Khimia_002

нітрат, або кальцієва селітра. Селітри легко розкладаються при на# гріванні з виділенням кисню:

2КNO3 = 2КNO2+ O2

Цю їх властивість застосовують у піротехніці. Проте основне призначення солей нітратної кислоти — збагачувати ґрунт нітроге# новмісними сполуками, які добре відомі в сільському господарстві як мінеральні добрива, зокрема амонійна, натрієва й калієва селіт# ри. Щоб детальніше ознайомитися з властивостями нітратів і солей амонію, виконайте лабораторний дослід 6.

Розгляньте таблицю розчинності та переконайтесь, що серед нітратів не існує нерозчинних речовин.

Усі солі нітратної кислоти добре розчиняються у воді і є сильними електролітами.

Поширення нітратів у природі. Через високу розчинність у во# ді нітрати рідко утворюють поклади. Потужне родовище натрієвої селітри утворилося на Американському континенті в Чилі, тому за цією речовиною закріпилася назва чилійська селітра. Невеликі кількості солей нітратної кислоти з’являються в ґрунті завдяки діяльності нітрифікуючих бактерій, які зв’язують вільний азот по# вітря, утворюючи нітрогеновмісні сполуки.

Проблема вмісту нітратів у харчових продуктах. Для людини, маса тіла якої 60 кг, гранично допустима добова норма нітратів ста# новить 0,76 мг на 1 кг маси. У межах допустимих норм нітрати не завдають відчутної шкоди здоров’ю людини.

Виходячи з маси власного тіла, обчисліть вашу гранично допус# тиму норму добового споживання нітратів.

Проте надмірне використання нітратів як мінеральних добрив

іяк харчових добавок, що надають м’ясним виробам кольору нату# рального м’яса, подовжують термін зберігання м’ясних виробів

ісиру, створює небезпеку до перевищення гранично допустимих норм їх добового споживання. Наслідком цього може стати токсич# на дія нітратів на організм людини. Вона полягає в розвитку гіпо# ксії — кисневого голодування тканин, а також пригніченні дії ферментів, які каталізують процеси тканинного дихання. Симпто# мами отруєння є нудота, блювання, посиніння шкірного покриву тіла та слизової оболонки рота, що з’являються через 4–6 год після вживання їжі з високим умістом нітратів. Особливо небезпечні нітрати для дитячого організму.

81

Овочі й молоко містять значно більше нітратів, аніж м’ясо. За# побіжні засоби, до яких потрібно вдаватися, аби уникнути отруєн# ня нітратами, наявними в продуктах харчування, такі:

1)дотримання правил агротехніки вирощування сільськогос# подарських культур;

2)споживання води, молока, що пройшли аналіз на вміст у них нітратів;

3)обмежене споживання овочевих культур, вирощених у теп# лицях;

4)дотримання рекомендацій щодо зменшення вмісту нітратів у процесі приготування овочевих страв.

Користуючись додатковою літературою, підготуйте пам’ятку «Як у домашніх умовах зменшити вміст нітратів у продуктах харчування».

Досліджуємо речовини та їх властивості

Лабораторний дослід 6. Ознайомлення зі зразками

нітратів і солей амонію.

Ознайомтеся з виданими вам зразками солей нітратної кислоти й амонію. Під час виконання досліду з’ясуйте:

а) який колір мають солі нітратної кислоти й амонію; б) до добре розчинних чи погано розчинних у воді ре#

човин належать солі нітратної кислоти й амонію; в) чи мають запах солі нітратної кислоти й амонію.

Одержані результати запишіть у робочий зошит у вигляді таблиці.

	Сіль			Фізичні властивості
Назва		Формула	Колір		Розчинність		Запах
					у воді

Для тих, хто вивчає хімію на академічному рівні

Ортофосфатна кислота. Елементом#сусідом Нітро# гену по підгрупі є Фосфор. Маючи на зовнішньому енер# гетичному рівні 5 електронів і вільні енергетичні комір# ки на d!підрівні, атом Фосфору переходить у збуджений стан, чим забезпечує утворення оксиду і кислот зі ступе# нем окиснення Фосфору +5, наприклад: фосфор(V) ок# сид Р2О5, метафосфатна кислота НРО3, ортофосфатна

82

кислота Н3РО4. Ортофосфатну кислоту та її солі частіше застосовують порівняно з метафосфатною. В природі ортофосфати трапляються в складі гірських порід фос! форитів та апатитів, з них добувають кислоту, піддаючи сировину обробці сульфатною кислотою:

Са3(РО4)2 + 3Н2SO4 = 2Н3РО4 + 3СаSO4

Ортофосфатна кислота Н3РО4 — тверда, добре роз# чинна у воді, неотруйна речовина, електроліт середньої сили. Застосовують у виробництві добрив, емалей, зама# зок для склеювання порцеляни, у фармацевтичній і хар# човій промисловості.

Ортофосфатна кислота є трьохосновною, а тому вона дисоціює ступінчасто й утворює три види аніонів:

H3PO4		H+ + H2PO4–			дигідрогенортофосфат
H	–	+	+ HPO	2–	гідрогенортофосфат
	PO	H		4
2	4
HPO2– H+			+ PO3–		ортофосфат
	4		4

H3PO4 3H+ + PO34–

Напишіть формули середньої і кислих солей Барію та ортофос# фатної кислоти.

Зважаючи на можливість утворення солей ортофос# фатної кислоти з кислотним залишком різного складу, при розв’язуванні задач, за умовами яких одну з речовин узято в надлишку, потрібно розглядати кількісні відно# шення в трьох рівняннях.

Задача. Обчисліть масу солі, що утвориться в реакції між ортофосфатною кислотою кількістю речовини 0,1 моль і калій гідроксидом масою 11,2 г.

Ро з в ’ я з а н н я

1.Запишемо скорочений запис умови задачі.

Дано:

νH3PO4 = 0,1 моль m КОН = 11,2 г

mсолі — ?

83

2. Запишемо рівняння можливих реакцій і розгляне# мо кількісні відношення речовин у них:

а) КОН + H3PO4 = КH2PO4 + Н2О

1 моль 1 моль 1 моль

б) 2КОН + H3PO4 = К2HPO4 + 2Н2О

2 моль 1 моль 1 моль

в) 3КОН + H3PO4 = К3PO4 + 3Н2О

3 моль 1 моль 1 моль

За рівнянням а) νКОН : νКH2PO4 = 1 : 1 За рівнянням б) νКОН : νК2HPO4 = 2 : 1 За рівнянням в) νКОН : νК3PO4 = 3 : 1

3. Розглянемо кількісні відношення речовин за умо#

вою задачі. Спочатку за формулою ν =	m	обчислимо
	М
кількість речовини калій гідроксиду:
νКОН = 11,2 г : 56 г/моль = 0,2 моль

За умовою задачі νКОН : νН3PO4 = 0,2 : 0,1, або 2 : 1

З можливих рівнянь реакцій у кількісному відношен# ні 2 : 1 (без залишку!) речовини взаємодіють за рівнян# ням б) з утворенням кислої солі калій гідрогенортофос# фату. Тому подальші обчислення здійснюватимемо за цим рівнянням.

4. Обчислимо кількість речовини калій гідрогенорто# фосфату:

νК2НPO4 = νН3PO4 = 0,1 моль

За відомою кількістю речовини обчислюємо масу утвореної солі:

mК2НPO4 = ν · М = 0,1 · 174 = 17,4 (г)

Відповідь: речовини прореагували без залишку, утво# рилася кисла сіль калій гідрогенортофосфат масою 17,4 г.

84

Запитання і завдання для самоконтролю знань

1. Хімізм виробництва нітратної кислоти відображає схема:

+Н2	+ О2, кат.	+ О2	+ Н2О + О2
N2 NH3		NO NO2	HNO3

Напишіть за схемою молекулярні рівняння реакцій. Чи будуть ці реакції окисно#відновними?

2. Генетичний зв’язок фосфору та його сполук відображає схема: Р Р2О5 Н3РО4 Ва3(РО4)2

Підтвердіть його записом молекулярних рівнянь реакцій, останнє рівняння розгляньте в йонно#молекулярній формі.

3.Наведіть приклади застосування нітратної кислоти та нітратів.

4.Оцініть вплив нітратів на здоров’я людини, наведіть приклади ланцюгів живлення, якими нітрати можуть потрапити в організм людини.

