Print bookPrint book

§ 40. Важнейшие минеральные удобрения

Site: Профильное обучение
Course: Химия. 11 класс
Book: § 40. Важнейшие минеральные удобрения
Printed by: Guest user
Date: Sunday, 26 May 2024, 8:07 AM

Удобрения — вещества, вносимые в почву или другую питательную среду для выращивания растений. Они обеспечивают полноценное питание растений, а значит, улучшают их рост, развитие, плодоношение и повышают урожайность сельскохозяйственных культур.

Удобрения содержат химические элементы, которые необходимы для питания растений, но присутствуют в среде их обитания в недостаточных количествах. Чаще всего растения испытывают недостаток таких биологически значимых элементов, как азот, калий и фосфор. По числу питательных элементов среди удобрений выделяют простые и комплексные. Простые удобрения — азотные, фосфорные, калийные — содержат один питательный элемент. В составе комплексных удобрений их несколько, например калийная селитра KNO3 содержит и азот, и калий.

Наблюдения показывают, что даже при оптимальном количестве и соотношении азота, фосфора и калия не всегда обеспечивается нормальное развитие растений. Оказывается, что важно также наличие в достаточной мере веществ, содержащих магний, марганец, железо, молибден, медь, бор, серу, селен и другие. Их недостаток восполняется внесением микроудобрений, содержащих перечисленные элементы (рис. 97).

img
Рис. 97. Типы минеральных удобрений

Плодородие почв увеличивают не только перечисленные выше «прямые» удобрения. Так, плодородие кислых почв (рН < 5,5) повышают, снижая кислотность внесением извести Са(ОН)2 (известкованием), мела СаСО3 или доломитовой муки СаMg(CO3)2. Попытайтесь объяснить, почему при этом кислотность уменьшается.

В процессе изучения элементов VA-группы мы постоянно обращали внимание на применение многих их соединений в качестве удобрений. Систематизируем сведения об удобрениях и дополним краткими сведениями из курса биологии.

Азотные удобрения

Первый признак дефицита азота — цвет листьев от бледно-зелёного до жёлтого, что объясняется недостатком хлорофилла. Растения сильно отстают в росте и развитии.

К азотным удобрениям относятся: аммиачная вода, нитрат аммония (аммиачная селитра) NH4NO3, нитрат калия (калийная селитра) KNO3, нитрат натрия (натриевая, или чилийская, селитра) NaNO3, нитрат кальция (кальциевая селитра) Ca(NO3)2, сульфат аммония (NH4)2SO4, мочевина (карбамид) (NH2)2CO.

Также широко используются органические азотные удобрения: навоз, птичий помёт, компост, торф, содержащие кроме азота множество других важных для растений компонентов.

Азотные удобрения вносят в первой половине вегетационного периода.

img

Растения способны накапливать нитраты. Их чрезмерное накопление провоцируется не только избытком внесённых азотных удобрений, но и несбалансированностью с фосфором и калием.

Избыток нитратов в продуктах питания отрицательно сказывается на здоровье: нитраты как в продуктах питания, так и в организме человека превращаются в токсичные нитриты и нитрозамины.

Производителем азотных удобрений в Республике Беларусь является ОАО «Гродно Азот». В качестве удобрений объединение выпускает мочевину, сульфат аммония и жидкие азотные удобрения. Большинство твёрдых азотных удобрений выпускаются в гранулированном виде, что препятствует слёживаемости благодаря уменьшению поверхности, которая поглощает атмосферную влагу.

Фосфорные удобрения

При недостатке фосфора листья становятся тёмными, с сине-фиолетовыми оттенками, замедляется цветение и развитие плодов. Растения могут усваивать питательные элементы лишь в растворимой форме. Именно поэтому природные минералы, содержащие фосфат кальция, перерабатывают в более растворимую кислую соль — дигидрофосфат кальция. Он является основой простого и двойного суперфосфатов.

