МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ ГОРОДА НИЖНИЙ ТАГИЛ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ МБОУ № 40
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОБЛАСТЬ: ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ ПРЕДМЕТЫ: БИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ,
ХИМИЯ
ТЕМА: ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВ ГОРОДА НИЖНИЙ ТАГИЛ И ЕГО ОКРЕСТНОСТЕЙ НА
СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНОГО ФОСФОРА
ИСПОЛНИТЕЛЬ: Новиков Роман Олегович
НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: Поликарпова Татьяна Алексеевна
Н.Тагил
2012
1. Теоретическая часть
1.1. Положение фосфора в периодической системе. Электронноестроение, атомные и химические
свойства элемента фосфора. Нахождение в природе.......................................
1.2. Физические и химические свойства простого вещества фосфора. Аллотропные
модификации..............................................
1.3. Основные соединения фосфора. Физические и химические свойства фосфина, оксидов фосфора
(+3), (+5), ортофосфорной кислоты, солей ортофосфорной кислоты..................................
1.4. Фосфор в почве. Значение для развития растений. Фосфорные
удобрения.....................................................................
1.5. Фосфор в организме человека и животных: значение, поступление
..........................................................................
2. Практическая часть
2.1.
Краткие теоретические сведения оптических методов анализа ...
2.2.
Колориметрический метод определения подвижного фосфора
в почве и удобрениях по Кирсанову....................................
2.3.
Результаты исследования почв на содержание оксида фосфора (+5)
2.4. Анализ количественного содержания оксида фосфора (+5) в исследуемом образце удобрения
суперфосфат простой....................
Заключение..............................................................................
Литература
Фосфор — один из важнейших биогенных элементов, необходимый для жизнедеятельности всех
организмов. В тканях растений содержание фосфора составляет от 230 до 330 мг на 100 г сухого
вещества. Это — элемент — органоген, он играет исключительно важную роль в обмене веществ.
Фосфор входит в состав скелета животных, в состав зубов, содержание его в мышцах 0.27%, в тканях мозга - 0,38%. В форме фосфата фосфор представляет собой необходимый
компонент внутриклеточной аденозитрифосфорной кислоты (АТФ). Гидролиз АТФ сообщает
организму необходимый для жизнедеятельности запас энергии. Фосфор входит в состав белков,
нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других активных соединений [10]. Человек и животные обычно
получают достаточное количество фосфора с пищей, растения извлекают его в виде растворимых
фосфатов; почва поэтому должна содержать достаточное количество соединений фосфора.
Содержание фосфора в земной коре составляет 0,08%. В природе фосфор встречается
исключительно в виде соединений, которые являются нерастворимыми в воде. Поэтому для
повышения плодородия почв в них вносят фосфорные и другие удобрения. Фосфорные удобрения это кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты - составляют половину всех производимых
минеральных удобрений.
Актуальность. Выбранная тема не является случайной. Наш город Нижний Тагил находится в черте
промышленных предприятий, что влияет на экологическую обстановку. Почва является одним из
важнейших объектов окружающей среды, дающей более 90% продуктов питания и сырья для
производства самой разнообразной продукции. Почвы сложны и разнообразны по составу. В них
содержатся минералы, органические вещества, вода, воздух, различные микроорганизмы, грибки,
бактерии и др. В почве происходят сложные физико-химические, биологические и другие процессы.
В отличие от других объектов окружающей среды (воздух, вода), где протекают и процессы
самоочищения, почва обладает этим свойством в незначительной мере. А для некоторых веществ, в
частности для тяжелых металлов, она является ёмким акцептором. Тяжелые металлы прочно
сорбируются и взаимодействуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения. То
же может происходить и при внесении фосфорных удобрений в почву. Простой, двойной
суперфосфаты будут взаимодействовать с ионами тяжелых металлов и оседать в виде их
нерастворимых фосфатов (происходит засоление почв).
Как недостаток, так и избыток фосфора могут неблагоприятно влиять на жизнедеятельность живых
организмов - растений, животных и человека.
Цель: проведение исследования почв различных районов города Н.Тагила и экологически чистых
районов.
Задачи:
1. По учебной литературе собрать материал по теме, систематизировать, классифицировать
информацию по свойствам атомов элементов подгруппы азота, простым и основным сложным
веществам, ими образованным.
2. Выяснить роль элемента фосфора для развития растений, жизнедеятельности животных и
человека, в виде каких соединений фосфор содержится в почве.
3.
Научиться работать с прибором - фотоэлектроколориметром-56 ПМ.
4. Проколориметрировать стандартные растворы фосфатов, определить оптическую плотность,
построить график зависимости D (оптической плотности ) от концентрации оксида фосфора (+5).
5. Подготовить вытяжки почв, определить содержание оксида фосфора (+5) (мг/кг воздушносухого образца).
1. Теоретическая часть
1.1 Положение фосфора в периодической системе. Электронное строение, атомные и
химические свойства элемента фосфора. Нахождение в природе.
Фосфор-элемент 5 группы главной подгруппы периодической системы, находящийся в 3 периоде.
Основные свойства элемента фосфора приведены в таблице 1 в сравнении с другими элементами,
входящими в эту подгруппу.
Таблица 1. Свойства элементов подгруппы азота [7]
Свойства
Азот
1. Порядковый номер
2. Валентные электроны
3. Энергия ионизации, эВ
4. Относительная Э.О.
5. Степень окисления
6. Радиус атома, нм
7. Содержание в земной коре,
массовая доля, %
Фосфор
Мышьяк Сурьма
N
р
As
7
15
33
2s22p3
3s23p3
4s24p3
14,5
10,5
9,8
3,07
2,1
2,2
+5, +4, +3, +2, +5, +4, +3, +5, +3, -3
+1, -3, -2,-1
+1, -3,-2
0,071
0,13
0,15
0,04
0,08
0,0005
Висмут
Sb
Bi
51
83
5s25p3
6s26p3
8,6
7,3
1,82
1,67
+5, +3, - +5, +3, 3
3
0,16
0,18
0,00005
0,00002
Выводы по таблице.
1. Подгруппу азота составляют 5 элементов: азот, фосфор, сурьма, мышьяк, висмут. Это pэлементы, на внешнем энергетическом уровне их атомы имеют
23
по 5 электронов: ns пр . Это полные электронные аналоги.
2.
Сверху вниз в подгруппе радиус атомный увеличивается, т.к. увеличивается число
энергетических уровней и подуровней в атомах.
3. Закономерно без нарушений от азота к висмуту уменьшается энергия ионизации, т.к.
увеличивается атомный радиус. Это означает, что неметаллические свойства ослабевают, а
металлические увеличиваются.
4. Закономерно уменьшается электроотрицательность-способность атомов в соединении
притягивать к себе связывающую пару электронов.
5. Высшая степень окисления для всех элементов равна +5, низшая -3, характерна и +3. Сверху
вниз увеличивается устойчивость низшей положительной степени окисления.
6.
Характерные валентности: 3; 4; 5. Подробнее рассмотрим валентные возможности фосфора.
8. Общее содержание фосфора в земной коре составляет 0,08 %. В природе фосфор встречается
только в виде соединений, важнейшее из них-фосфат кальция-минерал апатит. Известно много
разновидностей апатита, из которых более известен фторапатит. Разновидности апатита составляют
осадочные горные породы - фосфориты. Фосфориты так же входят в состав белковых веществ в виде
различных соединений. Содержание фосфора в тканях мозга-0,38 %, в мышцах- 0,27 %.
Самые богатые в мире залежи апатитов находятся близ города Кировска на Кольском
полуострове. Фосфориты широко распространены на Урале, в Сибири, Казахстане, Эстонии,
Белоруссии и др. Большие месторождения фосфоритов находятся в Северной Африке, Сирии и
США. Дополнительные сведения об основных природных минералах, содержащих рассматриваемые
элементы, приведены в таблице 2.
Таблица 2. Природные минералы, содержащие элементы 5А подгруппы [7]
Химическая формула Название
Химическая
Название
NaN03
KN03
Ca(N03)2
Са3(РС>4)2
3Ca3(P04)2*CaF2
ЗСа3(Р04)2*Са(0Н)2
чилийская селитра
индийская селитра
кальциевая селитра
фосфорит
фторапатит
гидроксилапатит
формула
As2S3
Sb2S3
Bi2s3
FeAsS
аурипигмент
сурьмяный блеск
висмутовый блеск
арсенопирит
1.2 Физические
модификации.
и
химические
свойства
простого
вещества
фосфора.
Аллотропные
Уменьшение неметалличности элемента фосфора по сравнению с азотом сказывается на свойствах
его простых веществ. Так, фосфор в отличие от азота
имеет несколько аллотропных модификаций: белый, красный, черный и другие. ^
БЕЛЫЙ ФОСФОР. Воскообразное, бесцветное вещество молекулярного строения.
Тетраэдрическая форма- причина высокой внутренней напряженности в молекуле- любой валентный
угол равен 60°, а не 90°. Отсюда и высокая химическая активность модификации. Так, белый фосфор
самовоспламеняется на воздухе и является очень ядовитым. Как и все вещества с молекулярной
кристаллической решеткой, белый фосфор легко плавится и летуч. Он хорошо растворяется в
органических растворителях и сероуглероде.
