Ùt\J<^{
NN31545.0254
INSTITUUT VOOR CULTUURTECHNIEK EN WATERHUISHOUDING NOTA 254, d.d. 4 mei 1964
De bepaling van de vochtspanning en het vochtgehalte van gronden door middel van damp spanning s evenwichten
i r . 17» P . Stakman
Nota's van het Instituut zijn in principe interne communicatiemid-delen, dus geen officiële publikaties.
Hun inhoud v a r i e e r t sterk en kan zowel betrekking hebben op een eenvoudige weergave van cijferreeksen, als op een concluderende discussie van onderzoeksresultaten. In de meeste gevallen zullen de conclusies echter van voorlopige aard zijn omdat het onder-zoek nog niet is afgesloten.
Aan gebruikers buiten het Instituut wordt verzocht ze niet in pu-blikaties te vermelden.
Bepaalde nota's komen niet voor verspreiding buiten het Instituut in aanmerking.
i "~ "" " j CENTRALE LANDBOUWCATALOGUS
0000 0271 5049
i i
U
De bepaling van de vocht spanning en het vochtgehalte van gronden door middel van dampspanningsevenwichten
i r . W, P . Stakman
Inleiding
In 1874 werd door HILGARD het begrip hygroscopiciteitscoëfficiënt naar voren gebracht. Hieronder werd verstaan het vochtpercentage dat een droge grond bevat in een ruimte met een verzadigde atmosfeer en met
con-stante temperatuur na in evenwicht te zijn gekomen met die verzadigde at-mosfeer.
De hygroscopiciteitscoëfficiënt zou een maat zijn voor de fijnheid van de grond en voor de maximale hoeveelheid water, welke uitgedrukt als v e r -schil tussen de totale hoeveelheid water, welke de grond kan bevatten en de hygroscopiciteitscoëfficiënt, beschikbaar is voor de groei van gewassen. De methode van het wegzetten van grond in een met waterdamp v e r z a digde atmosfeer werd al sinds 1830 toegepast door SCHUEBLER. Deze g e -bruikte echter een te dikke laag grond om betrouwbare resultaten te
verkrij-gen. HILGARD verfijnde in 1859 de methode Schübler, onder andere door te werken met een dunne laag grond, het handhaven van een hoge verzadi-ging sgraad en het vermijden van temperatuurschommelingen, welke laatste aanleiding kunnen geven tot condensatieverschijnselen.
Van 1830 tot 1880 werd deze methode veelvuldig toegepast; hoe hoger de gevonden waarde, des te vruchtbaarder zou de grond zijn. Deze opvat-ting werd na 1875 echter weerlegd door SACHS en MAYER en anderen, wat tot gevolg had, dat aan de bepaling van de hygroscopiciteitscoëfficiënt weinig waarde meer werd gehecht. Sindsdien is alleen door HILGARD en LOUGHRIDGE nog vastgehouden aan de betekenis van de hygroscopiciteits-coëfficiënt. HILGARD plaatste zijn monsters in een laag van 1 mm dikte in een doos, waarin hij door middel van bedekking van de wanden met steeds natgehouden vloeipapier de atmosfeer verzadigd hield; de temperatuur van de omgevende kelderruimte was 60° F (+ 15° C). Na 8 à 12 uur werden de monsters gedroogd in een droge luchtstroom van 110 C. De 'instel'-tijd van 8 à 12 uur voor luchtdroge grond werd ook door een onderzoek van LIPMAN en SHARP (1911) als voldoende gekenschetst en later nog eens
2
-door p r o e v e n van ALWAY en a n d e r e n (1917) b e v e s t i g d .
L a t e r e p r o e v e n van PURI (1925) wezen e c h t e r uit dat het v o c h t e v e n -wic ^ a s na veel l a n g e r e tijd of in het geheel niet w e r d b e r e i k t .
n E u r o p a w e r d in het begin van de twintigste eeuw de h y g r o s c o p i c i t e i t door MITSCHERLICK en RODEWALD op een a n d e r e m a n i e r b e p a a l d en wel boven een 10% z w a v e l z u u r o p l o s s i n g ; zij achtten dit b e t r o u w b a a r d e r dan de A m e r i k a a n s e methode boven w a t e r , w a a r b i j gemakkelijk c o n d e n s a t i e v e r
-schijnselen konden o p t r e d e n . Tijdens de a d s o r p t i e van w a t e r aan een droge grond komt w a r m t e v r i j , de zogenaamde bevochtiging s w a r m t e ; de h y g r o s -copiciteit w e r d nu door hen gedefinieerd a l s dat w a t e r g e h a l t e van de grond w a a r b i j geen w a r m t e m e e r v r i j k o m t . Deze w a a r d e zou evenredig zijn m e t de k r a c h t w a a r m e e w a t e r m o l e c u l e n aan de oppervlakte w o r d e n v a s t g e h o u -den. Zij stelden van een aantal gronden b e v o c h t i g i n g s w a r m t e c u r v e n v a s t en bepaalden t e v e n s de w a t e r h o e v e e l h e i d , welke deze g r o n d e n boven v e r schillende c o n c e n t r a t i e s zwavelzuur opnamen. O v e r e e n s t e m m e n d e v o c h t -w a a r d e n a l s b i j een bevochtiging s -w a r m t e = 0 -w e r d e n v e r k r e g e n boven een z w a v e l z u u r - w a t e r m e n g s e l van 10%, wat o v e r e e n k o m t m e t een r e l a t i e v e vochtigheid van 94,3% b i j 25 C.
Aan de beschouwingen van MITSCHERLICH en RODEWALD w e r d b u i -ten Duitsland in het begin weinig aandacht b e s t e e d . Toch won het inzicht veld, dat de hoeveelheid g e a d s o r b e e r d w a t e r b i j een b e p a a l d e dampspanning
een m a a t m o e s t zijn voor de totale actieve oppervlakte van de beschouwde m a t e r i e .
Behalve het 10% z w a v e l z u u r m e n g s e l dat MITSCHERLICH en zijn m e d e w e r k e r s g e b r u i k t e n , w e r d door ROBINSON (1911) de g e a d s o r b e e r d e h o e -veelheid w a t e r boven 3,3% zwavelzuur b e p a a l d , t e r w i j l ANDERSON en MATTSON (1926) in A m e r i k a 30% zwavelzuur g e b r u i k t e n , hetgeen o v e r e e n -kwam m e t r e l a t i e v e luchtvochtigheden van r e s p e c t i e v e l i j k 99»8% en 74,9%. PURI en a n d e r e n (1925) stelden het gebruik van een 50% z w a v e l z u u r m e n g -sel v o o r .
L a t e r i s in het l a b o r a t o r i u m van het R o t h a m s t e d E x p e r i m e n t a l Station in Engeland gebruik g e m a a k t van een 47% z w a v e l z u u r m e n g s e l om aldus een r e l a t i e v e vochtigheid van 50% t e r e a l i s e r e n .
Het b e z w a a r van het gebruik van zwavelzuur l a g , b e h a l v e h e t l a s t i g h a n t e r e n van deze bijtende vloeistof, v o o r a l in het feit dat door h e t opne-m e n of afstaan van w a t e r aan het object van onderzoek de c o n c e n t r a t i e en de d a a r m e e c o r r e s p o n d e r e n d e dampspanning zich wijzigde. Bij de zich
3
-veelal langzaam instellende evenwichten tussen de dampspanning van het water in grondmonsters en dat van het zwavelzuur-watermengsel moest het zwavelzuur dientengevolge één- of meermalen gedurende de bepaling worden vernieuwd. Door het gebruik van oververzadigde zoutoplo s singen waar onder andere door BEUTEL3PACHER (1954) en DAVIDSON en 3CHO-FIELD (I942) op werd gewezen, kon steeds eenzelfde dampspanning boven de vloeistof gehandhaafd blijven, zolang zich daarin nog onopgeloste zout-kristallen bevonden.
Pas na 1920 kwam men er toe meer aandacht te besteden aan het v e r -band tus sen dampspanning en vochtgehalte van verschillende materialen.
In I925 kwam PURI, die onder andere bij vier temperaturen en drie grondsoorten proeven nam ter bepaling van de hygroscopiciteitscoëfficiënt boven water (niet te verwarren met de hygroscopiciteit van MIT
SCHER-LICH boven zwavelzuur) tot de volgende kritische conclusie:
'One is driven inevitably to the conclusion that the determination of the 'Hygroscopic Coefficient' as defined by earlier workers is not possible in any rigid or quantitative sense'.
Wat de temperatuurinvloed op de vochtadsorptie betreft vermelden PURI en anderen (1925) bij proeven boven zwavelzuur-watermengsels dat bij hoge relatieve vochtigheden de vochtadsorptie in het traject van 20 tot 40 C onafhankelijk is van de temperatuur, doch dat bij lage relatieve vochtigheden bij stijgende temperatuur een afname in de adsorptie valt te constateren.
Dit laatste wordt geïllustreerd door tabel 1, ontleend aan PURI (1949). Tabel 1. Evenwichtsvochtgehalte van een drietal gronden bij lagere
relatieve vochtigheden en twee temperaturen
Relatieve vochtigheid i n 74 49 27 16 4 % Grond I 16° 96° 1,3 -0,7 -0,3 0 , 3 -0,2 -0 , 1 Grond II 16° 96° 3,1 2 , 1 1,4 1,1 0,5 1,1 0,9 0,6 0,5 0 , 3 Grond III n 16° 96° 11,2 8,9 6,7 5,0 2,5 6,7 6,5 4 , 3 3,0 1,1 101/0464/20/3
BAVER en WINTERKORN (1935) c o n s t a t e e r d e n , dat b i j een d a m p s p a n -ning van 30 m m kwik (dat i s 94% r e l a t i e v e vochtigheid b i j 30 C), welke b i j h o g e r e t e m p e r a t u r e n constant w e r d gehouden door de c o n c e n t r a t i e van het zwavelzuur te v e r h o g e n , een t e m p e r a t u u r s t i j g i n g van 30 tot 40 de g e a d s o r b e e r d e w a t e r h o e v e e l h e i d aan v e r s c h i l l e n d e a l u m i n i u m - s i l i c a t e n tot de helft deed afnemen; b i j 80 C was deze hoeveelheid s l e c h t s 10% van die bij 30 Ç.
LIPMAN en SHARP (1911) vonden e c h t e r a l s a l g e m e n e r e g e l , dat g r o n d m e e r w a t e r a d s o r b e e r d e n a a r m a t e de t e m p e r a t u u r h o g e r w a s . Ook WADSWORTH (1944) c o n s t a t e e r d e dat bij een lage r e l a t i e v e vochtigheid m e e r w a t e r w e r d gebonden b i j 32,7 C dan b i j 17,2 C, welk v e r s c h i l e c h -t e r m i n d e r w e r d b i j h o g e r e r e l a -t i e v e voch-tigheden.
M e e r v o o r b e e l d e n van ni et-gelijkluidende r e s u l t a t e n zijn aan te h a l e n die in het a l g e m e e n zijn toe te schrijven aan v e r s c h i l l e n in t o e g e p a s t e t e c h -niek en aan h e t onvolledig in de hand gehad hebben van de v e r e i s t e condi-t i e s becondi-treffende condi-t e m p e r a condi-t u u r en dampspanning.
De samenhang t u s s e n p F , r e l a t i e v e vochtigheid en t e m p e r a t u u r
De r e l a t i e t u s s e n zuig spanning, r e l a t i e v e vochtigheid en t e m p e r a t u u r kan als volgt w o r d e n aangegeven:
h =
- Mi
6l°g ÏM
(1>
w a a r i n h zuig spanning (cm w a t e r k o l o m ) H r e l a t i e v e vochtigheid (%) R u n i v e r s e l e g a s c o n s t a n t e (8,315 x 10 e r g p e r m o l e c u u l p e r g r a a d C e l s i u s ) M m o l e c u l a i r gewicht van w a t e r (18,0 g r a m p e r m o l e c u u l ) 9 absolute t e m p e r a t u u r ( Keivin) g v e r s n e l l i n g van de z w a a r t e k r a c h t (981 c m / s e c )Indien nu de zuigspanning wordt uitgedrukt a l s p F , dat wil zeggen als 10
de l o g a r i t h m e van de zuigspanning in c e n t i m e t e r s w a t e r k o l o m , dan i s :
p F = 1 0l o g (2,3026 | | ) + 1 0l o g (2 - 1 0l o g H) (2)
Substitueren we h i e r i n de bovengenoemde w a a r d e n van R, M en g,
- 5
dan volgt hieruit:
pF = 6,502 + 1 0log (2 - 1 0log H) voor t = 20° C (3)
Dit verband wordt in figuur 1 nader aangegeven (CRONEY e. a. 1952).
Uit deze figuur blijkt, dat het verband tussen H = 10% en H = 75% vrijwel rechtlijnig is en steil verloopt, dat wil zeggen dat een afwijking van een bepaalde relatieve vochtigheid in dat traje.ct een relatief geringe verandering in pF ten gevolge heeft.
Dit geldt dus echter slechts voor het traject tussen p F 6,5 en pF 5,5. Het voor de plant belangrijke traject tussen verwelkingspunt (pF 4,2, r e l a -tieve vochtigheid circa 98,85%) en veldeapaciteit (pF 2,0, rela-tieve voch-tigheid circa 99,99%), omvat dus het asymptotisch tot een horizontale lijn naderende bovenste gedeelte van de curve.
Een zeer geringe verandering in damp spanning (relatieve vochtigheid) zal hier een relatief grote verandering in vochtspanning (pF) geven. Bij hygroscopiciteitsbepalingen in dit traject zullen strenge temperatuurcon-dities moeten gelden.
Teneinde een nauwkeurige aflezing van de pF-waarden bij hoge rela-tieve luchtvochtigheden mogelijk te maken, is figuur 1 getransformeerd tot figuur 2, waarbij de indeling van de ab sei s dezelfde i s gebleven en de ordinaat dubbel logarithmisch is ingedeeld.
De invloed van de temperatuur op de verzadigde damp s panning van water
Het verband tussen de verzadigde dampspanning van water en de tem*! peratuur wordt weergegeven door een kromme (figuur 3); bij een logarith-mische verdeling van de dampspanningsschaal kan bij benadering worden gesteld, dat dit verband tussen 15 en 25 C rechtlijnig i s , zoals figuur 4 aangeeft. Deze lijn voldoet aan de volgende vergelijking:
log P = 0,026 t + 0,72 (4) waarin P = verzadigde dampspanning van water in mm kwik en t = tempe
-ratuur in C.
Is de dampspanning bij t niet verzadigd, maar h e e r s t er een r e l a t i e -ve vochtigheid van H%, dan i s :
y 100 x x
w a a r i n P de dampdruk i s bij t e m p e r a t u u r t en r e l a t i e v e vochtigheid H% en t e v e n s de v e r z a d i g i n g s d a m p d r u k bij een t e m p e r a t u u r t (t < t ).
Daar nu log P = 0,026 t + 0,72, volgt door substitutie van log P uit
y y x
(4) in (5):
t = 38,46 log 7 § r + t
v ' s 400 (6)
Nemen we nu als voorbeeld t = 20 , dan kan t voor v e r s c h i l l e n d e x y r e l a t i e v e vochtigheden H worden b e r e k e n d , z o a l s in tabel 2 s t a a t a a n g e -geven. Tabel 2. p F _ oo 1,80 2,10 2,46 2,62 2,73 2,84 2,92 2,98 3,05 3,09 3,14 3,31 3,44 3,54 3,62 3,68 3,74 3,79 3,84 R e l a t i e v e v o c h t i g h , H ( % ) 100 99,995 99,99 99,98 99,97 99,96 99,95 99,94 99,93 99,92 99,91 99,90 99,85 99,80 99,75 99,70 99,65 99,60 99,55 99,50 t y m C 2 0 , 0 19,999 19,998 49,997 49,995 19,993 19,992 19,990 19,988 19,987 19,985 19,983 19,975 19,967 19,958 19,950 19,94 19,93 19,92 19,92 p F 3,92 3,99 4,04 4,10 4,14 4,18 4,20 4,32 4,45 4,54 4,85 5,03 5,16 5,35 5,49 5,60 5,69 5,85 5,98 Relatieve v o c h t i g h . H ( % ) 99,40 99,30 99,20 99,10 99,00 98,90 98,85 98,50 98,00 97,5 95,00 92,5 90,00 85,00 80,00 75,00 70,00 60,00 50,00 t y O — m C 19,90 19,88 19,87 49,85 19,83 19,82 19,81 19,75 49,66 19,58 19,14 18,70 18,24 17,29 16,27 15,19 14,04 11,47 8,42 i2j^., In figuur 5 i s de t e m p e r a t u u r d a l i n g (t - t ) = At l o g a r i t h m i s c h uitge: x y
tegen de r e l a t i e v e vochtigheid H, w a a r b i j ook de uit formule (3) b e r e k e n d e 101/0464/20/6
7
-pF-waarden staan aangegeven (20 C).
Voor het gevonden rechtlijnig verband geldt:
log At = log (- 1 0log ^ ) + 1,585 of At = 1 0p F"4»9 (7)
Uit de tabel en uit de figuur blijkt, dat bij pF 5,0 bij een temperatuur-daling van 1,2 C onder 20 C condensatie van waterdamp optreedt, doch dat dit bij p F 3,9 en pF 2,0 al bij een daling van 0,1 C, respectievelijk 0,001° C het geval i s .
Hetzelfde rechtlijnige verband geldt ook voor bijvoorbeeld 15 en 25 C met dien verstande dat bij eenzelfde relatieve vochtigheid een an-dere pF-waarde behoort; uit formule (2) valt te berekenen dat voor 15 C geldt:
p F = 6,495 + 10log (2 - 1 0log H) (3a)
en voor 25 C:
p F = 6,509 + 1 0log (2 - 4 0log H) (3b)
De temperatuurverandering, waarbij condensatie optreedt, zal echter niet als criterium voor de te realiseren en te handhaven temperatuurcon-dities kunnen gelden, daar over het gehele traject hiermee een verande-ring van circa 0,44 pF-eenheden gepaard gaat (figuur 5 en blz. 10).
Het is in de eerste plaats van belang de verandering in pF-eenheden per graad temperatuurverandering te kennen, daar enerzijds bij een b e -paalde pF de nog toelaatbaar geachte verandering in pF-eenheden, even-tueel gekoppeld aan de nog aanvaardbare verandering in vochtgehalte van het monster, de vereiste constantheid in temperatuur bepaalt, anderzijds bepaalde voorwaarden inzake p F - en temperatuurveranderingen de
minimum pFwaarde, waarbij nog aan deze voorwaarden wordt voldaan, b e -palen.
De te stellen temperatuur ei sen in afhankelijkheid van de toelaatbare fluctuatie in pF-eenheden
Wordt uitgegaan van de reeds eerder genoemde formule
h =
* M |
ei°s ïSo
(1)dan kein deze ook worden g e s c h r e v e n a l s :
,. _ R 6 e. P /0v
h " " M g ' l 0 g P ( 8 )
w a a r i n P de h e e r s e n d e dampspanning bij een b e p a a l d e t e m p e r a t u u r en P
S
de v e r z a d i g d e dampspannin,-; bij die t e m p e r a t u u r i s .
De v e r a n d e r i n g in zuigspanning m e t de t e m p e r a t u u r w o r d t gevonden door differentiëring:
S a - RO 1 d P _R_ e Re_ J _ ^ s . _R__ e. „ ,Q,
d9 " " Mg ' P ' d9 " Mg i 0 g ^ + Mg ' P * de Mg XOg s V' S
Volgens CRONEY en a n d e r e n dient b i j het onderzoek n a a r de invloed van de t e m p e r a t u u r op de zuigspanning bij t o e p a s s i n g van de v a c u u m e x -s i c c a t o r m -s t h o d e een tweetal invloeden t e worden o n d e r -s c h e i d e n , n a m e l i j k :
a. de invloed van t e m p e r a t u u r v e r s c h i l l e n t u s s e n het m o n s t e r en de vloeistof, die wordt gebruikt om e e n b e p a a l d e dampspanning te r e a l i s e r e n
b . de invloed van t e m p e r a t u u r s c h o m m e l i n g e n , die de gehele a p p a r a t u u r beïnvloeden, doch geen t e m p e r a t u u r g r a d i ë n t t u s s e n m o n -s t e r en vloei-stof opwekken,
Deze l a a t s t e invloed i s te v e r w a a r l o z e n k l e i n : t u s s e n p F 4,0 en p F 6,8 i s de v e r a n d e r i n g in zuigspanning s l e c h t s 0,002 p F - e e n h e d e n p e r g r a a d t e m p e r a t u u r v e r a n d e r i n g .
YiTat de e e r s t g e n o e m d e t e m p e r a t u u r i n v l o e d b e t r e f t , k a n w o r d e n g e s t e l d dat de h e e r s e n d e dampspanning (P) van h e t w a t e r i n het m o n s t e r n i e t v e r -a n d e r t , doch s t e e d s gelijk blijft -a-an de d-ampsp-anning v-an de vloeistof, w a a r v a n het volume dat van het m o n s t e r vele m a l e n o v e r t r e f t .
Een v e r a n d e r i n g in de t e m p e r a t u u r 6 van het m o n s t e r m e t de g a a t g e p a a r d m e t een vochtuitwisseling t u s s e n m o n s t e r en vloeistof, w a a r b i j d P = 0.
Uit formule (9) volgt dan:
d P
dh _ R /e, „ e , „ \ , R6 1 s /. A\
5 ê - = - M - ( i o g P - i ° g P
s) + ï ^ - . p - ' - d T (
10)
S
Uit formule (8) en (10) kan nu worden afgeleid: d P
Q, _ ä + M . -i- Ë. /* \ )
de e M g ' P ' de K '
S
6
Uit 1 0l o g h = ^ 3 ^ 3 volgt dat
9 -,10 d log h 1 dh ~ 2,303 h dus : ,10 dh = 2,303 h d log h = 2,303 h d(pF) Invullen van (12) in (11) geeft:
d(pF) i + Re d P _ £ 1 de " 2,3039 ' Mg • 2,303 P * de ' h S of d(pF) _ 1 1 de " 2 , 3 0 3 e " n ( n p e H * 2,303 Ps log jfö d P (12) (13) (14)
(zie ook CRONEY e . a . , 1952).
In t a b e l 3 i s de w a a r d e van - T•• ' n a d e r uitgewerkt v o o r v e r s c h i l l e n d e t e m p e r a t u r e n en r e l a t i e v e vochtigheden; de betreffende c i j f e r s hebben b e -trekking op r e s p e c t i e v e l i j k de e e r s t e en tweede t e r m van h e t tweede lid van formule (13) en (14). Tabel 3 .
t(°C)
vochtigheid R e l a t i e v e Hde
PF 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40 0 20 40 1 1 1 10 10 10 50 50 50 90 90 90 99 99 99 0,00159 + 0,00686 0,00148 + 0,00584 0,00139 + 0,00504 0,00159 +0,01372 0,00148 + 0,01168 0,00139 + 0,01007 0,00159 + 0,04560 0,00148 + 0,03882 0,00139 + 0,03348 0,00159 + 0,30095 0,00148 + 0,25619 0,00139 + 0,22095 0,00159 + 3,16000 0,00148 + 2,69000 0,00139 + 2,32000 6,80 6,50 5,98 5,16 4,14 101/0464/20/910 Uit d e z e c i j f e r s b l i j k t d a t v o o r r e l a t i e v e v o c h t i g h e d e n b o v e n H = 10 de e e r s t e t e r m v a n h e t t w e e d e l i d i n de f o r m u l e s (13) e n (14) v e r w a a r -l o o s b a a r k -l e i n i s t e n o p z i c h t e v a n de t w e e d e t e r m v a n h e t t w e e d e -l i d . V o o r f o r m u l e (13) m a g d u s w o r d e n g e s c h r e v e n : d P d ( p F ) _ R e . 1 s i d9 Mg ' 2 , 3 0 3 P * d e * h S Nu i s d P 10. d(pF) 10, ,R6 1 sx _ log - de ^ = l Qg <%£ • 2,303 P * — > - Pdo F (15) (16)
Voor v e r s c h i l l e n d e t e m p e r a t u r e n kunnen nu de volgende v e r g e l i j k i n -gen worden opgesteld:
t = 10° C log ^P- = 4,588 - pF t = 1 5 " C t = 2 0 " C t = 2 5 " C t = 3 0 " C Het v e r b a n d t u s s e n log de log m i = 4,579 - pF de log ^ff1 = 4,570 - p F g de = 4,560 - p F lQ
g
^f- =
4'
5 5 1" P
F d(pF) de en p F voor 20 C i s u i t g e z e t in figuur 6. In o n d e r s t a a n d e t a b e l 4 s t a a n de m i n i m u m p F w a a r d e n v e r m e l d , w a a r -b i j de dampspannings-bepaling onder gegeven v o o r w a a r d e n ten aanzien van de t o e l a a t b a r e p F - s c h o m m e l i n g (d(pF)) en de v e r a n d e r i n g in t e m p e r a t u u r (de) van het m o n s t e r ten opzichte van de t e m p e r a t u u r van de vloeistof m a g w o r d e n t o e g e p a s t ( t e m p e r a t u u r 20 C).Tabel 4. Minimum p F - w a a r den bij 20 C, w a a r b i j de t o e l a a t b a r e p F - f l u c t u a t i e niet w o r d t o v e r s c h r e d e n d ( p F ) ^ -0,1 0,05 0,01
de
0,01° c 3,57 3,87 4,57 0,005° C 3,27 3,57 4,27 0,002° C 2,87 3,17 3,87 0,001° C 2,57 2,87 3,5711
-De verandering van het vochtgehalte van het monster in afhankelijkheid van de verandering van de dampspanning
Het verband tussen dampspanning (relatieve vochtigheid) en vochtge-halte van verschillende grondsoorten werd nagegaan door THOMAS (1921,
1924) en PURI e. a. (1925).
In figuur 7 geven PURI e. a. dit nader aan. Voor de lichtere gronden geeft bij relatieve vochtigheden beneden 80% een verandering in relatieve vochtigheid slechts een relatief zeer geringe verandering in vochtgehalte te zien, bij zwaardere gronden neemt deze verandering echter toe. Uit het bovenste gedeelte van de curven blijkt duidelijk dat de oude Ameri-kaanse methode, waarbij het materiaal in een door waterdamp geheel of nagenoeg verzadigde atmosfeer werd gebracht aan vrijwel niet te r e a l i
-seren voorwaarden wat de constantheid van die verzadigingsdampspanning (i. c. temperatuur) moet voldoen.
Een uiterst geringe verandering van de vlak bij verzadiging liggende relatieve vochtigheid heeft een belangrijke verandering in vochtgehalte van het monster ten gevolge.
De toelaatbare fluctuatie in relatieve vochtigheid (pF) kan worden ge-baseerd op de al of niet toelaatbare schommeling in vochtgehalte van het monster.
Wanneer in figuur 8, waarin de pF-curven van drie grondsoorten zijn getekend de lijnsecties tussen p F 2 en 3, 3 en 4, 4 en 5, en 5 en 6 als
rechtlijnig worden beschouwd, kan uit de helling van de lijn de verande-ring in vochtgehalte in volumeprocenten (Av) met de verandeverande-ring in pF (ApF) worden berekend.
Voor een verandering van 0,05 pFeenheden staan in tabel 5 de v e r -anderingen in volumeprocenten vocht voor de drie grondsoorten vermeld. Tabel 5. Verandering in volumeprocenten vocht van een grondmonster
bij een verandering van 0,05 pF-eenheden ~"~~"—-^jrondsoort T r a j e c t -—^^^ p F 2 - 3 p F 3 - 4 p F 4 - 5 p F 5 - 6 Duinzand 0,25 0,13 0,08 0,03 Zavel 0,65 0,50 0,30 0,15 Komklei 0,30 0,45 0,65 0,75 101/0464/20/11
12
-Wordt een v e r a n d e r i n g in v o l u m e p r o c e n t e n vocht van 0,75 vol, % nog a a n v a a r d b a a r geacht, dan kan, doordat de huidige techniek het mogelijk m a a k t t h e r m o s t a t i s c h g e r e g e l d e w a t e r b a d e n tot op 0,001 C constant te houden, uit tabel 4 worden afgeleid dat een damp spanningsbepaling aan de v e r e i s t e v o o r w a a r d e n zal voldoen bij p F ç 2,9.
Het i n s t e l l e n en handhaven van dampspanningen
Voor het r e a l i s e r e n van een bepaalde dampspanning wordt v e e l a l g e -b r u i k g e m a a k t van:
a. een m e n g s e l van zwavelzuur of g l y c e r i n e m e t w a t e r b . een n i e t - v e r z a d i g d e oplossing van een v a s t e stof in w a t e r c. een v e r z a d i g d e oplossing van een v a s t e stof in w a t e r
ad a. Het v e r b a n d t u s s e n de c o n c e n t r a t i e van een zwavelzuur r e s p e c t i e -velijk g l y c e r i n e - w a t e r m e n g s e l en de r e l a t i e v e vochtigheid wordt w e e r g e g e v e n in figuur 9, w a a r v o o r de gegevens zijn ontleend aan
' C o m m e n t a a r op de N e d e r l a n d s c h e P h a r m a c o p é e ' (SCHOORL, 1957). Het v o o r d e e l van het gebruik van deze m e n g s e l s i s , dat de d a m p
-druk s l e c h t s weinig afhankelijk i s van de t e m p e r a t u u r en dat i e d e r e w i l l e k e u r i g e w a t e r d a m p d r u k e r m e e kan w o r d e n i n g e s t e l d . Zoals r e e d s w e r d o p g e m e r k t , m o e t om de i n g e s t e l d e dampdruk te h a n d h a -ven een relatief g r o t e hoeveelheid van het m e n g s e l ten opzichte van het object, w a a r v a n men het evenwichtsvochtgehalte wil weten, w o r -den g e b r u i k t , teneinde c o n c e n t r a t i e v e r a n d e r i n g e n door w a t e r opnam e of -afgifte en de d a a r m e e g e p a a r d gaande d a m p d r u k v e r a n d e r i n g e n zoveel mogelijk tegen te gaan,
Daar deze v e r a n d e r i n g v o o r a l aan de oppervlakte o p t r e e d t , z a l zo nu en dan moeten worden g e r o e r d en zal zo nodig bij een lange e v e n -w i c h t s i n s t e l t i j d het m e n g s e l moeten -worden vernieu-wd.
Een v e r a n d e r i n g in c o n c e n t r a t i e van het zwavelzuur (glycerine) -w a t e r m e n g s e l zal in het gedeelte van de c u r v e , -w a a r de helling h e t g r o o t s t i s , ook de g r o o t s t e v e r a n d e r i n g in r e l a t i e v e vochtigheid v e r -o -o r z a k e n . Uit de v -o r m van de c u r v e n blijkt, dat v-o-or een z-o g-oed
mogelijk handhaven van h o g e r e r e l a t i e v e vochtigheden een g l y c e r i n e -w a t e r m e n g s e l de v o o r k e u r v e r d i e n t .
Teneinde een n a u w k e u r i g e r aflezing in het t r a j e c t van de hoge r e l a
13
tieve vochtigheden mogelijk te maken, is in de figuren 10 en 11 de ordinaat weer dubbel logarithmisch ingedeeld, waarbij tevens het verband tussen gewichtsprocenten zwavelzuur in een zwavelzuur-watermengsel en van glycerine in een glycerine-zwavelzuur-watermengsel met de respectievelijke bijbehorende soortelijke gewichten is aangege-ven. Het gehalte van de mengsels is te controleren door bepaling
van het soortelijk gewicht, door titratie (zwavelzuur-watermengsels) en door bepaling van de brekingsindex met een refractometer (gly-cerine-watermengsels).
ad b . Om dezelfde reden als hierboven genoemd zal om een concentratie-verloop van de oplossing tegen te gaan, de hoeveelheid oplossing ten opzichte van de m a s s a van het monster groot dienen te zijn. In tabel 6 staat de samenhang tussen de molaliteit van een NaCl-op-lossing en de daarmee corresponderende relatieve vochtigheid en zuig spanning (cm water en pF) vermeld.
ad c. Indien in een verzadigde oplossing van bijvoorbeeld een zout steeds een deel als vaste stof en een deel als vloeistof aanwezig i s , zal bij wateropname of -afgifte de concentratie zich door het in oplossing gaan van de vaste stof of door overgang van de vloeibare naar de vaste fase automatisch handhaven. Dit is een voordeel ten opzichte van zwavelzuur- of glycerine-watermengsel s of van molaire zout-oplo s singen.
Een nadeel ten opzichte van deze beide is echter, dat de dampdruk van verzadigde zoutoplossingen meer afhankelijk is van de tempera-tuur, omdat de oplosbaarheid van het zout daarmede samenhangt. In het algemeen zal de concentratie van de verzadigde oplossing groter worden naarmate de temperatuur stijgt, waarmede een daling van de overeenkomstige dampdruk optreedt.
De dampspanning van een verzadigde oplossing zal des te hoger zijn naarmate de oplosbaarheid van de opgeloste stof kleiner i s ; tevens is de dampspanning hoger naarmate het moleculair gewicht groter i s : de dampspanning van het zeer goed oplosbare saccharose is b e -trekkelijk hoog (85%), omdat het moleculair gewicht groot is (342).
1 4
-*
Tabel 6. Verband t u s s e n m o l a l i t e i t NaCl, r e l a t i e v e vochtigheid,
m 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 pF en H 99,9665 99,9329 99,8994 99,8658 99,8323 99,7988 99,7652 99,7317 99,6981 99,6646 99,5003 99,3360 99,1725 99,0090 98,8455 98,6820 98,5185 98,3550 98,1900 98,0250 97,8585 97,6920 97,5255 97,3590 97,1910 97,0230 96,8545 96,686 96,517 96,348 zuig spanning in c m H?0 pF 2,67 2,97 3,15 3,27 3,37 3,45 3,51 3,57 3,63 3,67 3,85 3,97 4,07 4,14 4,21 4,27 4,32 4,36 4,41 4,45 4,48 4,52 4,55 4,57 4,60 4,63 4,65 4,68 4,70 4,72 c m H-O 465 934 1 400 1 880 2 360 2 830 3 270 3 760 4 220 4 720 7 050 9 360 11 700 14 000 16 300 18 600 21 000 23 100 25 600 28 000 30 400 32 800 35 200 37 500 40 000 42 400 44 900 47 600 49 800 52 200 m 1,15 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 3,60 3,80 4,00 4,20 4,40 4,60 4,80 5,00 5,20 5,40 5,60 5,80 6,00 H 96,179 96,010 95,665 95,320 94,965 94,610 94,250 93,890 93,525 93,160 92,42 91,66 90,89 90,11 89,32 88,51 87,69 86,86 86,00 85,15 84,28 83,39 82,50 81,60 80,68 79,76 78,83 77,88 76,93 75,98 t = pF 4,74 4,76 4,79 4,83 4,86 4,89 4,92 4,95 4,97 5,00 5,04 5,09 5,13 5,16 5,20 5,23 5,27 5,30 5,33 5,35 5,38 5,41 5,43 5,46 5,48 5,50 5,52 5,55 5,57 5,59 25" C c m H20 54 800 57 100 62 200 67 300 72 500 77 800 83 100 88 500 93 900 99 400 110 600 122 200 134 000 146 200 158 500 171 300 184 400 197 700 211 600 225 500 240 100 254 900 270 000 285 400 301 300 317 400 333 800 350 800 368 000 385 500
H ontleend aan Robinson and Stokes, 1955 - E l e c t r o l y t e Solutions 10 10 p F b e r e k e n d uit de f o r m u l e : p F = 6,5094 + log (2 - log H)
c m HJD b e r e k e n d uit p F = log c m HLO
Een gehele r e e k s dampspanningen i s m e t v e r z a d i g d e zoutoplossingen (of m e t v a s t e zouthydraten) te verwezenlijken. De gegevens in t a b e l 7 zijn ontleend aan LANGE, Handbook of C h e m i s t r y , 9e druk, 1956, pag. 1420 en volgende»
* Onder m o l a l i t e i t wordt v e r s t a a n het aantal g r a m m o l e c u l e n p e r 100 g r a m oplosmiddel. Voor verdunde w a t e r i g e oplossingen i s de m o l a l i t e i t v r i j -wel gelijk aan de m o l a r i t e i t , w a a r o n d e r het aantal g r a m m o l e c u l e n p e r l i t e r oplossing wordt v e r s t a a n . In tegenstelling tot de m o l a r i t e i t i s de m o l a l i t e i t onafhankelijk van de t e m p e r a t u u r .
- 15
Tabel 7. Relatieve vochtigheid van v e r z a d i g d e zoutoplo s singen bij t e m p e r a t u r e n t u s s e n 15 C en 30 C Zout t ° C vochtigheid % R e l a t i e v e ZnCl , LiCir CaCl_, CaCl_, MgCf-,
CaCl£
C a C l?, KNO"1 KCNS C a ( N O , L , Mg(NCgfl, N a7C r?Ö l ,MgtNöl)-
7,
Ca(NO-%% N a B r , L NaBr, N a B r , NaNO-NH X f + KNC N H X l + KNC N H X l + KNC NaCl NaCl NaCl NaCl N H X l N H X l N H X l ( N I ? ) SO N H ^ S O * ( N H f e o * KHSÖ* * B a C l T ZnSCT,, KNO * Na?St> , C a S 04, I£H O H^O 6 H , 0 6 H , 0 6 H , 0 6 H , 0 6 H2 °
4H O 6H^O 2 H , 0 6 H , 0 4H^O 2 H , 0 2H^O 2 H2 °
\ 3 2H O 7 H2 °
10H O 5 H2 °
20 20 24,5 20 25 18,5 10 20 20 24,5 24,5 20 25 18,5 25 20,3 20 20 30 25 20 30 25 20,7 15,5 20 25 30 20 25 30 20 24,5 20 25 20 20 10 15 31 32,3 33 35 38 45 47 51 52 52 52,9 56 57,7 57,9 66 66 68,6 71,2 72,6 74,9 75,3 75,7 76,0 79,2 79,3 79,5 81 81,1 81,1 86 88 90 92,5 93 98Zoutoplo s sing en m e t een r e l a t i e v e vochtigheid van 98% of m e e r (pF < 4,5) staan v e r m e l d in t a b e l 8.
16 T a b e l 8. V e r z a d i g d e z o u t o p l o s s i n g e n m e t e e n h o g e r e l a t i e v e v o c h t i g -h e i d ( v o l g e n s O ' B R I E N , 1948) K2S 04 P b ( N 03)2 N a2C 03, 1 0 H2O C a H P O . , 2 H _ 0 4 2 2 4 K C 1 03 T1C1 T 1 N 03 T e m 10 * * 9 8 , 7 ^ 9 8 , 2 ^ 99,0 99,0 15 lOOf 9 9 , 5 9 9 , 4 p e r a t u u r ( C) 20 9 9 , 4 ^ 9 7 , i S . 98,0 25 100 98,0 1 0 0 , 1 99,7 1 0 0 , 3 98,7 H e t a a n t a l z o u t e n , d a t a l s v e r z a d i g d e o p l o s s i n g e e n d j u n p s p a n n i n g h e e f t , w e l k e o v e r e e n k o m t m e t d i e v a n w a t e r , d a t d u s d a n i g i n d e g r o n d i s g e b o n d e n , d a t h e t v o o r de p l a n t b e s c h i k b a a r i s , n a m e l i j k m e t e e n l a -g e r e z u i -g s p a n n i n -g d a n p F 4,2 (= h o -g e r e r e l a t i e v e v o c h t i -g h e i d d a n 9 8 , 8 5 % ) , i s d u s z e e r g e r i n g ; d a a r b i j k o m t , d a t h e t g e b r u i k v a n l o o d n i t r a a t e n t h a l -l i u m c h -l o r i d e e n - n i t r a a t v o o r de b e p a -l i n g v a n d a m p s p a n n i n g s e v e n w i c h t e n v a n w e g e h u n g i f t i g h e i d m i n d e r r a a d z a a m i s . E e n d a m p s p a n n i n g , d i e n a g e n o e g o v e r e e n k o m t m e t d i e v a n w a t e r i n de g r o n d b i j h e t v e r w e l k i n g s p u n t k a n w o r d e n b e r e i k t m e t e e n v e r z a d i g d e o p l o s s i n g v a n b a r i u m n i t r a a t ( D A V I D S O N S C H O F I E L D , 1942) of v a n a m -m o n i u -m o x a l a a t ( J A N S E , 1959) b i j 2 0 ° C . V o o r d e b e p a l i n g v a n d a m p s p a n n i n g s e v e n w i c h t e n i n r u i m t e n , w a a r i n h e t n i e t m o g e l i j k i s de t e m p e r a t u u r b i n n e n z e e r s t r e n g e n o r m e n c o n s t a n t t e h o u d e n , k o m e n v o o r a l d i e z o u t e n i n a a n m e r k i n g , w a a r v a n d e o p l o s b a a r -h e i d w e i n i g a f -h a n k e l i j k i s v a n d e t e m p e r a t u u r . In t a b e l 9 w o r d t v a n e n i g e v a n d e z e v e r z a d i g d e o p l o s s i n g e n h e t v e r -l o o p v a n d e r e -l a t i e v e v o c h t i g h e i d i n h e t t r a j e c t 1 0 - 3 0 C a a n g e g e v e n . * V o o r v e r k l a r i n g v a n f en g z i e o n d e r t a b e l 9. 101/0464/20/16
17
Tabel 9. Verzadigde zoutoplo s singen m e t een vrijwel constante r e l a -tieve vochtigheid in het t e m p e r a t u u r t r a j e c t 15 tot 30 C
Verzadigde oplossing KNO3 N H4H2P 04 C1 2H2 2 ° 1 1 K C l ( N H4)2S 04 N H X 1 NaCl M g N 03, 6 H20 MgCl2, 6 H20 Relatieve vochtigheid 1 0 ° 95 96,7 95,1 85 88,0 87,4 79,4 79,2 74 76,3 76,9 76 5 3 31 1 5 ° 95 96,2 85 86,7 79 80 80,0 74 77,5 76 75,9 ;i5,5óC) 53 31 f 2 0 ° 95 93,0 94,2 93,1 85 86 86,5 86,3 85,0 (20,2°C) 81 79 81,7 79 79,5 79,2 80,0 74 78,3 76,5 75,8 75 75,7 :20,7°C) 53 56 ;i8,5°C) 32 34,0 33,1 in p r o c e n t e n 2 5 ° 95 92,5 93,0 95,0 91,0 92,48 93,0 85 85 84,5 89,0 86,0 84,26 81,1 80 83,0 79 79,3 79,3 77,0 79,0 75 75,3 76,5 75,5 75,0 75 1 75,28 52 52,9 52,86 32 33 33,0 33,00 3 0 ° 94 91,5 92,5 92,9 85 85 84,6 84,5 84,5 (30,3°C) 81,1 80 81,0 79 77,5 79,5 78,2 75 74,9 75,9 75,5 75,1 75 74,9 (30,2°C) 52 33 31,7 B r o n -v e r m e l d i n g e b f g h j c - d a - h a f \ g h # 1 j b - c - d a £ a c b - d f h a b f g h e • # 1 J e d b
i
e b f g j 101/0464/20/1718
a C o m m e n t a a r op de Nederlandsche P h a r m a c o p é e 5e ed. deel I, 1927, pagina 31
b Handbook of C h e m i s t r y 9e ed. 1956, pagina 1420 - LANGE e. a. c Handbook of C h e m i s t r y and P h y s i c s , 1954, pagina 2310
-HODGMAN e. a.
d International C r i t i c a l T a b l e s 1927 - I, pagina 67
e Smithonian M e t e r e o l o g i c a l Tables 6e ed. 1951, pagina 380
f Handbuch b i o l o g i s c h e r A r b e i t s m e t h o d e n Bd. 10, 1933 - JANISCH g Monograph B - 9 8 6 , The Bell Telephone System
h P h a r m a c e u t i s c h Weekblad n r . 7 6 , 1939 - SCHOORL
i I n d u s t r i a l and Engineering C h e m i s t r y Vol. 4 1 , 1949 - CARR and HARRIS
j I n d u s t r i a l and Engineering C h e m i s t r y Vol*41, 1949 - STOKES and ROBINSON
Het Handbook of C h e m i s t r y heeft zijn gegevens v o o r n a m e l i j k ontleend aan de onder d, i en j genoemde publikaties, t e r w i j l Smithonian M e t e o r o l o -g i c a l Tables onder a n d e r e te r a d e i s -ge-gaan bij het u i t -g e b r e i d e o v e r z i c h t van O'BRIEN.
Uit deze t a b e l blijkt, dat de uitkomsten van v e r s c h i l l e n d e o n d e r z o e -k e r s vaa-k niet gelij-k zijn. De oorzaa-k h i e r v a n -kan zijn, dat een nauw-keu-
nauwkeurig i n s t e l l e n en handhaven van de gewenste r e l a t i e v e vochtigheid en t e m p e -r a t u u -r niet eenvoudig i s en/of dat het exact m e t e n v a n luchtvochtigheid en t e m p e r a t u u r moeilijkheden heeft opgeleverd.
Methodiek voor de bepaling van het vochtgehalte b i j een b e p a a l d e damp spanning
a. De s t a t i s c h e methode (of e x s i c c a t o r m e t h o d e )
Hierbij wordt in een e x s i c c a t o r het m o n s t e r onder een b e p a a l d e d a m p spanning g e b r a c h t , welke wordt b e w e r k s t e l l i g d door een z w a v e l z u u r w a t e r m e n g s e l (BEUTELSPACHER, 1954; LEHANE en S T A P L E , 1951; M I T -SCHERLICH, 1939; PURI e. a . , 1925) of door een v e r z a d i g d e zoutoplossing (BEUTELSPACHER, 1954 en DAVIDSON-SCHOFIELD, 1942).
De m o n s t e r s w o r d e n elke dag of om de a n d e r e dag gewogen en wel zolang tot geen g e w i c h t s v e r m e e r d e r i n g of - v e r m i n d e r i n g m e e r o p t r e e d t .
19
-Deze even-wichtsinstelling zal sneller gaan, naarmate de begin-dampspan-ning van het vocht in het monster dichter bij ligt bij de aangelegde damp-spanning.
De evenwichtsinstelling tussen een grond en zijn omgeving verloopt sneller als men de lucht tussen deze beide wegzuigt. Zowel PURI e, a. als MITSCHERLICH en LEHANE en STAPLE evacueren dan ook de exsiccato-ren; de eersten geven echter een tijdsduur van 3 à 5 dagen, de laatsten van 14 dagen aan voordat het evenwicht wordt bereikt.
De exsiccatoren worden door deze onderzoekers opgesteld in een don-kere kelderruimte, waarin de temperatuurfluctuati.es zo gering mogelijk
zijn.
Een moeilijk punt is de overbrenging van het monster naar de balans, welke zo mogelijk in dezelfde ruimte moet staan om gewicht s toename of
-afname van het monster door temperatuur- en vochtigheidsverschillen te vermijden.
Dit probleem kan worden omzeild door het monster in een Erlen-meijer of glazen cylinder aan een veerbalans te hangen (CRONEY e. a.,
1952).
In een laboratoriumruimte, waar zo gering mogelijke schommelingen in temperatuur en luchtvochtigheid optreden, i s het mogelijk in een dunne laag uitgespreide monsters in evenwicht te laten komen met de atmosfe-rische luchtvochtigheid.
De monsters worden vooraf bevochtigd, zodat er een uitdrogingspro-ces plaatsvindt. Temperatuur en luchtvochtigheid worden continu geregi-streerd door middel van een the rmohyg rog raaf, terwijl eenmaal per dag een nauwkeurige luchtvochtigheidsbepaling wordt verricht met een psy-chrometer. Door weging wordt nagegaan of de monsters het vocht even-wicht hebben bereikt.
Op deze wijze wordt in het laboratorium van het Instituut voor Bodem-vruchtbaarheid te Groningen en van het Instituut voor Cultuurtechniek en Waterhuishouding te Wageningen een punt van de pF-curve bepaald, waar-van de pF-waarde in het algemeen varieert waar-van 5,8 tot 6,1 (relatieve voch-tigheid 60 tot 40%).
20
-b . De dynamische of luchtstroommethode
Een luchtstroom wordt geleid over zwavelzuur of een zoutoplossing van bekende concentratie, waarna ze door buisjes gevuld met grond
(THOMAS, I92I, 1924) wordt geblazen. Door weging en bepaling van het drooggewicht kan de hoeveelheid geadsorbeerd water aan het monster worden bepaald.
Ook kan het volume van de doorstromende lucht, waarvan tempera-tuur en vochtigheid bekend zijn, worden bepaald en kan deze lucht, na over het monster te zijn gestreken, worden opgevangen in een buisje met een absorberende materie (bijvoorbeeld P-O,.), dat voor en na de proef wordt gewogen. Uit de gaswetten kan dan de hoeveelheid geadsorbeerd of afgestaan water van het monster worden berekend (ALEXANDER-HARING, 1936).
De statische methode is minder bewerkelijk dan de dynamische m e -thode, terwijl bij de eerste methode met kleinere monsters en gemakke-lijker met een groot aantal monsters tegelijk kan worden gewerkt.
Beide methoden geven overeenkomstige uitkomsten (PURI e. a. , 1925; THOMAS, 1921, 1924) (figuur 7).
De bepaling van de heersende dampspanning van het bodemvocht
In principe kunnen hiervoor de bovengenoemde methoden a en b wor-den gebruikt. Door een grondmonster in aanraking te brengen met een reeks media met bekende dampspanning kan uit de gewichtstoename of -afname van het monster de dampspanning bij gewichtsverandering = 0 worden bepaald.
BARGER (1904) heeft een methodiek ontwikkeld om de concentratie van plantensappen te bepalen. Daartoe vulde hij capillair buisjes met achtereenvolgens een druppel sucrose-oplossing van een bepaalde con-centratie en een druppel van het te onderzoeken sap en wel zodanig dat de volgorde in het capillair werd: sap-lucht-sucrose enz; het capillair werd daarna dichtge smolten. Door middel van een binoculair microscoop en een micrometer werd de lengteverandering van de druppel sap g e m e -ten; bij een lengteverandering = 0 is de concentratie van het sap isotonisch met de concentratie van de betreffende sucrosedruppel.
21
De lucht tussen de druppels in het capillair fungeert als s e m i p e r meabel membraan voor de diffusie van waterdamp, waarbij geen w a t e r -verplaatsing langs de wand van het capillair mag optreden. Deze laatste eis maakt deze methode moeilijk hanteerbaar.
In 1930 plaatsten URSPRUNG en BLUM çapillairen, welke aan één zijde open waren, onder het dekglas van een vochtdoosje, waarin zich het te onderzoeken sap bevond. In de capillairen kon een
standaardoplos-sing van bekende sterkte worden aangebracht; verdere meting geschiedde als door BARGER.
In het voormalige Landbouwproefstation te Groningen i s deze metho-de wel toegepast om metho-de dampspanning van het water in grondmonsters te bepalen. Vooral de tijd, die het preparatieve werk voor de uitvoering van deze bepaling in beslag nam, is er echter oorzaak van geweest, dat de methode URSPRUNG-BLUM niet in aanmerking i s gekomen voor toepas-sing op m e e r uitgebreide schaal (PEERLKAMP, 1959).
In het laboratorium van het Rothamsted Experimental Station werd in 1942 door DAVIDSON en SCHOFIELD een damp spanningsbepaling (voor damp spanning en in de buurt van verzadiging) ontwikkeld met behulp van tabaksblikjes (10,8 cm doorsnede, 2,5 cm hoogte), welke door middel van een deksel luchtdicht konden worden afgesloten. Onder de deksel werden watten aangebracht, gedrenkt in een keukenzoutoplossing van b e -kende sterkte.
Van een blikje met watten (zonder grond) en een blikje grond (zonder watten) werd het gewicht bepaald. Na verwisseling van de deksels werden de blikjes nogmaals gewogen en gedurende 24 uur in een ruimte met v r i j -wel constante temperatuur (17 C) geplaatst. Hierna werden de blikjes gewogen, de deksels werden weer verwisseld, zodat de begintoestand weer ontstond en tenslotte werd nog eens gewogen* Indien geen verdam-ping is opgetreden bij het snel verwisselen van de deksels, dan moet de gewichtstoename van het ene blikje gelijk zijn aan de gewichtsafname van het andere blikje. De in de praktijk gevonden fout van + 10 mgr v e r
-schil kon door middelen worden geëlimineerd. Door in deze opzet de con-centraties van de zoutoplossing zo te kiezen, dat van het grondmonster zowel de t o e - als afname in gewicht kon worden bepaald, kon ook hier, daar de tijdsduur (24 uur) en de afstand tussen grond en watten (1,5 cm) steeds gelijk waren, worden geïnterpoleerd naar gewichtsverandering = 0.
22
-De met de 'tabaksblikjesmethode' in Rothamsted verkregen uitkom-sten gaven voor een pF = 3 (relatieve dampdruk 99,9% bij 25 C) een goe-de overeenkomst met goe-de vochtcijfers verkregen met een afzuigwaargoe-de van 1 atmosfeer. Voor hogere pF-waarden was er een goede overeenkomst tussen de tabaksblikmethode en de bepaling door meting van de vriespunts-daling.
Bij een herhaling van deze proef een aantal jaren later konden deze gunstige resultaten niet worden bevestigd (MONTEITH, 1958), zodat de waarde van deze methode nog problematisch i s .
Het hvsteresiseffect
Onder hysteresis wordt verstaan het verschijnsel dat een poreus m e -dium, waarin het water in evenwicht is met eenbepaalde zuigspanning of dampspanning, een lager vochtgehalte heeft, wanneer het medium de evenwichtstoestand bereikt tijdens het adsorptieproces (droog » nat) dan t i j dens het desorptieproces (nat » droog). Het hysteresis effect treedt s t e r -ker op bij slib- en humusrijke gronden dan bij lichtere gronden.
Zowel THOMAS als PURI (zie figuur 12) konden bij de door hen g e -bruikte dampspanningsmethodieken bij kleigronden een hysteresis effect
aantonen.
Uiterst doelmatig kan de hysteresis worden bepaald door twee of meerdere monsters in dezelfde ruimten boven een zoutoplossing of een zwavelzuur- of glycerine-watermengsel van bepaalde concentratie te han-gen, waarbij het ene monster het evenwichtsvochtgehalte vanaf de droge kant en het andere dit vanaf de natte kant nadert.
Vooral indien de aanvang s vochtgehalten van de monsters zo worden gekozen dat het ene monster ongeveer evenveel water opneemt als het andere afstaat, heeft deze methode het voordeel dat de concentratie van de oplossing of van het mengsel nagenoeg dezelfde blijft.
In figuur 13 is aangegeven hoe groot het hysteresiseffect van een loss-grond bij p F 5,0 i s . Wel wordt door de zoutoplossing (Na^SO^, 10H2O) aanzienlijk meer water van het natte monster opgenomen dan aan het d r o -ge monster wordt af-gestaan, doch aan-gezien het hier een verzadigde op« lossing betreft, waarin zowel de vaste als de vloeibare fase zijn vertegen-woordigd, heeft dit geen invloed op de concentratie ervan.
23
Door h e t beginvochtgehalte van b e i d e m o n s t e r s dicht bij de eind-w a a r d e te k i e z e n , z a l de insteltijd kunnen eind-worden v e r k o r t .
De invloed van colloïden en kationen op de w a t e r a d s o r p t i e van gronden
Hoewel ROBINSON (1922) c o n c l u d e e r d e , dat de a d s o r p t i e van w a t e r aan een g r o o t aantal bodemcolloïden boven zwavelzuur van 3,3% ( r e l a -tieve vochtigheid 99,8%) voor bijna alle colloïden gelijk w a s , toonden ANDERSON en MATTSON in 1926 aan, dat de g e a d s o r b e e r d e hoeveelheid b i j l a g e r e r e l a t i e v e vochtigheden (74,9%) s t e r k afhankelijk w a s van de
a a r d van het colloid. BAVER (1956) toonde l a t e r ook aan, dat de m o n t m o - ' rillonietcolloïden een g r o t e r e a d s o r p t i e a c t i v i t e i t vertoonden dan de l a t e -rietcolloïden, t e r w i j l o r g a n i s c h e colloïden een z e e r g r o t e activiteit b l e k e n te b e z i t t e n .
Dat een t o e n a m e van het kleigehalte de hoeveelheid g e a d s o r b e e r d w a -t e r bij eenzelfde dampspanning deed s-tijgen, kon door THOMAS, PURI e« a. en BAVER w o r d e n aangetoond, w a a r b i j de e e r s t e e c h t e r s l e c h t s een g e r i n g e invloed van h e t o r g a n i s c h e stofgehalte op de helling van de dampspanning-vochtgehalte c u r v e c o n s t a t e e r d e .
Een b e p a a l d e hypothese voor de a d s o r p t i e i s b e s c h r e v e n door "V7AD3WORTH (1944). Hij o n d e r s c h e i d d e de zogenaamde c h e m o a d s o r p t i e , w a a r -b i j het w a t e r onder a n d e r e r / o r d t ge-bonden door o p p e r v l a k t e - a d s o r p t i e ,
door h y d r a t i e van ionen op actieve oppervlakken en door a d s o r p t i e aan o r g a n i s c h e b e s t a n d d e l e n en de zogenaamde c a p i l l a i r e c o n d e n s a t i e , w a a r -b i j het w a t e r c o n d e n s e e r t in de fijne p o r i ë n van het m a t e r i a a l .
Zolang alleen c h e m o a d s o r p t i e optreedt, b e s t a a t h e t r e c h t l i j n i g e v e r
-xl
band log — = K. K~x., w a a r i n x . = g r a m vocht gebonden door c h e m o -a d s o r p t i e -a-an 1 g r -a m m -a t e r i -a -a l , p = evenwichtsd-ampsp-anning, K. en K~ zijn constanten. E m p i r i s c h w e r d nu de damp spanning s-vochtgehalte c u r v e b i j nauwkeurige t e m p e r a t u u r r e g e l i n g (0,01 C) b e p a a l d , w a a r i n zowel x . als -x. (adsorptie door condensatie) tot uiting k w a m . Na aftrek van de hypothetische c h e m o - a d s o r p t i e (x.) kon de c a p i l l a i r e c o n d e n s a t i e c u r v e worden g e c o n s t r u e e r d .
24
De a a r d van de kationenbezetting van een b o d e m c o m p l e x i s van i n -vloed op de w a t e r d a m p a d s o r p t i e .
+ ++
THOMAS kon aantonen, dat een m e t H en Ca v e r z a d i g d e grond
+ + bij lage damp spanning en m e e r w a t e r a d s o r b e e r t dan een m e t K , Na of
NHL v e r z a d i g d e g r o n d , t e r w i j l b i j hoge damp spanning en de m e t Na-ionen v e r z a d i g d e grond het m e e s t e w a t e r a d s o r b e e r t , wat onder a n d e r e zou kunnen w o r d e n v e r k l a a r d door een g r o t e r e d i s p e r s i e en zwelling van d e z e gronden bij hoge vochtgehalten. KURON (1932) b e v e s t i g d e deze z i e n s w i j -z e : b i j hoge r e l a t i e v e vochtigheden a d s o r b e e r t een m e t Na-ionen b e -z e t t e grond het s t e r k s t , t e r w i j l bij lage damp spanning en de v o l g o r d e wat b e -treft de a d s o r p t i e i s : H > Mg > Ba > Ca > Na > K. De g e h y d r a t e e r d e N a - k l e i e n zouden een te g r o o t aantal p o r i ë n b e v a t t e n , die t e klein zijn voor het b i n n e n d r i n g e n van de w a t e r m o l e c u l e n , t e r w i j l een C a - k l e i een m e e r open s t r u c t u u r v e r t o o n t .
Bovengenoemde opvattingen worden gesteund door BAVER (1956): de h y g r o s c o p i c i t e i t n e e m t b i j 99,8% r e l a t i e v e vochtigheid toe in de volgorde
Li > Na > B a > Ca > K, t e r w i j l deze volgorde b i j 74,9% r e l a t i e v e v o c h -tigheid a l s volgt i s : H > Ca > Li > Na > B a > K.
O p g e m e r k t w o r d t , dat op b a s i s van z u i v e r e h y d r a t i e moeilijk t e v e r -k l a r e n i s , w a a r o m de bivalente C a - en Mg--kleien m e e r w a t e r b e v a t t e n dan de L i - en N a - k l e i e n . Volgens een v e r k l a r i n g van JENNY (1932) zou voor een b e p a a l d k r i s t a l r o o s t e r het aantal w a t e r m o l e c u l e n dat in de h o l ten kan worden vastgehouden afhangen van aantal en g r o o t t e van de u i t w i s s e l b a r e ionen. Hoe k l e i n e r deze b e i d e l a a t s t e zijn in g r o o t t e en a a n -t a l , hoe m e e r w a -t e r m o l e c u l e n kunnen w o r d e n g e a d s o r b e e r d .
Het volgende s c h e m a van w a t e r a d s o r p t i e aan kleien zou dan g e l d e n : Li > Na > K
H J>
y\ / \ /^
Mg> Ca > Ba
H-kleien v e r t o n e n dus de g r o o t s t e w a t e r a d s o r p t i e . Het Mg- en het L i i o n hebben wel dezelfde g r o o t t e , m a a r M g s y s t e m e n kunnen m e e r w a -t e r a d s o r b e r e n dan L i - s y s -t e m e n , omda-t in de e e r s -t e s l e c h -t s h e -t halve
aantal ionen aanwezig i s vanwege de dubbele lading. Vandaar ook Ca > Na en Ba > K.
Gedeeltelijk in tegenstelling h i e r m e d e m e l d t BEUTELSPACHER (1954) dat het bij t o e p a s s i n g van de h y g r o s c o p i c i t e i t s b e p a l i n g volgens MITSCHER LICH ( r e l a t i e v e vochtigheid 94,1%) geen v e r s c h i l m a a k t of h e t b o d e m c o m
-25
plex m e t H , Mg of Caionen b e z e t i s , t e r w i j l ook de v e r s c h i l l e n ten a a n -zien van een bezetting m e t t w e e - of éénwaardige kationen klein zijn.
De r e l a t i e v e v e r s c h i l l e n n e m e n toe m e t afnemende damp spanning; b i j de éénwaardige ionen m e e r dan b i j de t w e e w a a r d i g e .
Volgens ORCHISTON (1954) en BAVER (1956) n e e m t de h y g r o s c o p i c i teit toe m e t de totale u i t w i s s e l i n g s c a p a c i t e i t van de bodemcolloîden, w a a r -b i j de e e r s t e nog een hoge c o r r e l a t i e aantoonde t u s s e n de h y g r o s c o p i c i t e i t
en de totale hoeveelheid voor de plant b e s c h i k b a a r w a t e r welke in een g r o n d kan worden opgeslagen; de bepaling van de w a t e r d a m p a d s o r p t i e zou een b e t r o u w b a a r d e r b a s i s zijn voor de textuurbepaling van een grond dan een m e -chanische a n a l y s e .
Ook BEUTEL3PACHER (1954) kon een nauwe c o r r e l a t i e van de h y g r o s -copiciteit m e t de totale a d s o r p t i e c a p a c i t e i t ( T - w a a r d e ) v a s t s t e l l e n .
Het m e t e n van de h e e r s e n d e dampspanning
De m e e s t gebruikelijke methode i s die m e t de p s y c h r o m e t e r , w a a r b i j uit het v e r s c h i l t u s s e n natte en droge bol t h e r m o m e t e r de r e l a t i e v e v o c h -tigheid kan worden b e p a a l d .
Wordt m e t een h e r m e t i s c h g e s l o t e n vat g e w e r k t , dan kan m e t een k w i k -m a n o -m e t e r de da-mpspanning w o r d e n ge-meten* Aanzienlijk n a u w k e u r i g e r kan dit g e s c h i e d e n door als vloeistof in de m a n o m e t e r bijvoorbeeld een lichte olie te gebruiken; worden de aflezingen van de m a n o m e t e r dan nog v e r r i c h t door middel van een c a t h e t o m e t e r , dan kunnen d a m p d r u k v e r a n d e -ringen o v e r e e n k o m e n d m e t 0,01 à 0,02 m m kwik worden afgelezen (WADS-WORTH, 1944).
Eenzelfde nauwkeurige r e g i s t r a t i e van de dampspanning i s door EDLEFSEN (1934) ontwikkeld. Over een luchtdroog m o n s t e r in v a c u u m wordt luchtvrije w a t e r d a m p geleid, welke op de grond c o n d e n s e e r t ; de d a m p wordt dan geleidelijk weggepompt en de e v e n w i c h t s i n s t e l l i n g s w a a r -den wor-den g e m e t e n m e t een w e e r s t a n d s b r u g .
ORCHISTON (1953, 1954) bepaalde de g e a d s o r b e e r d e hoeveelheid w a -t e r aan droge grond volgens de me-thode ROBINSON-SINCLAIR, w a a r b i j n a a s t een g e c o n c e n t r e e r d e zoutoplossing om e e n b e p a a l d e dampspanning te b e w e r k s t e l l i g e n een schaaltje m e t een z w a v e l z u u r - w a t e r m e n g s e l w e r d gebruikt, teneinde de d a m p s p a n n i n g s v e r a n d e r i n g e n , w a a r b i j dit m e n g s e l in s a m e n s t e l l i n g v e r a n d e r t , door middel van t i t r a t i e m e t een standaardloog
26
te kunnen meten.
Door Philips is een apparaat ontwikkeld, waarbij evenwichtsdampspanningen kunnen worden gemeten in een thermostaatje, waarin zich een l i -thiumchloride-cel bevindt, welke door elektrische verhitting een dusdanige temperatuur verkrijgt, dat de verzadigde dampspanning van LiCl in even-wicht i s met de dampspanning van de omgeving (i. c. van het monster). Deze methode, welke in de voedingsindustrie onder andere is toegepast om de dampspanningsgrenswaarde voor de ontwikkeling van bacteriën in bepaalde voedingsmiddelen te leren kennen (MOSSEL-VAN KUYK, 1955)
zou wellicht bruikbaar kunnen zijn voor het meten van dampspanning se ven-wicht en aan grondmonsters, voor zover het althans pF-waarden groter dan 4,5 betreft.
De bovengenoemde metingen zijn niet geschikt voor het bepalen van hoge relatieve vochtigheden, die sterk variëren met geringe temperatuur-fluctuaties. SPANNER (1951) ontwikkelde een nieuwe meettechniek, waarbij hij gebruik maakte van een thermokoppel, bestaande uit de metalen b i s
-muth en bis-muth met 5% tin. In het algemeen ontstaat bij contact tussen twee verschillende metalen een elektromotorische kracht als tussen beide metalen een verschil in temperatuur optreedt. PELTIER ontdekte nu in
1834, dat indien een stroomstoot door een dergelijke verbinding wordt g e -leid er, al naar gelang de stroomrichting, een temperatuurstijging of
-daling optreedt. Treedt nu een daling van de temperatuur op tot onder het dauwpunt van de atmosfeer, waarin wordt gemeten, dan zal condensatie van waterdamp optreden en zal het thermokoppel fungeren als een natte bol thermometer. Wordt nu de stroom verbroken, dan zal het water weer verdampen en een zeer geringe elektromotorische kracht zal ontstaan, welke evenredig is met het verschil tussen droge bol-temperatuur (droog thermokoppel) en natte bol-temperatuur (nat thermokoppel) en dus met de relatieve vochtigheid. Door nu het thermokoppel te verbinden met een z e e r gevoelige galvanometer, kunnen temperatuurverschillen van circa 0,0004 C worden gemeten. Thermokoppel en galvanometeruitslag kunnen worden geijkt door metingen in een gesloten ruimte, waarin zoutoplossingen (KCl of NaCl) van verschillende bekende osmotische waarden worden gebracht; alle metingen dienen te worden uitgevoerd door dompeling van het te meten object in een waterthermostaat met een uiterst kleine temperatuurfluctu-atie (0,001° C).
Vrijwel gelijktijdig verschenen in 1958 publikaties over metingen van
27
-hoge relatieve vochtigheden, welke werden uitgevoerd in het Rothamsted Experimental Station (MONTEITH, OWEN) waarbij gebruik werd gemaakt van het Peltiereffect, en in het U. S. Salinity Laboratory te Riverside
(RICHARDS en OGATA), waarbij de natte bol werd gecreëerd door onder-dompeling van de thermokoppellas in water.
MONTEITH en OWEN baseerden zich op de door SPANNER uitgewerk-te methode, waarbij nu gebruik werd gemaakt van een chroom-constantacm thermokoppel. Een stroom van 30 mA wordt gedurende 1 minuut door het thermokoppel geleid, waarna dit wordt verbonden met een galvanometer en de 'natte bol'-temperatuur na 60 seconden wordt afgelezen. De tempe-ratuurdaling van de natte bol is maximaal na 1 minuut voor relatieve vochtigheden van 97100% en blijft gedurende 10 seconden constant. In dit t r a -ject kunnen veranderingen in relatieve vochtigheid worden gemeten van 0,01%. Bij 96-95% relatieve vochtigheid treedt direct na het bereiken van de maximale temperatuurdepressie een zeer snelle afname daarvan op door snelle verdamping van het water om de natte bol, hetgeen het nauw-keurig aflezen van de maximale galvanometeruitslag bemoeilijkt. Bij nog lagere relatieve vochtigheden wordt de maximale temperatuurdepressie niet bereikt en is deze methode dus niet bruikbaar.
Bij relatieve vochtigheden vlak tegen het verzadigingspunt aan kan een uiterst kleine temperatuurdaling door invloeden van de omgeving in de o r -de van duizendsten van gra-den al con-densatie veroorzaken binnen -de r\iim-te, waarin het te meten object zich bevindt, zodat de temperatuurdaling van de natte bol tot foutieve conclusies aanleiding zou geven.
In verband met de bovenstaande beperkingen wordt deze methode dan ook bruikbaar geacht in het relatieve vochtigheidstraject van 95-99,98%, dat wil zeggen in het pF-traject van circa 4,8-2,5.
Zowel door KORVEN en TAYLOR (1958) als door EERKENS (1964) zijn damp spanning smeting en door middel van het Peltiereffect met succes toegepast, waarbij de eersten gebruik maakten van een galvanometer en de laatste van een zelfregistrerende micro-voltmeter.
De voornaamste moeilijkheden werden ondervonden bij het lassen van de uiterst dunne thermokoppeldraden en ten aanzien van het elimineren van netspanning s schommeling en en optredende inductiepoter-tialen.
28
-Nabeschouwing
Tal van factoren oefenen invloed uit op de hoeveelheid geadsorbeerd water aan grond bij verschillende dampspanningen. Het uitgang s vochtge-halte van de monsters, de ionenbezetting, de aangewende techniek met de daarbij optredende al of niet toelaatbare temperatuurschommelingen zijn veelal bij de proeven, door diverse onderzoekers genomen, verschillend geweest, zodat geen gelijkwaardige resultaten werden verkregen.
De uitkomsten van de 'oude' bepaling van de hygroscopiciteitscoëffici-ent in een met waterdamp verzadigde atmosfeer boven vrij water (relatieve vochtigheid > 99%) zijn onbetrouwbaar, omdat aan de strenge eisen, gesteld aan het handhaven van een zo volledig mogelijke verzadiging en van een
uiterst constante temperatuur en aan de nauwkeurige meting van deze groot-heden niet kon worden voldaan.
Betere uitkomsten werden verkregen met monsters boven een zwavel-zuur -wate rmeng s el (Duitsland 10% H2S 04, Engeland 47% H2SC>4, U.S.A. 3,3% en 30% H_SO., respectievelijk overeenkomende met circa 94%, 50%, 99,8% en 75% relatieve vochtigheid). Het bezwaar van de door de lange
evenwichtsinsteltijd noodzakelijke vernieuwing van het mengsel om de juiste zwavelzuurconcentratie te handhaven kan worden voorkomen door boven het mengsel monsters, waarvan de dampspanning zowel groter als ongeveer evenveel kleiner is dan de dampspanning van het mengsel zelf, daarmede in evenwicht te laten komen. Deze werkwijze leent zich ook in het bijzon-der voor de bepaling van het hysteresiseffect, hetgeen met anbijzon-dere metho-dieken veel moeilijker valt te verv/ezenlijken.
Het bovenstaande geldt ook bij het gebruik van verzadigde zoutoplos-singen, die boven zwavelzuur het voordeel hebben, dat ze gemakkelijker hanteerbaar zijn en waarbij een constante concentratie (dampspanning) is gewaarborgd, zolang de vaste fase naast de vloeibare fase aanwezig is en aan de vereiste temperatuurcondities is voldaan.
Uit onderzoek naar de invloed van temperatuurschommelingen op de betrouwbaarheid van dampspanningsevenwichtsbepalingen dat werd verricht op het wegenbouwlaboratorium in Engeland, kwam naar voren dat in het
pF-traject van 4,5 tot 5,0 werken in een kamer met constante temperatuur was vereist, terwijl voor pF-waarden kleiner dan 4,5 strenge temperatuur-condities (circa 0,01 C) golden.
