Химия и сельское хозяйство
Применение химии в хозяйствовании человека. Достижения физико-химической биологии. Удобрения, их виды. Роль химических элементов в жизни живых организмов. Химические вещества, используемые для борьбы с сорняками и вредителями. Химия природных соединений.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.02.2009 |
| Размер файла | 19,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
16
СОДЕРЖАНИЕ
- Введение 3
- 1. Удобрения 4
- 1.1 Органические удобрения 4
- 1.2 Минеральные удобрения 5
- 1.3 Азотные удобрения 5
- 1.4 Фосфорные удобрения 7
- 1.5 Калийные удобрения 9
- 1.6 Другие макроэлементы - питательные вещества 10
- 1.7 Микроудобрения 11
- 2. Химические вещества, используемые для борьбы с сорняками и вредителями 13
- Заключение 15
- Литература 16
Введение
Химические знания находят применение во всех областях хозяйствования человека. Довольно широко применение химии в сельском хозяйстве, в частности, в земледелии. В этой работе хотелось бы рассмотреть химический состав почвы, химические процессы, в ней происходящие, значение этих процессов для растений и различные методы вмешательства человека в среду с целью улучшения питания культурных растений. Как образовывался почвенный покров? Какие вещества его образуют? Что необходимо для развития и роста культурных растений? Какие удобрения может человек вносить в почву для обогащения её элементами, необходимыми для культивируемых растений? Какими химическими процессами сопровождается внесение удобрений? На все эти вопросы постараемся ответить в этой работе.
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
1.1 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.
1.2 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.
1.3 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:
2Н3 + 3О2 = 2NО2+ 2Н+ + 2Н2О
202+О2 = 2О3
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:
аО3 + Н2О = [НО3] + 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.
1.4 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: Са5(РО4)3 - фторапатит, Са5С(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:
2Са5(РО4)з+10Н2О4 = 6Н3 РО4+10СаО4+2Н
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.
1.5 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 KCMgC2H2O и сильвинита (смесь сильвина КС и галита NaC) (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.
1.6 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.
Ионы Са2+ 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 Мg2+. Магний оказывает большое влияние на образование углеводов в растениях и, следовательно, на плодообразование. 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 MgCO3*СаСО3, измельчённый в виде муки, применяют в качестве магниевого удобрения. Одновременно он проявляет и другую функцию - как средство известкования 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.
1.7 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.
Борные удобрения вносят в небольших количествах, но они необходимы. 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. 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. Её дефицит в организме приводит к искривлению и ломкости костей.
Марганцевые удобрения обычно используют на чернозёмных и других нейтральных или слабощелочных почвах. Марганец способствует усвоению растениями азота и накоплению хлорофилла, а также синтезу аскорбиновой кислоты (витамина С).
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.
2. Химические вещества, используемые для борьбы с сорняками и вредителями
Химические вещества, применяемые для борьбы с сорными растениями, называют гербицидами. Первоначально возникли сплошные гербициды, например, аСО3, которые уничтожают все растения; первым гербицидом избирательного действия была серная кислота Н2О4.
Для борьбы с грибковыми и бактериальными болезнями культурных сельскохозяйственных растений используют фунгициды. Обычно это различные соединения меди. Первым фунгицидом была бордосская жидкость, являющаяся раствором, в состав которого входят медный купорос CuSО4 и гашеная известь Са(ОН)2. Потом стали использовать раствор, состоящий из 3Cu(OH)2CuCl2, измельчённую серу. Медный купорос CuSО45Н2О является одним из наиболее эффективных препаратов контактного действия для борьбы с болезнями плодовых деревьев, виноградников и других растений. Бургундскую жидкость, которая является суспензией основного карбоната меди (II) состава ЗСu(ОН)22СuСО3 также используют для борьбы с вредителями. В сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений и с грызунами широко используют соединения мышьяка. Обычно для получения необходимой смеси пользуются следующими химическими реакциями:
А2О3 + а2СО3 = 2NaAsО2+СО2
а2СО3 + 2СН3СООН = 2СН3СООа + СО2 + Н2О
6NaAsО2 + 2CH3COONa + 4CuSО4 = 3Cu(AsО2)2Сu(СНзСОО)2 + 4Na2SО4
Полученная смесь получила название парижская зелень. Используются также некоторые соединения ртути.
Существуют специальные химические соединения, которые стимулируют образование у растений боковых ветвей.
Внося в почву любые химические вещества, надо помнить, что при неразумном их употреблении они могут нанести вред культивируемому растению, поэтому относиться к удобрению почвы надо осторожно.