5*. Обчисліть, чи вистачить міді масою 32 г для одержання куп# рум(ІІ) нітрату, якщо для реакції використати концентровану нітрат# ну кислоту масою 600 г з масовою часткою розчиненої речовини 50 %.

6*. Яка сіль утвориться внаслідок взаємодії розчину натрій гідроксиду масою 50 г з масовою часткою лугу 16 % і розчину орто# фосфатної кислоти масою 200 г з масовою часткою розчиненої речо# вини 9,8 %?

§11. Загальні відомості про мінеральні добрива

Вивчаючи природознавство, ви дізналися про існування доб# рив — речовин чи їхніх сумішей, що роблять добру справу — збага# чують ґрунт поживними речовинами, сприяють одержанню висо# ких урожаїв.

Добрива — це речовини чи суміші речовин, що містять хімічні елементи, необхідні для росту й розвитку рослин. Добрива вносять у ґрунт для збільшення врожайності сільськогосподарських культур і підвищення їх стійкості до несприятливих кліматичних умов.

У рослинних організмах налічується майже 70 хімічних елементів (їх ще називають елементами живлення рослин). Такі

85

а

б

в

г

Рис. 32. Зовнішні ознаки достатнього запезпечення Нітрогеном (а, в) і нестачі Нітрогену (б, г) у листках тютюну та картоплі

Рис. 33. Зовнішні ознаки нестачі Фосфору

б

а

в

Рис. 34. Зовнішні ознаки нестачі Калію: у картоплі (а); конюшині (б); чорній смородині (в)

елементи, як Нітроген, Калій, Фос# фор надходять до них з ґрунту в най# більшій кількості. Без Нітрогену не можуть утворюватися білкові моле# кули, без Фосфору — нуклеїнові кислоти, вітаміни. Завдяки Калію пришвидшується фотосинтез, поліп# шується накопичення сахарози в цукрових буряках і крохмалю в кар# топлі, зміцнюються стебла злакових рослин.

Зовнішніми ознаками нестачі Нітрогену є дрібнолистковість, галь# мування росту рослин, послаблене утворення бокових пагонів і коренів. Листки набувають блідо#зеленого за# барвлення, починають відмирати (рис. 32).

Нестача Фосфору проявляється в зміні зеленого забарвлення листків на синювато#зелене з бронзовим відтінком, вони стають дрібними й вузькими (рис. 33). Окрім цього, гальмується ріст рослин і дозрівання врожаю.

За нестачі Калію в рослин жовтіє листя, пожовтіння починається з країв, які згодом стають бурими, гальмується розтягнення і ріст клі# тин (рис. 34).

Щоб відновити вміст цих еле# ментів у ґрунті природним способом, потрібний тривалий час, тому без до# даткового внесення добрив урожаї з року в рік неминуче знижуються. Аби запобігти цьому, виготовляють і вносять у ґрунт мінеральні й органіч# ні добрива. Підраховано, що в умо# вах України 1 грн, витрачена на ви# робництво добрив, дає в середньому 2–3 грн прибутку.

У хімічній промисловості вироб# ляють різні добрива (рис. 35).

86

Рис. 35. Склад з мінеральними добривами

Розгляньте рисунок 36 та ознайомтеся з класифікацією добрив за походженням і вмістом поживних речовин.

Добрива

Мінеральні

Мікродобрива

Азотні

.Схема класифікації добрив

Збіології вам відомо, що рослини засвоюють речовини з ґрунту лише в розчиненому стані. Під впливом полярних молекул води відбувається електролітична дисоціація сполук, які входять до складу мінеральних добрив, на відповідні йони. Далі вони всмокту#

87

ються кореневою системою й транспортуються по стеблу до всіх органів рослин.

Йони, у складі яких елемент живлення надходить до рослинного організму, дістали назву форма засвоєння добрив. Формами засвоєння Нітрогену є катіони NH+4 та аніони NO –3, Калію–— катіони К+, Фосфору — аніони H2PO4 .

Діюча (поживна) речовина в добриві. Відразу зазначимо, що поживна речовина й форма засвоєння добрив — різні поняття.

Діюча речовина — це загальноприйнята характеристика добрив, яку використовують при порівнянні добрив

у розрахунках норми їх внесення в ґрунт.

