Pozor! Jste na staveništi. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > Základní vzdělávání

Zobrazit na úvodní stránce článků

Stanovení pH půd

Praktický příspěvek
inspirace
blok hodin
Autor Martin Adamec
Spoluautor: Svatava Janoušková
Článek představuje určité propojení vzdělávacích oborů Člověk a svět práce a Chemie. Přináší námět jednoho experimentu, který využívá žákovských poznatků o problematice pH roztoků a uvádí je do kontextu s pěstováním rostlin. Experiment je relativně nenáročný na pomůcky i provedení a žáci při něm nemanipulují s nebezpečnými chemickými látkami.

Pěstitelské práce jsou především fenoménem doby minulé. Celá řada škol v současnosti již nemá školní pozemky a problematika pěstitelství se dostala převážně do roviny teoretické. Nabízíme vám nyní možnost podívat se na jedno ze „zahrádkářských" témat očima chemika. Připouštíme, že konkrétní práci na školním pozemku tímto experimentem nenahradíme, přesto by mohl, alespoň zprostředkovaně, přiblížit žákům složitou problematiku pojící se se zemědělstvím, využitím půd a pěstitelstvím obecně.

Rostliny člověka provázejí nejen ve vnějším prostředí, ale jsou také součástí prostředí vnitřního - interiérů bytů, kanceláří, škol a podobně. A tak každý, i v případě, že nebude jeho životní ambicí být zemědělcem nebo zahrádkářem pěstujícím například jahody, nakonec jednou bude třeba chtít začít pěstovat rostliny, které se stanou doplňkem bytového interiéru nebo součástí zahrady obklopující jeho dům.

Pěstování rostlin však vyžaduje některé elementární znalosti. Kromě toho, jaké má rostlina nároky na zavlažování, intenzitu slunečního záření, hnojení a podobně, je jednou z důležitých znalostí fakt, v jaké půdě (z hlediska pH) se rostlinám daří. V odborných knihách, ale i populárně naučných časopisech určených pěstitelům se můžeme například dočíst, že kaktusům se daří spíše v půdě alkalické, zatímco hortenzie vyžadují půdu kyselou. Prostě co rostlina, to jiné nároky. Pokud kupujeme balené substráty v zahradnictvích nebo hypermarketech, pak na obalu zpravidla informaci o tom, o jaký charakter půdy se jedná, nacházíme. Na zahradách domů však o pH půdy zpravidla nevíme nic. Pouze skladba rostlin v okolí nám může napovědět, jaké půdy (z hlediska hodnot pH) se zde vyskytují.

A proč je znalost hodnot pH půd tak důležitá? Biologické (např. ovlivnění výskytu mikroorganismů), chemické (např. rozpustnost sloučenin kovů) i fyzikálně-chemické procesy (např. mobilita kovových iontů ve vodném prostředí), které v půdě probíhají, jsou bezprostředně závislé na hodnotě pH půdy. Hodnota pH se tak stává důležitým údajem vypovídajícím jednak o procesech, které v půdě probíhají, jednak o samotné kvalitě půdy z hlediska možností agronomického využití.

Podle hodnot pH dělíme půdy do třech kategorií:

  • půdy kyselé, acidní s pH = 4,5-6,5
  • půdy neutrální s pH = 6,5-7,3
  • půdy zásadité, alkalické s pH 7,3-8.

Silně alkalické půdy s hodnotou pH = 8 a vyšší, stejně jako extrémně kyselé půdy s hodnotou pH nižší než 3, se v přírodě prakticky nevyskytují. Některé zdroje literatury uvádějí ještě podrobnější dělení půd, ale pro naše účely toto není zapotřebí.

Předmětem našeho experimentu je stanovení hodnot pH půd. Tento experiment není nijak nový. Specializované laboratoře provádějí profesionální rozbory půdy řídící se normou ČSN ISO 10390:1996 (83 6221), která však laické veřejnosti není zdarma přístupná. Také proto existují návody pro orientační zjištění pH půdy na nejrůznějších internetových stránkách (např. daz.garten.cz/texty.php?idc=19990217) a zmiňuje se o něm odborná i populárně-naučná literatura. My se však pokusíme poznatky získané z tohoto pokusu propojit jednak s výstupy Rámcového vzdělávacího programu pro základní vzdělávání (RVP ZV), jednak je zasadit do širší problematiky určování pH a využití různých typů indikátorů.

Experiment by měl přispět k naplňování výstupů RVP ZV: orientuje se na stupnici pH, změří reakci roztoku univerzálním indikátorovým papírkem a uvede příklady uplatňování neutralizace v praxi, respektive navrhne postupy a prakticky provede oddělování složek směsí o známém složení; uvede příklady oddělování složek v praxi vzdělávacího oboru Chemie a: volí vhodné pracovní postupy při pěstování vybraných rostlin vzdělávací oblasti Člověk a svět práce. Jako zcela konkrétní příklad by měl žákům předestřít praktické využití chemie v běžném životě, ukázat jim, že jejich okolí je v postatě soustavou chemických látek a řada procesů v přírodě nejsou jen nahodilé děje, ale procesy založené na určitých principech, které mohou, alespoň do určité míry, pozorovat a odhalovat.

Kromě toho se žáci dozvědí něco málo o půdách ve svém okolí (pokud půdní vzorek neobstarají v nějakém zahradnictví), o pěstování rostlin a budou moci vyzkoušet některé základní laboratorní techniky. Na základě experimentu žáci rovněž zjistí, že univerzální indikátorový papírek je dobrá pomůcka, jejíž možnosti využití mají však své limity.

Experiment není pro školu finančně náročný, pokud má k dispozici běžně vybavenou laboratoř. Lze jej navíc spojit s exkurzí do okolí za účelem získání rozmanitých půdních vzorků. Experiment může být proveden různými způsoby, čemuž odpovídá různá časová náročnost. Pokus lze využít jako součást komplexního projektu zahrnujícího vzdělávací obory zeměpis, přírodopis, chemii, případně člověk a svět práce.

Jaké pomůcky jsou zapotřebí?

Ocet, mýdlo, destilovaná voda, vzorky kyselých a zásaditých půd, bromthymolová modř, univerzální indikátorové papírky, filtrační papír, nálevka (y), Erlenmeyerova(y) baňka (y) se zátkou, kádinka (y), stojan na zkumavky, zkumavky, kruh, kapátko, lžička, odměrný válec, váhy (předvážky), skleněná tyčinka.

Jak postupovat?

Vlastnímu pokusu musí předcházet určitá příprava. Žáci by pro experiment měli obstarat libovolný vzorek půdy. Pro vlastní pokus by samozřejmě bylo ideální, aby vzorky půd byly z rozličných lokalit a bylo možno předpokládat jejich rozdílné hodnoty pH. Protože toho není vždy možné dosáhnout, doporučujeme získat dva typy půd s odlišným pH - např. rašelinu (kyselý charakter) a půdu z vápencového podloží (zásaditý charakter). Tyto vzorky by žáci obdrželi rovnou ve škole a mohli by s nimi vlastní vzorky z hlediska hodnot pH porovnat.

Měření pH srovnávacích vzorků indikátorovými papírky

Na začátku pokusu si žáci vyzkoušejí měření kyselého, zásaditého a neutrálního roztoku univerzálními indikátorovými papírky. Z důvodů bezpečnosti budou žáci používat vzorek neředěného octa (příklad kyselého roztoku), destilovanou vodu (příklad neutrálního roztoku) a mýdlovou vodu (příklad zásaditého roztoku). Mýdlovou vodu buď mohou vytvořit sami, nebo ji mohou dostat od vyučujícího.

Do třech zkumavek postupně odměří definované množství (3 cm3) těchto roztoků. Do první zkumavky 3 cm3 octa, do druhé zkumavky 3 cm3 destilované vody, do třetí 3 cm3 mýdlové vody. Indikátorovým papírkem změří pH roztoků a na stupnici pH podle zbarvení odečtou jeho přibližnou hodnotu. Indikátorové papírky odloží na bílý papír (např. zbytky filtračního papíru) a označí je příslušným názvem nebo vzorcem. Roztoky ve zkumavkách uschovají.

Komentář: Tento krok není samoúčelný. Je zde totiž nemalá pravděpodobnost, že přinesené vzorky půd budou mít jen slabě kyselý, neutrální nebo slabě zásaditý charakter. Barevná změna indikátorového papírku tak bude minimální. Žáci si tak budou moct porovnat kontrast mezi kyselostí běžně užívaných látek a půd a navíc si uvědomí, že využití univerzálního indikátorového papírku má svá omezení.

Příprava výluhu vzorku

Dalším krokem bude příprava výluhu vzorku. Zde se nabízí několik možností realizace pokusu. Nejrychlejší možností je, že žáci budou dělat výluh pouze z jednoho vzorku, tj. vzorku vlastního. Výluh z referenčních vzorků (kyselá a zásaditá půda) připraví vyučující.

Druhou, časově náročnější možností je, že žáci přinesou více různých vzorků půd a budou dělat výluh z nich. Výluh z referenčních vzorků dostanou k dispozici.

Třetí, časově náročnější možností je, že žáci budou dělat výluh vzorku vlastního i referenčních. Druhá a třetí možnost také předpokládá dostatečné vybavení laboratoře laboratorním sklem.

Výluh připraví žáci/vyučující tak, že nasbíraný vzorek nejprve pečlivě vysuší (např. rozprostřením vzorku na čistý papír a ponecháním na radiátoru po dobu několika dnů), aby neobsahoval nadbytečnou vodu, která by snižovala koncentraci rozpuštěných látek. Odvážené množství vysušeného vzorku (10 gramů) zalijí v Erlenmeyerově baňce určitým, přesně odměřeným množstvím destilované vody (35 ml) a důkladně protřepou po dobu 10 minut. Pro objektivnost měření je samozřejmě nutné, aby všechny výluhy byly připraveny stejným způsobem, tj. stejným objemem destilované vody a stejnou hmotností vzorku půdy.

