112494 (Изучение темы "Минеральные удобрения" в школьном курсе химии)

Глава 1. Минеральные удобрения

1. Общая классификация удобрений

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:

M_r(NaN0₃) = 23 + 14 + 48 = 85.

Далее относительную атомную массу азота A_r(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

М_г[Са(Н₂Р0₄)₂] = 40 + 4 + 62 + 128 = 234

и относительную молекулярную массу оксида фосфора

(V) М_г(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

М_г(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: