Химия в хозяйстве
удобрения — суперфосфата — сводится к обработке фторапатита серной
кислотой:
2Ca5F(РO4)3 + 7H2S04 + ЗН2О == ЗСа(Н2Р04)2 • H2O + 7CaS04 + 2HF
Недостатком суперфосфата является низкое содержание в нем фосфора.
Сульфат кальция (гипс) можно рассматривать лишь как транспортный балласт.
Правда, для подзолистых и супесчаных почв, в которых содержится мало серы,
сульфат кальция оказывается полезным для некоторых растений, потребляющих
много серы — бобовые, крестоцветные и др. Однако для большинства растений
гипс практически бесполезен.
Для получения удобрения с более высоким содержанием фосфора проводят
процесс в две стадии. Вначале получают фосфорную кислоту:
Получающуюся фосфорную кислоту отделяют от гипса и действуют ею на
новую порцию сырья:
Ca5F(РO4)3 + H3РO4 + 5H2O = 5Ca5(H3РO4)2 *H2O + HF
Образующийся продукт называют двойным суперфосфатом потому, что в
отличие -от простого суперфосфата он содержит примерно вдвое больше
питательного вещества. Для устранения слеживаемости и обеспечения хорошей
рассеиваемости суперфосфат гранулируют.
Еще одно фосфорное удобрение производят нейтрализацией фосфорной
кислоты известковым молоком (суспензией гашеной извести):
Hз Р04+Са(ОН)2 = СаНР04.2Н2О
Полученный таким образом продукт называют преципитатом. Он обладает
При большом содержании карбонатов, т. е. при низкой кислотности почв,
превращение может пойти дальше:
Са(Н2РO4)2+2СаСОз = Саз(Р04)2 + 2С02+2Н20
В результате вновь получается малорастворимый фосфат кальция
Саз(Р04)2, который малодоступен для питания растений.
Таким образом, для эффективного использования удобрений нужно знать и
регулировать кислотность почв. Наличие в почве в больших количествах
соединений железа (III) и алюминия (III) также снижает эффективность
фосфорных удобрений, так как данные ионы образуют с фосфатными ионами
малорастворимые соли.
Калийные удобрения. Человек давно заметил, что внесение в почву золы
приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является
карбонат калия — поташ, стало ясно гораздо позже. До разработки
промышленных способов производства соды поташ играл исключительно важную
роль в различных производствах:
стекольном, текстильном, мыловаренном и др. Его получали сжиганием
древесины, обработкой водой золы с последующим выпариванием водного
раствора. Из золы сожженного 1м3 вяза получали 0,76 кг поташа, ивы— 0,63,
липы — 0,50 кг. В России лес бездумно сжигали на поташ до середины XIX в.
Содержание калия в золе от сгоревших растений обычно очень высокое: в золе
соломы злаков от 9 до 22 %, гречишной соломы — 25— 35, стеблей
подсолнечника 36—40, торфа 0,5—4,7 %. Само слово «поташ» произошло от
древнего нем. «пот» — горшок и «аш» — зола, так как щелок, получающийся при
обработке золы водой, выпаривался в горшках.
В организме растений калий регулирует процесс дыхания, способствует
усвоению азота и повышает накопление белков и Сахаров в растениях. Для
зерновых культур калий увеличивает прочность соломы, а у льна и конопли
повышает прочность волокна. Калий повышает стойкость озимых хлебов к
морозам и к перезимовке и овощных культур к ранним осенним заморозкам.
Недостаток калия у растений проявляется на листьях. Их края приобретают
желтую и темно-коричневую окраску с красными крапинками.
Больше всего калийных удобрений требуется для картофеля, сахарной
свеклы и других клубне- и корнеплодов, а также подсолнечника, бобовых
культур, гречихи. Зерновые хлеба характеризуются средней потребностью в
калии. Из почв с низким содержанием калия отличаются торфянистые,
супесчаные и пойменные. Ионы калия хорошо поглощаются и удерживаются
почвами и потому он в почве малоподвижен. Поскольку калийные удобрения
всегда содержат соединения магния, которые, как правило, весьма
гигроскопичны, то они легко отсыревают и хранить их нужно в сухом складе.
