Мінеральні добрива
~15 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань
Класифікація мінеральних добрив за поживними елементами (азотні, фосфорні, калійні, комплексні), співвідношення тривіальних назв із формулами та обчислення масової частки поживного елемента для порівняння цінності добрив.
Рослини, як і всі живі організми, потребують для свого розвитку різноманітних хімічних елементів. Вони засвоюють їх з ґрунту переважно у вигляді йонів, розчинених у воді. Найбільше рослинам потрібні три елементи — Нітроген (N), Фосфор (P) і Калій (K). Саме тому добрива, які вносять у ґрунт, поділяють за поживними елементами:
азотні — містять Нітроген;
фосфорні — містять Фосфор;
калійні — містять Калій;
комплексні — містять два або три з цих елементів одночасно.
Окрім того, існують мікродобрива, які постачають у малих кількостях такі елементи, як Бор (B), Купрум (Cu), Манган (Mn), Цинк (Zn) і Молібден (Mo). Їх вносять у дуже невеликих дозах, але вони так само необхідні для нормального росту.
Роль основних поживних елементів
Кожен із трьох макроелементів виконує в рослині свою особливу функцію:
Нітроген — входить до складу білків і хлорофілу. Він забезпечує ріст зеленої маси: стебел і листя. Якщо Нітрогену не вистачає, листя жовтіє, а рослина повільно росте.
Фосфор — складова нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) та АТФ. Він відповідає за розвиток кореневої системи, цвітіння й дозрівання плодів. За нестачі Фосфору цвітіння затримується, а плоди бувають дрібними.
Калій — регулює водний баланс, підвищує стійкість рослин до посухи, морозів і хвороб, сприяє накопиченню цукрів і крохмалю. Його дефіцит виявляється в'яненням листя й слабкою морозостійкістю.
Мінеральні та органічні добрива
Мінеральними називають добрива промислового походження, переважно неорганічні солі. Їхня головна перевага — точний хімічний склад, завдяки якому можна розрахувати, скільки саме поживного елемента отримає рослина.
Сечовина (карбамід) — органічна за будовою речовина, але її виробляють промислово й застосовують як азотне добриво, тому її зараховують до мінеральних азотних добрив. На противагу цьому, органічні добрива (гній, компост, торф) мають природне походження, і їхній склад змінюється залежно від багатьох чинників.
Як оцінюють цінність добрива
Цінність будь-якого мінерального добрива визначає масова частка поживного елемента в ньому. Що вона більша, то менше добрива треба вносити на поле і, відповідно, менше перевозити. Наприклад, в амонійній селітрі масова частка Нітрогену становить 35 %, а в сечовині — близько 46,7 %. Отже, для забезпечення однакової кількості Нітрогену сечовини знадобиться менше.
Азотні добрива
Азотні добрива постачають рослинам Нітроген у формі нітрат-йона (NO₃⁻), амоній-йона (NH₄⁺) або амідних груп (у сечовині). Основні представники:
амонійна (аміачна) селітра — амоній нітрат NH₄NO₃, містить 35 % N;
сечовина (карбамід) — (NH₂)₂CO, ≈ 46,7 % N — найконцентрованіше тверде азотне добриво;
натрієва селітра — натрій нітрат NaNO₃, ≈ 16,5 % N;
кальцієва селітра — кальцій нітрат Ca(NO₃)₂;
амоній сульфат — (NH₄)₂SO₄, ≈ 21,2 % N;
рідкий амоніак NH₃ та амоніачна вода (розчин амоніаку у воді).
Амонійну селітру отримують безпосередньою взаємодією амоніаку з нітратною кислотою:
NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃
Сечовину виробляють з амоніаку й карбон(IV) оксиду під високим тиском.
Фосфорні добрива
Фосфорні добрива містять Фосфор у складі фосфат-йонів. Розрізняють кілька видів:
Добриво | Формула | Розчинність | Примітка |
|---|---|---|---|
Простий суперфосфат | Ca(H₂PO₄)₂ + CaSO₄ | розчинний | суміш; містить гіпс |
Подвійний суперфосфат | Ca(H₂PO₄)₂ | розчинний | чистий дигідрогенортофосфат |
Преципітат | CaHPO₄ · 2H₂O | нерозчинний у воді, розчинний у кислотах | кальцій гідрогенортофосфат |
Фосфоритне борошно | Ca₃(PO₄)₂ | нерозчинне | діє повільно; вносять у кислі ґрунти |
Фосфоритне борошно — найдешевше фосфорне добриво, але воно погано розчиняється у воді. У кислих ґрунтах Ca₃(PO₄)₂ поступово переходить у розчинні сполуки й засвоюється рослинами. У нейтральних або лужних ґрунтах його застосування неефективне.
Калійні добрива
Калійні добрива містять Калій у формі йона K⁺. Основні:
калій хлорид KCl — найпоширеніше калійне добриво;
калій сульфат K₂SO₄ (≈ 44,8 % K) — не містить хлору, придатний для чутливих до хлору культур (виноград, тютюн);
поташ — калій карбонат K₂CO₃.
Деревна зола — природне калійне добриво, яке містить K₂CO₃, а також сполуки Кальцію, Магнію та Фосфору.
Тривіальні назви в НМТ
У довідкових матеріалах НМТ тривіальних назв добрив немає — їх треба знати напам'ять. Запам'ятай:
«селітра» — це нітрат (амонійна селітра — NH₄NO₃, натрієва селітра — NaNO₃, калійна селітра — KNO₃);
«суперфосфат» — кальцій дигідрогенортофосфат Ca(H₂PO₄)₂;
«преципітат» — кальцій гідрогенортофосфат CaHPO₄ · 2H₂O;
«амофос» — суміш амонійних фосфатів, переважно NH₄H₂PO₄.
Комплексні добрива містять два або три з основних поживних елементів (N, P, K) одночасно. Це дає змогу за одне внесення забезпечити рослину кількома елементами й зменшити масу баластних речовин.
Добриво | Склад (переважно) | Поживні елементи | Примітка |
|---|---|---|---|
Калійна селітра | KNO₃ | N + K | не лише калійне, а комплексне добриво |
Амофос | NH₄H₂PO₄ | N + P | амоній дигідрогенортофосфат |
Діамофос | (NH₄)₂HPO₄ | N + P | амоній гідрогенортофосфат |
Нітрофоска | суміш NH₄NO₃, CaHPO₄, KNO₃ | N + P + K | склад варіює між марками |
Нітроамофоска | суміш NH₄NO₃, (NH₄)₂HPO₄, KNO₃ | N + P + K | містить усі три макроелементи |
Чому калійна селітра — комплексне добриво?
Назва «калійна селітра» натякає лише на Калій, але за формулою KNO₃ видно, що вона містить ще й Нітроген у складі нітрат-йона. Отже, за одне внесення рослина отримує і N, і K. Саме тому на НМТ калійну селітру відносять до комплексних добрив, а не до калійних.
Переваги комплексних добрив
економія часу — одне внесення замість двох-трьох;
менше баластних речовин — отже, менша вартість транспортування;
збалансоване живлення — співвідношення N:P:K можна підібрати залежно від культури.
Як одержують солі амонію для добрив
Багато азотних і комплексних добрив виробляють із амоніаку й відповідних кислот. Рівняння реакцій амоніаку з кислотами входять до вимог програми НМТ (тема 2.1.1):
NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃ (амоній нітрат);
NH₃ + H₃PO₄ → NH₄H₂PO₄ (амофос);
2NH₃ + H₃PO₄ → (NH₄)₂HPO₄ (діамофос).
Нагадаємо: амонійні фосфати вважають не фосфорними, а комплексними добривами, оскільки вони одночасно постачають рослині й Нітроген, і Фосфор.
Масова частка елемента в добриві — це відношення маси цього елемента до маси всього добрива, виражене у відсотках. Формула:
де n — число атомів елемента E у формулі, Aᵣ(E) — відносна атомна маса, Mᵣ(добрива) — відносна молекулярна маса. На НМТ відносні атомні маси округлюють до цілих чисел згідно з інструкцією до завдань 21–24.
