TOPRAK REAKSİYONU (TEPKİMESİ)

... konulu sunumlar: "TOPRAK REAKSİYONU (TEPKİMESİ)"— Sunum transkripti:

1 TOPRAK REAKSİYONU (TEPKİMESİ)
Toprak Bilgisi Dersi Peyzaj Mimarlığı Prof. Dr. Günay Erpul

2 Toprak Reaksiyonu Toprağın asitlik veya alkalilik derecesidir Önemi:
Bitki besin elementleri elverişliliği İyon toksisitesi Mikrobiyal işlevsellik % Baz Doygunluğu Gübre elverişliliği Bitki gelişimi Çevre üzerine etkiler

3 pH nedir? Herhangi bir çözeltideki hidrojen iyonları (H+) konsantrasyonunun üssel ifadesidir pH 7: - nötr pH - H+ konsantrasyonu . . . 10-7 mol/L

4 pH nedir? Hidrojen iyonları (H+) ve hidroksil iyonları (OH-) çarpımı her zaman olduğu için, pH 7: - nötr pH - OH- konsantrasyonu . . . 10-7 mol/L

5 pH nedir? matematiksel olarak . . . (10-7)(10-7) = 10-14

6 pH = -log (H+) = log 1/(H+)
pH nedir? Suyun iyonlaşması HOH  H OH- (H+) * (OH-) = mol/L pH = -log (H+) = log 1/(H+)

7 pH nedir? Bu yüzden . . . nötr pH (0 – 14 ölçeğinde pH = 7)
H+ iyonları miktarı = OH- iyonları miktarı çözelti ne asidik ne de bazik’dir

8 pH nedir? pH = - [log (H+)] ks = pH + pOH ks = 14 14 = pH + pOH

9 pH nedir? pH = - [log (H+)] pH = - [log (10-6)] pH = 6
Buna göre, litresinde 10-6 gr H+ içeren bir suyun pH’sı nedir? 1L 1gr 1 mol H+ 1L 10-6gr 10-6 mol H+ pH = - [log (H+)] pH = - [log (10-6)] pH = 6

10 Toprak pH’sı Çözeltide pH ASİT, pH < 7 BAZİK, pH > 7
NÖTR, pH = 7 Toprakta ise nötürlük pH 7 değidir; toprak nötürlüğü 6.5 ile 7.2 arasında değişiklik gösterir

11 İyon Adsorpsionu + + + + + + + + + -
Kolloid yüzey (-) yükleri toprak çözeltisindeki iyonlar ile nötralize edilir + + + + +

12 Adsorbe-edilmiş Katyonlar
(a) Kurak bölge toprakları = "bazik" katyonlar Ca2+, Mg2+, K+, Na+ (b) Nemli bölge toprakları = “asidik” Ca2+, Mg2+, H+ ve Al3+ (c) Adsorpsiyon gücü Al3+> Ca2+ = Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+

13 Toprak pH’sının Gelişimi
Asitlik nedenleri TOPRAK ÇÖZELTİSİ KATYON YIKANMASI

14 Toprak pH’sının Gelişimi
Kimyasal Tepkime %BD 8.5 – 10.0 Na2CO3 hidrolizi %BD = 100 (%Na > %15) 8.0 – 8.5 CaCO3 hidrolizi (kireçli toprak) 7.0 – 8.0 Değişebilir Ca+2 hidrolizi (kireçsiz toprak) 6.0 – 7.0 Hidrojen değişimi %BD < 100 (H+ doygunluğu) 4.0 – 6.0 Aluminyum hidrolizi %BD << 100 (Al+3 doygunluğu)

15 Topraktaki H+’in Kaynakları
Toprak çözeltisindeki H+ iyonlarının kaynağını toprak kolloid yüzeylerinde tutulan Al+3 H+ İyonları oluşturmaktadır

16 Adsorbe-edilmiş Al+3 İyonları
Kolloid yüzeyi Al  Al+3 Adsorbe-edilmiş Al+3 Toprak çözeltisi

17 Toprak Çözeltisindeki Al+3 İyonlarının Hidrolizleri
Fazla iyonize-olabilir değildir Al+3 + 3H2O  Al(OH)3 + 3H+ Toprak çözeltisine kuvvetli bir asitlik kazandırmaktadır

18 Adsorbe-edilmiş Al+3 İyonları
Asit topraklarda neden [Al3+] ~ [H+] ? Kil-tabakalar-arası bölge Toprak çözeltisi H+ Al+3 ¬® Al(OH)+2 ¬® Al(OH)2+ ¬® Al(OH)3 H+ pH 4 pH 6

19 Asitlik Kaynakları á Su: H2O ¬® H+ + OH- á Toprak havasındaki CO2
CO2 + H2O ¬® H2CO3 ¬® H+ + HCO3- karbonik asit á Organik madde ayrışması sonucu oluşan organik asitler RH ¬® R- + H+ á S ve N’un oksidasyonu S ® H2SO4 ® 2 H+ + SO42- NH3 ® HNO3 ® H+ + NO3-

20 İnsan-kaynaklı Asitlik
* Kimyasal gübreler ü Amonyumlu N materyalleri NH4+  (O2) ® HNO3 Fe’li materyaller Fe2+ ® Fe3+ ¬ (+ 3 H2O) ® Fe(OH)3 + 3 H+ ü Elementel kükürt 2 So + 3 O2 + 2 H2O ® 4 H+ + 2 SO42-

21 İnsan-kaynaklı Asitlik
Asit Yağış: Yanma süreçleri sonucu açığa çıkan N ve S gazları SO2  (O2, H2O) ® H2SO4 NOx  (O2, H2O) ® HNO3 Maden atıkları, ıslak alan drenajları - sülfit (S2-) minerallerinin oksidasyonu S2-  (O2, H2O) ® H2SO4

22 Toprak Asitlik Fazları
Sınır asitliği Çözelti asitliği Değişebilir asitlik Adsorbe edilmiş H+ iyonları  Toprak çözeltisindeki H+ iyonları Potansiyel asitlik Aktif asitlik

23 Asit Topraklar: Aluminyum’un Payı
Al3+ ¬® Al(OH)2+ ¬® Al(OH)2+ ¬® Al(OH)3 Yüksek düzeyde asitliğe sahip topraklar Orta düzeyde asitliğe sahip topraklar Alkali topraklar

24 Aluminyum’un Payı Al3+ + H2O  Al(OH)2+ + H+ k = 10-4.93
Al(OH) H2O  Al(OH) H+ k = Al(OH) H2O  Al(OH)3o + H+ k = Al(OH)3o + H2O  Al(OH) H+ k =

25 Demir’in Payı Fe3+ + H2O  Fe(OH)2+ + H+ k = 10-2.19
Fe(OH) H2O  Fe(OH) H+ k = Fe(OH) H2O  Fe(OH)3o + H+ k = Fe(OH)3o + H2O  Fe(OH) H+ k =

26 Toprak Asitliğinin Giderilmesi
Kireçleme (CaCO3) Ca CO3 + H2O + 2CO2 Ca+2 + HCO3 gaz Kil/Humus]-H++2HCO3  Kil/Humus]-Ca+2+H2O+2CO2 Kil/Humus]-Al+3+2HCO3  Kil/Humus]-Ca+2 + Al(OH)3+2CO2 katı

27 Toprak Asitliğinin Giderilmesi
Kireçleme (CaCO3) Ürünleri H+’nin nötürleştirilmesi ve H2O oluşumu Al+3’nin nötürleştirilmesi ve Al(OH)3 oluşumu CO2 gazının üretilmesi Önemli not: SU gereklidir! Kireçtaşı: Kalsit (CaCO3) veya Dolomit (CaMgCO3)

28 Topraktaki OH-’nın Kaynakları
Kurak bölge topraklarında, ayrışma ürünü “toprak-alkali katyonları” yıkanamadıklarından, toprak çözeltisindeki oranları fazladır Kolloid yüzeylerinde bulunan H+’larının yerini alan bazik elementler, değişebilir H+ iyonları miktarı azalır; hatta sıfıra indirirler Diğer bir deyimle, bazik katyonlar, kolloidlerdeki H+ iyonları ile değişim yapmak suretiyle OH- kaynağı durumuna geçerler

29 Topraktaki OH-’nın Kaynakları
Kolloid yüzeyi Kolloid yüzeyi + 2H2O  +2Na++2OH-+H2CO3 Na H Toprak pH’sına alkalin bir durum kazandırırlar Adsorbe-edilmiş Na+ Adsorbe-edilmiş H+

30 Topraktaki OH-’nın Kaynakları
2Na+ + CO HOH  2Na+ + 2OH- + H2CO3 K(NaOH) >> k(H2CO3) Burada NaOH’in çözünürlük çarpımı [k(NaOH)], zayıf asit olan H2CO3’ün çözünürlük çarpımından [k(H2CO3)] daha büyük olduğundan, OH- iyonları başat duruma geçmektedir

31 Renk Cetveli

32 Toprakta pH Belirlenmesi
Ag AgCl2 Doygun KCl Fiber fitil Milivolt metre toprak süspansiyon Bileşik Elektrot H+ kolloid Cam membran H+ elektrodu Kalomel referans elektrot Cam membran = geçirgen zar Toprakta pH Belirlenmesi

33 Bileşik pH elektrodu

34 Toprak pH’sının Bitki Besin Elementleri ile İlişkisi

35 Toprak pH’sının Bitki Besin Elementleri ile İlişkisi
Değişik pH değerlerinde “bitki besin elementleri”nin karşılaştırmalı yarayışlılığı yandaki şekilde verilmiştir. Bu şekilde bir şeridin genişliği, “bitki besin elementleri”nin karşılaştırmalı göreli gösterir

36 Toprak pH’sının Bitki Besin Elementleri ile İlişkisi
Şekilde “bitki besin elementleri”nin çoğunun pH aralığında elverişli olduğuna dikkat ediniz!!!

37 Toprak pH’sının Fosfor (P) ile İlişkisi
Suda çözünmez kalsiyum tri-fosfat Suda çözünebilir fosfat Suda yavaş çözünebilir kalsiyum mono-fosfat H3PO4 + 2CaCO3  CaHPO4 + Ca(OH)2 + 2CO2 CaHPO4 + CaCO3 + Ca(OH)2  Ca3(PO4)2 . CaO + 2H2O + CO2

38 Toprak Alkaliliği Temel tanımlar
EC: Elektriksel İletkenlik: anot ve katot gerilimi sonucu, topraktaki tuzlar bir elektrik akımı oluştururlar; böylece EC (mmhos/cm-1) topraktaki tuz içeriği ile çözeltiden geçen elektrik akımı arasındaki bağıntıyı kurar Tuzluluk: Kolloid yüzeylerinde bulunan %Na miktarı ile belirlenir (KDK). Bunun için ESP (değişebilir Na %) ve SAR (Sodyum Adsorpsiyon Oranı ) kullanılır

39 Toprak Tuzluluk Ölçeri (EC-meter)

40 Toprak Alkaliliği Eşitliklerde KDK, Na+, Ca+2 ve Mg+2’nin birimleri [me/100g] olarak verilmiştir

41 Kurak Bölge Toprakları
EC (mmhos/cm) ESP (%) SAR Tuzlu > 4 0 - 15 0 - 12 Alkali 0 - 4 > 15 > 12 Tuzlu- Alkali Tuzsuz Alkalisiz

42 Kurak Bölge Toprakları
pH Tipik iyonlar Yönetim Tuzlu < 8,5 Ca, Mg, K (klor ve sülfat tuzları) Sulama Jips Alkali >> 8,5 10 olabilir >> Na Tuzlu- Alkali > 8,5 Ca, Mg, K ve >>> Na Tuzsuz Alkalisiz 7 < pH < 8,5 Ca, Mg, K -

43 Kurak Bölge Toprakları
è agregatlaşma ç ç tekselleşme è Ca2+ & Mg2+ Na+

44 Kurak Bölge Toprakları
Tuzlu-alkali topraklar toprak yapısı ile ilgili ciddi sorunlara neden olurlar

45 Jips ile Alkali Toprakların Yönetimi
Kolloid yüzeyi Na + CaSO4  Ca + Na2SO4 Alkali toprak Yıkanabilir Jips Na2CO3 + CaSO4  CaCO3 + Na2SO4

46 Sülfürik-asit ile Alkali Toprakların Yönetimi
Kolloid yüzeyi Na + H2SO4  + Na2SO4 Alkali toprak Yıkanabilir Jips Na2CO3 + H2SO4  CO2 + H2O + Na2SO4 H