 |
Общая классификация удобрений
|
|
|
|
Минеральные удобрения
В клетках растений содержится более 70 химических элементов — практически все, имеющиеся в почве. Но для нормального роста, развития и плодоношения растений необходимы лишь 16 из них. Это элементы, поглощаемые растениями из воздуха и воды, — кислород, углерод и водород, и элементы, поглощаемые из почвы, среди которых различают макроэлементы — азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и микроэлементы — молибден, медь, цинк, марганец, железо, бор и кобальт.
Отдельным растениям для нормального роста и развития требуются и другие химические элементы. Так, например, сахарной свекле для получения высокого урожая корнеплодов нужен натрий. Он также ускоряет рост и улучшает развитие кормовой свеклы, ячменя, цикория и других культур. Положительное влияние на обмен веществ у некоторых растений оказывают кремний, алюминий, никель, кадмий, иод и др.
Наиболее полно потребности сельскохозяйственных культур в питательных элементах удовлетворяются при внесении в почву удобрений. Недаром их образно называют витаминами полей.
Удобрения содержат питательные элементы в связанном виде, т. е. в виде их соединений. Растения поглощают эти соединения из почвы, при этом осуществляется ионный обмен. Если, например, взять пробу почвы, насыщенной кальцием, и взболтать ее с раствором какой-либо соли, например хлоридом калия, то часть ионов К+ из раствора перейдет в соединение с почвой, а в раствор вместо К+ перейдет Са2+:
По химическому составу удобрения делятся на неорганические, или минеральные, органические, органоминеральные и бактериальные. Схема классификации удобрений представлена на с. 248.
Минеральные удобрения — вещества неорганического происхождения. По действующему, питательному элементу минеральные удобрения подразделяют на макроудобрения: азотные, фосфорные, калийные и микроудобрения (борные, молибденовые и т. д.).
|
|
|
Для изготовления минеральных удобрений используют природное сырье (фосфориты, селитры и др.), а также побочные продукты и отходы некоторых отраслей промышленности, например сульфат аммония — побочный продукт в коксохимии и производстве капрона. Минеральные удобрения получают в промышленности или механической обработкой неорганического сырья, например измельчением фосфоритов, или с помощью химических реакций. Выпускают твердые и жидкие минеральные удобрения.
Органические удобрения — вещества растительного и животного происхождения. В первую очередь, это навоз, торф, компосты, птичий помет, городские отходы и отбросы пищевых производств. Сюда относят и зеленые удобрения (растения люпин, бобы).
Внесенные в почву, эти удобрения под действием почвенных микроорганизмов разлагаются с образованием минеральных соединений азота, фосфора, калия и других питательных элементов.
Органоминеральные удобрения содержат органические и минеральные вещества. Их получают путем обработки аммиаком и фосфорной кислотой органических веществ (торфа, сланцев, бурого угля и др.) или путем смешивания навоза или торфа с фосфорными удобрениями.
Бактериальные удобрения — препараты (азотобактерин, нитрагин почвенный), содержащие культуру микроорганизмов, поглощающих органические вещества почвы и удобрений и превращающих их в минеральные.
По агрохимическому воздействию минеральные удобрения разделяют на прямые и косвенные.
Прямые удобрения предназначаются для непосредственного питания растений. Они содержат азот, фосфор, калий, магний, серу, железо и микроэлементы (В, Mo, Си, Zn). Подразделяются на простые и комплексные удобрения.
|
|
|
Простые удобрения содержат один элемент питания (азот, фосфор, калий, молибден и т. д.). Это
•азотные удобрения, которые различают по форме соединений азота (аммиачные, аммонийные, амидные и их сочетания);
•фосфорные удобрения, которые разделяют на растворимые в воде (двойной суперфосфат) и нерастворимые в ней (фосфоритная мука и др., используемые на кислых почвах);
•калийные удобрения, которые разделяют на концентрированные (КС1, К2С03 и др.) и сырые соли (сильвинит, каинит и др.);
•микроудобрения — вещества, содержащие микроэлементы (Н3В03, молибдат аммония и др.).
Комплексные удобрения содержат не менее двух питательных элементов. По характеру их производства они подразделяются на следующие группы:
• смешанные — получают механическим смешиванием различных готовых порошкообразных или гранулированных удобрений;
• сложносмешанные гранулированные удобрения — получают смешиванием порошкообразных готовых удобрений с введением в процессе смешивания жидких удобрений (жидкого аммиака, фосфорной кислоты, серной кислоты и др.);
• сложные удобрения — получают химической переработкой сырья в едином технологическом процессе.
Косвенные удобрения применяют для химического, физического, микробиологического воздействия на почву с целью улучшения условий использования удобрений. Например, для нейтрализации кислотности почв применяют молотые известняки, доломит, гашеную известь, для мелиорации солонцов — гипс, для кислования почв — гидросульфит натрия.
Питательную ценность удобрений условились выражать через массовую долю в них азота N, оксида фосфора (V) Р205 или оксида калия К20.
