مفدمه: آنيون كربنات در محلول خاك هاي سديمي و همچنين محلول خاك هاي شور و سديمي به مقدار كم تا زياد وجود دارد. در آبهاي قليايي نيز آنيون كربنات معمولاً به اندازه ي قابل ملاحظه اي وجود دارد.

نمكهاي سديمي كربنات، سبب افزايش pH  خاك به بيش از 8.5 مي شود و سديم اضافي براي گياه مسموميت ايجاد نموده و در خاك نيز ساختمان خاك را تخريب و نفوذ پذيري را كاهش مي دهد. در خاك هاي غير شور معمولاً آنيون كربنات در خاك وجود ندارد. آنيون بي كربنات در اغلب خاك هاي شور و سديمي و همچنين در آبهاي  شور و شور سديمي و يا سديمي به مقدار هاي متفاوت وجود دارد و حتي در خاكهايي كه غير شور نيز مي باشند، به مقدار كم يافت مي شود. با اندازه گيري آنيون هاي كربنات و بيكربنات در محلول هاي خاكها به وجود املاح مختلف و تركيبات آنها پي برده مي شود. اندازه گيري آنيون هاي كربنات و بيكربنات كه به علت CO₂  محيط ناپايدار مي باشند، بلافاصله پس از عصاره گيري صورت مي گيرد.

در اندازه گيري كربنات و بيكربنات با افزودن اسيد سولفوريك، كربنات موجود در نمونه به بيكربنات تبديل مي شود. در مرحله بعدي با افزودن اسيد سولفوريك، بيكربنات به اسيد كربنيك تبديل مي شود و در نتيجه با تيتراسيون به وسيله اسيد سولفوريك، غلظت آنيون هاي كربنات و بيكربنات اندازه گيري مي شود و براي تعيين پايان هر مرحله از معرف هاي فنل فتالئين و متيل اورانژ استفاده مي شود. در اندازه كيري كربنات ها از معرف فنل فتالئين استفاده مي شود كه در حضور كربنات ها صورتي رنگ است و در نقطه تبديل كربنات به بيكربنات در pH حدود 8.3 بي رنگ مي شود كه پايان اين مرحله از آزمايش را نشان مي دهد.

در مرحله اندازه گيري آنيون بيكربنات از معرف متيل اورانژ استفاده مي شود كه در حضور بيكربنات زرد رنگ است و در نقطه تبديل بيكربنات به اسيد كربنيك و در pH حدود 4 نارنجي مي باشد كه پايان اين مرحله از آزمايش را نشان مي دهد و بدين ترتيب غلظت آنيون هاي كربنات و بيكربنات اندازه گيري مي شود. شكل يك مقدار كربنات و بيكربنات و اسيد كربنيك نسبت به pH را نشان مي دهد.

CO₃^-- + H⁺ → HCO₃^-                          HCO₃^- + H⁺ → H₂CO₃

به عبارتي با توجه به نمودار ميتوان گفت كه از تركيب CO₂  و H₂O ، اسيد كربنيك كه يك اسيد ضعيف است، تشكيل مي شود.

H₂CO₃         , H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃^-            كربنيك انيدراز         CO + H₂O

در pH مساوي 4  مقدار اسيد كربنيك، حداكثر است.

در pH برابر 6.5 مقدار بيكربنات برابر مقدار اسيد كربنيك خواهد گرديد.

با افزايش pHتا حدود 8.2  اسيد كربنيك به صفر مي رسد و HCO₃^-  به حداكثر مي رسد.

درpH  بيش از 8.2  بيكربنات شروع به تجزيه كرده و به H⁺ و^2- CO₃تبديل مي شود.

در pH مساوي 10.2  يون بيكربنات تقريباً برابر يون كربنات خواهد شد.

درpH برابر 12 ، مقدار يون بيكربنات تقريباً صفر مي شود و كربنات به حداكثر مي رسد.

در اين آزمايش اگر به نمونه چند قطره فنل فتالئين افزوده گردد و تغيير رنگ ندهد، pH كمتر از 8.2  است، پس مقدار CO₃^2-صفر است. حال اگر ارغواني شد داراي يون كربنات است. اگر به همين نمونه متيل اورانژ اضافه شد و نمونه زرد رنگ گردد، عصاره داراي يون بيكربنات است.

براي اندازه گيري مقدار يون كربنات مقداري اسيد اضافه مي گردد تا فنل فتالئين بي رنگ و حجم قرائت شود. از آنجايي كه براي تبديل CO₃^2- به HCO₃^-  اين مقدار مصرف شده است، در 2 ضرب مي كنند. سپس چند قطره متيل اورانژ اضافه كرده و تيتراسيون را انجام داده تا محلول زرد رنگ تبديل به قرمز گردد و حجم را قرائت مي كنند. مقدار بيكربنات برابر است با V₂ – 2V₁ .

يعني مي توان گفت كه اندازه گيري كربنات ها و بيكربنات ها بر اساس روش تيتراسيون اسيد و باز استفاده از معرف هاي مضاعف بوده و واكنش ها در دو مرحله انجام مي شود:

الف) تركيب و تبديل كربنات با اسيد به بيكربنات با استفاده از معرف فنل فتالئين:

CO₃^-- + H⁺ → HCO₃^-                                                                                          

ب) تركيب و تبديل بيكربنات با اسيد به گاز كربنيك و آب با استفاده از معرف متيل اورانژ:

HCO₃^- + H⁺ → CO₂ + H₂O

با استفاده از روابط مي توان تعداد اكي والان در ليتر كربنات و بيكربنات را گزارش داد:

 حجم اسيد مصرفيY→

HCO₃^- → H₂CO₃

                               حجم مصرفي نمونه( mL) * 1000/نرماليته اسيد CO₃^2- (meq/L)= (2X – S)* 

          حجم نمونه مصرفي(mL)/1000  *نرماليته اسيدHCO₃^-(meq/L) = ((y – 2x ) – s) *

در معادلات فوق x برابر حجم اسيد مصرفي جهت تيتراسيون كربنات بر حسب ميلي ليتر و y حجم اسيد مصرفي جهت تيتراسيون بيكربنات بر حسب ميلي ليتر  و S نيز حجم نمونه مصرفي براي تيتراسيون شاهد(آ ب مقطر) مي باشد.

وسايل مورد نياز: بورت25 سي سي ، پيپت حبابدار، ارلن ماير 125 سي سي،

مواد مورد نياز: آب مقطر، اسيد سولفوريك 0.05N ، فنل فتالئين0.25  درصد در الكل متانول 50 درصد ، متيل اورانژ0.1 درصد.

روش آزمايش :

50 سي سي آب آبياري و براي عصاره خاك 10سي سي با پيپت حبابدار دقيق بر مي داريم و در يك ارلن 125 سي سي مي ريزيم و با آب مقطر حجم آن را به 50 سي سي مي رسانيم، 3 تا 4 قطره معرف فنل فتالئين روي آن مي ريزيم، در صورت به وجود آمدن رنگ صورتي يون كربنات در نمونه موجود است بنا براين با اسيد سولفوريك تيتر مي كنيم تا اينكه رنگ صورتي از بين بود.حجم اسيد مصرفي(x )يادداشت مي گردد كه اين مقدار اسيد برابر نيم مقدار اسيدي است كه براي خنثي كردن يون كربنات لازم مي باشد زيرا در اين مرحله تمام يون كربنات به يون بيكربنات تبديل مي شود.

حجم اسيد مصرفيx→

CO₃^2- → X CO₃^-

 در صورتي كه در ابتداي آزمايش رنگ صورتي به وجود نيايد تيتراسيون از اين مرحله آغاز مي گردد. مقدار 2 قطره معرف متيل اورانژ اضافه شده و عمل تيتراسيون با اسيد ادامه مي يابد تا اينكه تغيير رنگ از نارنجي به قرمز حاصل شود ( جهت خارج نمودن گاز كربنيك و اتمام واكنش، بهتر است كه نمونه را در مراحل پاياني تيتراسيون گرم نمود).حجم كل اسيد مصرفي(Y) يادداشت مي گردد همچنين يك نمونه شاهد با 50 سي سي آب مقطر تهيه شده و طبق روش فوق تيتره مي شود و حجم اسيد مصرفي (S) يادداشت مي گردد.

 حجم اسيد مصرفيY→

HCO₃^- → H₂CO₃

                               حجم مصرفي نمونه( mL) * 1000/نرماليته اسيد CO₃^2- (meq/L)= (2X – S)*  

          حجم نمونه مصرفي(mL)/1000  *نرماليته اسيدHCO₃^-(meq/L) = ((y – 2x ) – s) *

در معادلات فوق x برابر حجم اسيد مصرفي جهت تيتراسيون كربنات بر حسب ميلي ليتر و y حجم اسيد مصرفي جهت تيتراسيون بيكربنات بر حسب ميلي ليتر  و S نيز حجم نمونه مصرفي براي تيتراسيون شاهد(آ ب مقطر) مي باشد.

محاسبات:

چون رنگ صورتي در نمونه پس از اضافه نمودن معرف فنل فتالئين ظاهر نشد پس نمونه ما كربنات ندارد.