Тем не менее и средняя соль — фосфат кальция в составе фосфоритной муки всё же находит применение в качестве удобрения. Её вносят на кислых почвах либо «под зиму», либо ранней весной до посева. Фосфоритная мука не гигроскопична, не слёживается, хорошо удерживается в почве, и поэтому её можно вносить раз в несколько лет. Привлекательной стороной является также относительно невысокая цена, поскольку в производстве не используются химические превращения. Добытый в карьерах минерал подвергают лишь обогащению (удалению части примесей) и тонко измельчают.

К важнейшим фосфорным удобрениям относятся: фосфоритная мука — основной компонент Ca3(PO4)2, двойной суперфосфат Ca(H2PO4)2 · Н2О, простой суперфосфат Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4 · H2O, преципитат CaHPO4 · 2H2O.

Комплексными удобрениями, содержащими фосфор, являются: аммофос — смесь двух солей NH4H2PO4 и (NH4)2HPO4, содержащая азот и фосфор; аммофоска — смесь аммофоса с хлоридом калия — NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, KCl, содержащая азот, фосфор и калий.

Фосфорные удобрения в Республике Беларусь производит ОАО «Гомельский химический завод» на основе импортируемых фосфатов.

Калийные удобрения

При недостатке калия листья тусклые и голубовато-зелёные, по кончикам и краям становятся бурыми и отмирают («краевой ожог листьев»).

Калий стимулирует процессы фотосинтеза, усиливает отток углеводов из листьев в другие части растения, например способствует накоплению крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в корнеплодах свёклы.  Все калийные удобрения хорошо растворимы. Подкормка калийными удобрениями важна в период формирования завязей и корнеплодов. Важнейшие калийные удобрения: хлорид калия KCl, сульфат калия K2SO4, зола растений (в виде карбоната калия — поташ K2CO3).

Нитрат калия (калийная селитра) КNО3 является комплексным удобрением, поскольку содержит два питательных элемента — калий и азот.

Беларусь является крупнейшим производителем калийных удобрений.

Каждая шестая тонна калийных удобрений в мире выпускается РУП ПО «Беларуськалий», работающем на базе Старобинского месторождения сильвинита, месторождения калийной и каменной солей.

Питательная ценность минеральных удобрений

На товарных упаковках фасованных удобрений в обязательном порядке указывается питательная ценность удобрений. Что же это такое?

Питательная ценность определяется массовой долей питательных элементов в них. Условно принято выражать питательную ценность азотных удобрений как массовую долю в них химического элемента азота N, фосфорных — как массовую долю оксида фосфора(V) Р2О5, калийных — через массовую долю оксида калия К2О. Решим простую задачу.

Пример. Определите теоретическую питательную ценность преципитата.

Дано:

CaHPO4 · 2H2O

ω(Р2О5) — ?

Решение

М(CaHPO4 · 2H2O) = 172 г/моль;

М2О5) = 142 г/моль.

Питательная ценность преципитата, как и любого другого фосфорного удобрения, определяется массовой долей оксида фосфора(V) Р2О5. Составим схему, расставляя коэффициенты относительно фосфора:

CaHPO subscript 4 space bold times space 2 straight H subscript 2 straight O space rightwards arrow space straight Р subscript 2 straight О subscript 5 semicolon
2 left parenthesis stack CaH straight P straight O subscript 4 space with 2 space моль below bold times space 2 straight H subscript 2 straight O right parenthesis space rightwards arrow space stack straight Р subscript 2 straight О subscript 5. space with 1 space моль below

Схема показывает, что удобрению количеством 2 моль соответствует 1 моль питательного элемента в виде Р2О5.

m(CaHPO4 · 2H2O) = 2 моль ∙ 172 г/моль = 344 г;

m2О5) = 1 моль ∙ 142 г/моль = 142 г.

Найдём массовую долю питательного элемента:

straight omega left parenthesis straight Р subscript 2 straight О subscript 5 space end subscript right parenthesis equals fraction numerator 142 space straight г over denominator 344 space straight г end fraction almost equal to 0 comma 413 comma space или space 41 comma 3 space percent sign.