Массовую долю азота в удобрении рассчитывают так же, как и массовую долю элемента в каком-либо соединении с известной молекулярной формулой. Например, для определения массовой доли азота в азотном удобрении — натриевой селитре NaN03 находят сначала относительную молекулярную массу NaN03:
Mr(NaN03) = 23 + 14 + 48 = 85.
Далее относительную атомную массу азота Ar(N) = 14 делят на относительную молекулярную массу соединения и результат выражают в процентах.
При определении массовой доли Р205 и К20 в удобрении нужно учитывать, что самих соединений, отвечающих этим формулам, в удобрениях нет, поэтому расчет носит условный характер. Например, массовую долю Р205 в двойном суперфосфате Са(Н2Р04)2 рассчитывают следующим образом:
|
|
|
1) находят относительную молекулярную массу дигидрофосфата кальция
Мг[Са(Н2Р04)2] = 40 + 4 + 62 + 128 = 234
и относительную молекулярную массу оксида фосфора
(V) Мг(Р205) = 62 + 80 = 142;
2) зная относительную молекулярную массу оксида фосфора (V) и учитывая, что в молекулах обоих сравниваемых веществ содержится одинаковое число атомов фосфора (по два атома), делят второе число на первое, результат выражают в процентах. Итак,
u>(P205) = HI = 0,607, или 60,7%.
Рассмотрим теперь, как определяют в удобрениях массовую долю К20. Пусть требуется найти массовую долю К20, отвечающую чистому хлориду калия КС1. Для этого поступают следующим образом:
1) вычисляют относительную молекулярную массу хлорида калия
МДКС1) = 39 + 35,5 = 74,5
и относительную молекулярную массу оксида калия
Мг(К20) = 78 + 16 = 94;
2) зная относительную молекулярную массу оксида калия и учитывая, что в молекуле хлорида калия один атом калия, а в молекуле оксида калия — два атома, делят относительную молекулярную массу оксида калия на удвоенную относительную молекулярную массу хлорида калия, результат выражают в процентах. Азотные, калийные и фосфорные удобрения.
Азотные удобрения получают из аммиака и азотной кислоты на химических заводах. Наиболее типичные азотные удобрения представлены в таблице 11.
Аммиачную селитру NH4N03 — довольно концентрированное азотное удобрение (34,5% азота) получают по реакции между аммиаком и азотной кислотой:
Выпускают это удобрение в мелкокристаллическом виде или в форме гранул. Относится к лучшим азотным удобрениям и пригодна к применению на кислых и щелочных почвах. Дальнейшее совершенствование технологии производства аммиачной селитры должно идти в направлении улучшения ее физических свойств: чтобы селитра не слеживалась, важно повысить прочность гранул, которая позволяла бы смешивать аммиачную селитру механизированным способом с другими удобрениями.
|
|
|
Мочевина также является эффективной формой азотных удобрений. Она имеет высокое содержание азота (46%) и меньше слеживается по сравнению с аммиачной селитрой.
Жидкий аммиак — это высококонцентрированное удобрение (82% азота). В сельском хозяйстве, используют не посредственно жидкий аммиак, а также аммиакаты, получаемые при растворении в нем аммиачной селитры или смеси аммиачной и кальциевой селитры.
Названия и химический состав калийных удобрений представлены в таблице 1. Основным сырьем для их производства служит минерал сильвинит КС1 • NaCl, богатейшие залежи которого располагаются в Соликамске. Здесь на глубине от 100 до 300 м залегают миллиарды тонн сильвинита.
Каким способом отделить хлорид калия от хлорида натрия? Растворимость хлорида натрия с понижением температуры почти не изменяется, а растворимость хлорида калия резко уменьшается. Поэтому при охлаждении до комнатной температуры насыщенного при 100 °С раствора сильвинита в воде значительная часть хлорида калия выпадает в осадок. Кристаллы отделяют фильтрованием, а раствор используют для растворения следующей порции сильвинита. Этот способ осуществляют в промышленности.
Фосфорные удобрения (табл. 2) получают при переработке руд, содержащих фосфор (фосфориты и апатиты), из костей животных в небольшом количестве и отходов металлургического производства (шлаки).
Простой суперфосфат Са(Н2Р04)2 + 2CaS04 получают при взаимодействии фосфоритной или апатитовой муки с серной кислотой по уравнению:
Простой суперфосфат применяют для питания всех культур. К недостаткам его относится наличие гипса CaS04, который является балластом и тем самым удорожает транспортировку удобрения от завода до поля. Поэтому особое значение он имеет для культур, нуждающихся, кроме фосфора, в гипсе (клевер и другие бобовые). Лучшей формой его применения является гранулированный простой суперфосфат.