Měření pH vzorků půd různými indikátory

Připravený výluh žáci/vyučující přefiltrují přes filtrační papír do kádinky (pokud připravují výluhů více, je samozřejmě zapotřebí filtrovat každý samostatně do jednotlivých kádinek určených výhradně pro konkrétní výluh). Z baňky/baněk odlijí definované množství (3 cm3) výluhu do zkumavky/zkumavek. Změří pH indikátorovým papírkem ve zbylém výluhu v kádince a na stupnici odečtou hodnotu pH. Žáci by však vždy měli měřit pH minimálně tří výluhů, z nichž dva mají pH v kyselé oblasti respektive v zásadité.

Komentář: Univerzální indikátorový papírek má samozřejmě omezenou schopnost určování hodnot pH. Velmi špatně odliší slabě kyselou, neutrální a slabě zásaditou půdou. Zkusili jsme určit pH půdy písčité, zahradního substrátu a půdy lesní. Přesto, že se pH těchto půd liší (jak ukázalo použití indikátoru s hranicí přechodu mezi 6 a 7,6), zbarvení indikátorového papírku bylo prakticky identické. Pokud máme jen jeden vzorek půdy a dva referenční, jejichž pH je výrazněji kyselé respektive zásadité, pak toto rozlišení může stačit. Pokud ne, doporučujeme použít ještě bromthymolové modři, indikátoru s přechodem mezi 6 a 7,6. Viz obr. 2.

pH papírky po namočení do výluhu půd, zbarvení se prakticky neliší
1. pH papírky po namočení do výluhu půd, zbarvení se prakticky neliší

Žáci porovnají naměřené hodnoty pH octa, mýdlové vody, destilované vody a všech vzorků půd, jež mají k dispozici, pomocí indikátorových papírků. Pokud je ve škole k dispozici ještě indikátor bromthymolová modř, pak do každého vzorku ve zkumavce přidají vždy právě dvě kapky tohoto indikátoru. Porovnají zbarvení roztoků vzorku ve zkumavce a určí, které vzorky jsou nejkyselejší a které nejzásaditější. V kyselém prostředí má bromthymolová modř žlutou barvu, v neutrálním přechází mezi zelenou a modrou a v zásaditém má barvu modrou.

Komentář: Použití bromthymolové modři má význam především pro rozlišení pH roztoků v rozmezí barevného přechodu tohoto indikátoru, čili v hodnotách mezi 6 a 7,6. Pomáhá především odlišit půdy slabě kyselé, slabě zásadité a neutrální. Použití pro roztoky s vyššími hodnotami pH je spíše ilustrační, aby žáci zjistili, jaké barevné změny je indikátor schopen dosáhnout.

roztoky s bromthymolovou modří: ocet, lesní půda, písčitá půda, zahradní substrát
2. roztoky s bromthymolovou modří: ocet, lesní půda, písčitá půda, zahradní substrát
Jak pracovat s žáky?
Vždy záleží na tom, jak rozsáhlý průzkum vzorků chcete provést, jaké máte vybavení školní laboratoře a s jakým typem žáků pracujete. Podle toho je vždy třeba pokus nastavit.

Během dvouhodinového cvičení mohou žáci pracující ve dvojici vytvořit vlastní výluh zhruba dvou vzorků (někteří více, záleží na zručnosti a time managementu činností) a porovnají pH vzorků pomocí obou typů indikátorů. K dispozici mají ocet, mýdlovou vodu a vzorky referenčních roztoků na každém pracovním stole. Jediné, co je omezuje v práci z hlediska času, je společné užívání vah pro několik pracovních skupin. Předpokladem ovšem je, že žáci jsou s postupem seznámeni již před tímto cvičením, tedy že po nástupu do laboratoře začínají během krátké chvíle pracovat. Pokud to není možné, nebo máte špatnou zkušenost s přípravou žáků, pak jsou žáci schopni připravit jen jeden výluh a srovnat pH univerzálními indikátorovými papírky.

Limitující samozřejmě může být také vybavení laboratoře. Pokud není dostatek laboratorního skla, jsou k dispozici jen jedny váhy apod., pak žáci mohou připravovat jen jeden výluh a zbylé výluhy jim může dát k dispozici vyučující.

Vlastnímu experimentu může předcházet rovněž vycházka do okolí za účelem odběru vzorku půd. Pokud zvolíte tuto alternativu, dbejte na vhodné uložení vzorků (chladné, temné místo), aby nedošlo k jejich degradaci např. vytvořením plísně a podobně.

Doplňující úkoly

K danému tématu lze s výhodou zadávat další doplňující úkoly. Například:

  • Vyhledejte v různých zdrojích, které rostliny rostou na kyselé nebo zásadité půdě.
  • Jak souvisí způsob hnojení s pH půdy?
  • Jakým způsobem ovlivňuje nesprávné použití hnojiv životní prostředí?
  • Jak jinak lze stanovit kyselost a zásaditost půdy?
Přílohy:
NáhledTypVelikostNázev
doc73 kBLaboratorní cvičení pro ZŠ- pdf UHK
V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám