Растворимость компонентов в системе Ca(NO3)2-HNO3∙NH2C2H4OH-4H2O

Известно, что высокие урожаи сельскохозяйственных культур возможны при условии обеспечения их полноценным и достаточным питанием. Растениям для жизни и развития требуются свет, тепло, вода и питательные веществе. Потребность сельскохозяйственных растений в питательных веществах (элементах) зависит от вида растений и формы, в которой находятся эти вещества.

В состав растений входит свыше 70 химических элементов. Установлено, что только 16 из них абсолютно необходимы для их жизнедеятельности: углерод, кислород, водород, азот, называемые органогенами; фосфор, калий, кальций, магний и сера-зольными элементами и наконец, бор, молибден, медь, цинк и кобальт – микроэлементами, а также железо и марганец. Замена одного элемента другим невозможна, так как каждый выполняет свою функцию в растении.

Наибольшее значение после углерода, кислорода и водорода среди элементов, обеспечивающих растения питанием, имеют три элемента – азот, фосфор и калий. Удобрения, содержащие эти элементы, являются основными минеральными удобрениями в сельском хозяйстве.

Азот является важнейшим элементом для развития растений, в частности для образования белковых вещества. Азот входит в состав хлорофилла и, следовательно, принимает участие в фотосинтезе, а также ферментов – катализаторов жизненных процессов в организме растений и животных. В почву азот поступает в аммиачной, амидной и в нитратной формах; эффективность этих форм азота зависит от биологических особенностей растений и содержания в них углеводов.

При недостатке азота в почве ослабляется кущение злаков и цветение плодовых и ягодных культур, уменьшается содержание белка и снижается урожайность. Создание благоприятных условий питания растений азотом обеспечивает достижение высокой урожайности сельскохозяйственных культур.

Кальций участвует в углеводном и белковом обмене растений, оказывает положительное влияние на рост корней растений; без кальция происходит разрушение клеток корней.

Кальций необходим для нормального питания растений. Кальций широко используется для известкования кислых почв, что повышает их плодородие и обеспечивает высокие урожаи.

Нитрат кальция является одним из минеральных удобрений, содержащий в своём составе оба эти необходимые элементы питания, т. е. N и Ca.

Нитрат кальция является физиологическим щелочным удобрением, пригодным для всех почв и прежде всего для закисленных почв. В сельском хозяйстве применяется как азотное удобрение. Выпускают в гранулированном виде; товарный продукт должен содержать не менее 15,5% азота, кроме того, к нему добавляют в процессе производства 4-7% нитрата аммония для уменьшения гигроскопичности удобрения; содержание влаги не должно превышать 15%. Нитрат кальция вносят под все культуры. Наиболее эффективен на кислых почвах, особенно для весенней подкормки озимых [11].

Одним из перспективных, агрохимически и экономически целесообразных способов повышения эффективности минеральных удобрений, увеличения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения качества сельскохозяйственной продукции является совместное применение физиологически активных веществ с основными минеральными удобрениями. Внесение физиологически активных веществ способствует повышению (КПД) эффективности вносимых минеральных удобрений.

Физиологически активные вещества – это регуляторы роста растений, способные в малых количествах вызывать различные изменения в процессе роста и развития растений. Они являются сильными биостимуляторами, т. е. повышают иммунитет, укоренение черенков, увеличивают всхожесть и ускоряют прорастание семян, снижают отрицательное воздействие неблагоприятных внешних факторов как похолодание или засуха, стимулируют образование завязей, ускоряют созревание плодов, стимулируют цветение [2,3].

В качестве стимуляторов роста растений рекомендованы водные растворы моно-, ди- и триэтиламинов с неорганическими кислотами (рН 4-8, концентрация 20-100 мг/л).

Установлено, что при взаимодействии моноэтаноламина с азотной кислотой образуется нитрат моноэтаноламина состава 1:1, который является физиологически активным веществом [4,6].

При совместном использовании физиологически активных веществ с минеральными удобрениями между ними может произойти химическое взаимодействие с образованием новых химических соединений, приводящее к переводу в неусвояемые формы основных элементов питания удобрений или вводимых добавок, могут также измениться физико-химические, товарные и другие свойства продукта.

В настоящее время в литературе недостаточно данных, позволяющих обосновать физико-химические основы и технологию получения комплексных удобрений, содержащих физиологически активные вещества.

