Химия вокруг нас

Фосфориты и особенно апатиты, основой которых является средняя соль Ca₃(PO₄)₂, малорастворимы в воде. Поэтому растениям трудно извлекать из них фосфор. Кислая соль CaHPO₄ растворима лучше и ее растворимость увеличивается в присутствии органических кислот, встречающихся в почвах. Однозамещенная соль Ca(H₂PO₄)₂ растворима в воде относительно хорошо. Таким образом, химики могут помочь растениям в усвоении фосфора переводом средней соли Ca₃(PO₄)₂ в кислые CaHPO₄ или Ca(H₂PO₄)₂. С точки зрения различной растворимости среднего и кислых фосфатов понятно, почему фосфоритная мука дает наилучшие результаты на кислых (подзолистых и торфяных) почвах. Понятно и то, что перед употреблением фосфоритной муки не рекомендуется известковать почву, так как это приводит к понижению ее кислотности.

Химическая сущность производства наиболее дешевого фосфорного удобрения — суперфосфата — сводится к обработке фторапатита серной кислотой:

2Ca₅F(PO₄)₃ + 7H₂SO₄ + 3H₂O = 3Ca(H₂PO₄)₂·H₂O + 7CaSO₄ + 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:

2Ca₅F(PO₄)₃ + 10H₂SO₄ = 6H₃PO₄ + 10CaSO₄ + 2HF

Получающуюся фосфорную кислоту отделяют от гипса и действуют ею на новую порцию сырья:

Ca₅F(PO₄)₃ + 7H₃PO₄ + 5H₂О = 5Ca(H₂PO₄)₂·H₂О + 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):

H₃PO₄ + Ca OH)₂ = CaHPO₄·2H₂О

Полученный таким образом продукт называют преципитатом. Он обладает хорошими физическими свойствами, не слеживается, хорошо рассеивается.

При внесении в почву суперфосфаты взаимодействуют с гидрокарбонатом кальция и в сравнительно короткий срок превращаются в соответствии с уравнением

Ca(H₂PO₄)₂ + Ca(HCO₃)₂ = 2CaHPO₄ + 2CO₂ + 2H₂О

При большом содержании карбонатов, т.е. при низкой кислотности почв, превращение может пойти дальше:

Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaCO₃ = Ca₃(PO₄)₂ + 2CO₂ + 2H₂О

В результате вновь получается малорастворимый фосфат кальция Ca₃(PO₄)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 1 м³ 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.

В нашей стране имеются богатейшие месторождения карналлита KCl·MgCl₂·6H₂O и сильвинита (смесь сильвина KCl и галита NaCl) (г. Соликамск). Первый используется в качестве сырья для получения магния, а остаток производства идет на выработку калийного удобрения. Источником калийных удобрений также служат отходы других производств: апатитового, цементного, алюминиевого и др.