Химические свойства азотных удобрений

Азотные удобрения

Азотные удобрения – азотосодержащие вещества, которые используются для повышения содержания азота в почве. В зависимости от формы азотного соединения, однокомпонентные азотные удобрения подразделяются на шесть групп. Используются в основной прием как припосевные удобрения и в качестве подкормок. Производство основано на получении синтетического аммиака из молекулярного водорода и азота. [1]

Содержание:

Группы азотных удобрений

В зависимости от содержащегося азотного соединения, однокомпонентные азотные удобрения подразделяются на шесть групп:

Нитратные удобрения

Нитратные удобрения содержат азот в нитратной форме (NO₃ — ). К этой группе относятся натриевая селитра NaNO₃ и кальциевая селитра Ca(NO₃)₂.

Нитратные удобрения являются физиологически щелочными и сдвигают реакцию почвы от кислой к нейтральной. В связи с этим свойством их использование очень эффективно на кислых дерново-подзолистых почвах. Не рекомендуется использование натриевой селитры на засоленных почвах. [1]

Азотные удобрения (по формам азота)

Натриевую селитру долгое время добывали в природе. Самые большие залежи расположены в Чили (чилийская селитра). В настоящее время разработаны способы получения натриевой селитры путем взаимодействия различных азото- и натрийсодержащих соединений.

Кальциевую селитру получают при производстве азотной кислоты или при разложении фосфатного сырья. [1]

Аммонийные удобрения

Аммонийные удобрения – вещества, содержащие азот в форме катиона аммония NH₄ + .

К ним относятся сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, сульфат аммония-натрия (NH₄)₂SO+Na₂SO₄ или Na(NH4)SO4*2H2O), хлористый аммоний NН₄Сl. [1]

Производство аммонийных удобрений проще и дешевле, чем нитратных, поскольку окисление аммиака в азотную кислоту не требуется.

Сульфат аммония

Сульфат аммония-натрия

Виды азотных удобрений

Хлористый аммоний (хлорид аммония)

Хлорид аммония – мелкокристаллический порошок желтоватого или белого цвета. При 20°C в 100 м 3 воды растворяется 37,2 г вещества. Обладает хорошими физическими свойствами, при хранении не слеживается, малогигроскопичен.

Хлорид аммония получают как побочный продукт при производстве соды. [4]

Аммонийно-нитратные удобрения (Аммиачно-нитратные)

Аммонийно-нитратные удобрения содержат азот в аммонийной (NH₄ + ) и нитратной форме (NO₃ — ). К этой группе причисляют аммиачную селитру (NH₄NO₃), сульфо-нитрат аммония ((NH₄)₂SO₄*2NH₄NO₃+(NH₄)SO₄), известково-аммонийную селитру (NH₄NO₃*CaCO₃). [4]

Аммиачная селитра

Сульфо-нитрат аммония

Физико-химические свойства удобрения позволяют успешно использовать его в различных почвенно-климатических условиях. Обладает потенциальной кислотностью. [4]

Известково-аммонийная селитра

Амидные удобрения

Амидные удобрения содержат азот в амидной форме (NH₂ — ). К этой группе относится мочевина CO(NH₂)₂. Азот в мочевине присутствует в органической форме в виде амида карбаминовой кислоты. Это наиболее распространенное твердое азотное удобрение. Применяется во все приемы внесения, но наиболее эффективно для некорневых подкормок. [4]

Жидкие аммиачные удобрения

Жидкие аммиачные удобрения – жидкие формы азотных удобрений. К этой группе относятся жидкий (безводный аммиак) NH₃, аммиачная вода (водный аммиак), аммиакаты. Производство жидких аммиачных удобрений значительно дешевле, чем твердых солей.

Безводный аммиак

При транспортировке емкости заполняют не полностью. Вещество нейтрально к чугуну, железу и стали, но сильно коррозирует цинк, медь и их сплавы. [2]

Аммиачная вода (водный аммиак)

Аммиакаты

Аммиакаты отличаются по концентрации общего азота, по соотношению его форм и разнообразны по физико-химическим свойствам.

Аммиакаты вызывают коррозию медных сплавов. Аммиакаты с аммиачной селитрой окисляют, кроме того, и черные металлы. Хранение и транспортировка аммиакатов возможны в емкостях из алюминия, его сплавов, нержавеющей стали или в обычных стальных цистернах с антикоррозийным покрытием эпоксидными смолами. Возможно применение емкостей из полимерных материалов. [2]

Карбамид-аммонийно-нитратные удобрения (КАС)

Побдробнее об азоте читайте в статье Азот.

Поведение в почве

Все однокомпонентные азотные удобрения хорошо растворимы в воде.

Нитратные формы

В теплое время года в почвах преобладают восходящие потоки влаги. А растения и микроорганизмы активно поглощают нитратный азот.

Аммиачные и аммонийные

Дальнейшие процессы нитрификации способствуют трансформации азота в нитратные формы и биологическому поглощению его растениями и микроорганизмами почвы.

Солома и стерня злаков

Солома и стерня злаков сохраняет азот в почве.

С мочевиной

Таким образом, азотные удобрения изначально или в процессе нитрификации скапливаются в почве в нитратной форме, которая впоследствии подвергается денитрификации. Эти процессы протекают практически во всех типах почв, и именно с ними связаны основные потери азота.

С агрономической точки зрения, денитрификация является негативным процессом. Но с экологической стороны она играет позитивную роль, поскольку освобождает почву от не использованных растениями нитратов и уменьшает их поступление в сточные воды и водоемы.

Часть азота удобрений в процессе жизнедеятельности микроорганизмов превращается в органические формы, не усвояемые растениями, то есть, идет процесс иммобилизации. Установлено, что в результате этого процесса около 10–12 % азота нитратных и 30–40 % аммонийных, амидных и аммиачных удобрений оказываются закрепленными в почве в органической форме. Интенсивность иммобилизации возрастает при внесении органических веществ, бедных азотом, но богатых клетчаткой. К ним относятся солома и стерня злаков, соломистый навоз. (фото)

Азот внесенных в почву удобрений расходуется за один вегетационный период. Расход распределяется между поглощением растениями, процессами иммобилизации и потерями при денитрификации, вымывании и эрозии почв.

Последействие у азотных удобрений практически не наблюдается. [4]

Применение на различных типах почв

Эффективность внесения азотных удобрений зависит от почвенно-климатических условий региона. Наибольшая эффективность азотных удобрений наблюдается в районах достаточного увлажнения.

Бедные гумусом дерново-подзолистые почвы, серые лесные почвы, оподзоленные, выщелоченные черноземы

Супесчаные, песчаные почвы

Осушенные торфяно-болотные почвы

Оподзоленные и выщелоченные черноземы

Выщелоченные черноземы европейской части России

В степной зоне

Типичные черноземы

Обыкновенные и карбонатные черноземы

Обыкновенные черноземы

Обыкновенные и карбонатные черноземы Кубани, предгорий Северного Кавказа, североприазовские черноземы

Карбонатные черноземы Ростовской области, обыкновенные черноземы Поволжья

Каштановые почвы

Способы внесения

Азотные удобрения вносятся в основное внесение, припосевное внесение и в качестве подкормок. Способ зависит от формы содержания азота и почвенно-климатических условий местности. [2]

Полегание пшеницы

Полегание пшеницы – возможный симптом избытка азотных удобрений.

Влияние на сельскохозяйственные культуры

Азотным удобрениям принадлежит ведущая роль в повышении урожайности различных сельскохозяйственных культур. Это связано с ролью азота как важного биологического элемента, играющего исключительную роль в жизни растений.

Достаточное снабжение азотом усиливает синтез органических азотистых веществ. У растений образуются мощные листья и стебли, интенсивность зеленой окраски усиливается. Растения хорошо растут и кустятся, улучшается формирование и развитие органов плодоношения. Эти процессы способствуют повышению урожайности и содержанию белка.

Однако необходимо учитывать, что односторонний избыток азота может задерживать созревание растений, способствуя развитию вегетативной массы при уменьшении развития зерна, корнеплодов или клубней. У льна, зерновых и некоторых других культур избыток азота вызывает полегание (фото) и ухудшение качества растениеводческой продукции.

Так, в клубнях картофеля может снизиться содержание крахмала. В корнеплодах сахарной свеклы снижается сахаристость и возрастает содержание небелкового азота.

При избытке азотных удобрений в кормах и овощах накапливаются потенциально опасные для здоровья человека и животных нитраты. [1]

Получение азотных удобрений

Производство азотных удобрений основывается на получении синтетического аммиака из молекулярного азота и водорода.

Азот образуется при прохождении воздуха через генератор с горящим коксом.

Источники водорода – природный газ, нефтяные или коксовые газы.

Из смеси азота и водорода (соотношение 1: 3) при высокой температуре и давлении и в присутствии катализатора образуется аммиак:

Синтетический аммиак идет на производство аммонийных азотных удобрений и азотной кислоты, которая используется для получения аммонийно-нитратных и нитратных удобрений. [1]

Источник

Химические свойства азотных удобрений

Азотные удобрения — неорганические и органические азотосодержащие вещества. К минеральным азотным удобрениям относят амидные, аммиачные и нитратные. Азотные удобрения получают главным образом из синтетического аммиака. Из-за высокой мобильности соединений азота его низкое содержание в почве часто лимитирует развитие культурных растений, поэтому внесение азотных удобрений вызывает большой положительный эффект.

Азотные удобрения представляют собой белый или желтоватый кристаллический порошок (кроме цианамида калия и жидких удобрений) , хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой. Поэтому азотные удобрения легко вымываются, что ограничивает их применение осенью в качестве основного удобрения. Большинство из них обладает высокой гигроскопичностью и требует особой упаковки и хранение.

По выпуску и использованию в сельском хозяйстве наиболее важные из этой группы аммиачная селитра и мочевина, составляющие около 60% всех азотных удобрений.

Из всех типов удобрений азотные наиболее подвержены воздействию со стороны почвенных микроорганизмов. В первую неделю после внесения до 70% массы удобрения потребляется бактериями и грибами (иммобилизуются), лишь после их гибели входящий в их состав азот может использоваться растениями. Большие потери азота удобрений происходят из-за выноса легкорастворимых нитратов и солей аммония из почвенного профиля, а также в ходе денитрификации (газообразные потери) и из-за нитрификации (образование нитратов и их вынос). В итоге коэффициент использования удобрений растениями редко достигает 50%, их применение может вызывать эвтрофикацию близлежащих водоёмов. Образующийся в ходе денитрификации N2O является сильным парниковым газом.

Разнообразие почвенных и климатических условий, биологические особенности различных сельскохозяйственных культур, а также экономические соображения обусловили необходимость производства нескольких видов азотных удобрений. Азотные удобрения содержат азот в трех основных формах:

1) в форме аммиака, связанного с какой-нибудь минеральной кислотой, — аммиачные удобрения;
2) в нитратной форме, т. е. в виде солей азотной кислоты,— нитратные удобрения;
3) в амидной форме—амидные удобрения

Кроме перечисленных видов азотных удобрений, имеются также удобрения, содержащие азот одновременно в аммиачной и нитратной форме (например, аммиачная селитра).

К аммиачным удобрениям относятся: сульфат аммония, хлористый аммоний, бикарбонат аммония, жидкие аммиачные удобрения.

К аммиачно-нитратным удобрениям относятся: аммиачная селитра (нитрат аммония, азотнокислый аммоний), известковая селитра (сульфонитрат аммония, лейна-селитра, монтан-селитра, нитросульфат аммония).

Нитратные удобрения — натриевая селитра (нитрат натрия, азотнокислый натрий, чилийская селитра), кальциевая селитра (нитрат кальция, азотнокислый кальций, известковая селитра, норвежская селитра), калийная селитра (нитрат калия, азотнокислый калий). Калийная селитра, кроме азота, содержит калий и является источником азотно-калийного питания растений.

Амидные удобрения — мочевина (карбамид), цианамид кальция, мочевино-формальдегидные удобрения. Наиболее ценна мочевина.

Свойства основных минеральных азотных удобрений

Удоб-

рения Хими-ческая фор-мула Среднее содер-жание азота (%) Объёмная масса удобрения (кг/м.*) Рассевае- мость после хранения Слёжи-вае мость Гигро-скопич- ность Сульфат аммония (NH₄)₂S0₄ 20,5-21,5 800 Хорошая (при влажн. 2%) Слабая Очень слабая Хлористый аммоний NH₄CI 26,0 600 Уд. Умеренная Слабая Аммиак безводный NH₃ 82,3 620 — — Аммиак водный NH₃ + Н₂0 20,0 910 — — Аммиачная селитра грану-лированная NH₄NO₃ 34,7-35,0 820 Хорошая Слабая Очень сильная Аммиачная селитра кристал-лическая NH₄NO₃ 34,7-35,0 840 Плохая Сильная Очень сильная Натриевая селитра NaNO₃ 16,0 1100-I400 Уд. Слабая Умеренная Кальциевая селитра Са(N0₃)₂·2H₂0 17,0 900-1100 Уд. Сильная Очень сильная Мочевина гранули-рованная (NH₂)₂CO 46,0 650 Хорошая Не слёжи- вается Очень слабая Мочевина кристал-лическая (NH₂)₂CO 46,0 650 Плохая Слабая Очень слабая

Амидные удобрения

Мочевина (карбамид) – CO(NH₂)₂ – содержит 46% азота. Это самое концентрированное из азотных удобрений. Выпускают его в гранулированном виде, покрывая гранулы жировой пленкой для уменьшения слеживаемости. Мочевина в почве преобразуется при участии бактерий в углекислый аммоний. Ее используют как основное удобрение и в подкормки с незамедлительной заделкой в почву для предотвращения потерь в виде газообразного аммиака.

Нитратные удобрения

К нитратным удобрениям относят натриевую и кальциевую селитры, а также калийную селитру. Эти удобрения являются физиологически щелочными, поэтому их целесообразно применять на кислых почвах.

Натриевая селитра – NaNO₃. Содержит до 16% азота. Кристаллический порошок белого или сероватого цвета, хорошо растворяется в воде, гигроскопичен, поэтому хранить надо в сухом месте. Вносят это удобрение под все культуры, считается, что наиболее отзывчивы на него корнеплоды, особенно сахарная свекла.

Кальциевая (норвежская) селитра – Ca(NO₃)₂ . Содержит до 15,5% азота. Удобрение гигроскопично, поэтому его хранят во влагонепроницаемых мешках. На кислых почвах это самое распространенное азотное удобрение.

Аммиачно-нитратные удобрения

Аммиачная селитра (нитрат аммония, NH₄NO₃) — высококонцентрированное азотное гранулированное удобрение. Получают нейтрализацией азотной кислоты газообразным аммиаком с последующим гранулированием продукта. Содержит азот в двух формах: аммонийный и нитратный по 17% каждого. Универсальное азотное удобрение может применяться в качестве предпосевного (основного) удобрения и как подкормка. Особенно эффективна для ранневесенней подкормки зерновых. Для предотвращения слеживаемости селитра обрабатывается антислеживающей добавкой. Марка А — применяется в промышленности, Б — в сельском хозяйстве. Селитра аммиачная марки «Б» выпускается с применением кондиционирующих добавок, содержащих кальций, магний, сульфат или сульфат в сумме с фосфатом. Допускается применять новые добавки по согласованию с потребителем. Аммиачная селитра — наиболее эффективна из группы азотных удобрений. Вносится под большинство сельскохозяйственных культур во все типы почв, характеризуется высокой усвояемостью азота. Выпускается гранулированная и чешуированная селитры.

Известково-аммиачная селитра – NH₄NO₃×CaCO₃ – содержит до 20% азота. Получают введением в плав нитрата аммония тонко молотого доломита с последующим гранулированием. Благодаря углекислому кальцию, обладает более благоприятными физическими свойствами, чем аммиачная селитра. В сельском хозяйстве применяется в качестве сложного (азот-кальций-магний) гранулированного удобрения. Азот в нитратной (NO ₃) форме способствует усвоению кальция, который улучшает окраску и качество плодов, лежкость фруктов, картофеля и лука, и тем самым способствует предотвращению потерь урожая при хранении и транспортировке.Универсальное удобрение может применяться на всех видах почв, под все сельскохозяйственные культуры. Широко применяется в странах Западной Европы.

Аммонийные и аммиачные удобрения

Сульфат аммония — кристаллическое азотносерное удобрение, содержит 21% азота в аммонийной форме, не слеживается. В сульфате аммония содержится также до 24% серы, поэтому одновременно он является источником серного питания. Сульфат аммония – одно из широкоприменяемых в сельском хозяйстве минеральных удобрений. Используется под все сельскохозяйственных культур (от картофеля до цитрусовых) на черноземах и сероземах. Удобрение обладает ценным качеством – низкой миграционной способностью, так как катион аммония активно поглощается почвой и это предохраняет его от вымывания. Поэтому сульфат аммония рекомендуют вносить на легких почвах, при орошении, т.е. там, где есть потенциальная опасность потери азота удобрения за счет миграционных явлений. Аммонийный азот сульфата аммония усваивается растениями. Сера необходима для питания всех культур, так как входит в состав некоторых синтезируемых растениями незаменимых аминокислот. Сульфат аммония получают как побочный продукт в производстве капролактама, прямым взаимодействием аммиака и серной кислоты.

Жидкие азотные удобрения

В сельском хозяйстве применяют и жидкие азотные удобрения: безводный (жидкий) аммиак, водный аммиак (аммиачная вода), аммиакаты. Их производство значительно дешевле, чем твердых удобрений, однако известные неудобства в транспортировке и внесении ограничивают их использование, по крайней мере в нашей стране. В наиболее широких масштабах жидкий аммиак применяется в США.

Безводный аммиак – NH₃. Это концентрированное удобрение представляет собой бесцветную жидкость с содержанием азота 82,3%. Получают его сжижением газообразного аммиака под давлением. При хранении в открытых емкостях быстро испаряется, коррозирует медь, цинк и сплавы, но нейтрален по отношению к железу, чугуну и стали, поэтому его перевозят и хранят в специальных стальных толстостенных цистернах, способных выдерживать давление 25 – 30 атмосфер. Причем цистерны заполняют не полностью.

Аммиачная вода. Это удобрение представляет собой раствор аммиака в воде, в зависимости от сортности содержание азота составляет от 16,4 до 20,5%. Аммиачная вода не разрушает черные металлы, имеет небольшое давление, поэтому хранят и перевозят ее в емкостях из обычной углеродистой стали. Работать с аммиачной водой проще, хотя и в этом случае возможны потери азота за счет испарения свободного аммиака. Однако из-за низкого содержания азота транспортировать на далекие расстояния это удобрение не выгодно, и его применение экономично только вблизи производящих предприятий.

Вносят жидкие удобрения специальными машинами и заделывают на глубину не менее 10 – 12 см, а на легких почвах, с целью уменьшения потерь азота от испарения аммиака, глубину заделки удобрения увеличивают до 14 – 18 см. Так же поступают и на крупно комковатых хорошо аэрируемых почвах.

Аммиакаты. Получают растворением в водном аммиаке азотных удобрений в различных комбинациях: аммиачную селитру, аммиачную и кальциевую селитры, мочевину, аммиачную селитру и мочевину. В результате получается жидкость желтого цвета с содержанием азота от 30 до 50%. Перевозят и хранят в специальных герметически закрываемых цистернах из алюминия или его сплавов, рассчитанных на небольшое давление. Можно хранить и в емкостях из полимерных материалов. Азот в аммиакатах находится в различных формах и соотношениях, в зависимости от исходных составляющих это может быть свободный и связанный аммиак, амидная и нитратная форма. По действию на сельскохозяйственные культуры аммиакаты равноценны с твердыми азотными удобрениями, но являются существенно менее распространенными по причине неудобства использования.

Карбамидо-аммиачная смесь. КАС является высокоэффективным жидким азотным удобрением, находящим широкое применение в сельском хозяйстве. Растворы КАС имеет ряд преимуществ перед другими азотными удобрениями. Основное из них – низкое содержание свободного аммиака. Это практически исключает потери азота из-за летучести свободного аммиака при погрузочных операциях, транспортировании и внесении КАС в почву, которые имеются в случае применения аммиакатов и жидкого аммиака. При применении растворов КАС отпадает необходимость в создании дорогостоящих герметизированных хранилищ и в использовании специальных, рассчитанных на повышенное давление, цистерн для перевозки этих растворов.

Растворы КАС представляют собой смеси водных растворов карбамида и аммиачной селитры с содержанием азота 28% (КАС — 28), 30% (КАС — 30) 32%, (КАС — 32), 34% (КАС — 34). Все эти растворы содержат 0,05% свободного аммиака и 0,2% (в пересчете на P₂O₅) фосфатов аммония – ингибиторов для подавления коррозии. В наибольшем количестве в России производится КАС-32. Ниже приведены характеристики основных марок КАС и содержание карбамида в % по массе.

Ниже приведены технические характеристики основных азотных удобрений.

Технические характеристики карбамида согласно ГОСТ 2081-92

Технические характеристики

Марка А Марка Б I сорт высший сорт I сорт II сорт Внешний вид Белые и слабоокрашенные гранулы Массовая доля: Азота в пересчете на сухое вещество, %, не менее 46,2 46,2 46,2 46,2 Биурета, %, не более 1,4 1,4 1,4 1,4 Воды, %, не более метод высушивания 0,3 0,3 0,3 0,3 метод Фишера 0,6 0,5 0,5 0,6 Свободного аммиака, %, не менее 0, 03 Гранулометрический состав, массовая доля гранул размером, %: от 1 до 4 мм, не менее 94 94 94 от 2 до 4 мм, не менее 70 50 менее 1 мм, не более 3 5 5 остаток на сите 6 мм, не более отсутствует Рассыпчатость, %, не менее 100 100 100 Статическая прочность гранул, кгс/гранулу, не менее 0,7 0,5 0,3 Конденсирующая добавка: Карбамидоформальдегидная смола, % 0,2-0,5

Технические характеристики аммиачной селитры согласно ГОСТ 2-85

Наименование показателя

Норма для марки А Б высший сорт первый сорт 1.Суммарная массовая доля нитратного и аммонийного азота в пересчете: на NH ₄ NO ₃ в сухом веществе, %, не менее 98 не нормир. не нормир. на азот в сухом веществе, %, не менее не нормир. 34,4 34,4 2. Массовая доля воды, 5, не более: с сульфатной и сульфатно-фосфатной добавками 0,2 0,2 0,2 с добавками нитратов кальция и магния 0,3 0,3 0,3 3. рН 10%-ного водного раствора, не менее 5,0 5,0 5,0 с сульфатно-фосфатной добавками 4,0 4,0 4,0 4. Массовая доля веществ, нерастворимых в 10%-ном растворе азотной кислоты, %, не более 0,2 не нормир не нормир 5. Гранулометрический состав: массовая доля гранул размером от 1 до 3 мм, %, не менее 93 не нормир. не нормир. массовая доля гранул размером от 1 до 4 мм, %, не менее не нормир. 95 95 в том числе: гранул размером от 2 до 4 мм, %.не менее не нормир 80 50 массовая доля гранул размером менее 1 мм, не более 4 3 3 массовая доля гранул размером более 6 мм, % 0,0 0,0 0,0 6. Статистическая прочность гранул, Н/гранулу (кг/гранулу), не менее: с сульфатной и сульфатно-фосфатной добавками 5 (0,5) 10 (1.0) 7 (0,7) с добавками нитратов кальция и магния 8 (0,8) 7. Рассыпчатость, %, не менее 100 100 100

Показатели	КАС — 28	КАС — 30	КАС — 32
Содержание % (масс.):
CO ( NH ₂)₂	30,0	32,7	35,4
NH ₄ NO ₃	40,1	42,2	43,3
H₂O	29,9	25,1	20,3
Объемная плотность при 15,6 0 С, т/м 3	1,283	1,303	1,327
Температура кристаллизации, 0 С	-18	-10	-2