TOPRAK REAKSİYONU (TEPKİMESİ) Toprak Bilgisi Dersi Peyzaj Mimarlığı Prof. Dr. Günay Erpul erpul@ankara.edu.tr

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

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

pH nedir? Hidrojen iyonları (H+) ve hidroksil iyonları (OH-) çarpımı her zaman 10-14 olduğu için, pH 7: - nötr pH - OH- konsantrasyonu . . . 10-7 mol/L

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

pH = -log (H+) = log 1/(H+) pH nedir? Suyun iyonlaşması HOH  H+ + OH- (H+) * (OH-) = 10-14 mol/L pH = -log (H+) = log 1/(H+)

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

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

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

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

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

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+

Toprak pH’sının Gelişimi Asitlik nedenleri TOPRAK ÇÖZELTİSİ KATYON YIKANMASI

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)

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

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

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

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

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-

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-

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

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

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

Aluminyum’un Payı Al3+ + H2O  Al(OH)2+ + H+ k = 10-4.93   Al(OH)2+ + H2O  Al(OH)2+ + H+ k = 10-4.97 Al(OH)2+ + H2O  Al(OH)3o + H+ k = 10-5.7 Al(OH)3o + H2O  Al(OH)4- + H+ k = 10-7.4

Demir’in Payı Fe3+ + H2O  Fe(OH)2+ + H+ k = 10-2.19   Fe(OH)2+ + H2O  Fe(OH)2+ + H+ k = 10-3.5 Fe(OH)2+ + H2O  Fe(OH)3o + H+ k = 10-7.4 Fe(OH)3o + H2O  Fe(OH)4- + H+ k = 10-8.5

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

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)

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

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+

Topraktaki OH-’nın Kaynakları 2Na+ + CO3-2 + 2HOH  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

Renk Cetveli

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

Bileşik pH elektrodu

Toprak pH’sının Bitki Besin Elementleri ile İlişkisi

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

Toprak pH’sının Bitki Besin Elementleri ile İlişkisi Şekilde “bitki besin elementleri”nin çoğunun 6.5 - 7.5 pH aralığında elverişli olduğuna dikkat ediniz!!!

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

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

Toprak Tuzluluk Ölçeri (EC-meter)

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

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

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 -

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

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

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

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