A N D R ZEJ S A P E K
WIĄZANIE MIEDZI, MANGANU I CYNKU PRZEZ SUBSTANCJE PRÖCHNICZNE Z TORFÖW
In sty tu t M elioracji i U ży tk ó w Z ielon ych w F a len ta ch
W komunikacie omówiono sposób otrzym ywania związków substan cji próchnicznych z torfów z miedzią, z manganem i z cynkiem oraz podano w iele właściwości otrzymanych tą drogą związków. Proponowa ne postępowanie stosował uprzednio autor komunikatu do preparowania podobnych związków z substancjami próchnicznymi z bielicy [1, 2, 3]. Postępowanie polegało na działaniu odjonizowanym roztworem substan cji próchnicznych na wym ieniacze kationów w y sycone odpowiednimi pierwiastkami metalicznymi.
Do doświadczeń wybrano dw ie próbki gleb organicznych:
— torfu wysokiego silnie rozłożonego о рНваа 2 równym 2,85 i o po- pielności wynoszącej 7,39%.
— gleby murszowej о рНваС12 równym 4,50 i o popielności — 34.6%. Na próbki glebowe działano 0.2 m roztworem wodorotlenku sodowego. Otrzymany wyciąg substancji próchnicznych wirowano przy 6000 obr./ min. i oczyszczano od kationów i anionów nieorganicznych, stosując w y mieniacz kationów Amberlite IR-120 oraz wym ieniacz anionów Amberlite IRA-400. Niektóre właściwości oczyszczonego wyciągu substancji próch nicznych zestawiono w tab. 1.
Związki substancji próchnicznych o wysokiej zawartości miedzi otrzy mano, działając odjonizowanym wyciągiem na sulfonowy wym ieniacz kat ionów Amberlite IR-120 maksymalnie w ysycony miedzią. Związki o w y sokiej zawartości manganu i cynku otrzymano, działając odjonizowanym wyciągiem na karboksylowy wym ieniacz kationów Amberlite IRC-50 maksymalnie w ysycony manganem lub cynkiem. Związki o średniej za wartości miedzi otrzymano, działając na wym ieniacz Amberlite IRC-50 częściowo wysycony miedzią. Szczegółowy przepis przygotowania w ym
ię-52 A. Sapek T a b e l a 1 W ła śc iw o śc i o d jo n iz o w a n y ch wyciągów s u b s t a n c j i p ró c h n ic z n y c h W y sz c z e g ó ln ie n ie R oztw ór s u b s t a n c j i p ró c h n ic z n y c h w y o d ręb n io n y ch : z t o r f u n i s k i e g o z g le b y m urszow ej pH 3 ,0 0 2 ,9 5 Z u ż y c ie m .e . NaOH n a 100 g s u c h e j masy / p r z y m ia re c zk o w a n iu do pH 7 , 0 / 284 255 Z a w a rto ść s u c h e j masy w mg n a ml ro z tw o ru 4 ,7 9 6 ,0 9 Z a w a rto ść p o p io łu w % s u c h e j masy 0 ,8 8 2 ,0 6
I l o r a z barw y E ^ 2 / E664 4 ,1 8 3 ,9 2
T a b e l a 2 W ła śc iw o śc i związków p ie rw ia s tk ó w m e ta lic z n y c h z s u b s ta n c ja m i
p ró c h n ic z n y m i z t o r f u w y so k ieg o , s i l n i e ro z ło ż o n e g o
R odzaj zw iązku m.e. k a tio n u n a 100 g s u c h e j masy s u b s t a n c j i humusowych pH Z m ę tn ie n ie O czyszczone s u b s ta n c je p ró c h n ic z n e Z w iązk i s u b s t a n c j i p ró c h n ic z n y c h : - 3 ,0 0 36 z manganem 304 5 ,5 5 32 z cynkiem 292 5 ,7 0 46 z m ie d z ią / ś r e d n i a z a w a r to ś ć / 280 4 ,9 5 33 z m ie d z ią /w y so k a z a w a r to ś ć / 660 6 ,0 0 6 5 * /
