Підручник з Хімії (рівень стандарту). 11 клас. Григорович - Нова програма

§ 27. Мінеральні добрива

Пригадайте: кислотність середовища кількісно характеризують водневим показником pH: нейтральному середовищу відповідає pH = 7, кислотному — pH < 7, лужному — pH > 7.

Поняття про кислотні та лужні ґрунти

Хімічний склад і кліматичні умови зумовлюють різну кислотність ґрунтів. Підвищена кислотність чи лужність ґрунтів впливає на родючість рослин. У сільському господарстві ґрунти з pH = 6,6 та менше вважають кислотними, а з pH > 6,6 — лужними.

Мал. 27.1. Кислотність ґрунтів України

Зміна pH ґрунту впливає на забезпечення рослин ключовими поживними елементами: їхня доступність або знижується, або підвищується настільки, що ці елементи стають токсичними для рослин. У кислотних ґрунтах надмірна концентрація катіонів Al3+, Mn2+, Fe2+, а катіонів Ca2+, Mg2+, Мо2+ — менша за норму. У лужних ґрунтах навпаки. Також у лужних ґрунтах ортофосфат-іони переходять до складу нерозчинних ортофосфатів, що створює дефіцит Фосфору для рослин.

Кислотність також впливає на біологічні процеси в ґрунтах, на розвиток хвороботворних організмів, а також на життєдіяльність азотфіксуючих бактерій, які розвиваються на коренях бобових (мал. 27.2). Активна діяльність азотфіксуючих бактерій знижує потребу у використанні азотних добрив. Але ці бактерії добре поглинають азот у нейтральних та лужних ґрунтах, а в кислих їхня діяльність пригнічена.

Мал. 27.2. Азотфіксуючі бактерії поглинають азот повітря і перетворюють його на сполуки Нітрогену, які дуже необхідні для розвитку рослин

Ґрунти, які утворені на вапняних породах, від самого початку мають високі значення рН, а кислотні ґрунти формуються здебільшого на гранітах та піщанику. У районах зі значною кількістю опадів відбувається поступове закислення лужних ґрунтів. Кислотність ґрунтів навчилися регулювати агрохімічними засобами. З опадами до ґрунтів потрапляють різні кислоти, а з посиленням антропогенного впливу кількість кислотних опадів дедалі збільшується, тож штучно підвищувати кислотність ґрунтів немає потреби. Навпаки, зазвичай є необхідність зменшувати її, тому в ґрунт вносять вапняні суміші: кальцій та магній карбонати. Оскільки сільськогосподарські угіддя все одно необхідно збагачувати мінеральними добривами, то найкраще використовувати такі добрива, що можуть нейтралізувати надлишок кислот у ґрунті, наприклад амоніак або преципітат.

Поняття про мінеральні добрива

Усі хімічні елементи (за винятком Карбону і частково Оксигену) рослини одержують із ґрунту. Часто в ґрунтах, особливо в разі їх нераціонального використання, зменшується кількість поживних речовин, насамперед сполук Нітрогену, Фосфору й Калію. Для підвищення врожайності ці елементи вносять у ґрунт штучно у вигляді різних неорганічних або органічних сполук — мінеральних добрив. Вироблені хімічною промисловістю добрива поділяють на прості, які містять один поживний елемент (Нітроген, Фосфор або Калій), і комплексні, що містять декілька поживних елементів.

Арттурі Ілмарі Віртанен (1895-1973)

Лауреат Нобелівської премії 1945 р. за метод консервації кормів

Найважливішими добривами є:

• нітрати лужних елементів та амоніаку (селітри) — цінні природні азотні добрива, а калій нітрат до того ж іще й калійне добриво;

• фосфоритне борошно — продукт переробки кісток домашньої худоби. Головною його перевагою є повільне розчинення в ґрунті, що забезпечує тривалу дію добрива;

• карбамід CO(NH2)2 (сечовина) — високоефективне азотне добриво, яке за вмістом Нітрогену перевершує амоніачну селітру; його застосовують переважно для вирощування картоплі, кукурудзи, буряку та рису;

• простий суперфосфат — суміш Ca(H2PO4)2 • H2O та CaSO4; у ньому малий уміст Фосфору (20-30 % у перерахунку на Р2О5), але він досить ефективний на лужних ґрунтах;

• подвійний суперфосфат — концентроване фосфатне добриво, яке добувають із природних ортофосфатів дією ортофосфатної кислоти; багате на Фосфор (до 50 % у перерахунку на Р2О5);

• преципітат CaHPO4 2H2O за своїми агрохімічними властивостями подібний до подвійного суперфосфату. Він нерозчинний у воді, але засвоюється рослинами на кислотних ґрунтах. Через високу вартість (у два рази дорожчий за подвійний суперфосфат) преципітат обмежено використовують у сільському господарстві;

• калій хлорид та калій сульфат — ефективні калійні добрива, що використовують як у кристалічному, так і в розчиненому вигляді;

• амофос (суміш NH4H2PO4 і (NH4)2HPO4) — високоефективне складне азотно-фосфатне добриво, яке добувають нейтралізацією ортофосфатної кислоти амоніаком;

• нітроамофоска та амофоска — складні високоефективні потрійні добрива, що містять Нітроген, Фосфор та Калій.