Для азотних добрив за діючу речовину обрано Нітроген, для ка# лійних — калій оксид, для фосфорних — фосфор(V) оксид. Уміст діючої речовини обчислюють, виходячи з формули добрива. Наприклад, щоб обчислити вміст діючої речовини в азотному доб# риві амоній сульфаті, потрібно обчислити масову частку елемента Нітрогену в цій сполуці:

ω (N) =	2ArN	= 0,2121, або 21,21 %
	Mr(NH4)2SO4
Відповідно вміст діючої речовини калій			оксиду в калійних
добривах обчислюють за формулою: ω(K2O) =				MrK2O	, а вміст
				2Mr добрива

фосфор(V) оксиду у фосфорних добривах — за формулою:

ω(Р2O5) = MrР2O5 .

Mr добрива

Обчисліть уміст поживних речовин у калійному добриві калій нітраті й фосфорному добриві подвійному суперфосфаті, форму# ла якого Са(Н2РО4)2.

Добрива завжди містять певну частку домішок, тому насправді вміст поживної речовини дещо менший за обчислений теоретично.

88

Приклади добрив та їхні окремі характеристики наведено в таб# лиці 5.

					Таблиця 5
				Мінеральні добрива
			Назва	Формула	Фізичні характеристики
			Калійна	KNO3	Безбарвна, кристалічна,
			селітра		негігроскопічна
					Білого або жовтуватого
					кольору, гігроскопічна,
			Амонійна	NН4NO3	при висиханні утворює
			селітра		грудки, може вибухати та
					розкладатися з виділен#
					ням амоніаку
					Гранули сірого кольору,
			Кальцієва	Са(NO3)2	добре розчиняються у
	АЗОТНІ		селітра		воді, злежуються, мають
					високу гігроскопічність
			Натрієва		Білого або жовтуватого
				NаNO3	кольору, гігроскопічна,
			селітра
					злежується
			Амоній		Білого або жовтуватого
				NН4СІ	кольору, малогігроско#
			хлорид
					пічний
					Білого кольору (через
			Амоній		наявні домішки може
				(NН4)2SO4	бути сірого або зеленува#
			сульфат
					того), кристалічний,
					малогігроскопічний
			Амоніачна	NН3 · Н2О	Рідина з різким запахом
			вода		амоніаку
			Простий		Порошок або гранули
				Са(Н2РО4)2 + 2СаSO4	сірого кольору, злегка
	ФОСФОРНІ		суперфосфат		злежується, погано роз#
			суперфосфат		розчинність у воді
					чинний у воді
			Подвійний		Зовні нагадує простий
				Са(Н2РО4)2 · Н2О	суперфосфат, має добру
					Сіра, світло#сіра речови#
			Преципітат	СаНРО4 · 2Н2О	на, погано розчинна у
					воді, не злежується

89

					Продов. таблиці
			Назва	Формула	Фізичні характеристики
					Порошок сірого або
			Фосфоритне	Са3(РО4)2	бурого кольору, виготов#
			борошно		лений розмелюванням
					природних фосфоритів
					Порошок білого кольору
			Амофос	NН4Н2РО4	(через наявні домішки —
					сіруватого), кристаліч#
					ний, негігроскопічний
					Біла дрібнокристалічна
					речовина, добре розчин#
					на у воді, негігроскопіч#
			Калій хлорид	КCl	на, під час зберігання
					сильно злежується, тому
					випускають у гранульо#
					ваній формі
					Кристалічна речовина
	КАЛІЙНІ		Каїніт	КCl · MgSO4 · 3 Н2О	світло#сірого або сірого
					кольору
					Кристалічна речовина,
			Сильвініт	КСl · NaCl	рожевого кольору, мало#
					гігроскопічна, добре роз#
					чинна у воді
			Калій		Білі кристали, добре
				К2SO4	розчиняються у воді,
			сульфат
					негігроскопічний
					Дрібнокристалічний
			Поташ	К2СO3	порошок, висока
					гігроскопічність
			Калійна сіль	КCl + домішки NaCl	Гігроскопічна,
					злежується

Виконайте лабораторний дослід 7 та переконайтеся у фізичних властивостях добрив, зазначених у таблиці.

Роль хімії в розв’язуванні продовольчої проблеми. Нині ви# робництво продуктів харчування, зокрема рослинного походжен# ня, турбує все людство. З роками посівних площ стає все менше

90