Современная химия и сельское хозяйство

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Е Ф Е Р А Т

Современная химия и сельское хозяйство

Выполнила:

студентка 1 курса факультета психологии, специальность «Клиническая психология», группа «А»,

Колесникова Л.Г.

Проверила: Васильченко Е.А.

Ставрополь

2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.Удобрения

2.Химические вещества, используемые для борьбы с сорняками и вредителями

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Химические знания находят применение во всех областях хозяйствования человека. Довольно широко применение химии в сельском хозяйстве, в частности, в земледелии. Кроме множества лекарств, в повседневной жизни люди сталкиваются с достижениями физико-химической биологии в различных сферах своей профессиональной деятельности и в быту. В сельском хозяйстве применяются вещества, способные повысить урожаи (стимуляторы роста, гербициды и др.) или отпугнуть вредителей (феромоны, гормоны насекомых), излечить от болезней растения и животных и многие другие...

Все эти вышеперечисленные успехи были достигнуты с применением знаний и методов современной химии.

1. Удобрения

Органические удобрения

Важнейшим органическим удобрением является навоз. В навозе в среднем содержится 0,5% связанного в химические соединения азота, 0,25% фосфора и 0,6% калия. Кроме азота, фосфора и калия навоз содержит все элементы, включая и микроэлементы, необходимые для жизни растений.

Ценным и быстродействующим средством является навозная жижа. Она содержит до 0,8% азота и до 1% калия, но сравнительно небольшое количество фосфора. Ее применяют для подкормки растений в весенне-летний сезон и для приготовления компостов. Компосты - смеси двух или нескольких удобрений. Для их приготовления используют главным образом торф. В результате получают торфо-навозные, торфо-жижевые, торфо-фекальные, торфо-фосфоритные и другие компосты.

Концентрированным и весьма эффективным удобрением является птичий помет. Он содержит в среднем 6% азота, 4,3% калия и 2,6% фосфора. Для избежания потерь питательных веществ птичий помет хранят в смеси с торфом.

Для обогащения почвы азотом применяют так называемое зеленое удобрение - специально выращенная и запаханная растительная масса. Для этой цели используют главным образом бобовые растения, которые способны связывать в химические соединения азот воздуха. Обычно молекулярный азот недоступен для растений в качестве питания. Однако он способен усваиваться некоторыми микроорганизмами. Давно установлено, что на корневой системе бобовых растений размножаются клубеньковые бактерии, которые обладают способностью переводить молекулярный азот в химические соединения. В процессе своей жизнедеятельности клубеньковые бактерии и обогащают почву соединениями азота. Кроме того, некоторые бобовые растения имеют корневую систему, уходящую глубоко в землю. Благодаря этому они переносят в пахотный слой извлеченные из глубоких горизонтов питательные вещества и таким путем также способствуют повышению урожайности.

Минеральные удобрения

В мире минеральные удобрения начали применять сравнительно недавно. Инициатором и активным поборником их использования в земледелии был немецкий химик Юстус Либих. В 1840 г. он выпустил в свет книгу «Химия в приложении к земледелию». В 1841 г. в Англии была построена первая суперфосфатная установка. Калийные удобрения начали производить в 70-х годах прошлого века. Спрос на минеральные удобрения быстро увеличивается так, что их мировое потребление с начала текущего столетия удваивается за каждые десять лет. Запасы главных элементов удобрений на Земле достаточно велики, и их истощения пока не предвидится. Рассмотрим различные виды минеральных удобрений.

Азотные удобрения

Для синтеза белков растениям необходим азот. Азотсодержащие минеральные удобрения подразделяются на аммиачные, нитратные и амидные. К первой группе относится аммиак NH4 и его соли - прежде всего, сульфат (NН4)2SO4 и хлорид аммония NH4C1. Ко второй группе - селитры: натриевая NaNO3, калиевая KNO3 и кальциевая Ca(NO3)2. Cуществуют также аммиачно-нитратные удобрения, например, аммиачная селитра NH4N03. К амидным удобрениям относятся цианамид кальция CaCN2 и мочевина (карбамид) NH2CONH2.. Цианамид кальция при гидролизе дает аммиак и карбонат кальция:

СаСN2 + ЗН2O = СаСО3+2NН3

При взаимодействии с водой мочевины помимо аммиака образуется ещё одно питательное вещество - диоксид углерода:

NH2CONH2 +Н2О = 2NН3+СO2

Отметим ряд существенных недостатков этих удобрений. Цианамид и мочевина взаимодействуют с водой постепенно, поэтому и питательные вещества поступают из них к растениям также постепенно. Кроме того, аммиак, хотя и не очень сильно, но токсичен.

В почве происходит биологическое превращение восстановленных форм азота в окисленные под действием целого ряда бактерий - нитрификация. Она протекает в две стадии:

2NН3 + 3О2 = 2NО2+ 2Н+ + 2Н2О

2N02+О2 = 2NО3

Энергия, выделяющаяся при окислении аммиачного азота до нитратного, используется бактериями для ассимиляции углекислого газа и для других эндотермических процессов.

Существуют другие бактерии и грибки, которые проводят нитрификацию не только аммиачного азота, но и азота органических соединений, осуществляя таким образом минерализацию органических соединений, попавших в почву. В результате действия различных нитрифицирующих бактерий аммиак и органические амины, содержащиеся в больших количествах в навозе, превращаются в нитраты. Последние попадают в грунтовые воды, водоёмы и колодцы. Вследствие этого вода колодцев, расположенных вблизи больших ферм, часто содержит недопустимо большое количество нитратов и потому непригодна для питья и приготовления пищи. Поэтому использование аммиачных и амидных удобрений небезопасно в экологическом плане

Рассмотрим действие нитратных азотных удобрений. При их применении происходит подщелачивание почв, поскольку растения связывают азотную кислоту и освобождают щелочь:

NаNО3 + Н2О = [НNО3] + NaOH

Однако и нитратные удобрения небезопасны. Опасность заключается не в самих нитратах, а в продуктах их восстановления - нитритах. Нитриты образуются из нитратов в желудке как человека, так и животных. Они-то и обладают ядовитым действием на организм. Кроме того, нитриты способны нитрозировать аминные группы в белках и аминокислотах, приводя к образованию нитрозаминов. Существуют указания на то, что некоторые из нитрозаминов обладают канцерогенными свойствами.

Таким образом, мы показали, что использование азотных удобрений, хотя и эффективно, представляет из себя вопрос дискуссионный из-за экологической небезопасности.

Фосфорные удобрения

Фосфор необходим растениям для синтеза белков клеточных ядер - нуклеопротеидов, а также многих других биологически активных органических соединений. Он накапливается в растениях в довольно больших количествах. Растения как объекты питания обеспечивают фосфором организмы животных, а также человека.

В природе фосфор присутствует в апатитах и фосфоритах. Апатиты - это группа минералов, основными компонентами которых являются соли: Са5F(РО4)3 - фторапатит, Са5Сl(РО4)3 - хлорапатит и Са5ОН(РО4)3 - гидроксидапатит. Наиболее распространён фторапатит. Апатиты входят в состав изверженных магматических пород.

Осадочные породы, в которых содержится апатит с включениями частичек посторонних минералов (кварца, кальцита, глины и др.), называют фосфоритами. Они образовались путем минерализации скелетов животных (кости, как известно, состоят в основном из фосфата кальция) или осаждением из воды фосфатных ионов ионами кальция. Известно, что люди применяли кости для удобрения полей с древнейших времен. Теперь мы знаем, что особенно большой эффект костяная мука дает на кислых почвах.

В основе фосфоритов и апатитов - Са3(РО4)2. Поэтому растениям трудно извлекать из них фосфор. Кислая соль СаНР04 растворима лучше, и ее растворимость увеличивается в присутствии органических кислот, встречающихся в почвах. Однозамещенная соль Ca(H2P04)2 растворима в воде относительно хорошо. Таким образом, химики могут помочь растениям в усвоении фосфора переводом средней соли Са3(РО4)2 в кислые СаНР04 или Са(Н2Р04)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. Для решения этой задачи проводят следующее химическое преобразование:

2Ca5F(PО4)3 + 7H2SО4 + ЗН2О = 3Ca(H2PО4)2 H2О+7CaSО4+2HF

Для получения удобрения с более высоким содержанием фосфора проводят процесс в две стадии. Вначале получают фосфорную кислоту:

2Са5F(РО4)з+10Н2SО4 = 6Н3 РО4+10СаSО4+2НF

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

Ca5F(PО4)3 + 7Н3РО4 + 5Н2О = 5Са(Н2 РО4)2 • Н2О + HF

Образующийся продукт называют двойным суперфосфатом потому, что в отличие 'от простого суперфосфата он содержит примерно вдвое больше питательного вещества.

Еще одно фосфорное удобрение производят нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком (суспензией гашеной извести):

Н3РО4 + Са(ОН)2 = СаНРО4 • 2Н2О

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:

Са(Н2РО4)2 + Са(НСО3)2 = 2СаНРО4 + 2СО2 + 2Н2О

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

Са(Н2РО4)2+2СаСО3 = Са3(РО4)2+2СО2+2Н2О

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

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 России имеются богатейшие, месторождения карналлита KCl·MgCl2·H2O и сильвинита (смесь сильвина КСl 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.

Калийные удобрения обычно применяют в сочетании с азотными и фосфорными. 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 определённых 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 - питательные вещества

Кроме вышеупомянутых элементов растениям необходимы в довольно больших количествах кальций, магний, сера, железо. Их содержание в почвах часто близко к потребностям растений и их вынос с товарной продукцией относительно невысок.