همچنين مقدار بيكربنات:

Y = 2.5 mL , S = 1.7 mL , X = 0

HCO₃^-(meq/L) = ((2.5 – 0) – 1.7 ) * 0.05 * 1000 mL/10 mL = 4 (meq/L) HCO₃^-

بحث و بررسي:

كربنات ها و بيكربنات ها دو عنصر غذايي گياه به حساب نمي آيند و نقش مهمي در تغذيه گياه ندارند. لذا اين دو آنيون نقشي در حاصلخيزي خاكها نداشته و ليكن در عملكرد محصول تاثير مي گذارند. در واقع كربنات ها و بيكربنات ها بر باروري خاكها تاثير مي گذارند. در هواي خاكCO₂ وجود دارد ومقدار آن هم بيش از 0.03 درصد است.تنفس ريشه ها و ميكرو ارگانيسم هاي خاك مقدار زيادي CO₂ توليد مي كنند كه اين  CO₂ با آب تركيب شده و اسيد كربنيك به وجود مي آورد. اسيد توليد شده نيز تجزيه گرديده و بيكربنات ها را به وجود مي آورند. انحلال كربنات ها نيز باعث آزاد شدن مقداري CO₂ در خاك مي گردد.

بي كربناتها وكربناتها درمقاديربالا در خاکها خطرسديم را ازمقادير پيش بيني شده توسطSAR افزايش مي دهند.زيرا اين آنيونها سبب رسوب كلسيم ومنيزيم مي شود.

اثر كربنات ها در خاك به شرح زير است:

1)      افزايش شديد pH  خاك،

2)     رسوب كاتيون هاي مهم از قبيل Ca و Mg كه در هماوري رسها موثرند.

3)    رسوب عناصر غذايي مهم در خاك كه اين عناصر شامل اكثر پر مصرف و كم مصرف هاست.

اثر بيكربنات ها در خاك به شرح زير است:

1)      اغلب سبب رسوب كاتيون هاي عناصر كم مصرف مخصوصاً آهن مي شود.

2)     همچنين pH  خاك را به سمت قليايي سوق مي دهد.

نتيجه گيري كلي و ذكر منابع خطا:

با توجه به مقادير به دست آمده براي بيكربنات نمونه خاك (4 meq/L) و همچنين با توجه به pH  به دست آمده براي خاك مورد آزمايش(pH=8.5 ) مي توان گفت كه يكي از عوامل موثر بر افزايش pH  خاك نمك هاي بيكربنات است و بيكربنات ها مي توانند يون هاي كلسيم و منيزيم را رسوب داده و خطر سديمي شدن خاك ها را افزايش دهند و باعث سميت در خاك شده و باعث محدوديت در رشد گياهان در خاك هاي حاوي آن شود. و همچنين رسوب كلسيم و منيزيم كه در هماوري خاك ها موثر اند مي تواند خاك را از لحاظ خصوصيات فيزيكي در شرايط نامطلوب قرار دهد.

 منابع خطا:

1) خطا در برداشتن حجم مورد نظر از نمونه

2) ريختن بيش از حد معرف ها نيز مي تواند يكي از عوامل خطاي آزمايشي باشد.

3) شرايط محيطي(شرايط آزمايشگاه)، كه مثلاً مقدار CO₂ موجود در محيط مي توان باعث ايجاد خطا شود.

3)    خود آب مقطر ممكن است داراي مقداري كربنات و بيكربنات باشد.

4) خطا در اثر نمونه برداري: در اين آزمايش زمانيكه نمونه برداشته مي شود اگر تا هنگام مصرف نمونه طولاني باشد در اثر تجزيه ي مواد آلي كه در نمونه وجود دارد فشار CO₂ بالا رفته و از طرفي چون نمونه در يخچال نگهداري مي شود لذا حلاليت CO₂ بالا مي رود و در نتيجه مقدار بيكربناتي كه به دست مي آيد مقداري بيشتر است.

5) مواد مورد استفاده ممكن است داراي مقداري ناخالصي باشند كه بر نتايج آزمايش تاثير گذار خواهد بود.

منابع:

1)      جعفري حقيقي،م. 1383. روش هاي تجزيه خاك، ساري:انتشارات نداي ضحي.

2)     ملكوتي،م و م،همايي. 1382. حاصلخيزي خاك هاي مناطق خشك و نيمه خشك،چاپ دوم. انتشارات دانشگاه تربيت مدرس.

3)    برزگر، ع. 1383. خاك هاي شور و سديمي شناخت و بهره وري، انتشارات  دانشگاه شهيد چمران.

4)    جعفري، م. 1381. خاك هاي شور در منابع طبيعي،  انتشارات دانشگاه تهران.