شارح: الأسمدةالكيمياء • الصف الثاني الثانوي

مثال ١: تحديد العناصر المتضمنة داخل سماد NPK

ما العناصر الثلاثة التي يجب أن يحتوي عليها سماد الكامل؟

1. الصوديوم، والفوسفور، والبوتاسيوم
2. النيتروجين، والبلاديوم، والفوسفور
3. النيتروجين، والبلاتين، والبوتاسيوم
4. النيكل، والفوسفور، والكاليوم
5. النيتروجين، والفوسفور، والبوتاسيوم

الحل

العناصر الثلاثة اللازمة للنمو الصحي للنبات هي: النيتروجين، والفوسفور، والبوتاسيوم. توفر أسمدة هذه العناصر الثلاثة. رمز عنصر النيتروجين هو ، أما رمز الفوسفور هو ، بينما رمز البوتاسيوم هو . وبما أن البوتاسيوم اكتُشِف بعد الفوسفور، فقد كان الرمز مُستخدمًا بالفعل. والاسم اللاتيني الجديد للبوتاسيوم هو الكاليوم. وهذا هو أصل الرمز . ومن ثَمَّ، فإن يشير إلى النيتروجين، والفوسفور، والبوتاسيوم؛ ولذا فالإجابة الصحيحة هي الخيار هـ.

مثال ٢: تحديد أسباب كون بعض الأسمدة أكثر فعالية من الأخرى وشرح تلك الأسباب

لماذا يُعَدُّ السماد أ غير فعَّال مثل السماد ب في تحسين عملية نمو النباتات؟

1. السماد ب يحتوي على النيتروجين فقط.
2. السماد ب يمنع إنبات البذور.
3. السماد أ يزيد الأس الهيدروجيني للتربة.
4. السماد أ لا يحتوي على أيِّ فوسفور أو بوتاسيوم.
5. السماد أ لا يحتوي على الصوديوم.

الحل

تحتاج النباتات إلى امتصاص عناصر النيتروجين، والفوسفور، والبوتاسيوم من التربة لضمان نمو صحي. وإذا كانت النباتات تعاني من نقص في هذه العناصر، فقد تعاني من أمراض مختلفة. يوفر السماد ب جميع هذه العناصر الثلاثة، لأنه سماد . فالرمز هو رمز النيتروجين، و هو رمز الفوسفور، و هو رمز البوتاسيوم. ويحتوي سماد على مزيج من المُركَّبات التي تحتوي على هذه العناصر الثلاثة. وقد تحتوي المُركَّبات أيضًا على عناصر أخرى غير ضرورية للنباتات. ومن ثَمَّ، فإن الخيار أ غير صحيح.

يحتوي السماد أ على مُركَّب واحد يُطلَق عليه «اليوريا». يمكننا أن نلاحظ من الصيغة الجزيئية على الكيس أن اليوريا تحتوي على عناصر الكربون، والأكسجين، والنيتروجين، والهيدروجين. بالنسبة لنمو النبات، فإن النيتروجين هو العنصر الوحيد المهم هنا. كما أن السماد أ لا يوفر أي فوسفور أو بوتاسيوم، لذلك فهو ليس فعالًا في تحسين نمو النبات مثل السماد ب. إذن، الخيار د هو الإجابة الصحيحة.

تُطلِق بعض الأسمدة مُركَّبات الأمونيوم، ويمكن أن تُقلِل الأس الهيدروجيني للتربة. بهذه الطريقة، لن يؤدي استخدام اليوريا إلى زيادة الأس الهيدروجيني للتربة. ومن ثَمَّ، فإن الخيار ج غير صحيح. الأسمدة لا تمنع إنبات البذور؛ فهذه العملية تعتمد على صحة البذور ودرجة الحرارة. وعلى الرغم من أن النباتات تحتاج إلى كميات صغيرة من الصوديوم، فإن الكميات الكبيرة منه قد تكون سامةً، كما أن الأسمدة غير معنيَّة بتوفير هذا العنصر. ومن ثَمَّ، فإن الخيارين ب، هـ غير صحيحين، إذن الإجابة الصحيحة المتبقية هي الخيار د.

مثال ٣: مراجعة الصيغ الكيميائية لمُركَّبات الكالسيوم المُستخدَمة في الأسمدة

الفوسفوريت، وهو صخر رسوبي يحتوي على معادن الفوسفات، يتفاعل مع حمض الكبريتيك لإنتاج فوسفات الكالسيوم وسوبر فوسفات الكالسيوم.

ما الصِّيَغتان الكيميائيتان لفوسفات الكالسيوم وسوبر فوسفات الكالسيوم على الترتيب؟

1.   ،
2.   ،
3.   ،
4.   ،
5.   ،

الحل

الفوسفور عنصر مهم للاستخدام في الأسمدة. ويُمكِن العثور على مصدر جيد للفوسفور في الصخور مثل الفوسفوريت. إلا أن هذه الصخور غير قابلة للذوبان في الماء، ويجب معالجتها بالأحماض لإنتاج أملاح الفوسفات القابلة للذوبان في الماء. وعندما يتفاعل صخر الفوسفوريت مع حمض الكبريتيك، يمكن إنتاج نوعين من أملاح الفوسفات وهما: فوسفات الكالسيوم وسوبر فوسفات الكالسيوم. وفي هذا السؤال، علينا تذكُّر أو تحديد الصيغة الكيميائية لكل مُركَّب من هذين المُركَّبين.

