Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович

§ 49. 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 та 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.

Зміна pH ґрунту впливає на забезпечення рослин ключовими поживними елементами: їх доступність або знижується, або підвищується настільки, що ці елементи стають токсичними для рослин. У кислотних ґрунтах надмірна концентрація катіонів Аl³⁺, Мn²⁺, Fe²⁺, а катіонів Са²⁺, 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. Активна діяльність азотфік суючих 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. 49.1. Кислотність ґрунтів України

Ґрунти, які утворені на вапняних породах, від самого початку мають високі значення pH, 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 кислотність, 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, які в агрономії за традицією називають загальним терміном — мінеральні добрива.

Володимир Іванович Вернадський (1863-1945)

Видатний український учений, засновник Української академії наук. Заснував науку біогеохімію, досліджував роль живих організмів для формування ґрунтів, вплив хімічного складу ґрунтів на їхню родючість

Вироблені хімічною промисловістю добрива поділяють на прості, які містять один поживний елемент (Нітроген, Фосфор або Калій), і комплексні, що містять декілька поживних елементів.

Найважливішими добривами є:

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

• 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;

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

• простий суперфосфат — суміш Са(Н₂РО₄)₂•Н₂О і 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 — СаНРО₄•2Н₂О за своїми агрохімічними властивостями подібний до подвійного суперфосфату. Він нерозчинний у воді, але засвоюється рослинами на кислих 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, Р, К) 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. В 1 кг цих продуктів може міститися до 4 г нітрат-іонів, що більш ніж у 10 разів перевищує припустиму добову дозу.

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 дощами 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».

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

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 11

Ознайомлення зі зразками мінеральних добрив

Обладнання: штатив із пробірками.

Дотримуйтесь правил безпеки

Розгляньте запропоновані вам зразки мінеральних добрив. Розподіліть їх на групи: прості та комплексні. Запишіть формули добрив та схарактеризуйте їхній зовнішній вигляд. Дослідіть розчинність добрив у воді. Результати спостережень запишіть у таблицю.

Арттурі Ілмарі Віртанен (1895-1973)

Лауреат Нобелівської премії 1945 р. за дослідження та досягнення в галузі сільського господарства й хімії поживних речовин, особливо за метод консервації кормів

Ключова ідея

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

Запитання та завдання

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

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

296. Які проблеми постають під час використання мінеральних добрив?

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

298. Обробкою фосфориту гарячою концентрованою нітратною кислотою замість сульфатної отримують розчин, із якого взаємодією з амоніаком одержують комплексне добриво. Запишіть рівняння реакцій.

299. Складіть рівняння реакцій для здійснення перетворень: