Агроклассы: химия почвы и удобрений — уроки и опыты онлайн

Что такое агрокласс в школе и зачем в нём химия

Агроклассы открывают в обычных школах, особенно в сельских районах и небольших городах, где рядом есть аграрные предприятия, колледжи или вузы. Они бывают в разных параллелях — от начальной школы до старших классов, а химия появляется в них с 7–8 класса. В учебном плане такого класса больше часов биологии и химии и есть курсы внеурочной деятельности: растениеводство, почвоведение, основы агрономии, цветоводство, экология. Конкретный набор курсов школа определяет сама.

Химия здесь — не отвлечённая наука, а инструмент агронома. Почти всё, что происходит с почвой и растением, — химические процессы:

• растение строит органические вещества из CO₂ и воды при фотосинтезе: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑ на свету, в хлоропластах;
• из почвы корни поглощают ионы: нитрат NO₃⁻ и аммоний NH₄⁺ (источники азота), дигидрофосфат H₂PO₄⁻ (фосфор), K⁺ (калий), Ca²⁺ и Mg²⁺;
• кислотность почвы решает, доступны ли эти ионы растению;
• удобрения, известь, средства защиты растений — конкретные вещества с формулами, свойствами и реакциями.

Поэтому ученику агрокласса нужны те же темы, что и в обычном курсе, — классы неорганических веществ, растворы, реакции ионного обмена, соединения азота и фосфора, — но с примерами из сельского хозяйства. Как химия помогает аграриям, рассказано на странице «Химия в сельском хозяйстве», а о науке, которая этим занимается, — в разделе «Агрохимия».

Почва: состав и кислотность (pH) — опыт с индикатором

Почва — смесь минеральных частиц (песок, пыль, глина), органического вещества (растительные остатки и гумус), воды с растворёнными солями и воздуха. Главная химическая характеристика почвы для агронома — кислотность, то есть pH почвенного раствора. На кислой почве плохо растут капуста, свёкла, люцерна, а голубика и брусника, наоборот, её предпочитают.

Определить кислотность почвы можно в школьном кабинете и даже дома: смешать почву с дистиллированной водой, дать отстояться и опустить в вытяжку индикаторную бумагу. Как сделать это правильно, какие культуры какой pH любят и как раскислить почву известью или мелом CaCO₃, — на странице «Кислотность почвы: как определить pH».

Анализ почвы — практическая работа онлайн

В 8 классе почву исследуют на практической работе: проводят механический анализ (отстаивание частиц в воде), получают почвенную вытяжку, проверяют её среду индикатором и выпаривают несколько капель, чтобы увидеть растворённые соли. Ход работы, таблица наблюдений и образец вывода — на странице «Анализ почвы — практическая работа». Там же сказано, какие шаги делаются только вживую, а какие можно повторить в виртуальной лаборатории.

Минеральные удобрения: азотные, фосфорные, калийные, комплексные

Урожай уносит с поля азот, фосфор и калий, и их нужно возвращать. Минеральные удобрения — соли и другие вещества, содержащие эти элементы в доступной растению форме:

Как распознать удобрения качественными реакциями и посчитать массовую долю азота в селитре, — на странице «Минеральные удобрения». Зачем растению каждый из трёх элементов и что значат цифры NPK на упаковке, — в статье «Азот, фосфор и калий в питании растений».

Реакции агрохимии в справочнике

• CuSO₄ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + CaSO₄ОбменаАгрохимия
• N₂ + O₂ ⇄ 2NOСоединенияОВРВ природе и бытуАгрохимияt° (эл. разряд)
• 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑Другого типаОрганическаяОВРВ природе и бытуАгрохимияhν, хлорофилл
• NH₂COONH₄ → CO(NH₂)₂ + H₂OРазложенияПроизводствоАгрохимияt
• CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂↑ + H₂OОбменаАгрохимия
• 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄СоединенияПроизводствоАгрохимия
• CO(NH₂)₂ + 2H₂O → (NH₄)₂CO₃Другого типаГидролизАгрохимияфермент уреаза
• 3KOH + H₃PO₄ → K₃PO₄ + 3H₂OОбменаНейтрализацияАгрохимия
• NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃СоединенияПроизводствоАгрохимия
• CO(NH₂)₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + 2NH₃↑Другого типаКачественнаяАгрохимияt
• (NH₄)₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NH₄ClОбменаКачественнаяАгрохимия
• NH₃ + H₃PO₄ → NH₄H₂PO₄СоединенияПроизводствоАгрохимия
• 2CO(NH₂)₂ → C₂H₅N₃O₂ + NH₃↑Другого типаАгрохимияt
• K₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2KClОбменаКачественнаяАгрохимия
• Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ → 3Ca(H₂PO₄)₂СоединенияПроизводствоАгрохимия
• 2S + 3O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄Другого типаОВРАгрохимиясеробактерии

Карбамид, селитра, суперфосфат — что это за вещества

• Карбамид (мочевина) CO(NH₂)₂ — органическое вещество и самое богатое азотом твёрдое удобрение (около 46 % азота). Его получают из аммиака и углекислого газа: 2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ + H₂O. Подробно — на странице «Карбамид (мочевина)».
• Селитры — нитраты, соли азотной кислоты: натриевая NaNO₃, калийная KNO₃, кальциевая Ca(NO₃)₂. Аммиачная селитра NH₄NO₃ содержит азот сразу в двух формах — в катионе аммония и в нитрат-ионе. Её получают нейтрализацией: NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃.
• Суперфосфат — дигидрофосфат кальция Ca(H₂PO₄)₂ в смеси с гипсом. Природный фосфат кальция нерастворим, и растения его почти не усваивают; серная кислота переводит его в растворимую кислую соль: Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄.