Калийные удобрения обычно применяют в сочетании с азотными и
фосфорными. Естественно, что в таких случаях было бы нерационально вносить
отдельно каждое из них. Это потребовало бы больших трудовых затрат. Поэтому
часто механически или химически готовят смеси различных удобрений.
Смешанные в определенных пропорциях различные удобрения называют туками.
При подборе смесей не должно быть потерь питательных веществ и перехода
удобрений в малоусвояемую форму, что может быть вызвано химическим
взаимодействием компонентов. Так, нельзя добавлять к аммонийным удобрениям
удобрения щелочного характера, например поташ. Поэтому к приготовлению
многокомпонентных удобрений должны привлекаться химики.
Другие макроэлементы, входящие в питательные вещества. Как уже было
отмечено, почвы быстрее всего истощаются азотом, фосфором и калием. Кроме
них растениям необходимы в довольно больших количествах и другие химические
элементы: кальций, магний, сера, железо. Их содержание в почвах часто
близко к потребностям растений и их вынос с товарной продукцией
относительно невысок.
Ионы кальция в растениях входят в плазму клеток и играют в ней
активную роль. Они необходимы для развития корневой системы, в частности
корневых волосков. В растениях кальций накапливается в основном в листьях и
товарной части урожая. Поэтому кальций в значительной мере возвращается в
почву в процессе естественного круговорота. Извне кальций обычно вносится в
почву при ее известковании.
Известно, что процесс фотосинтеза протекает с участием хлорофилла,
непременной составной частью которого являются ионы магния. Магний
оказывает большое влияние на образование углеводов в растениях и,
следовательно, на плодообразование. Недостаток магния в почвах выражается в
появлении на листьях «мраморовидности» — белесой пятнистости, в их
скручивании и по-желтении. Это начинается с краев нижних листьев. Листья
при недостатке магния становятся хрупкими. При недостатке магния
замедляется рост и вегетация растений, а при большом его дефиците в почве —
растение вовсе не вступает в фазу плодоношения.
Поскольку сырье для калийных удобрений обычно содержит много магния,
то последний переходит в эти удобрения и с ними вносится в почву. Минералы,
в состав которых входит магний, весьма распространены в природе. Один из
них — доломит MgC03-CaC03, измельченный в виде муки, применяют в качестве
магниевого удобрения. Одновременно он проявляет и другую функцию — как
средство известкования почвы.
Наибольшая потребность в магнии характерна для табака, свеклы,
картофеля, зерновых и зернобобовых культур и бобовых трав. Большой
чувствительностью к недостатку магния отличаются просо, чумиза, кукуруза,
конопля, сорго. Задержка развития растений наступает в том случае, если
содержание магния в почве падает до 1—2 мг на 100 г почвы.
Магний необходим и организму человека. Врачи считают, что одной из
причин спазм кровеносных сосудов является недостаток магния. Они
установили, что внутривенные и внутримышечные вливания растворов солей
магния снимают спазмы и судороги. В организм человека магний поступает с
овощами и фруктами. В заметных количествах он содержится в капусте,
картофеле и помидорах, но особенно богаты им абрикосы и персики.
Сера входит в некоторые аминокислоты, которые, в свою очередь, входят
в состав растительных белков. Считают, что растениями усваивается только
сульфатная сера и этому процессу способствуют серобактерии. Около 75 %
серы, находящейся в растении, входит в нетоварную часть урожая.
Весьма распространенное заболевание растений — хлороз — связано с
недостатком железа. Оно проявляется в пожелтении листьев из-за их
неспособности синтезировать хлорофилл. Недостаток в растениях железа
приводит также к разрушению биологически активного вещества ауксина,
необходимого для корнеобразования и общего роста. Общая потребность
растений в железе довольно низкая. В среднем с 1 га с урожаем зерновых
культур выносится около 1,5 кг железа. Поэтому соединения железа можно было
бы отнести к числу микроудобрений. Конечно, граница между микроудобрениями
и макроудобрениями весьма условна.
Микроудобрения. Микроудобрениями называют питательные вещества,
которые содержат химические элементы, потребляемые растениями в очень малых
количествах. В настоящее время выявлена биологическая роль в жизни
растительных и животных организмов бора, меди, марганца, молибдена и др.
Удобрения, содержащие эти микроэлементы, получили соответствующие названия.
Борные удобрения вносят в небольших количествах, но они совершенно
необходимы. При борном голодании отдельные растения ведут себя по-разному.
Например, сахарная свекла загнивает в верхней части корнеплода еще в поле,
лен поражается бактериозом и почти не образует семян, а его волокно
становится коротким и ослабленным, бобовые растения дают мало семян, а у
яблонь и груш происходит «опробкование» внутри плодов.
У растений бор содержится больше всего в пыльце.
Он участвует в кислородном питании тканей и передвижении углеводов из
пластинки листа в другие части растения.
Медные удобрения также вносятся в небольших количествах. Растения
обеспечиваются медью, если ее содержание выше 0,4 мг на 1 кг сухой почвы. В
самих же растениях содержание меди составляет от 3 до 15 мг на 1 кг сухой
массы. Медь входит в состав некоторых окислительных ферментов и, значит,
принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, она влияет на
углеводный обмен и образование хлорофилла. Без меди злаковые растения не
синтезируют белок, а значит, и не образуют зерна. Установлено, что кости
животных и человека содержат относительно много меди. Ее дефицит в
организме приводит к искривлению и ломкости костей.
Марганцевые удобрения обычно используют на черноземных и других
нейтральных или слабощелочных почвах. Их внесения в кислые подзолистые
почвы обычно не требуется. Марганец способствует усвоению растениями азота
и накоплению хлорофилла, а также синтезу аскорбиновой кислоты (витамина С).
Недостаток марганца в растениях проявляется в побурении и опадании листьев.
Молибдена в отличие от марганца мало в кислых почвах, но обычно
достаточно в нейтральных и слабощелочных. Установлено, что молибден
непременно входит в клубеньковые бактерии, связывающие в соединения
атмосферный азот. При недостатке молибдена в почве нарушается синтез в
растениях белковых веществ. Он способствует усвоению растениями азотного
удобрения — селитры.
Вероятно, важную роль в жизнедеятельности растений играет кобальт, но
пока об этом можно судить лишь на основании косвенных данных. В конце
прошлого века в некоторых районах Новой Зеландии, Австралии, Англии и
других стран была распространена болезнь скота — сухотка. Это заболевание
влекло за собой снижение содержания гемоглобина в крови животных, потерю
аппетита, сокращение удоев молока, прекращение прироста живой массы. Трудом
многих ученых было установлено, что сухотка связана с недостатком в
организме кобальта (акобальтоз), который, в свою очередь, связан с
недостатком его в почвах этих районов. Для устранения заболевания в корм
скоту стали добавлять кобальтсодержащие соли. В настоящее время
установлено, что организм животных и человека синтезирует витамин Biz,
недостаток которого приводит к злокачественному малокровию. Непременной
составной частью витамина В 12 является кобальт. Вероятно, недостаток
кобальта в почве приводит к недостатку его в растениях, а затем и в
организме животных, что сказывается на содержании в организме витамина Bia.
Хотелось бы еще раз отметить, что удобрения хороши при употреблении в
научно обоснованных количествах. Большой избыток любого удобрения не на
пользу растениям, а через них и человеку. Во всем должна быть мера. В
случае удобрений эту меру определяют химики-аналитики, проводящие
химический анализ почв. Уместно также напомнить старую поговорку, которая
гласит: «Нет плохих почв, а есть плохие хозяева».
Для выращивания урожая культурные растения необходимо защищать от
сорняков и болезней. Химические вещества, применяемые для уничтожения
растений (чаще всего сорных), называют гербицидами. Это слово происходит от
латинских герба — трава, растение и циде — убивать. В настоящее время
имеется большой ассортимент сложных органических соединений, обладающих
гербицидными свойствами. Старейшим же гербицидом была соль NaCl03. Она
относится к гербицидам сплошного действия, так как уничтожает все растения
подряд. Ее применяли для удаления травы с дорог и дорожек. Первым
гербицидом избирательного действия была серная кислота, которая широко
использовалась в некоторых странах еще перед второй мировой войной. При
разбрызгивании ее водного раствора на посевах злаковых культур она легко
стекала с узких листьев злаковых растений, имеющих воскоподобную
поверхность. В результате кислота не причиняла вреда этим культурным
растениям. Широколистные двудольные сорняки захватывали больше серной
кислоты, лучше удерживали ее и потому гибли. Таким образом, серная кислота
является гербицидом морфологической избирательности.
Специалисты считают, что свыше 80 % заболеваний культурных растений
обусловлено грибками. Химические средства борьбы с грибковыми и
бактериальными болезнями сельскохозяйственных растений называют фунгици-
дами (от лат. слова фунгус—гриб). Наиболее распространенные среди садоводов-
любителей фунгициды содержат соединения меди (II). Широко известна
бордосекая жидкость, являющаяся раствором, в состав которого входят медный
купорос CuS04 и гашеная известь Са(ОН)2. Она впервые была использована в
1885 г. для борьбы с мучнистой росой виноградных лоз. Не трудно догадаться,
что это произошло во Франции в окрестностях города Бордо. Несколько позже
было установлено, что раствор, состоящий из ЗСu(ОН)2*СиСl2, имеет
преимущества, так как обладает меньшей коррозионной активностью. Еще раньше
для борьбы с мучнисторосяными грибками растений начали использовать
измельченную серу. Это средство применяют и по сей день. Наряду с серой для
этой же цели используют отвар, получаемый ее кипячением с известью. Это
средство и в настоящее время считается довольно эффективным фунгицидом.
Однако соединения серы иногда плохо действуют на другие растения и прежде
всего на некоторые сорта яблонь и груш.
Растворимые соединения меди ядовиты для вредителей зеленых растений,
т. е. обладают фунгицидными свойствами. Медный купорос CuS04*5Н2О является
одним из наиболее эффективных препаратов контактного действия для борьбы с
болезнями плодовых деревьев, виноградников и других растений. Смесь медного
купороса (1 кг CuS04 • 5Н2О и 0,75 кг свежегашеной извести на 100 л воды)
называют бордосской жидкостью. Она представляет собой водную суспензию из
ЗСu(ОН)з, CuS04 и CaS04. Для образования стойкой суспензии молярное
соотношение СuО:СаО должно быть равно 1:0,75, а массовое 1:0,53. В связи с
частичным переходом во времени гашеной извести в карбонат кальция (в
результате поглощения СО2 из воздуха) массовое соотношение берут 1:0,75.
При смешении раствора медного купороса с раствором соды Na2CO3
образуется жидкость, которую издавна называют бургундской. Она является
суспензией основного карбоната меди (II) состава ЗСи(ОН)2*2СиСОз.
Бургундская жидкость имеет некоторое преимущество перед бордосской,
заключающееся в лучшей прилипаемости к растениям и отсутствием комков,
забивающих распылительные устройства.
Отметим также, что медный купорос используют для борьбы с чрезмерным
развитием водной растительности в водохранилищах.
Сухая смесь основного сульфата меди (II) 3Cu(OH)3 •CuS04 и основных
карбонатов меди (II) используется для протравливания семян и их опыления.
Ее получают смешиванием медного купороса и мела при 50—60 °С. Процесс ведут
до прекращения выделения пузырьков СО2. Для опыления используют порошок,
получающийся выпариванием раствора досуха. В промышленности этот препарат
обозначают буквами АБ.
Для борьбы с вредителями садов и слизнями используют сульфат железа
(III) Fe2(S04)2. Его применяют также для уничтожения мхов, лишайников и
грибных спор. Этот препарат действует на них уже при концентрации 0,14 %.
Однако по своим фунгицидным свойствам сульфат железа (III) примерно в 10
раз слабее, чем медный купорос.
В сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений и с грызунами
широко используют соединения мышьяка. Из них наибольшее распространение
получил арсенат кальция Саз(Аs04)2. Издавна известен сложный препарат, в
состав которого входят медь (II) и мышьяк (III), называемый парижской или
швейнфуртской зеленью. Вначале получают раствор метаарсенита натрия:
Аs20з + Na2CO3 == 2NaAs02 + CO2
К нему добавляют уксусную кислоту до нейтрализации избытка соды:
Na2C03 + 2СНзСООН = 2CHaCOONa + СО2 + Н2О
К полученному таким образом горячему раствору добавляют медный
купорос. Парижская зелень осаждается из раствора в соответствии с
уравнением
6NaAs02 + 2CHaCOONa + 4CuS04 ==
3Cu (AsO2)2•Сu(СНзСОО)2 + 4Na2S04
Для протравливания корней рассады капусты против возбудителя килы
используют каломель . В настоящее время в качестве протравы семян злаковых
культур широко применяют ртутьорганические соединения общей формулы RHgX,
где R — алкил или арил и Х — остаток органической или минеральной кислоты
(например, C6H5HgOCOCH3). Нормы расхода ртутьсодержащих фунгицидов
небольшие — около 5 г ртути на 1 га. К сожалению, большинство ртутных
препаратов токсичны для человека, млекопитающих и птиц. Поэтому их
стремятся исключить из употребления. В настоящее время синтезировано
довольно много органических соединений с весьма ценными фунгицидными
свойствами.
Существуют химические вещества, стимулирующие кущение растений. Их
действие основано на подавлении роста верхушечных почек, в результате чего
рост растений направляется по боковым отросткам. В качестве таких
стимуляторов нашли применение органические спирты с прямой цепью — главным
образом октиловый и дециловый спирты.
Существуют химические соединения, при опрыскивании раствором которых
растений происходит усыхание листьев и их опадение. Такие соединения
называют дефолиантами (от лат. слова фолиум —лист). Дефолианты применяют
для предуборочного удаления листьев с растений для облегчения
механизированной уборки урожая (например, хлопчатника). Наиболее
распространенными дефолиантами являются хлорат магния М§(С10з)2 и цианамид
кальция CaCN2. Напомним, что при внесении в почву цианамид кальция играет
роль азотного удобрения.
Для борьбы с личинками малярийного комара применяют препарат «Армаль».
Его получают обработкой раствора мышьяковистой кислоты известью-пушонкой в
смеси с инертным наполнителем — тальком, глиной или мелом. К этой смеси
затем добавляют медный купорос и отфильтровывают в виде пасты. К
высушенному и размолотому препарату добавляют гидрофобное органическое
вещество (3 % асидол или древесное крезотовое масло). Последнее позволяет
зернам препарата удерживаться на поверхности воды и оказывать губительное
действие на личинки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
. Краткая химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия,
1961—1967.
. Советский энциклопедический словарь.— М;: Сов. энциклопедия, 1983.
. Августиник А. И. Керамика. — Л.: Стройиздат, 1975.
. Андреев И. Н. Коррозия металлов и их защита. — Казань: Татарское
книжное изд-во, 1979.
. Бетехтин А. Г. Минералогия. — М.: Гос. изд-во геологической
литературы, 1950.
. Бутт Ю. М., Дудеров Г. Н., Матвеев М. А. Общая технология
силикатов. — М.: Госстройиздат, 1962.
. Быстрое Г. П. Технология спичечного производства. — М.—Л.:
Гослесбумиздат, 1961.
. Витт Н. Руководство к свечному производству. — Санкт-Петербург:
Типография департамента внешней торговли, 1851.
. Войтович В. А., Мокеева Л. Н. Биологическая коррозия. — М.:
Знание, 1980. № 10. С. 63.
. Войцеховская А. Л., Вольфензон И. И. Косметика сегодня. — М.:
Химия, 1988.
. Дудеров И. Г., Матвеева Г. М., Суханова В. Б. Общая технология
силикатов. — М.: Стройиздат, 1987.
. Козловский А. Л. Клеи и склеивание. — М.: Знание, 1976.
. Козмал Ф. Производство бумаги в теории и на практике. — М.:
Лесная промышленность, 1964.
. Кукушкин Ю. Н. Соединения высшего порядка. —Л.: Химия, 1991./
Страницы: 1, 2
|