Слайд 1Твердая фаза и поровое пространство почв
Профильный курс для студентов IV
курса
Итоговая аттестация – экзамен
Слайд 2Гранулометрический состав почв
Гранулометрический состав почв
Слайд 3Гранулометрический состав почв
ЭПЧ. Определение
Классификация фракций ЭПЧ
Состав фракций ЭПЧ
Гранулометрический состав почв
Классификация почв
по гранулометрии
Методы гранулометрического анализа
Использование данных по гранулометрии
Слайд 4
Схема строения порового пространства почв, агрегатов и микроагрегатов
Слайд 5Определение ЭПЧ
Элементарные почвенные частицы – обломки горных пород и минералов, а
также аморфные соединения, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи и не поддаются разрушению общепринятыми методами пептизации.
Слайд 6Фракции гранулометрических частиц
Слайд 7Гранулометрические фракции (по А.Аттербергу)
Слайд 8Итак, 3 основные фракции (в большинстве зарубежных классификаций)
Песок (sand) - >0.05
мм
Пыль (silt) – 0.05-0.002 мм
Глина (clay) - <0.002 мм
Слайд 9Гранулометрические фракции (по Н.А.Качинскому)
Слайд 10
Дифференциальные и интегральные кривые гранулометрического состава почв
Слайд 11Совместно, дифференциальная (a) и интегральная (b) кривые в двух осях
Слайд 12Определение
Под гранулометрическим (механическим – уст., почвенной текстурой) составом почв и
почвообразующих пород понимают относительное содержание в почве элементарных почвенных частиц различного диаметра, независимо от их минералогического и химического составов.
Гранулометрический состав выражается в виде массовых процентов фракций гранулометрических частиц различного размера
Слайд 13
Треугольник Ферре для классификации почв по гранулометрии
Глина – 23%
Пыль -
46%
Песок - 31%
Слайд 14Классификация почв по гранулометрии (по Н.А.Качинскому)
Слайд 15Почему же в классификацию почв по гранулометрии внесен тип почвообразования?
Слайд 16Переход от российской к международным классификациям
Осуществить графическую интерполяцию кумулятивной кривой гранулометрического
состава;
Определить содержание фракций по зарубежной классификации , т.е. <0.002 (глина), 0.002-0.05 (пыль) и 0.05-2 мм (песок).
Зная содержание глины, пыли и песка, по треугольнику найти соответствующие название почвы по гранулометрии.
Слайд 17Надо запомнить (это важно!):
Российская классификация – двучленная (физические глина
и песок >0.01 мм) и учитывает тип почвообразования, а зарубежные – трехчленные (глина <0.002 мм, пыль 0.002-0.05 и песок 0.05-2 мм) и не учитывают тип почвообразования.
Слайд 185. Методы гранулометрического анализа
Слайд 19Процедура гранулометрического анализа почв включает 2 стадии:
Стадия физико-химической обработки образца (предварительная
стадия диспергации)
Определение содержания гранулометрических фракций (собственно, гранулометрический анализ)
Слайд 20Гранулометрический анализ почв
Химическая обработка:
Н2О2;
Щелочь+кислота
Пирофосфат Nа
Физическая обработка
Ультразвуковая обработка
Механическое растирание
Слайд 22Ограничения закона Стокса
Частицы осаждаются независимо друг от друга. Это условие
накладывает особенность на концентрацию суспензии – она не должна быть более 1.5-2%.
Частицы должны быть сферической формы. Поэтому в этом анализе определяем не реальный размер частиц, а так называемый «эффективный радиус».
Плотность твердой фазы всех частиц одинакова и равна средневзвешенной.
Закон Стокса применим для определенного диапазона диаметров частиц: >0.0001 мм и<0.25 мм.
Используется понятие «динамического трения» -это трение внутри жидкой фазы, а не на границе твердая частица-жидкость. Поэтому используется вязкость раствора пирофосфата с поправкой на температуру, при которой происходило определение.
Слайд 23
Пипет-метод гранулометрического анализа почв
Слайд 24Другие седиментометрические методы
Метод ареометра (ГОСТ для строительных материалов)
Метод седиграфа (дает плавную
кривую)
Метод ареометра
Рассмотрим следующие компоненты суспензии:
Мs- масса осажденных частиц почвы; ρw – плотность воды, ρs –плотноcть твердой фазы, Мw - масса воды, V - объем суспензии ( обычно 1 л)
Тогда плотность суспензии, ρс, составит:
Слайд 27Метод ареометра
Нам надо найти массу твердой фазы почвы для соответствующего диаметра
(например, <0.05мм)
Ну, а далее формула Стокса. Рассчитываем время и диаметр частиц. По этой формуле рассчитываем массу частиц соответствующего диаметра. Нам надо найти массу твердой фазы почвы для соответствующего диаметра (например, <0.05мм)
Слайд 29Пример
Например, если плотность твердой фазы почвы ( )
равна 2.6, плотность воды =1 г/см3, то конечная формула для расчета (округленно):
Таким образом, измеряя плотность суспензии, мы можем по указанной формуле рассчитать массу частиц в суспензии на определенной глубине в определенный момент времени. Далее, используя формулу Стокса и задав определенный размер частиц (например, >0.05 мм), рассчитать время взятия отсчета по ареометру, определить в это время плотность суспензии и рассчитать массу частиц (см предыдущую формулу), соответствующую эту размеру. Можно задать следующий размер частиц (например, 0.01 мм) и опять посчитать, какую массу составят частицы выбранного размера, и т.д.
Слайд 30Н – глубина в мм,
η - вязкость в мПа
-плотность в Mг/м3
X – диаметр частиц в мм
Слайд 31Интервалы времени взятия проб при гранулометрическом анализе
Пример расчета содержания
гранулометрических фракций
при ареометрическом анализе
Слайд 32Метод лазерной дифрактометрии
падающий свет
Отраженный свет
Слайд 33Дифференциальная и интегральные кривые гранулометрического состава, получаемые на лазерном дифрактометре
Вопросы:
Откуда максимумы
на дифференциальной кривой?
С чем связана «узость» пика?
Слайд 34Гранулометрический анализ почв
Диспергация образца
Химическая обработка:
Н2О2;
Пирофосфат Nа.
Физическая обработка
Ультразвуковая обработка
Механическое растирание
Цель –
разрушить микроагрегаты до элементарных частиц
Слайд 35Диспергация образца. Чернозем типичный (ВССа, С орг 0,35%)
Супесь
Суглинок легкий
Суглиноксредний
Суглинок тяжелый
Супесь
Суглинок тяжелый
мкм
«Analysette
22
Comfort »
Слайд 37Основные расхождения методов седиментометрии и лазерной дифракции наблюдаются в области тонких
частиц (ила, мелкой пыли).
Метод лазерной дифракции «занижает» (в 2-10 раз!) содержание тонких фракций
Слайд 38215
Распределение по размеру частиц кварцевого песка
мкм
Мелкий песок
50 мкм
50 мкм
Слайд 3970 мкм
Стеклянные шарики
Диаметр от 40 до 200 мкм
ρ 2,45 г/см3
70 мкм
Слайд 40Синтетический Al2O3 73 мкм (Eijkelkamp, Голландия)
70 мкм
ρ 3,92 г/см3
72,84
мкм
Слайд 41Bacillus cereus var mycoides
0,82 мкм
Слайд 42Микроагрегатный анализ почв на «Analysette 22 Comfort»
Слайд 43Микроагрегатный состав чернозёма типичного (10–20 см)
Седиментация и лазерная дифракция
(суспензия образца в 0,4% Na4P2O7)
Микроагрегатный суспензия в Н2О без УЗ
50
120
Слайд 44Распределение частиц по размерам. Ферральсоль, гор. А11
Микроагрегатный суспензия в Н2О, без
УЗ
240 мкм
240 мкм
5,2
2,07
0,44
«Analysette 22 Comfort »
Слайд 45Физическое и химическое воздействие
Слайд 46Разрушение водоустойчивых агрегатов 0,25-0,1мм. Чернозем обыкновенный, А11 (Оренбургская обл.)
Через10
минут агрегаты пришли в устойчивое состояние и их диаметр (100 мкм) перестал изменяться
200
3 0
по 30 секунд УЗ-воздействия с увеличением мощности (10, 50 и 100%)
«Analysette 22 Comfort »
мкм
мин
Слайд 47< 1 мкм
Распределение частиц по размерам в составе гранулометрических фракций, чернозем
0-10 см
Причина
1. ЭПЧ ила и мелкой пыли представлены минеральными и органическими частицами
2. В иле и мелкой пыли присутствуют микроагрегаты, устойчивость которых обуславливают органические соединения
Слайд 48ГОСТ Р 54052-2010
Изделия кондитерские. Методы определения степени измельчения шоколада, шоколадных
изделий, полуфабрикатов производства шоколада, какао и глазури.
«…определения гранулометрического состава частиц способом лазерной дифракции в диапазонах измерений от 1 до 150 мкм».
Качество шоколада определяет гранулометрический состав какао
Слайд 50Удельная поверхность почвы
Кривая адсорбции водяных паров почвами
Теория БЭТ и Фаррера
Определение полной,
внутренней и внешней удельных поверхностей почвы
Слайд 51Удельная поверхность (м2/г) – свойство
характеризующее дисперсность почвы и
состояние поверхности
почвенных частиц.
Различают полную удельную поверхность (Sпол),
внутреннюю (Si) и внешнюю (Se):
Внутренняя поверхность – это поверхность микротрещин, микрокаверн, микровпадин в почвенных частицах.
Внешняя – отражает форму частиц, образуется после заполнения внутренней поверхности частиц.
Слайд 52Схема почвенной частицы
Внутренняя поверхность, Si
Размер молекулы воды – 10.5Ă2
Слайд 53
Схема формирование различных слоев
воды на внутренней (трещина) и внешней
поверхности
Слайд 54Кривая сорбции
Зависимость между влажностью (W) почвы и относительным давлением паров воды
(р/ро)
Слайд 56
Кривая сорбции паров воды почвой
БЭТ
Фаррера
Р/Ро
Влажность, %
Моно-
слой
полимолекулярный
слой
Капиллярная
конденсация
Слайд 57Уравнение БЭТ - Брунауэра, Эмметта
и Теллера (Brunauer, Emmett & Teller,1938)
Слайд 59 Расчет полной удельной поверхности производится на основании уравнения полимолекулярной адсорбции, уравнения
БЭТ, в области величин относительных давлений от 0.05 до 0.35.
Внешняя удельная поверхность рассчитывается
по уравнению Фаррера для относительных
давлений паров воды 0.4-0.8.
Слайд 60Зачем нужна удельная поверхность?
От каких свойств почвы зависит ее удельная поверхность?
Нередки
примеры, что, например, всего-то 600кг ( а это квадрат почвы примерно 1.5 м со стороной и 20 см в глубину) почвы занимает площадь, равную Австрии (83.86 кв.км). Это не совсем прямая рабочая площадь!!!