Двойной суперфосфат Са(Н2Р04)2 отличается от простого тем, что не содержит гипса. Выпускается в виде порошка и гранул. Его производство осуществляется в две стадии:
б) жидкую часть отделяют от осадка (гипса и других
примесей) и обрабатывают ею новую порцию сырья:
Преципитат СаНР04 • 2Н20 получают взаимодействием Н3Р04, полученной экстракционным способом, с известковым молоком или мелом:
Или
Отечественный агрохимик Д. Н. Прянишников предложил получать преципитат путем обработки фосфатного сырья азотной кислотой. При этом дополнительно образуется кальциевая селитра. Преципитат можно смешивать с любым удобрением. Он может применяться на всех почвах и под различные культуры.
|
|
|
В последнее время большой интерес вызывает возможность применения в качестве удобрения красного фосфора. Он неядовит, является самым концентрированным фосфорсодержащим продуктом (229% в пересчете на Р205). Его можно вносить в почву в запас на ряд лет. Агрохимические исследования показали, что из общего количества внесенного в почву красного фосфора за сезон в растение переходит 15—17%, остальное количество остается в почве и используется в последующие годы.
Почему фосфоритную муку целесообразно вносить в почву до посева?
Почему внесенная в почву фосфоритная мука действует в течение нескольких лет?
Почему некоторые фосфорные удобрения (фосфоритная мука, преципитат, красный фосфор), внесенные в почву, сохраняют свои питательные свойства в течение нескольких лет, а калийные удобрения нужно вносить в почву ежегодно?
Какие питательные элементы содержатся в комплексных удобрениях: фосфат калия, калийная селитра, дигидрофосфат аммония (аммофос)? Какова массовая доля каждого питательного элемента в этих удобрениях?
Комнатные растения можно поливать подкормкой из минеральных удобрений: в 1 л воды растворяют 2,5 г KN03, 2,5 г КН2Р04 и 10 г Ca(N03)2. Какова массовая доля (в %) каждого из компонентов в такой подкормке?
В образце суперфосфата массовая доля оксида фосфора (V) составляет 20%. Найдите массовую долю дигидрофосфата кальция в удобрении.
Водный раствор содержит 39,2 г фосфорной кислоты. Его нейтрализовали раствором, содержащим 37 г гидроксида кальция. Найдите массу полученного преципитата.
Минеральные удобрения, как правило, содержат некоторое количество различных примесей (балласта). Это зависит от сырья и технологии получения удобрений.
Для обнаружения фосфорных удобрений, можно использовать растворимую соль алюминия, которая приводит, к образованию нерастворимого фосфата алюминия AIPO4 белого цвета. Другие растворимые удобрения с солью алюминия осадков не дают.
Исключение нитрата серебра приводит к тому, что хлорид калия остается нераспознанным. Чтобы доказать, что данная соль является хлоридом, можно использовать ацетат свинца, который при взаимодействии с хлоридом дает белый осадок РЬСЬ. Однако при сравнительном анализе удобрений можно практически не прибегать к этой соли. Хлорид калия определяют методом исключения.
В таблицу не включена реакция удобрения с серной кислотой и медью по следующим соображениям:
а) для распознавания иона NCV представлено в таблице только одно нитратное соединение— нитрат аммония;
б) реакция небезвредна для учащихся, если не придерживаться определенных рекомендаций. Практика показывает: если в таблице указана реакция, учащиеся, как правило, проводят ее со всеми удобрениями. В связи с этим к указанной реакции следует прибегать только в необходимых случаях. Аммиачную селитру легко отличить от прочих удобрений, содержащих аммонийную группу, с помощью других реакций.
Карбамид и аммиачная селитра при нагревании ведут себя вначале аналогично: они плавятся. Но при дальнейшем нагревании карбамид разлагается с выделением аммиака, а нитрат аммония —с выделением оксида азота (I) NaO газа без запаха и цвета.
Известно, что большие трудности возникают при распознавании удобрений, содержащих ионы калия, по окраске пламени. Дело в том, что удобрения обычно содержат примеси. Например, в хлориде калия молено обнаружить хлорид натрия. Примеси скрадывают фиолетовую окраску пламени калия. Поэтому в таблице для распознавания удобрений этот показатель не указан.
Изучая таблицу для распознавания минеральных удобрений, учащееся могут заметить, что не растворяется в воде фосфоритная мука, мало растворяется суперфосфат, все остальные удобрения хорошо растворяются. К растворению удобрений прибегают тогда, когда речь идет об определения ионов С1~,
SO-, NH, НРО. Для этого 1—2 гранулы или немного порошка удобрения (покрыть им только дно пробирки) растворяют в 1 мл воды.
В трех пакетах под номерами даны следующие удобрения:
а) аммофос, аммиачная селитра, хлорид калия;
б) сульфат аммония, суперфосфат, сульфат калия;
в) карбамид, хлорид калия, фосфоритная мука.
Определите, какое удобрение находится в пакете с соответствующим номером».
Прежде чем приступить к решению задачи, ученик должен составить план ее решения. Например, для задачи «а» (см. табл. 3):
Наличие природных соединений – фосфоритов дает возможность производить фосфорные удобрения в соседней Кировской области. В состав фосфорита входит нерастворимый в воде фосфат кальция. Чтобы привести его в усвояемое растениями состояние в производстве используются два метода:
|
|
|