* / W y tr ą c ił s i ę k ła c z k o w a ty o sad
T a b e l a 3 W ła śc iw o śc i związków p ie rw ia s tk ó w m e ta lic z n y c h z s u b s ta n c ja m i
p ró c h n ic z n y m i z g le b y m urszow ej
R odzaj zw iązku m .e ,k a tio n u n a 100 g s u c h e j masy
s u b s t a n c j i p ró c h n ic z n . pH Z m ę tn ie n ie O czyszczone s u b s t a n c j e p ró c h n ic z n e Z w iązk i s u b s t a n c j i p ró c h n ic z n y c h : 2 ,9 5 62 z manganem 290 5 ,6 0 64 z cynkiem 270 5 ,8 0 68 z m ie d z ią / ś r e d n i a z a w a r to ś ć / 205 5 ,0 0 92 z m ie d z ią /w y so k a z a w a r to ś ć / 425 5 ,8 5 1 3 0 * / * / W y tr ą c ił s i ę k ła c z k o w a ty o s a d
niaczy jonów oraz otrzymywania związków podano w pracach poprzed nich [2, 3].
W wyniku takiego postępowania otrzymano roztwory lub zawiesiny związków, które po oddzieleniu od złoża wym ieniaczy odznaczały się właściwościami zestawionym i w tab. 2 dla związków substancji próch nicznych z torfu niskiego i w tab. 3 — dla związków substancji z gleby murszowej.
Otrzymane związki obu substancji próchnicznych z manganem i cyn kiem zawierały najwyższe ilości pierwiastków metalicznych, jakie można było wprowadzić do badanych substancji, stosując układ z wym ieniacza mi kationów. Przy rozpatrywaniu milirównoważnikowych (m. e.) zawar tości manganu i cynku w omawianych związkach okazało się, że były one 0 kilka do kilkudziesięciu m. e. w yższe niż ilości m. e. NaOH, potrzebne do zobojętnienia odpowiednich od jonizowanych substancji próchnicznych do pH 7,00. Jednak wartości pH roztworów tych związków były o po nad jednostkę m niejsze od 7, co jest zrozumiałe, gdyż kationy manganowe 1 cynkowe są mniej zasadowe od kationów sodowych. Należy spodziewać się, że te dwa pierwiastki metaliczne łączą się z substancjami próchnicz- nymi wiązaniami jonowym i i w układzie ze słabo kwaśnym w ym ienia czem kationów wym ieniają wodór tylko w silnych grupach kwasowych substancji próchnicznych.
Zupełnie inny obraz obserwowano w przypadku związków o maksy malnej zawartości miedzi. Związki te zawierały o ponad 2 razy więcej m. e. miedzi niż potrzeba m. e. NaOH do zobojętnienia substancji próch nicznych z torfu niskiego i o ponad półtora raza więcej niż trzeba do zobojętnienia substancji próchnicznych z gleby murszowej. Mimo tak wysokiej zawartości miedzi, pH zawiesiny tych związków miało wartości bliskie 6. Natomiast pH roztworów związków o przeszło dwukrotnie mniejszej zawartości miedzi miało wartości bliskie 5,0. Te zależności wska zują, że miedź po wym ienieniu wodoru w silnych grupach kwasowych może łączyć się nadal z substancjami próchnicznymi, wiążąc się ze słabo kwasowym i grupami lub innymi grupami funkcyjnymi. Należy brać rów nież pod uwagę, że miedź w tych warunkach może tworzyć również hydroksyzwiązki.
Jako miarę rozpuszczalności lub stopnia koagulacji badanych związ ków zastosowano nefelom etryczny pomiar zmętnienia. Roztwory związ ków dobrze rozpuszczalnych mają zm ętnienie na poziomie zmętnienia roztworów substancji próchnicznych. Częściowej koagulacji towarzyszy wyraźny wzrost zmętnienia. W przypadku silnie skoagulowanych związ
54 A. Sapek
ków, które wytrąciły się w postaci kłaczkowatego osadu, zm ętnienie utrzymuje się na stosunkowo wysokim poziomie, a liczbowa wartość zm ie rzonego zmętnienia jest od 2 do 5 razy większa od takich wartości dla roztworów substancji próchnicznych.
Związki manganu, mimo wysokiej zawartości pierwiastka m etalicz nego, były dobrze rozpuszczalne. Zmętnienie roztworów tych związków było na poziomie zmierzonym dla substancji próchnicznych. W przypad ku substancji z torfu niskiego zmętnienie związków z manganem było nawet mniejsze, co jest związane z podwyższeniem pH roztworu sub stancji próchnicznych po związaniu manganu. Związanie wysokich ilości cynku spowodowało podwyższenie zmętnienia, lecz nie obserwowano w y trącania się osadów. Wynika z tego, że mangan i cynk tworzą z substan cjami próchnicznymi z torfu związki rozpuszczalne w wodzie. Nieroz- puszczalność takich związków w warunkach glebowych wynika z fi zycznego stanu składnika próchnicy, który występuje w glebie w posta ci silnie skoagulowanej. Uruchomieniu substancji próchnicznych w glebie towarzyszyłoby przejście do roztworu tych mikroelementów.
Tak samo, jak związki z manganem i cynkiem, zachowują się związki 0 mniejszej zawartości miedzi. Związki substancji próchnicznych z torfu niskiego, o zawartości 280 m. e. miedzi na 100 g suchej masy, były dobrze rozpuszczalne, a związki substancji próchnicznych z gleby murszo- wej, o zawartości 205 m. e. miedzi na 100 g suchej masy w ykazyw ały podwyższoną wartość zmętnienia, co wskazywałoby na częściowo koagu- lujące działanie miedzi przy tym poziomie zawartości.
Związki o maksymalnej zawartości miedzi były silnie skoagulowane 1 wytrącały się w postaci skłaczkowanych osadów o dużej objętości. W przypadku torfu niskiego w roztworze nad osadem pozostało 6,4% węgla substancji próchnicznej i 7,2% miedzi związanej przez substancje. W przypadku gleby murszowej nad osadem pozostało 4.6% węgla i 5,7% miedzi.
Na podstawie omówionych wyników można wnioskować, że substan cje próchniczne wyodrębnione z gleb torfowych wiążą mangan i cynk w ilościach w przybliżeniu równych milirównoważnikom NaOH, potrzeb nych do zobojętnienia tych substancji do pH 7.00. Ilości związanej m ie dzi mogą przekraczać dwukrotnie ilości m. e. NaOH. Otrzymane związki o zawartości pierwiastków metalicznych odpowiadającej m. e. NaOH, potrzebnych do zobojętnienia substancji próchnicznych. były dobrze roz puszczalne. Związanie bardzo wysokich ilości miedzi powodowało silną koagulację substancji próchnicznej.
LIT E R A T U R A
[1] S a p e k A.: P o łu czen ije i sw o jstw a k om p lek sn ych sojed in ien ij gu m in o w y ch k is- łot z niek otorym i kationam i. B io ło g iczesk ije N auki. N au czn yje D okł. W ysszej S zk o ły , nr 7, 1969, s. 115— 123.
[2] S a p e k A.: O trzym yw an ie zw ią zk ó w żelaza, glin u i m ied zi z su b stan cjam i h u m u so w y m i z b ielic. Rocz. glebozn., t. 21, z. 1.
[3] S a p e k A.: W łaściw ości z w ią zk ó w n ik lu i k ob altu z su b stan cjam i h u m u so w y m i z b ielicy . Rocz. glebozn., t. 21, z. 2, w druku.
D r A n d r z e j S a p e k IM UZ — F a je n ty
