Минеральные удобрения

Минеральные удобрения — промышленные вещества, которые содержат элементы питания растений в доступной форме: азот, фосфор, калий, а также кальций, магний, серу и микроэлементы. По главному элементу их делят на азотные, фосфорные и калийные, а удобрения с двумя-тремя элементами называют комплексными. Почти все они — соли: нитраты, соли аммония, фосфаты, хлориды и сульфаты калия, — поэтому их легко распознать качественными реакциями на ионы. Исключение — карбамид, органическое вещество, которое тоже относят к минеральным удобрениям.

Органические и минеральные удобрения: в чём разница

Органические удобрения — навоз, компост, торф, перегной, сидераты — получаются из остатков живых организмов. Элементов питания в них немного, зато они улучшают структуру почвы и отдают питание постепенно, по мере разложения. Минеральные удобрения производят на химических заводах или добывают из месторождений солей: они концентрированные и действуют быстро, но органического вещества в почву не добавляют. В хозяйстве их сочетают.

Минеральные удобрения бывают простые и комплексные, а также микроудобрения — соединения бора, меди, цинка, марганца, молибдена.

Азотные минеральные удобрения

Азотные удобрения — самые массовые: азот входит в белки и хлорофилл, и от него сильнее всего зависит рост зелёной массы. Почти все азотные удобрения делают из аммиака, который синтезируют из азота воздуха: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ t°, давление, катализатор.

Удобрение	Формула	Форма азота	Как получают
Аммиачная селитра (нитрат аммония)	NH₄NO₃	NH₄⁺ и NO₃⁻	NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃
Карбамид (мочевина)	CO(NH₂)₂	амидная, в почве переходит в NH₄⁺	2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ + H₂O
Сульфат аммония	(NH₄)₂SO₄	NH₄⁺	2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄
Натриевая селитра	NaNO₃	NO₃⁻	нейтрализация азотной кислоты содой или щёлочью
Кальциевая селитра	Ca(NO₃)₂	NO₃⁻	CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂↑ + H₂O

Нитраты почва не удерживает, и дожди их вымывают; аммоний удерживается лучше, но подкисляет почву. О самом концентрированном азотном удобрении — на странице «Карбамид (мочевина)».

Фосфорные и калийные удобрения: названия и формулы

Фосфорные удобрения делают из природных фосфатов — апатитов и фосфоритов. Основа тех и других — фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂, который в воде не растворяется. Молотый фосфорит (фосфоритная мука) работает только на кислых почвах, где кислота постепенно его растворяет. Чтобы получить растворимое удобрение, фосфат обрабатывают кислотами:

простой суперфосфат — смесь дигидрофосфата кальция и гипса: Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄;
двойной суперфосфат — почти чистый Ca(H₂PO₄)₂ без балласта: Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ → 3Ca(H₂PO₄)₂; фосфорную кислоту для него получают из того же фосфата: Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ → 3CaSO₄ + 2H₃PO₄.

Фосфор малоподвижен в почве, поэтому суперфосфат заделывают ближе к корням.

Калийные удобрения получают из природных солей, которые добывают в шахтах, — сильвинита (смеси KCl и NaCl) и карналлита KCl·MgCl₂·6H₂O. Основные калийные удобрения:

хлорид калия KCl — самое распространённое; хлор плохо переносят картофель, томаты, ягодные культуры, поэтому для них берут бесхлорные формы;
сульфат калия K₂SO₄ — бесхлорное удобрение, дополнительно даёт серу;
поташ K₂CO₃ — карбонат калия, главная калийная часть древесной золы.

Комплексные минеральные удобрения

Комплексное удобрение содержит два или три элемента питания. Одни комплексные удобрения — индивидуальные соли, в которых оба элемента входят в одно вещество, другие — смеси нескольких солей в одной грануле.

Аммофос NH₄H₂PO₄ — азот и фосфор. Его получают нейтрализацией фосфорной кислоты аммиаком: NH₃ + H₃PO₄ → NH₄H₂PO₄. При большем количестве аммиака образуется диаммофос (NH₄)₂HPO₄.
Калийная селитра KNO₃ — азот и калий без хлора; её ценят в теплицах и при выращивании рассады.
Нитроаммофоска (азофоска) — три элемента: в одной грануле объединены нитрат аммония, фосфаты аммония и соль калия. На упаковке указывают содержание N, P₂O₅ и K₂O, например 16:16:16; как читать такие цифры, объяснено на странице «Азот, фосфор и калий».

Плюс комплексных удобрений — одно внесение вместо трёх, минус — соотношение элементов задано заводом.

Как получают удобрения: реакции

Массовая доля питательного элемента в удобрении

Чем больше массовая доля питательного элемента, тем меньше удобрения нужно перевезти и внести. Её считают по формуле

ω(элемента) = n · Ar(элемента) / Mr(вещества) · 100 %,

где n — число атомов элемента в формуле. Пример 1, аммиачная селитра NH₄NO₃: Mr = 14 + 4·1 + 14 + 3·16 = 80. В формуле два атома азота, поэтому ω(N) = 2·14 / 80 · 100 % = 35 %.

Пример 2, карбамид CO(NH₂)₂: Mr = 12 + 16 + 2·(14 + 2·1) = 60; ω(N) = 28 / 60 · 100 % ≈ 46,7 %. Атомов азота в обеих формулах по два, но молекула карбамида легче — поэтому он богаче азотом.

Удобрение	Mr	Массовая доля элемента
CO(NH₂)₂ — карбамид	60	N ≈ 46,7 %
NH₄NO₃ — аммиачная селитра	80	N = 35 %
(NH₄)₂SO₄ — сульфат аммония	132	N ≈ 21,2 %
Ca(NO₃)₂ — кальциевая селитра (безводная)	164	N ≈ 17,1 %
NaNO₃ — натриевая селитра	85	N ≈ 16,5 %
KNO₃ — калийная селитра	101	N ≈ 13,9 %, K ≈ 38,6 %
NH₄H₂PO₄ — аммофос	115	N ≈ 12,2 %, P ≈ 27,0 %
Ca(H₂PO₄)₂ — чистый дигидрофосфат кальция	234	P ≈ 26,5 %
KCl — хлорид калия	74,5	K ≈ 52,3 %
K₂SO₄ — сульфат калия	174	K ≈ 44,8 %

В товарных удобрениях цифры чуть ниже: в них есть влага, добавки против слёживания и примеси. Проверьте расчёт калькулятором — введите формулу удобрения:

Распознавание минеральных удобрений: качественные реакции

Классическая практическая работа: по пронумерованным образцам — например, аммиачной селитре, сульфату аммония, хлориду калия и суперфосфату — определить, где какое удобрение. Сначала сравнивают растворимость в воде, затем проводят реакции на ионы.

Ион аммония NH₄⁺ — щёлочь и нагревание

К раствору пробы добавляют щёлочь и осторожно нагревают. Появляется резкий запах аммиака, а влажная лакмусовая бумажка у отверстия пробирки синеет: NH₄NO₃ + NaOH → NaNO₃ + NH₃↑ + H₂O. С сульфатом аммония и гашёной известью реакция та же: (NH₄)₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O. Сокращённое ионное уравнение: NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O. По этой же причине аммонийные удобрения не смешивают с известью и золой — азот теряется в виде аммиака.

Сульфат-ион SO₄²⁻ — хлорид бария

Выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, нерастворимый в кислотах: (NH₄)₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NH₄Cl, K₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2KCl; Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓.

Хлорид-ион Cl⁻ — нитрат серебра

Образуется белый творожистый осадок хлорида серебра, который не растворяется в азотной кислоте: KCl + AgNO₃ → AgCl↓ + KNO₃; Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓. Ион калия в хлориде калия подтверждают по фиолетовой окраске пламени.

Фосфат-ион PO₄³⁻ — нитрат серебра

В нейтральном растворе фосфата нитрат серебра даёт жёлтый осадок фосфата серебра. В отличие от AgCl, он растворяется в азотной кислоте: 3AgNO₃ + Na₃PO₄ → Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃; 3Ag⁺ + PO₄³⁻ → Ag₃PO₄↓. Раствор суперфосфата кислый, поэтому осадок с ним бывает слабым; для опыта берут прозрачный раствор над нерастворившимся гипсом.

Удобрение	Растворимость в воде	+ NaOH, нагревание	+ BaCl₂	+ AgNO₃
Аммиачная селитра	хорошая	запах аммиака	—	—
Сульфат аммония	хорошая	запах аммиака	белый осадок	—
Хлорид калия	хорошая	—	—	белый творожистый осадок
Суперфосфат	частичная	—	белая муть (из-за гипса)	жёлтый осадок

Все качественные реакции на ионы собраны на странице «Качественные реакции».

В свободном режиме виртуальной лаборатории можно проверить три реакции из четырёх: NH₄Cl с избытком щёлочи при нагревании выделяет аммиак, Na₂SO₄ с BaCl₂ даёт белый BaSO₄, NaCl с AgNO₃ — творожистый AgCl. Калий узнают по окраске пламени. Растворимых фосфатов в лаборатории нет, поэтому реакцию на фосфат-ион проводят вживую.

Как хранить и применять минеральные удобрения

Храните удобрения в сухом месте, в закрытой таре с этикеткой, отдельно от продуктов, недоступно для детей и животных.
Аммиачную селитру держат вдали от огня и горючих материалов и не нагревают.
Дозы и сроки внесения берут по инструкции на упаковке или по анализу почвы: избыток азота ведёт к накоплению нитратов в овощах.

Проведите опыт онлайн

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

Окраска пламени

Петлю с солью вносят в пламя: Na⁺ — жёлтое, K⁺ — фиолетовое, Cu²⁺ — зелёное.

Открыть в лаборатории

Частые вопросы

Какие удобрения относятся к минеральным?

Азотные (селитры, карбамид, сульфат аммония), фосфорные (суперфосфат, фосфоритная мука), калийные (хлорид и сульфат калия), комплексные (аммофос, нитроаммофоска) и микроудобрения. Навоз, компост и перегной — органические удобрения.

Что входит в минеральные удобрения?

Соли с элементами питания: ионы аммония и нитрат-ионы (азот), фосфат-ионы (фосфор), ионы калия, а также соединения кальция, магния, серы и микроэлементов.

Почему аммонийные удобрения не смешивают с известью и золой?

Щелочные вещества вытесняют из солей аммония аммиак: NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O. Газ улетает в воздух, и вместе с ним теряется азот удобрения.

Как отличить хлорид калия от сульфата аммония?

Растворите пробы и добавьте нитрат серебра и хлорид бария. Хлорид калия даст белый творожистый осадок с AgNO₃, сульфат аммония — белый осадок с BaCl₂ и запах аммиака при нагревании со щёлочью.

В каком удобрении больше азота — в селитре или в карбамиде?

В карбамиде: около 46,7 % азота по формуле против 35 % в аммиачной селитре.