Окрім головних поживних елементів (N, F, K), для нормального росту рослинам потрібні також інші елементи, але в значно менших кількостях (у мікродозах чи ультрамікродозах) — Ферум, Цинк, Манган, Молібден тощо. Залежно від хімічного складу ґрунтів сполуки цих елементів необхідно додавати в невеликих кількостях до основних мінеральних добрив.

Проблеми раціонального використання мінеральних добрив

У рослинах під дією спеціальних ферментів нітрат-іони відновлюються до амоніаку, який у свою чергу перетворюється на органічні нітрогеновмісні сполуки. У разі внесення в ґрунт надлишку нітратних добрив, нітрати накопичуються в рослинах, звідки потрапляють в організм людини. У великих кількостях нітрати небезпечні для здоров'я, їх припустима добова доза становить близько 0,3 г. Найбільше нітратів накопичується в листках шпинату, салату, капусти, петрушки, кропу, коренеплодах моркви й редису (мал. 27.3). В 1 кг цих продуктів може міститися до 4 г нітрат-іонів, що більш ніж у 10 разів перевищує припустиму добову дозу.

Мал. 27.3. Рослини, зелені частини яких накопичують нітрати

Також необхідно раціонально поводитися з фосфатними добривами. Кальцій ортофосфат дуже погано розчиняється у воді, тому повільно засвоюється рослинами. Для підвищення ефективності кальцій ортофосфат переводять у більш розчинні солі — гідрогенортофосфати або дигідрогенортофосфати. Але в цьому випадку добрива легко вимиваються з ґрунту дощем або ґрунтовими водами у водойми. Це спричиняє, по-перше, необхідність додаткового внесення фосфатних добрив у ґрунт (у сучасному сільському господарстві рослинами засвоюється не більше 20-40 % внесених фосфатних добрив), а по-друге, підвищення концентрації ортофосфатів у водоймах. Значний уміст ортофосфат-іонів у воді сприяє розвитку живих організмів, що призводить до надмірного розростання мікроорганізмів і водоростей. Про таке явище говорять, що вода «цвіте» (мал. 27.4).

Мал. 27.4. Цвітіння води в річці внаслідок надмірної концентрації ортофосфат-іонів

Отже, мінеральні добрива надзвичайно важливі для вирощування багатого врожаю. Але постає проблема швидкого виснаження покладів фосфоритів і небажаного значного збільшення концентрації різних йонів у водоймах, зокрема ортофосфатів.

Ключова ідея

Використання мінеральних добрив є прикладом проблеми, що ілюструє необхідність дотримання принципу золотої середини.

Контрольні запитання

389. Які речовини називають мінеральними добривами? На які групи їх поділяють?

390. Схарактеризуйте відомі вам добрива: їхній хімічний склад і особливості застосування.

391. Які проблеми постають під час використання мінеральних добрив?

Завдання для засвоєння матеріалу

392. Обробка фосфориту Ca3(PO4)2гарячою концентрованою нітратною кислотою замість сульфатної призводить до утворення розчину, який під дією амоніаку перетворюється на комплексне добриво. Запишіть рівняння реакцій.

393. Амоній сульфат та амоніачна селітра — важливі нітратні добрива. Складіть ланцюг перетворень, за якими їх можна одержати з азоту.

394. Складіть рівняння реакцій для здійснення перетворень:

а) P → P2O5 → Na2HPO4 → CaHPO4 → H3PO4;

б) (NH4)2CO3 → NH3→ NO → NO2→ HNO3 → NH4NO3 → Ca(NO3)2.

Комплексні завдання

395. Поживну цінність фосфатних добрив прийнято визначати, розраховуючи масову частку P2O5 у кожному з них. Обчисліть масову частку P2O5 у преципітаті.

396. Порівняйте масову частку Нітрогену в сечовині CO(NH2)2, амоніачній селітрі NH4NO3 та натрієвій селітрі NaNO3. Яке з цих добрив має найбільшу поживну цінність для рослин?

397. Юним агрономам дали завдання підгодувати яблуню амоніачною селітрою, приготувавши розчин: 1 г солі на 1 л води. Однак амоніачної селітри не було, і вони вирішили замінити її на калійну. Яку масу калійної селітри треба розчинити в 1 л води, щоб одержати розчин із тим самим умістом Нітрогену, що було потрібно?

398. Річну норму внесення в ґрунт фосфатних добрив визначають кількістю P2O5. Яка маса преципітату потрібна для обробки поля площею 50 га протягом року, якщо норма внесення фосфатного добрива становить 120 кг P2O5 на гектар?