نواتج من الهواء

نواتج من الهواء
مقدمة :
ـ هل سبق أن شاهدت مزارعاً يخلط التربة بالسماد ؟
يضيف المزارعون ملايين الأطنان من السماد إلى التربة في كل عام .
معظم الأسمدة تحتوي على النيتروجين ،ومن تلك الأسمدة نيترات الأمونيوم NH4NO3.
تحتاج النباتات للنيتروجين لنموها ، فهي تحوله إلى بروتين .
انظر إلى المخطط الآتي والذي يمثل دورة النيتروجين في الطبيعة .

يُخّل المزارعون عن غير قصد بدورة النيتروجين الطبيعية ، وعندما يحصدون المحاصيل ويأخذونها بعيداً فهم بذلك لا يسمحون لها بالتحلل وبذلك لا تسترجع التربة النيتروجين الذي امتصته النباتات .
ولتعويض التربة عن النيتروجين الذي فقدته يضيف المزارع إلى التربة السماد قبل أن يزرع محصوله الجديد .

تعلم بأن حوالي 80 % من الهواء الجوي نيتروجين ، وهذا وقد يدفعك للاعتقاد بأن النيتروجين متوفر بكثرة للنباتات ، إلا القليل من الناباتات يمكنها الاستفادة من غاز النيتروجين من الهواء الجوي مباشرة مثل الفاصولياء والبازيلاء والبرسيم .
معظم النباتات تحتاج إلى نيتروجين بشكل ذائب في التربة لكي يتم امتصاصه عن طريق الجذور .
تثبيت النيتروجين :

لدينا مصدر غني ورخيص للنيتروجين ـ الهواء ـ ولكن كيف يتم تحويل النيتروجين إلى شكل ذائب في التربة؟
تحويل النيتروجين الموجود في الهواء الجوي إلى مركبات للنيتروجين تذوب في التربة يسمى تثبيت النيتروجين.
أول خطوة في تلك العملية هي تحويل غاز النيتروجين إلى أمونيا ، الموضوع الآتي يوضح كيف يتم ذلك .

طريقة هابر : اكتشف كيميائي ألماني يدعى فرتز هابر كيف يحضر الأمونيا من غاز النيتروجين عام 1909 .


تثبيت النيتروجين
التفاعل نفسه هو ذاته الذي يستخدم اليوم لتحضير ملايين الأطنان من الأمونيا .
تثبيت النيتروجين :

انظر إلى المخطط الآتي والذي يمثل تلك الطريقة :
طريقة هاربر
لاحظ أن التفاعل يسير بالاتجاهين ففي الوقت الذي تنتج فيه الأمونيا تتفكك بعض تلك الجزيئات إلى هيدروجين ونيتروجين
حقائق عن طريق هابر :
الظروف :
درجة الحرارة : حوالي 450 ْْس .
الضغط : حوالي 200 ضغط جوي .
العامل المساعد : حديد بشكل رئيس .
المواد الأولية :
يستخدم الغاز الطبيعي لانتاج الهيدروجين .
يستخدم البخار لإنتاج الهيدروجين وتوليد ضغط عال .
الأمونيا ( النشادر ) :

ـ تذكر أن الأمونيا تحضر بطريقة هابر يمكن استخدام الأمونيا مباشرة كسماد .
ـ للأمونيا رائحة نفاذة وحادة .
التجارب الآتية تمكنك من التعرف على الرائحة غير السارة للأمونيا


تجربة 18 ـ 1بر تحضير الأمونيا في المخت
ركب الجهاز المبين جانباً في خزانة الأبخرة .
سخن المزيج واجمع غاز الأمونيا الناتج في أنبوب اختبار .
يمكنك أن تشعر بامتلاء أنبوب الاختبار بغاز الأمونيا عند تقريب ورقة عباد شمس حمراء قرب فوهة أنبوب الاختبار حيث يتغير لون الورقة إلى اللون الأزرق .
أغلق أنبوب الاختبار بسدادة وهو مقلوب بعد أن يمتليء بالغاز .

التجربة الآتية تعطيك فكرة عن بعض خصائص غاز الأمونيا .
الأمونيا ( النشادر ) :

تجربة 18 ـ 2 هل تذوب الأمونيا في الماء ؟؟
امسك أنبوب الاختبار المليء بغاز الأمونيا الذي حضرته في التجربة السابقة وافتح السدادة والأنبوب مقلوب في كأس يحتوي على ماء .
هز الأنبوب برفق .
ـ ماذا حدث لمستوى الماء في أنبوب الاختبار ؟
ـ هل تذوب الأمونيا في الماء ؟














خصائص الأمونيا :

من خلال التجربتين السابقتين يمكن ملاحظة الخصائص الآتية للأمونيا .
ـ الأمونيا غاز.
ـ أقل كثافة من الهواء .
ـ تذوب الأمونيا في الماء .
ـ لها صفات قاعدية.

الأمونيا ( النشادر ) :
تحويل الأمونيا إلى حمض النيتريك :
حوالي 10% من الأمونيا التي تحضر بطريقة هابر تحول إلى حمض النيتريك .
انظر إلى الشكل التخطيطي الآتي والذي يمثل تلك العملية:

1. في المرحلة الأولى تتفاعل الأمونيا مع الأكسجين ، ولا يحدث هذا التفاعل بدون عامل مساعد ( بلاتين ممزوج بالروديوم ) ، وتحدث تلك العملية على درجة 900 ْس .


2. يخلط أول أكسيد النيتروجين مع الهواء ويتحول إلى ثاني أكسيد النيتروجين .


3. يتفاعل ثاني أكسيد النيتروجين مع مزيد من الأكسجين ومع الماء فينتج حمض النيتريك HNO3 .


تصنيع السماد :

تعلم بأن الأمونيا يمكن استخدامها كسماد بشكل مباشر ، إلا أن لذلك سلبيات ومنها :
ـ من الأسهل أن يتعامل المزارع مع السماد السائل من أن يتعامل مع سماد سائل كالأمونيا ، فرش السماد الصلب أسهل من حقن السماد السائل في التربة .
ـ الأمونيا تجعل التربة قاعدية .
ـ تفقد التربة النيتروجين بفعل تحول بعض الأمونيا إلى غاز.
يمكن تصنيع سماد صلب من تفاعل الأمونيا ( قاعدة) مع حمض .
تذكر أن ملحاً ينتج عند تفاعل حمض مع قاعدة.

هل تذكر اسم ذلك التفاعل ؟؟؟
يمكن تصنيع سماد خاص بك عند إجرائك للتجربة التالية:
تجربة 18 ـ 3 تحضير سماد كبريتات الأمونيوم
اجمع 25 سم3 من محلول الأمونيا في دورق مخروطي .
أضف إلى محتويات الدورق المخروطي محلول حمض الكبريتيك المخفف (أضف 1 سم3 في كل مرة) .
حرك الدورق المخروطي بعد كل إضافة .
أدخل قضيب زجاجي إلى المحلول في الدورق المخروطي واختبر قاعدية القطرات التي تعلق بطرف القضيب الزجاجي بوساطة ورقة عباد الشمس .
استمر في إضافة محلول حمض الكبريتيك إلى أن يتغير لون ورقة عباد الشمس.
ـ ما حجم محلول الكبريتيك اللازم لمعادلة محلول الأمونيا ؟؟

اسكب المحلول الناتج داخل صحن تبخير وسخنه بوساطة حمام مائي إلى أن يتبقى نصفه .
اترك الصحن ليتبخر ببطء .
ـ ما شكل بلورات السماد الناتجة ؟؟
ـ ما الصيغة الكيميائية للسماد الناتج ؟؟
تصنيع السماد :
يعادل حمض الكبريتيك ( حمض ) محلول الأمونيا ( قاعدة ) وينتج عن عملية التعادل ملح يسمى كبريتات الأمونيوم .







الأملاح الناتجة عن تفاعل الأمونيا مع الحمض تسمى " أملاح الأمونيوم "
تدريب : أكتب أسماء المركبات التالية : NH4NO3 , NH4Cl , (NH4)2CO3
تجربة 18 ـ 4 اختبار السماد الذي حضرته :

احضر وعائين متماثلين واملأ كليهما بالتراب .
انقع بضع حبات من الفاصولياء في الماء لمدة 24 ساعة .
ازرع في كل وعاء منهما حبتي فاصولياء .
صمم تجربة تختبر فيها السماد الذي قمت بتحضيره .

سماد نيترات الأمونيوم
يعد نيترات الأمونيوم سماد مهم للمزروعات .
ـ هل تعرف اسم الحمض الذي يجب اضافته لمحلول الأمونيا للحصول على نيترات الأمونيوم ؟
تعلمت كيف تحول الأمونيا إلى حمض النيتريك .
معظم حمض النيتريك الذي يحضر في الصناعة يستخدم لتصنيع سماد نيترات الأمونيوم .
انظر إلى المخطط التالي :
تصنيع نيترات الأمونيوم

تصنيع السماد :
أي الأسمدة يحتوي على نيتروجين أكثر ؟؟
أكثر الأسمدة النيتروجينية شيوعاً كبريتات الأمونيوم ونيترات الأمونيوم .
تستخدم اليوريا كسماد نيتروجيني في البلدان الفقيرة ، وتوجد اليوريا في بول الإنسان . ولكن أي تلك الأسمدة أكثر احتواءً على النيتروجين ؟
انظر إلى طريقة حساب نسبة النيتروجين في الأسمدة النيتروجينية الثلاثة :
من خلال الحسابات السابقة يتضح لك أن أعلى نسبة للنيتروجين موجودة في سماد اليوريا .
ولكن لماذا لا يفضل اليوريا كسماد ؟؟
اليوريا قليلة الذوبان في الماء بالمقارنة مع الأسمدة النيتروجينية الأخرى ، لذلك يحتاج إلى فترة أطول لتحرير النيتروجين ، ومن جهة أخرى يصعب على التربة أن تتخلص منه بسهولة، مما يسبب في حدوث مشاكل بيئية .

النيتروجين والفسفور والبوتاسيوم ( K , P , N )

تحتاج النباتات لنمو سليم إضافة إلى النيتروجين كل من الفسفور والبوتاسيوم .

الفوسفور (P) والبوتاسيوم (K) مثل النيتروجين يضافان للتربة كسماد .







الفسفور يزيد سرعة نمو الجذور وينضج الفواكه . تحتاج النباتات للنيتروجين لتكوين البروتين لنمو الأوراق والساق . تحتاج النباتات للنيتروجين لتكوين البروتين لنمو الأوراق والساق .

انظر إلى المخطط المجاور :
ـ ماذا يحدث لو لم تحصل النبتة على كمية كافية من :
ـ النيتروجين .
ـ الفسفور .
ـ البوتاسيوم .
النيتروجين والفسفور والبوتاسيوم ( K , P , N )

لم يتمكن أحد للآن أن يحضر سماداً يتألف من مركب واحد يضم النيتروجين والفسفور والبوتاسيوم ، ولكن الأسمدة التي تضم خليطاً من المركبات تحتوي على تلك العناصر .
انظر إلى أكياس السماد الثلاثة الموضحة في الشكل التالي :

النسبة المكتوبة على كل كيس سماد تمثل نسبة النيتروجين إلى الفسفور إلى البوتاسيوم .
الرقم الأيسر يمثل نسبة النيتروجين والأوسط للفسفور والأيمن للبوتاسيوم .
تسمى تلك الأرقام قيمة الـ ( N : P : K) للسماد .
ـ أي الأسمدة في الأكياس ( أ ، ب ، ج ) تستخدم في الحالتين التاليتين :
ـ إذا كانت التربة فقيرة بالفسفور .
ـ إذا أردت نمواً كثيفاً للأوراق .
تجربة 18 ـ 5 الأسمدة
صمم تجربة للتحقق مما يلي :
ـ كمية السماد التي تؤثر في نمو النباتات .
ـ تأثير النيتروجين والفسفور والبوتاسيوم على نمو النباتات .
إليك بعض المركبات التي يمكنك استخدامها في تجاربك . - نيترات الأمونيوم NH4NO3
ـ فوسفات الكالسيوم Ca3(PO4)2
ـ كلوريد البوتاسيوم KCl

مساوئ الأسمدة
تعلم بأن معظم النباتات تمتص السماد عن طريق جذورها ، لذا يجب أن يكون السماد ذائباً في الماء ليتم هذا الأمر .

أحياناً تكون كمية السماد المضافة للتربة زائدة ، وأحياناً أخرى يضاف السماد في وقت غير مناسب من السنة
.
الأمطار تزيل الأسمدة من التربة
لماذا يعد فصل الربيع أفضل أوقات السنة لإضافة السماد للتربة ؟
هذه الأخطاء قد تسبب تلوثاً لمياه الأنهار كيف يحدث ذلك ؟
عند سقوط المطر تذوب الأسمدة في الماء وتجري مجراه إلى أن تصب في النهر ، ووجودها يزيد من نمو الطحالب مما يؤدي إلى منع الضوء من المرور لتضر بالكائنات الحية الأخرى التي تعيش في النهر .

بالأسمدة الذائبة تتكاثر الطحالب في مياه الأنهار الغنية
وعند موت تلك الطحالب تعمل البكتيريا على تحليلها مستهلكة كميات إضافية من الأكسجين الذائب في الماء ، فلا تجد الأسماك والكائنات البحرية الأخرى كفايتها من الأكسجين فتموت

بكتيريا التحلل تحلل البكتيريا فتستهلك الأكسجين ، وتموت الأسماك بفعل نقص الأكسجين
الاسمدة الحاوية على النيترات شديدة الذوبان في الماء ، وقد تجد طريقها عن طريق المياه الجارية إلى مصادر الشرب .

لا توجد علاقة مؤكدة بين النيترات والأمراض إلا أن الجميع يجمع على أنه من الحكمة أن نحتاط إلى كمية النيترات التي تصل إلى مياه الشرب .


خلاصة :
ـ يضيف المزارعون الأمسدة لتزويد النباتات بحاجتها من النيتروجين والفسفور والبوتاسيوم اللازمة للنمو السليم .
ـ تصنع الأسمدة النيتروجينية من الأمونيا (NH3) .
ـ تحضر الأمونيا في الصناعة بطريقة هابر :

ـ الأمونيا قاعدة ، تتفاعل مع الحموض منتجة أملاحاً تستخدم كأسمدة .

مثال :

ـ الأسمدة يمكن أن تصل إلى الأنهار ومصادر مياه الشرب عن طريق الأمطار فتسبب مشاكل بيئية .