Азотні добрива: обчислюємо w(N)
Добриво | Формула | Mᵣ | w(N) |
|---|---|---|---|
Амонійна селітра | NH₄NO₃ | 80 | 28/80 = 35,0 % |
Сечовина | (NH₂)₂CO | 60 | 28/60 ≈ 46,7 % |
Амоній сульфат | (NH₄)₂SO₄ | 132 | 28/132 ≈ 21,2 % |
Натрієва селітра | NaNO₃ | 85 | 14/85 ≈ 16,5 % |
Калійна селітра | KNO₃ | 101 | 14/101 ≈ 13,9 % N |
Рідкий амоніак | NH₃ | 17 | 14/17 ≈ 82,4 % |
Зверни увагу: в амонійній селітрі (NH₄NO₃) і сечовині ((NH₂)₂CO) міститься по два атоми Нітрогену, тому чисельник 2 · 14 = 28. Якщо забути про це й узяти 14, результат буде вдвічі меншим — типова помилка!
Фосфорні й калійні добрива
Ca(H₂PO₄)₂ (подвійний суперфосфат) — Aᵣ(P) = 31, Mᵣ = 234, w(P) = 62/234 ≈ 26,5 %;
K₂SO₄ (калій сульфат) — Aᵣ(K) = 39, Mᵣ = 174, два атоми Калію, w(K) = 78/174 ≈ 44,8 %.
Як знайти масу добрива, що містить задану масу елемента
Якщо відома масова частка, масу добрива обчислюють за формулою:
Наприклад, щоб ділянка отримала 14 кг Нітрогену:
з амонійної селітри (35 % N): m = 14 / 0,35 = 40 кг;
із сечовини (46,7 % N): m = 14 / 0,467 ≈ 30 кг.
Отже, сечовини потрібно на 10 кг менше, ніж амонійної селітри.
Швидке порівняння без калькулятора
Для порівняння азотних добрив можна скористатися простим прийомом: визначити, скільки грамів добрива припадає на 14 г Нітрогену (тобто на один моль атомів Нітрогену, округлено). Чим менша ця маса, тим більша масова частка Нітрогену:
Добриво | Маса добрива, що містить 14 г N | Висновок |
|---|---|---|
Сечовина (NH₂)₂CO | 30 г | найменша → найбільша w(N) |
Амонійна селітра NH₄NO₃ | 40 г | середнє |
Амоній сульфат (NH₄)₂SO₄ | 66 г | більше |
Натрієва селітра NaNO₃ | 85 г | найбільша → найменша w(N) |
Цей спосіб працює, бо 14 г — це маса одного моля атомів Нітрогену, і маса добрива, що припадає на цю кількість, дорівнює Mᵣ(добрива) / n(N).
Приклад 1. Логічні пари: добриво — тип
Установіть відповідність між добривом і типом, до якого воно належить.
Добриво | Тип |
|---|---|
1 KNO₃ | А комплексне (N і K) |
2 Ca(H₂PO₄)₂ | Б фосфорне |
3 (NH₂)₂CO | В азотне |
Г калійне | |
Д мікродобриво |
Розв'язання: KNO₃ містить Нітроген і Калій — це комплексне добриво (А). Ca(H₂PO₄)₂ — кальцій дигідрогенортофосфат, фосфорне добриво (Б). (NH₂)₂CO — сечовина, азотне добриво (В).
Відповідь: 1 → А, 2 → Б, 3 → В.
Чому інші варіанти неправильні? Г (калійне) підходить лише для суто калійних добрив, таких як KCl або K₂SO₄. Д (мікродобриво) — для сполук, що постачають B, Cu, Mn, Zn, Mo у мікродозах.
Приклад 2. Добриво з найбільшою масовою часткою Нітрогену
В якому добриві масова частка Нітрогену найбільша?
А — амонійна селітра NH₄NO₃
Б — сечовина (NH₂)₂CO
В — амоній сульфат (NH₄)₂SO₄
Г — калійна селітра KNO₃
Розв'язання: Обчислимо w(N) для кожного:
NH₄NO₃: 28/80 = 0,35 (35 %)
(NH₂)₂CO: 28/60 ≈ 0,467 (46,7 %)
(NH₄)₂SO₄: 28/132 ≈ 0,212 (21,2 %)
KNO₃: 14/101 ≈ 0,139 (13,9 %)
Найбільша частка — у сечовини. Відповідь: Б.
Пастка: деякі обирають амонійну селітру, вважаючи її найконцентрованішою, але сечовина виграє завдяки меншій молекулярній масі й двом атомам Нітрогену.
Приклад 3. Розрахунок масової частки Нітрогену в амоній нітраті
Обчисліть масову частку Нітрогену в амоній нітраті (NH₄NO₃). Відповідь запишіть у відсотках.