Вещества-удобрения в справочнике

• NH₄NO₃Нитрат аммонияСредняя соль
• CO(NH₂)₂МочевинаАзотсодержащее органическое
• (NH₄)₂SO₄Сульфат аммонияСредняя соль
• NaNO₃Нитрат натрияСредняя соль
• Ca(NO₃)₂Нитрат кальцияСредняя соль
• Ca(H₂PO₄)₂Дигидрофосфат кальцияКислая соль
• Ca₃(PO₄)₂Фосфат кальцияСредняя соль
• KClХлорид калияСредняя соль
• K₂SO₄Сульфат калияСредняя соль
• NH₄H₂PO₄Дигидрофосфат аммонияКислая соль
• KNO₃Нитрат калияСредняя соль
• CaCO₃Карбонат кальцияСредняя соль

Органические удобрения: гумус и перегной

Кроме минеральных, есть органические удобрения: навоз, компост, торф, птичий помёт, сидераты — зелёные удобрения, то есть запаханные растения вроде горчицы или люпина. Их разлагают почвенные микроорганизмы, и элементы питания освобождаются постепенно.

Перегной — хорошо перепревший навоз или компост: тёмная рыхлая масса без запаха свежего навоза. Гумус — не удобрение, а часть самой почвы: сложные тёмные органические вещества (гуминовые кислоты и их соли), которые образуются из растительных остатков. Гумус удерживает воду и катионы K⁺, Ca²⁺, NH₄⁺, не давая дождю вымыть их из почвы. Чем больше гумуса, тем темнее и плодороднее почва — самый яркий пример чернозём. О плодородии и круговороте элементов — на странице «Агрохимия».

Пестициды: гербициды, фунгициды, инсектициды и их опасность

Пестициды — химические средства защиты растений от сорняков (гербициды), грибковых болезней (фунгициды), насекомых-вредителей (инсектициды), грызунов и других вредных организмов. Это ядовитые вещества: работают с ними только взрослые, в защитной одежде и строго по инструкции на упаковке. В школе их не применяют, а изучают на безопасных примерах. Классический пример — бордоская жидкость, фунгицид из медного купороса и извести: CuSO₄ + Ca(OH)₂ → Cu(OH)₂↓ + CaSO₄. Голубой осадок гидроксида меди(II) легко получить в лаборатории. Подробнее — на странице «Пестициды».

Как пользоваться виртуальной лабораторией на занятиях агрокласса

Многие агрохимические опыты требуют реактивов, которых нет в кабинете, или времени, которого нет на уроке. Виртуальная лаборатория помогает отработать технику и увидеть результат заранее, а живой опыт — проверить на настоящей почве. В свободном режиме доступны 150 реактивов, среди них настоящие удобрения: аммиачная селитра NH₄NO₃, сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, хлорид и сульфат калия, калийная селитра KNO₃, поташ K₂CO₃, суперфосфат Ca(H₂PO₄)₂, аммофос NH₄H₂PO₄ и монокалийфосфат KH₂PO₄. Для качественных реакций есть хлорид бария, нитрат серебра, известковая вода и восемь индикаторов, в том числе отвар краснокочанной капусты.

Удобный порядок занятия: ученики сначала проводят опыт виртуально и записывают уравнение, затем повторяют его с настоящими реактивами под руководством учителя. Так меньше испорченных реактивов и больше времени на обсуждение результатов.

Рабочая программа и материалы для агрокласса 7–8 класса

Агрохимические темы естественно ложатся на обычный курс химии. В химии 8 класса это вещества и смеси, растворы и массовая доля, кислоты, основания и соли, реакция нейтрализации и практическая работа по анализу почвы. В химии 9 класса — электролитическая диссоциация, реакции ионного обмена, соединения азота и фосфора, аммиак, соли аммония и минеральные удобрения. Для 7 класса подходят пропедевтические занятия: индикаторы, смеси, растворы, наблюдения за почвой и растениями.

Примерный тематический план занятий с опытами, список оборудования кабинета и идеи для открытия агрокласса собраны на странице «Агрокласс: программа и материалы для учителя».

• 7 классвведение в химию
• 8 классатомы, формулы, реакции
• 9 классОВР, ионы, металлы
• 10 классорганическая химия
• 11 классобщая химия, ЕГЭ
• Агроклассыпочва и удобрения
• ОГЭзадания и эксперимент
• ЕГЭтеория по заданиям

Проведите опыт онлайн

Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.

Читайте также

• Кислотность почвы: как определить pH
• Минеральные удобрения
• Анализ почвы — практическая работа
• Агрокласс: программа и материалы для учителя
• Химия 8 класс: все темы кратко, опыты и практические работы онлайн
• Химия 9 класс: реакции, диссоциация, ОВР — уроки и опыты онлайн
• Виртуальная лаборатория по химии: опыты и лабораторные работы онлайн

Частые вопросы