من اسميهما، يمكننا استنتاج أن كلا المُركَّبين سيحتويان على كاتيونات الكالسيوم وأنيونات الفوسفات. ويُعَد أكثر أيونات الكالسيوم شيوعًا هو ، بينما صيغة أنيون الفوسفات هي . لذلك، فإن فوسفات الكالسيوم هي اتحاد كل من كاتيون الكالسيوم وأنيون الفوسفات. وللتأكُّد من أن المُركَّب متعادل كهربيًّا، نحتاج إلى ثلاثة كاتيونات كالسيوم لكل اثنين من أنيونات الفوسفات. ومن ثمَّ، هذا يُعطينا الصيغة الكيميائية لفوسفات الكالسيوم على صورة . بناءً على ذلك، يمكننا بالفعل تحديد أن الخيارين ج، هـ غير صحيحين.

تُشبه أيونات سوبر الفوسفات أيونات الفوسفات، ولكن تحتوي أيونات سوبر الفوسفات على ذرتين من الهيدروجين. ونتيجة لذلك، فإن أيونات سوبر الفوسفات لها شحنة تبلغ ، والتي تعطيها الصيغة الكيميائية . وهكذا عند الاتحاد مع كاتيون الكالسيوم، يلزم وجود أنيوني سوبر فوسفات للتأكد من تعادل المُركَّب كهربيًّا. وهذا يُعطينا الصيغة الكيميائية لسوبر فوسفات الكالسيوم على صورة .

ومن ثَمَّ، فإن الصيغتين الكيميائيتين هما: لفوسفات الكالسيوم، لسوبر فوسفات الكالسيوم. وهذا يتوافق مع الخيار أ. إذن الإجابة الصحيحة هي أ.

مثال ٤: وصف الإنتاج الصناعي الواسع النطاق للأمونيا

أكمل الفراغ: التحضير الصناعي الواسع النطاق للأمونيا هو مثال على .

1. العملية المتجددة
2. عملية التقدم
3. العملية النيتروجينية
4. عملية الدفعات
5. العملية المستمرة

الحل

الأمونيا هي المادة الخام المُستخدَمة في صناعة الأسمدة الاصطناعية التي تحتوي على النيتروجين. صناعيًّا، فإنها تُصنَع من غاز الهيدروجين وغاز النيتروجين في عملية هابر. يُنتَج خمسة وتسعون بالمائة من الهيدروجين في العالم من تفاعل الميثان، وهو ناتج الوقود الأحفوري، مع البخار. ونحصل على الميثان من مصادر غير متجددة مثل الزيت الخام. حاليًّا، هذا يجعل من إنتاج الأمونيا نشاطًا غير متجدد. ويُمكِن أن تستمر العملية الصناعية بشكل مستمر ما دام بالإمكان تغذية وعاء المُفاعِل بالمواد الخام. وبسبب فقد الإنتاج، يكون إيقاف العملية أمرًا مكلفًا، ومن المعتاد أن يحدث هذا سنويًّا للصيانة المُقررَة. وعلى عكس عملية الدفعات، حيث تُصنَع المواد الكيميائية على دفعات صغيرة مع إيقاف العملية والتنظيف في فترات التوقف، يُوصَف إنتاج الأمونيا بأنه عملية مستمرة. إذن، الإجابة الصحيحة هي الخيار هـ.

مثال ٥: وصف الإنتاج المعملي الصغير النطاق للأمونيا

املأ الفراغ: التحضير المعملي الصغير النطاق للأمونيا مثالٌ على .

1. العملية المتجدِّدة
2. العملية المستمرة
3. عملية الدفعات
4. العملية الآلية
5. العملية النيتروجينية

الحل

يصعب صُنع غاز الأمونيا من عنصري النيتروجين والهيدروجين، وإذا صُنِع في المختبر، فلن يُنتَج سوى كميات صغيرة. ويجب الحصول على مُتفاعلات التخليق بشكل منفصل، وسيشتمل الإجراء على الأدوات الزجاجية المعملية الشائعة.

سيوصف الإجراء على أنه عملية دفعات، حيث سنحتاج إلى تفكيك الأدوات وتنظيفها في كل مرة نستخدمها.

إنها بالتأكيد ليست عملية مستمرة أو آلية. في هذه العمليات، سنحصل على المواد الكيميائية المُستخدمَة للتخليق من مورِّد كيميائي وستستمر في التدفق. وهنا، تكتمل عملية تحضير الأمونيا ثم تتوقف.

على الرغم من استخدام هذه المواد الكيميائية بكميات صغيرة، فقد تُنتَج من مصادر ذات أساس بترولي، وهي مصادر غير متجددة. لهذا السبب، قد لا يكون التخليق المعملي عملية متجددة. ومن ثَمَّ، فإن الإجابة الصحيحة هي الخيار ج.