Розв'язання:
Mᵣ(NH₄NO₃) = 2 · 14 + 4 · 1 + 3 · 16 = 28 + 4 + 48 = 80
Сумарна маса Нітрогену: 2 · Aᵣ(N) = 2 · 14 = 28
w(N) = 28 / 80 · 100 % = 35 %
Відповідь: 35.
Пастка: якщо не помножити на два атоми Нітрогену, отримаєш 14/80 · 100 % = 17,5 % — це неправильно, і таку відповідь система оцінить у 0 балів.
Приклад 4. Маса добрива для заданої маси елемента
Яку масу калій сульфату (K₂SO₄) треба внести, щоб ділянка одержала 39 кг Калію? Відповідь запишіть у кілограмах.
Розв'язання:
Mᵣ(K₂SO₄) = 2 · 39 + 32 + 4 · 16 = 78 + 32 + 64 = 174
w(K) = 78 / 174 ≈ 0,448 (44,8 %)
m(K₂SO₄) = m(K) / w(K) = 39 / (78/174) = 39 · 174 / 78 = 87 кг
Відповідь: 87.
Пастка: якщо взяти w(K) = 39/174 (не врахувавши, що атомів Калію два), маса добрива вийде 174 кг — це вдвічі більше, ніж потрібно насправді.
Приклад 5. Аналіз двох тверджень
Визначте правильність тверджень:
I. Калійна селітра — лише калійне добриво.
II. Амофос містить Нітроген і Фосфор.
Розв'язання: Калійна селітра KNO₃ містить і Калій, і Нітроген, тому твердження I хибне. Амофос (NH₄H₂PO₄) справді містить Нітроген (у складі амоній-йона) і Фосфор (у складі дигідрогенортофосфат-йона). Твердження II правильне.
Відповідь: правильне лише II.
Вважати KNO₃ лише калійним добривом. Насправді калійна селітра містить і Нітроген, тому її відносять до комплексних добрив (N + K).
Не множити Ar(N) на число атомів Нітрогену під час обчислення w(N). В амонійній селітрі NH₄NO₃ і сечовині (NH₂)₂CO — по два атоми Нітрогену, тому в чисельнику має бути 28, а не 14.
Плутати суперфосфат і преципітат. Суперфосфат — Ca(H₂PO₄)₂ (кальцій дигідрогенортофосфат), преципітат — CaHPO₄ · 2H₂O (кальцій гідрогенортофосфат). Їхні формули різняться кількістю атомів Гідрогену.
Вважати фосфоритне борошно Ca₃(PO₄)₂ розчинним у воді. Воно нерозчинне, тому його вносять лише в кислі ґрунти, де воно поступово переходить у засвоювані форми.
Зараховувати сечовину до органічних добрив (як гній і компост). Сечовина — органічна за будовою, але її виробляють промислово, і в агрохімії вона належить до мінеральних азотних добрив.
Порівнювати добрива за молярною масою, а не за масовою часткою поживного елемента. Наприклад, Mᵣ(NH₄NO₃) = 80, а Mᵣ((NH₂)₂CO) = 60 — але для порівняння цінності потрібна w(N), а не Mᵣ.
Вважати, що що більше добрив, то краще. Надлишок азотних добрив (особливо нітратів) призводить до забруднення водойм і накопичення нітратів в овочах, що шкідливо для здоров'я людини.
Тема «Мінеральні добрива» входить до розділу 2.1.2 програми НМТ. Обчислення масової частки елемента в сполуці належить до теми 4.1 «Розв'язування задач за хімічними формулами і на виведення формули сполуки» (блок 4 «Обчислення в хімії»).
На НМТ завдання про добрива можуть траплятися в кількох формах:
логічні пари 1–3 → А–Д (номери 19–20, 0–3 бали, по 1 балу за кожну правильну пару) — установити відповідність «добриво → тип» або «добриво → формула»;
вибір однієї відповіді з чотирьох (номери 1–18, 1 бал) — наприклад, вибрати добриво з найбільшою масовою часткою Нітрогену;
коротка відповідь-число (номери 22–24, 0 або 2 бали) — обчислити масову частку поживного елемента або масу добрива, що містить задану масу елемента.
