mineral (Вслед за Либихом)

15

РЕФЕРАТ

«ВСЛЕД ЗА ЛИБИХОМ»
История минеральных удобрений

Ученицы 9^Г класса Мищихиной Ю.

Екатеринбург
1999 г.

1825 г.

В

1825 г. торговое судно впервые доставило в Гамбург чилийскую селитру.

Груза было много — он был насыпан выше бортов, и никто не догадывался, зачем он нужен.

В то время был уже огромный печальный опыт попыток повышения плодородия почвы. Успехи поначалу, всегда сменялись разочарованием. Оказалось, что при внесении в почву только навоза или компоста урожайность удавалась повысить лишь до некоторого предела. Регулярное удобрение почвы зеленой массой растений требовало трехпольной системы ведения хозяйства, от которой стремились отказаться. Так называемое известкование почвы, удобрение ее глинистым или песчанистым мергелем вначале повышало урожаи. Однако при дальнейшем пресыщении почвы мергелем урожайность быстро снижалась. Недаром стали говорить, что «известь обогащает отца, но разоряет сына». Таким образом, одна только известь тоже не годилась в качестве удобрения. Почве не хватало каких-то других веществ.

Чего только не предлагали в качестве удобрения! Тут были и всевозможные отходы животного и растительного происхождения, и измельченная ветошь, и остатки кожи, и размолотые перья. Поступило даже предложение закапывать на полях покойников.

Авторы всех этих предложений не знали, что нужно растениям для роста. Для того чтобы получить представление об этом, необходимо было систематическое исследование растений вместе с окружающей их средой, почвой, на которой они живут, и воздухом, которым они дышат. Да, именно дышат! Это впервые установили в конце XVIII в. голландский ученый Ингенхауз, а также швейцарские исследователи Сеннебье и Соссюр. Растения поглощают углекислый газ из воздуха. Из почвы они получают воду, это точно, а может быть, что-нибудь еще? Вероятно, в почвенной влаге растворены какие-то вещества, которые вместе с ней переходят в растения?

Прошло совсем немного времени, и на эти вопросы был найден ответ. Он содержался в работах немецкого ученого Либиха.

Либих Юстус

Свою первую работу, посвящённую связи между неорганической химией и химией растений, Либих опубликовал, будучи 20-летним студентом в Париже. За эту работу университет в Эрлангене присвоил ему докторскую степень. Именно Либих сделал решающий шаг от старого естествознания (философии природы) к химии в качестве самостоятельной науки, вооруженной собственными методами исследования.

В его лаборатории в Гессене был создан новый метод элементного анализа, позволяющий быстро определять состав органических соединений.

При анализе любого растения в нем удавалось обнаружить углерод, водород, кислород и азот. В золе, которая оставалась после сжигания растений, Либих нашел соединения других элементов, в том числе калия, кальция, магния, фосфора, серы, железа и кремния. Растения могли получить их только из почвы. При анализе почв присутствие этих элементов подтвердилось.

Так шаг за шагом Либих раскрыл существующую в природе закономерную связь явлений: растения постоянно извлекают из почвы минеральные вещества — человек убирает растения с поля — почва обедняется минеральными веществами — урожаи снижаются. «Продавая урожай со своего поля, крестьянин продает и само поле», — говорил Либих. Химик же должен помочь земледельцу возвратить его поле, он должен обеспечить его питательными минеральными веществами, которые были удалены из почвы вместе с урожаем.

Расход питательных веществ нужно восполнить, добавляя их в почву в таком же количестве путем внесения искусственных удобрений.

Оказалось, что растению необходимы калий, фосфор, кальций и, как нашел Либих только позднее, азот. Их-то и нужно вводить в почву в составе удобрений, потому что именно этими элементами она обедняется больше всего. Агрохимия — таким был подзаголовок изданной в 1840 г. книги Либиха «Органическая химия в приложении к земледелию и физиологии» — превратилась в самостоятельную науку и открыла новую эпоху в развитии сельского хозяйства.

Конечно, Либих не мог еще сказать, сколько минеральных удобрений нужно вносить в почву. Сейчас мы знаем, что это зависит от многих факторов. Однако для регулирования количества минеральных удобрений Либих предложил простой закон — так называемый закон минимума. Он гласит, что любое питательное вещество должно присутствовать в достаточном количестве. Если же какого-нибудь питательного вещества не хватает, то этот недостаток нельзя компенсировать избытком других питательных веществ. Следовательно, величина урожая зависит от того питательного вещества, которого меньше всего, то есть минимум. Отсюда и название закона — закон минимума.

Эта теория выросла из практики, и ее выводы нужно было проверить на практике. Запатентованное Либихом удобрение — смесь фосфатов, полученная из едкого кали и фосфорной кислоты — вначале была изготовлена и испытана в Англии. Однако этот опыт не привел к цели, потому что Либих не включил в состав своего удобрения азот. Он полагал, что этот элемент растения могут извлекать из воздуха. Либиху понадобилось провести целый ряд опытов на приобретенном им участке в Гессене» чтобы полностью выяснить этот вопрос. В результате он изменил свое прежнее представление о значении азота. После этого уже первые опыты, в которых ошибка была исправлена, увенчались успехом.

Агрохимия добилась первой крупной победы. В наши дни урожайность сельскохозяйственных культур растет быстрее, чем численность населения. Наука обеспечила пищей миллионы людей. Возникла новая отрасль промышленности — производство минеральных удобрений.

Д. Н. Прянишников

По мере того, как растёт народонаселение Земли, растут и урожаи, а с ними увеличивается вынос из почвы питательных веществ. Прежде (до работ Ю. Либиха) считалось, что растения питаются перегноем, гумусом почвы. Поэтому восполнить потери пытались, лишь навозом, перегноем, торфом,— одним словом, органическими удобрениями.

Ю. Либих сформулировал в общем виде теорию минерального питания растений, развитую и усовершенствованную позже многими учеными, среди которых в первую очередь следует назвать нашего соотечественника академика Д. Н. Прянишникова.

Как бы правильно ни применялся навоз, он не может вернуть почве того, чего он сам не содержит, т. е. крупной доли фосфора, перешедшего в зерно, кости животных, в молоко и прочие продукты, выращенные на этой земле. Таким образом, почва постепенно, но неуклонно теряет свой фосфор.

Д. Н. Прянишников поставил фосфор в один ряд с азотом и калием — элементами, которые больше всего выносятся растениями из почвы и потерю которых надо компенсировать, внося в землю минеральные удобрения.

Значит, растению прежде всего необходимы фосфорные, азотные и калийные удобрения. Содержание питательных веществ в удобрении выражают в процентах.

Если говорят о внесении в почву калия, то на самом деле имеют в виду К₂О. То же относится и к фосфору.

Главные фосфорные удобрения: суперфосфат (простой и двойной) и фосфоритная мука (ее целесообразно применять лишь на почвах определенного химического состава, поскольку фосфаты, входящие в это удобрение, труднорастворимы, они высвобождаются лишь на почвах с кислой реакцией).

Среди азотных удобрений — селитры (аммиачная, натриевая и калиевая) и карбамид (мочевина).

Главные калийные удобрения — хлорид калия, сульфат калия, калийная селитра, содержащая одновременно калий и азот.

К комплексным удобрениям относятся также фосфаты аммония и калия, содержащие фосфор и, соответственно, азот или калий. Нитрофоска содержит и калий, и фосфор, и азот. Это сложное удобрение, состоящее из преципитата, аммофоса и аммиачной селитры, получаемых в едином технологическом процессе.
В селитре, например, 35-52% N, P₂O₅ и K₂O.

Для современной агрохимии характерно широкое использование сложных концентрированных удобрений, производимых и вносимых в почву в оптимальные для растений сроки и обязательно в виде гранул — удобных в работе и транспортировке.

Конечно, для нормального роста и развития растений необходимы в микродозах и многие другие элементы: железо, магний, бор, алюминий, бром, йод, кобальт, медь, цинк. Их называют микроэлементами.

У почвы каждого поля есть свой элементный состав: одних важных для растений элементов не хватает, другие находятся в избытке. Исследованием почв и составлением рекомендаций по оптимальному использованию минеральных удобрений в нашей стране занимается государственная агрохимическая служба.

Органические удобрения — навоз, торф, компосты, зеленая масса — тоже необходимы каждому полю, огороду и саду для образования нужной структуры почвы и нормальной жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.

А, в конечном счете, все виды удобрений нужны для того, чтобы люди могли получать полноценные урожаи.

УДОБРЕНИЯ СЕГОДНЯ

О

коло 50 % общей прибавки урожая получается за счёт удобрений, как минеральных, так и органических.

В минеральных удобрениях содержание ценных для растений веществ выше, чем в органических. Например, значительно более эффективным, чем навоз, является сернокислый аммоний (NH₄)₂SO₄ — 5 кг сернокислого аммония заменяет 200 кг навоза.

Производство минеральных удобрений является одной из важных отраслей химической промышленности. Ко всем минеральным удобрениям предъявляется требование, чтобы питательные элементы были в водорастворимой форме.
Это соли азотной, фосфорной и других кислот. Желательно, чтобы других компонентов удобрений, примесей, было как можно меньше, так как это «балласт». Удобрения при транспортировке и хранении должны быть стойкими к влаге, не слёживаться, сохранять сыпучесть. Для этого их выпускают гранулированными. Удобрения не должны содержать попутных вредных для растений, людей и животных веществ: фтора, радиоактивных веществ, тяжелых металлов.

Минеральные удобрения разделяют на азотные, фосфорные, калийные, известковые и другие. Они бывают простыми — с содержанием одного из требуемых элементов, и сложными (комплексными) — два и более составляющих элементов.

АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ

Азот входит в состав растений. Восполняется внесением природных солей азотной кислоты (селитры), аммиачной воды. Отрасль химической промышленности, выпускающая азотные удобрения, называется производство туков. Используются: натриевая селитра NaNO₃, кальциевая Ca(NO₃)₂, аммиачная NH₄NO₃, сульфат аммония (NH₄)₂SO₄.

Производство азотных удобрений базируется на синтезе аммиака из молекулярного азота и водорода. Азот получают из воздуха, а водород из природного газа, нефтяных и коксовых газов. Азотные удобрения представляют собой белый или желтоватый кристаллический порошок (кроме цианамида калия и жидких удобрений), хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой. Поэтому азотные удобрения легко вымываются почвенными и дождевыми водами, что ограничивает их применение осенью в качестве основного удобрения. Большинство из них обладает высокой гигроскопичностью и требует особой упаковки и хранение. В таблице №1 приведены данные о составе и свойствах основных азотных удобрений.

По выпуску и использованию в сельском хозяйстве главнейшие из этой группы - аммиачная селитра и мочевина, составляющие около 60% всех азотных удобрений.

Азотные удобрения используют под все сельскохозяйственные культуры.

Таблица №1.

ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ

Фосфор - один из важнейших элементов питания растений, так как входит в состав белков. Если азот в почве может пополняться путем фиксации его из воздуха, то фосфаты - только внесением в почву в виде удобрений. Главные источники фосфора - фосфориты, апатиты, вивианит и отходы металлургической промышленности - томасшлак, фосфатшлак. Все фосфорные удобрения - аморфные вещества, беловато-серого или желтоватого цвета. Основные из них - суперфосфат и фосфоритная мука. Характеристика фосфорных удобрений приведена в таблице №2.