Ответ: ω(Р2О5) = 41,3 %.

Следует отметить, что питательная ценность определяется в каждой конкретной товарной партии удобрений с учётом примесей. Это означает, что найденное нами в примере теоретическое значение выше, чем у реального удобрения. Так, для товарного преципитата питательная ценность не должна быть ниже 27 % (сравните с рассчитанной теоретически).

Аналогичные (или другие) схемы и теоретические расчёты можно использовать для калийных и азотных удобрений, например:

2 straight K Cl rightwards arrow straight K subscript 2 straight О semicolon number space number space number space number space straight N straight H subscript 4 straight N straight O subscript 3 rightwards arrow 2 straight N.

Удобрения с высоким содержанием питательного элемента называются концентрированными. Применение всех видов удобрений позволяет значительно увеличить урожаи сельскохозяйственных культур, поэтому производство минеральных удобрений — важнейшая задача химической промышленности. При этом использование удобрений должно быть грамотным и рациональным.

Удобрения — вещества, вносимые в почву или другую питательную среду для улучшения роста, развития и плодоношения растений. Среди минеральных удобрений выделяют простые (азотные, фосфорные, калийные), комплексные и микроудобрения. Комплексные удобрения содержат два, три и более питательных элемента.

Вопросы, задания, задачи

1. Запишите химические формулы и названия важнейших фосфорных, калийных и азотных удобрений.

2. Перечислите предприятия по выпуску удобрений в Республике Беларусь, их местонахождение и виды выпускаемых удобрений.

3. Назовите признаки, свидетельствующие о недостатке в питании растений:

  • а) азота;
  • б) фосфора;
  • в) калия.

4. Огурцы и помидоры плохо переносят избыток хлора в почве. Назовите удобрения, пригодные для подкормки этих культур калием.

5. Сравните питательную ценность двух удобрений:

  • а) аммиачной селитры и мочевины;
  • б) хлорида калия и поташа.

6. Рассчитайте питательную ценность одного из компонентов комплексного удобрения аммофоса — дигидрофосфата аммония.

7. Клубеньковые бактерии, живущие в земле в симбиозе с бобовыми растениями, за год накапливают в почве до 400 кг/га связанного азота. Рассчитайте массу аммиачной селитры, которую может компенсировать накопившийся таким образом азот на площади 1 га за один год

8. Фосфорные удобрения получают переработкой фосфоритов. Наиболее распространёнными примесями в них являются фторид и карбонат кальция, оксиды алюминия и железа(III). Составьте уравнения возможных реакций, которые могут протекать при обработке такого фосфорита серной кислотой.

9. Один из способов получения кальциевой селитры заключается в обработке известняка азотной кислотой. Рассчитайте массу нитрата кальция, полученного при обработке азотной кислотой известняка массой 50 кг с массовой долей примесей 6 %.

10. Определите химическую формулу удобрения, в котором массовая доля кальция — 23,256 %, фосфора — 18,023 %, кислорода — 55,814 %.

*Проведите заседание дискуссионного клуба «За и против»

  • 1. Экологические проблемы производства минеральных удобрений.
  • 2. Применение минеральных удобрений: плюсы и минусы.

*Самоконтроль

1. В качестве калийных удобрений используют:

  • а) K2CO3;
  • б) СаСО3;
  • в) KCl;
  • г) K2SO4.

2. Комплексными удобрениями являются:

  • а) калийная селитра;
  • б) аммофос;
  • в) двойной суперфосфат;
  • г) поташ.

3. ОАО «Гродно Азот» в качестве удобрений выпускает:

  • а) NH4NO3;
  • б) HNO3;
  • в) KCl;
  • г) (NH2)2CO.

4. Кислотность почвы понижают внесением:

  • а) хлорида калия;
  • б) аммиачной селитры;
  • в) мела;
  • г) доломита.

5. Массовая доля азота как питательного элемента в карбамиде равна (%):

  • а) 21;
  • б) 23;
  • в) 46;
  • г) 47.