Що треба знати про інструкцію до завдань 21–24
У завданнях із короткою відповіддю (№ 21–24) діють особливі правила:
відносні атомні маси хімічних елементів потрібно округлювати до цілих чисел;
числову відповідь вписують у спеціальне поле електронного тесту;
формул для обчислення масової частки в довідкових матеріалах НМТ немає — їх треба знати напам'ять.
Тривіальні назви — вивчи напам'ять
У довідкових матеріалах НМТ тривіальних назв мінеральних добрив (селітра, суперфосфат, амофос, преципітат) немає. Їх потрібно вивчити окремо та вміти співвідносити з хімічними формулами.
Чому калійну селітру вважають комплексним добривом?
Калійна селітра має формулу KNO₃. Вона містить не лише Калій, а й Нітроген у складі нітрат-йона. Отже, за одне внесення рослина одержує два поживні макроелементи — N і K. Саме тому її класифікують як комплексне (двокомпонентне) добриво, а не як суто калійне.
Чому сечовину відносять до мінеральних добрив, хоча це органічна речовина?
Сечовина (карбамід) (NH₂)₂CO — органічна сполука за своєю будовою, але її виробляють промислово з неорганічної сировини (амоніаку та вуглекислого газу). В агрохімічній практиці її зараховують до мінеральних азотних добрив, на відміну від гною, компосту чи торфу, які мають природне органічне походження й змінний склад.
Як швидко порівняти вміст Нітрогену в кількох добривах без калькулятора?
Потрібно подумки обчислити, скільки грамів добрива припадає на один атом Нітрогену (а точніше — на 14 г, тобто 1 моль N). Для цього ділять відносну молекулярну масу добрива на число атомів Нітрогену у формулі. Чим менше отримане число, тим більша масова частка N. Наприклад: сечовина — 60/2 = 30, амонійна селітра — 80/2 = 40, амоній сульфат — 132/2 = 66. Послідовність: сечовина (найбільше N) > амонійна селітра > амоній сульфат.
Чому фосфоритне борошно вносять саме в кислі ґрунти?
Фосфоритне борошно — це кальцій ортофосфат Ca₃(PO₄)₂, який практично нерозчинний у воді. У нейтральному або лужному середовищі він залишається нерозчинним, і рослини не можуть його засвоїти. У кислих ґрунтах (pH < 6) під дією кислот Ca₃(PO₄)₂ поступово перетворюється на розчинні гідрогенортофосфати, які рослини здатні поглинати корінням.
Чим шкідливий надлишок азотних добрив?
Надмірне внесення азотних добрив, особливо у формі нітратів, призводить до кількох негативних наслідків: нітрати вимиваються у ґрунтові води, забруднюючи водойми й спричиняючи евтрофікацію (цвітіння води); нітрати накопичуються в овочах (передусім у листових), що може бути небезпечним для здоров'я людини (утворення нітрозамінів). Тому добрива треба вносити в науково обґрунтованих нормах.
За поживними елементами добрива поділяють на азотні, фосфорні, калійні та комплексні. Мікродобрива постачають мікроелементи (B, Cu, Mn, Zn, Mo) у малих кількостях.
Азотні добрива: NH₄NO₃ (амонійна селітра), (NH₂)₂CO (сечовина), NaNO₃ (натрієва селітра), (NH₄)₂SO₄ (амоній сульфат), NH₃ (рідкий амоніак).
Фосфорні добрива: Ca(H₂PO₄)₂ (суперфосфат), CaHPO₄ · 2H₂O (преципітат), Ca₃(PO₄)₂ (фосфоритне борошно).
Калійні добрива: KCl, K₂SO₄, K₂CO₃ (поташ).
Комплексні добрива: KNO₃ (калійна селітра — N + K), NH₄H₂PO₄ (амофос — N + P), (NH₄)₂HPO₄ (діамофос — N + P), нітрофоска й нітроамофоска (N + P + K).
Цінність добрива визначає масова частка поживного елемента: w = n · Aᵣ / Mᵣ · 100 %.
Серед твердих азотних добрив найбільше Нітрогену в сечовині (≈ 46,7 %), в амонійній селітрі — 35 %, в амоній сульфаті — ≈ 21,2 %, у натрієвій селітрі — ≈ 16,5 %.
Тривіальні назви (селітра, суперфосфат, амофос, преципітат) у довідці НМТ відсутні — їх треба знати напам'ять.