испаряясь, оставляет соли на поверхности почвы.

2. Климатические условия: температура, влажность и осадки влияют на процессы испарения и накопления солей в почве. В более сухих и жарких условиях испарение воды происходит быстрее, что может привести к увеличению накопления натрия в почве.

3. Геологические факторы: состав и структура почвы, а также геологические процессы, такие как эрозия и осадкообразование, могут влиять на накопление натрия в почве. Например, глинистые почвы имеют большую способность удерживать соли, что может способствовать накоплению натрия.

4. Биологические факторы: растения способны активно накапливать и экскретировать соли, включая натрий, через свои корни, листья и стебли. Это может привести к увеличению концентрации натрия в почве вокруг этих растений.

5. Человеческая деятельность: сельское хозяйство, промышленность и другие виды человеческой деятельности могут влиять на накопление натрия в почве. Например, использование солей для размораживания дорог или сброс промышленных отходов может привести к увеличению солености почвы.

 

Атмосфера

 

Животные

 

Na

 

Микроорганизмы

Растения

 

Почва

 

Литосфера

Гидросфера

Рисунок 1. Круговорот натрия

Перед вами представлена схема круговорота натрия в природе.

Освобождаясь из земной коры, натрий переносится в воды и в слои почвы. Из воды и почвы натрий переходит растениям, а затем по пищевой цепочке животным, которых после своей гибели перерабатывают микроорганизмы, возвращая натрий в почву, тем самым накапливая натрий в ней.

Содержание натрия в почвах Курганской области.

Описание объектов исследования

1. Медвежье — бессточное солёное озеро в России, расположенное в Петуховском районе Курганской области, в междуречье Тобола и Ишима.

Почва на этом участке отбиралась на склоне по правому берегу озера.

2. Мокроусовский район расположен в северо-восточной части Курганской области. В районе преобладают чернозёмы выщелоченные, обыкновенные, солонцеватые, оподзоленные.

Почва была отобрана на поляне расположенном в лесном сообществе, рядом с дорогой.

3. Звериноголовский район, Сосновая роща, «Поляна любви». Отбор проб проводился в низине местности, на поле, расположенном внутри лесного сообщества.

Ранее на данном участке было болото.

4. Микрорайон Черёмухово (Поповская дача) — микрорайон на юго-западе Кургана, в 15 км от центра города. Расположен на левом берегу реки Тобол. Жилая застройка преимущественно одноэтажная усадебная, в основном деревянными домами.

Отбор почвы производился на равнинной местности.

5. Катайский район, село Зырянка. Село Зырянка расположено на правом берегу реки Синара.

Отбор проб проводился на поляне. Одна проба была взята на месте произрастания орхидных растений.

Методика определения натрия в почве

Определения связанного натрия происходит потенциометрическим методом.

Потенциометрия – метод определения различных физико-химических величин и концентраций (активностей) веществ, основанный на измерении электродвижущей силы (ЭДС) обратимых электрохимических цепей, когда индикаторный электрод имеет потенциал, близкий к равновесному значению. Для потенциометрических измерений собирают гальванический элемент. С этой целью в анализируемый раствор помещают индикаторный электрод и устойчивый электрод сравнения. Для определения абсолютного значения ЭДС такого гальванического элемента необходим потенциалопределяющий прибор (например, рН-метр).

Индикаторный (рабочий) электрод – это электрод, потенциал которого зависит от концентрации определяемого соединения в растворе, в соответствии с уравнением Нернста. К индикаторным электродам относят электроды первого и второго рода, окислительно-восстановительные, ионоселективные. Все они подразделяются на электронообменные (на границе электрод – раствор протекают реакции с участием электронов) и ионообменные (на границе металл – раствор протекают ионообменные реакции). К ионообменным электродам относятся мембранные электроды, например, стеклянный электрод.

Электрод сравнения (стандартный) – электрод, потенциал которого не зависит от концентрации определяемых ионов, по отношению к нему и измеряют потенциал индикаторного электрода. В большинстве своем это электроды второго рода, обладающие определенными свойствами: обратимость, воспроизводимость, стабильность [4].

Определение связанного натрия:

1. Из подготовленной к анализу почвы взять навеску 10 г и перенести в колбу;

2. Залить навеску 100 мл дистиллированной воды;

3. Колбу интенсивно взболтать несколько раз и содержимое отстоять;

4. Отфильтровать вытяжку через бумажный фильтр.

5. Перенести весь фильтрат в мерный стакан;

6. Определить содержание связанного натрия потенциометрическим методом.

Результаты исследования

Рисунок 2. Обеспеченность почвы натрием (склон у оз. Медвежье)

Вывод: По результатам можно заметить, что больше скапливается натрия в почве в переходном горизонте (AB), донных отложениях озера Медвежье и самих солевых отложениях.

Рисунок 3. Обеспеченность почвы натрием (Мокроусово)

Вывод: По результатам можно заметить, что больше скапливается натрия в почве в переходном горизонте (AB).

Рисунок 4. Обеспеченность почвы натрием (Сосновая роща, «Поляна любви»)

Вывод: По результатам можно заметить, что натрий мигрирует в нижние слои почвы. Больше скапливается натрия в почве в горизонте B.

Рисунок 5. Обеспеченность почвы натрием (Черемухово)

Вывод: По результатам можно заметить, что натрий мигрирует в нижние слои почвы. Больше скапливается натрия в почве в горизонте B.

Рисунок 6. Обеспеченность почвы натрием (Зырянка)

Вывод: По результатам можно заметить, что натрия меньше в почвах, где произрастают орхидные растения.

По результатам анализов можно сделать вывод, что натрий скапливается в горизонте B, но совершает сильной миграции в нижний горизонт С.

Подводя итог исследований, можно сделать вывод о том, что в различных почвах, которые были отобраны с разных районов Курганской области, заметно скопление большего содержание натрия в почвенном слое В.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Химический портал №1 В России. Натрий. URL: https://chem.ru/natrij.html (дата обращения 23.12.2023);

2. Микроэлементы. Натрий. URL: https://ufaagrohim.ru/news/195-o-chem-govorit-vysokoe-soderzhanie-natrija-v-pochve.html#:~:text=Важным%20фактором%2C%20влияющим%20на%20плодородие,полевых%20шпатов%2C%20слюды%20и%20др.) (дата обращения 23.12.2023);

3. Справочник химика 21. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. URL: https://www.chem21.info/info/153611/ (дата обращения 23.12.2023);

4. Руководство для лабораторно-практических работ по аналитической химии. Физико-химический анализ. URL: https://www.ulsu.ru/media/documents/лаб._практикум_по_физико-химическим_методам_2019_последний_вариант.pdf (дата обращения 23.12.2023);

Код для цитирования: Скопировать