Заключение
Таким образом, мы показали, какие химические элементы и зачем нужны растениям, какие удобрения может вносить в почву человек для обеспечения сельскохозяйственных культур недостающими элементами, какие химические реакции при этом проходят. Мы доказали, что возможности человека в интенсификации сельского хозяйства действительно велики, во многом, благодаря химии.
Современное человеческое общество живет и продолжает развиваться, активно используя достижения науки и техники, и практически немыслимо остановиться на этом пути или вернуться назад, отказавшись от использования знаний об окружающем мире, которыми человечество уже обладает. Накоплением этих знаний, поиском закономерностей в них и их применением на практике занимается наука. Человеку как объекту познания свойственно разделять и классифицировать предмет своего познания (вероятно, для простоты исследования) на множество категорий и групп; так и наука в свое время была поделена на несколько больших классов: естественные науки, точные науки, общественные науки, науки о человеке и пр. Каждый из этих классов делится, в свою очередь, на подклассы и т.д. и т.п.
Крупнейшими достижениями химии природных соединений явились расшифровка строения и синтез биологически важных алкалоидов, стероидов и витаминов, полный химический синтез некоторых пептидов, простагландинов, пенициллинов, витаминов, хлорофилла и др. соединений; установлены структуры множества белков, нуклеотидные последовательности множества генов и т.д. и т.п.
Литература
1. Казарян П.Е. Химия в быту. - Москва, КОИЗ, 1957.
2. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. - Москва, «Высшая школа», 1992.
3. Ю.А.Овчинников. Биоорганическая химия. М.: Просвещение,1987
4. А.М.Радецкий. Органическая химия и медицина.//Химия в школе(1995), N3:4043
4. Ю.А.Овчинников. Химия жизни (Избранные труды). М.: Наука,1990
5. К.А.Макаров. Химия и медицина. М.: Просвещение,1981
6. В.Ф.Крамаренко. Токсикологическая химия. Киев: Вища школа,1989
7. А.Е.Браунштейн. На стыке химии и биологии. М.: Наука,1987
8. Г.Б.Шульпин. Химия для всех. М.: Знание,1987
Подобные документы
Химический взгляд на природу, истоки и современное состояние. Предмет познания химической науки и ее структура. Взаимосвязь химии и физики. Взаимосвязь химии и биологии. Химия изучает качественное многообразие материальных носителей химических явлений.
реферат [99,4 K], добавлен 15.03.2004Основные классы неорганических соединений. Распространенность химических элементов. Общие закономерности химии s-элементов I, II и III групп периодической системы Д.И. Менделеева: физические, химические свойства, способы получения, биологическая роль.
учебное пособие [3,8 M], добавлен 03.02.2011Вещества и их взаимные превращения являются предметом изучения химии. Химия – наука о веществах и законах, которым подчиняются их превращения. Задачи современной неорганической химии – изучение строения, свойств и химических реакций веществ и соединений.
лекция [21,5 K], добавлен 26.02.2009Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространённости в природе. Физико-химические свойства железа, кобальта и никеля. Свойства соединений железа в степенях окисления. Цис-, транс-изомерия соединений платины.
реферат [36,7 K], добавлен 21.09.2019Краткая история возникновения химии как важнейшей отрасли естествознания и науки, изучающей вещества и их превращения. Алхимия и первые сведения о химических превращениях. Описание вещества, атомная, математическая химия и родоначальники российской химии.
курсовая работа [25,5 K], добавлен 25.04.2011Пути познания и классификация современных наук, взаимосвязь химии и физики. Строение и свойства вещества как общие вопросы химической науки. Особенности многообразия химических структур и теория квантовой химии. Смеси, эквивалент и количество вещества.
лекция [759,9 K], добавлен 18.10.2013Происхождение термина "химия". Основные периоды развития химической науки. Типы наивысшего развития алхимии. Период зарождения научной химии. Открытие основных законов химии. Системный подход в химии. Современный период развития химической науки.
реферат [30,3 K], добавлен 11.03.2009Элективный курс "Химия и медицина": содержание данного курса обучения, перечень тематик, структура и количество часов. Развитие исследований по химии природных веществ. Современная химия и медицина. Примеры решения заданий, объяснение их с позиций химии.
методичка [32,7 K], добавлен 14.03.2011Общие аспекты токсичности тяжелых металлов для живых организмов. Биологическая и экологическая роль р-элементов и их соединений. Применение их соединений в медицине. Токсикология оксидов азота, нитритов и нитратов. Экологическая роль соединений азота.
курсовая работа [160,8 K], добавлен 06.09.2015Основные понятия химической термодинамики. Стандартная энтальпия сгорания вещества. Следствия из закона Гесса. Роль химии в развитии медицинской науки и практического здравоохранения. Элементы химической термодинамики и биоэнергетики. Термохимия.
презентация [96,9 K], добавлен 07.01.2014