- 29
Het zijn voornamelijk de optredende t e m p e r a t u u r g r a d i e n t e n t u s s e n de vloeistof, die een bepaalde dampspanning b e w e r k s t e l l i g t en het daarboven hangende m o n s t e r , die bij l a g e r wordende p F w a a r d e n een steeds s t r i n g e n -t e r e -t e m p e r a -t u u r c o n s -t a n -t h e i d v e r e i s e n .
In h e t voor de plant b e l a n g r i j k e t r a j e c t t u s s e n p F 2,0 (« v e l d c a p a c i t e i t ) en p F 4,2 (» verwelkingspunt) worden dus j u i s t z e e r hoge eisen g e s t e l d aan de constantheid van de t e m p e r a t u u r , w a a r b i j zowel aan de handhaving als de meting e r v a n speciale e i s e n worden g e s t e l d . Dit moge nog blijken uit een c i t a a t van RICHARDS en WADLEIGH in Soil P h y s i c a l Conditions and Plant Growth (SHAW: Vol.11 of Agronomy 1952, pag. 93):
'Unfortunately, a l s o , v a p o r p r e s s u r e m e a s u r e m e n t in the r a n g e of soil m o i s t u r e that plant can grow in, cannot yet b e m a d e with a c -ceptable e a s e and p r e c i s i o n . The vapor p r e s s u r e r a n g e , that i s of i n t e r e s t in t h i s c a s e extends only f r o m about 98 till 100% r e l a t i v e h u m i d i t y ' .
Het r e c e n t e onderzoek van MONTEITH en OWEN a l s m e d e van
RICHARDS en OGATA heeft e c h t e r nieuwe p e r s p e c t i e v e n geopend voor h e t m e t e n van dampspanning s evenwichten bij hoge r e l a t i e v e vochtigheden. Zij m a k e n gebruik van een door SPANNER ontwikkelde m e t h o d e , w a a r b i j het zogenaamde P e l t i e r e f f e c t w a t e r doet c o n d e n s e r e n op een t h e r m o k o p p e l , dat in een r u i m t e hangt, w a a r v a n de r e l a t i e v e dampdruk moet w o r d e n g e -m e t e n en dat fungeert a l s 'natte b o l ' van een p s y c h r o -m e t e r .
Door koppeling van deze natte bol aan een gevoelige g a l v a n o m e t e r of aan een m i c r o v o l t m e t e r (EERKENS) i s het mogelijk een t e m p e r a t u u r d a -ling van c i r c a 0,001 C te m e t e n , w a a r b i j de uitslag van de g a l v a n o m e t e r of m i c r o v o l t m e t e r kan worden g e c a l i b r e e r d door het P e l t i e r e f f e c t te m e -ten boven K C l - of N a C l - o p l o s s i n g e n van bekende s t e r k t e .
Aangezien de m o d e r n e techniek in s t a a t stelt w a t e r t h e r m o s t a t e n door middel v a n bijvoorbeeld een t o l u e e n - k w i k t e m p e r a t u u r r e g u l i t o r , die door middel van een t h y r a t r o n - e l e k t r o n i s c h r e l a i s een v e r w a r m i n g s e l e m e n t van laag v e r m o g e n (bijvoorbeeld 50 Watt) r e g e l t , op 0,001 C c o n s t a n t te houden (waarbij u i t e r a a r d een goede i s o l a t i e e s s e n t i e e l i s , wat onder m e e r kan worden b e r e i k t door t o e p a s s i n g van een 'dubbel' b a d ) , i s het nu m o g e lijk dampspanningsevenwichtsbepalingen te v e r r i c h t e n . i n althans een g e deelte van het voor de plant b e l a n g r i j k e t r a j e c t van hoge r e l a t i e v e d a m p -drukken.
30
Uit de verandering van pF-eenheden per temperatuureenheid (figuur 6) kan bij aanname van een realiseerbare constantheid van temperatuur en een nog toelaatbare verandering in damp spanning (pF) de minimum p F -waarde waarvoor deze voor-waarden opgaan, worden berekend (tabel 4).
De dampspanningsmethode, waarbij dus de totale potentiaal (vocht-potentiaal en osmotische (vocht-potentiaal) van het water in een monster wordt gemeten, leent zich zeer goed voor de bepaling van het hysteresiseffect.
De geadsorbeerde hoeveelheid water aan een grond bij eenbepaalde relatieve vochtigheid is sterk gecorreleerd met het actieve oppervlak van de fijne bodemfracties.
Omtrent de invloed van de ionenbezetting van het bodemcomplex zijn de onderzoeksresultaten niet gelijkluidend.
31
L i t e r a t u u r
ALEXANDER, L. T. en M. M, HARING, 1936 - Vapor p r e s s u r e content r e l a t i o n s for c e r t a i n typical soil c o l l o i d s . J. P h y s . Chem. V o l . 4 0 : 195-206.
ALWAY, F . J. en V. L . CLARKE, 1916 - Use of two i n d i r e c t methods for the d e t e r m i n a t i o n of the h y g r o s c o p i c coefficient of s o i l s .
J . A g r . R e s . Vol. 7: 345-360.
en M, A, KLINE en G. R. McDOLE, 1917 - Some notes on the d i r e c t d e t e r m i n a t i o n of the hygroscopic coefficient. J. Agr.
R e s , V o l . 1 1 : 147-166.
ANDERSON, M. S. en S. MATTSON, 1926 - P r o p e r t i e s of soil colloidal m a t e r i a l . U. S. Dep. Agr. B u l l . 1452.
BARGER, G . , 1904 - A m i c r o s c o p i c a l method of d e t e r m i n i n g m o l e c u l a r w e i g h t s . J. Chem. Soc. 8 5 : 2 8 6 - 3 2 4 .
, 1924 - Eine m i k r o s k o p i s c h e Methode z u r B e s t i m m u n g des Molekulargewichtes» E . A b d e r h a l d e n , Handbuch d. Biolog. A r b . Meth. , Abt. III, Teil ai, Heft 4 : 729.
BAVER, L. D. , 1956 - Soil P h y s i c s 3rd Ed. pp. 34-47, p . 283.
en H. WINTERKORN, 1935 - Sorption of liquids by soil colloids II - Surface b e h a v i o r in the h y d r a t a t i o n of c l a y s . Seil Science Vol, 40: 403-419.
BEUTELSPACHER, H . , 1954 - Ueber die W a s s e r d a m p f a b s o r t i o n an Bodenkolloiden und i h r e Beziehung zu d e r H y g r o s k a p a z i t ä t n a c h M i t s c h e r l i c h . Z e i t s c h r . f. Acker u. Pflanzenbau Bd. 98:
187-210.
CRONEY, D., J. D. COLEMAN en P . M. BRIDGE, 1952 - The suction of m o i s t u r e held in soil and other p o r o u s m a t e r i a l s . Road R e s . Techn. P a p e r 24.
DAVIDSON, P h . D. en R.. K. SCHOFIELD, 1942 - M e a s u r e m e n t of the
suction of soil w a t e r by P o r t l a n d stone a d s o r b e r s , c a l i b r a t e d by a new method for determining v a p o r p r e s s u r e n e a r to s a t -u r a t i o n . J. Agr. Sei. Vol. 32: 413-427.
EDLEFSEN, N. E, , 1934 - A new method of m e a s u r i n g the aqueous v a p o r p r e s s u r e of s o i l s . Soil Sei. V o l . 3 8 : 29-35»
32
EERKENS, C . , 1964 - Een a p p a r a a t om m e t gebruik van het P e l t i e r e f f e c t hoge r e l a t i e v e vochtigheden t e m e t e n . Nota n o . 234 - Instituut voor Cultuurtechniek en Waterhuishouding.
JANSE, A. R. P , , 1959 - P r a c t i c u m v o o r s c h r i f t Landbouwscheikunde. JENNY, H . , 1932 - Studies on the m e c h a n i s m of ionic exchange in colloidal
aluminium s i l i c a t e s . J. P h y s . Chem. Vol, 36: 2217-2258. KEEN, B . A . , 1920 The r e l a t i o n s existing between the soil and i t s w a t e r
-content, J. A g r . Sei. Vol. 10: 5 6 - 5 9 .
en J. R. H. COUTTS, 1928 - Single value soil p r o p e r t i e s : a study of the significance of c e r t a i n soil c o n s t a n t s . J. A g r . Sei. V o l . X V i n : 740-765.
KORVEN, H. C. en S.A. TAYLOR, 1959 - The P e l t i e r - e f f e c t and i t s u s e for d e t e r m i n i n g r e l a t i v e activity of soil w a t e r . Can. J. Soil S e i . Vol. 39: 7 6 - 8 5 .
KURON, H . , 1932 - Adsorption von Dämpfen und Gasen an Böden und
Tonen und i h r e Verwendung z u r Oberflächenermittlung d i e s e r Stoffe. Kolloidchem. Beihefte Bd. 3 6 : 178-256.
LEHANE, J. J. en W. J. STAPLE, 1951 D e s i c c a t o r method for d e t e r -mining wilting p e r c e n t a g e s of s o i l s . Soil Sei. V o l . 7 2 : 4 2 9 - 4 3 5 . LIPMAN, C . B . en L. T. SHARP, 1911 - A contribution to the subject of
the h y g r o s c o p i c m o i s t u r e of s o i l s . J. P h y s . C h e m . Vol. 1 5 - 8 : 709-722.
MITSCHERLICH, E . A . , 1950 - Bodenkunde für L a n d w i r t e , F o r s t w i r t e und G ä r t n e r , 6 d r . : p a g . 32 e . V . , 76 e . v .
, 1939 - Weitere p h y s i k a l i s c h e Bodeneigenschaften in i h r e r Beziehung zu den P f l a n z e n e r t r ä g e n . T r a n s a c t i o n s of the IVth C o m m i s s i o n of the I. S. S. S, Stockholm: 4 2 - 5 0 .
MONTEITH, J. L . , 1958 - P e r s o o n l i j k e m e d e d e l i n g .
————— en P . C. OWEN, 1958 - A t h e r m o c o u p l e m e t h o d for m e a s u r i n g r e l a t i v e humidity i n the r a n g e 95-100%, J. S c i . f i i s t r . Vol. 3 5 : 443-446.
MOSSEL, D. A. A. en H. J. L. VAN KUYK, 1955 - A new s i m p l e technique for the d i r e c t d e t e r m i n a t i o n of the e q u i l i b r i u m r e l a t i v e h u m i d -i t y . Food R e s e a r c h Vol. 2 0 - 5 : 4 1 5 - 4 2 3 .
O'BRIEN, F . E. M . , 1948 - The control of humidity by s a t u r a t e d s a l t solutions. J. Sei. I n s t r . Vol. 25: 73-76.