Для физико-химического обоснования процесса получения удобрений с физиологически активными веществами необходимо, прежде всего, знание растворимости солей в системах, включающих изучаемые компоненты, и взаимодействие исходных компонентов в широком интервале температур и концентраций.

С целью теоретического обоснования процесса получения удобрения на основе нитрата кальция, содержащего ФАВ, изучено взаимное влияние компонентов в системе HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-Ca(NO₃)₂-H₂O в широком температурном и концентрационном интервале визуально-политермическим методом.

Для исследования в качестве исходных компонентов были использованы нитрат кальция, перекристаллизованный из водного раствора, марки «ч», азотнокислый моноэтаноламин, синтезированный на основе азотной кислоты и моноэтаноламина взятых в мольном соотношении 1:1 [7].

При изучении системы использован визуально-политермический метод исследования [9]. При количественном химическом анализе применяли общеизвестные методы аналитической химии, в частности: кальций определяли объемным комплексонометрическим методом [10]. Содержание элементного азота, углерода, водорода проводили согласно методике [1].

Бинарная система Ca(NO₃)₂ - H₂O изучена нами в интервале температур от -28,2 до 60 ⁰С. На диаграмме растворимости выявлены ветви кристаллизации: льда, четырех-, трех- и безводных нитратов кальция. То есть данные полученные нами хорошо согласуются с литературными [5,8].

Бинарная система HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-H₂O исследована в интервале температур от -20,1 до -2,0 ⁰С. На её диаграмме растворимости разграничены ветви кристаллизации льда и азотнокислого моноэтаноламина. Эвтектическая точка бинарной системы соответствует 80,57% HNO₃∙NH₂C₂H₄OH и 19,43% H₂O при температуре -20,1 ⁰С.

Система HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-Ca(NO₃)₂ изучена в интервале температур от -10,0 до 30 ⁰С. На диаграмме данной системы выявлены ветви кристаллизации HNO₃∙NH₂C₂H₄OH, Ca(NO₃)₂∙4H₂O, Ca(NO₃)₂∙3H₂O и Ca(NO₃)₂ (рис. 1).

Система Ca(NO₃)₂-HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-H₂O изучена с помощью восьми внутренних разрезов, из которых I-IV разрезы проведены со стороны Ca(NO₃)₂-H₂O к вершине HNO₃∙NH₂C₂H₄OH, а V‑VIII разрезы со стороны HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-H₂O к вершине Ca(NO₃)₂. На основе политерм бинарных систем и внутренних разрезов построена политермическая диаграмма растворимости системы Ca(NO₃)₂-HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-H₂O (рис.2).

На фазовой диаграмме состояния системы разграничены поля кристаллизации: льда, Ca(NO₃)₂∙4H₂O, Ca(NO₃)₂∙3H₂O, Ca(NO₃)₂ и HNO₃∙NH₂C₂H₄OH. Указанные поля кристаллизации сходятся в одной тройной точке системы, для которой установлен химический состав равновесного раствора и соответствующая её температура кристаллизации.

Эвтектическая точка системы соответствует составу 21,2% нитрата кальция, 63,0% нитрата моноэтаноламина и 15,8% воды при температуре -29,4 ⁰С (таблица 1).

Рисунок 1. Политермическая диаграмма бинарной системы HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-Ca(NO₃)₂

Рисунок 2. Политермическая диаграмма растворимости системы Ca(NO₃)₂-HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-H₂O

Таблица 1.

Двойные и тройные точки системы Ca(NO₃)₂-HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-H₂O

Для установления составов и температуры кристаллизации узловых тройных точек, а также характеристика крутизны поверхности полей кристаллизации построены проекции политермических кривых растворимости на соответствующие боковые стороны системы.

Из диаграммы растворимости данной системы следует, что она относится к простому эвфоническому типу. Компоненты системы в изученном температурном и концентрационном интервале сохраняют свою индивидуальность, а следовательно, и физиологическую активность. Результаты свидетельствуют, о возможности совместного использования нитрата моноэтаноламина с нитратом кальция для получения удобрения, обладающего физиологической активностью.

Заключение. Таким образом, изучение взаимного влияния компонентов в системе Ca(NO₃)₂-HNO₃∙NH₂C₂H₄OH-Н₂О показало, что она относится к простому эвфоническому типу. Компоненты системы в изученном температурном и концентрационном интервале сохраняют свою индивидуальность, а следовательно, и физиологическую активность. Результаты свидетельствуют, о возможности совместного использования азотнокислого моноэтаноламина с нитратом кальция для получения удобрения, обладающего физиологической активностью.