КРАСНЫЙ ФОСФОР. Порошок красно-бурого цвета, не ядовит. Не растворим в воде и
сероуглероде. Установлено, что красный фосфор представляет собой смесь нескольких аллотропных
модификаций, которые отличаются друг от друга цветом (от алого до фиолетового) и некоторыми
другими свойствами. Красный фосфор имеет полимерное строение, что резко уменьшает
химическую активность и способствует повышению температуры плавления- у белого этот параметр
+44°С, у красного +590°С.
Рис. 1. Строение молекулы белого фосфора и строение красного фосфора
ЧЕРНЫЙ ФОСФОР. По внешнему виду похож на графит, жирный на ощупь, обладает
полупроводниковыми свойствами. Черный фосфор еще менее активен, т. к. имеет слоистую
структуру с валентными углами 90°, а отсюда гораздо меньше напряженность связей. Между слоями
связь существенно слабее, поэтому черный фосфор и напоминает графит.
Фосфор взаимодействует со многими простыми веществами- кислородом, галогенами, серой и
некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства. Например:
2Р + 3S = P2S3
2Р + ЗСа = Са3Р2
Р°-Зе = Р+3 2 - восстановитель S°+2e = S'2 3 Са° - 2е = Са+2 3
Р° + Зе = Р’3 2 - окислитель
Реакции с белым фосфором идут легче, чем с красным. Фосфор взаимодействует с некоторыми
сложными веществами, например: ЗР +5HN03 + 2Н20 = ЗН3Р04 + 5NO
Р° - 5е = Р5 3 - восстановитель N+5 + Зе = IST2 5
1.3 Основные соединения фосфора. Физические, химические свойства фосфина, оксидов
фосфора (+3) и (+5), ортофосфорной кислоты.
ФОСФИН, РН3. При обычных условиях газ с очень неприятным запахом. По сравнению с
аналогичным соединением азота (NH3) менее устойчив, поскольку радиус атомный фосфора больше,
чем у азота , длина связи Р-Н больше , чем N-H, поэтому энергия связи уменьшается. На воздухе
фосфин самовоспламеняется: 2РН3 + 402 = Р2О5+ ЗН20. Молекула фосфина пирамидальна, угол
между связями 93,6°.
Фосфин является сильным восстановителем. За счет неподеленной пары электронов у фосфора
фосфин может участвовать в реакциях с сильными кислотами: РН 3 + HJ = PH4J. Из-за
неустойчивости связи Р-Н фосфин прямым способом не получают, а получают действием воды на
фосфиды:
Са3Р2 + 6Н20 = ЗСа(ОН)2 + 2РН3 f .
ОКСИД ФОСФОРА (+3), Р203 или, вернее, Р406. Воскообразная кристаллическая масса, плавящаяся
при +22,5°С. Получают оксид при сжигании фосфора в недостатке кислорода: 4Р + 302 = 2Р203
(Р4Об). Степень окисления +3 для фосфора менее устойчивая, чем +5. Поэтому Р203 - сильный
восстановитель. Так, на воздухе при +50-60°С он самоокисляется:
Р203 + 02 = Р205 (Р4Ою). Оксид фосфора (+3) очень ядовит. С холодной водой он медленно реагирует
с образованием двухосновной ортофосфорис-той кислоты: Р203 + ЗН20 = 2Н3Р03.
ОКСИД ФОСФОРА (+5), Р2О5 ( Р4Ою). Белый гигроскопичный порошок, получают его при горении
фосфора в избытке воздуха или кислорода. Он очень энергично взаимодействует с водой, а так же
отнимает воду от других соединений, его используют как осушитель газов и жидкостей:
Р205 + ЗН20 = 2НРОз, метафосфорная кислота ,
Р205 + ЗН20 = 2Н3Р04, ортофосфорная кислота, избыток
Оксиды фосфора намного прочнее аналогичных соединений азота, что можно объяснить
ослаблением неметаллических свойств у фосфора. ОРТОФОСФОРНАЯ КИСЛОТА, Н3Р04. В чистом
виде кристаллическое вещество с температурой плавления, равной +42° С. С водой кислота
смешивается в любых соотношениях. В отличии от азотной кислоты не является окислителем и не
разлагается при нагревании,что объясняется наибольшей устойчивостью степени окисления (+5) из
всех возможных у фосфора. Кислота имеет большое практическое значение, т. к. ее соли - фосфаты используют в качестве удобрений. В промышленности ортофосфорную кислоту получают двумя
способами: экстракционным и термическим. По первому способу измельченный фосфат кальция
обрабатывают серной кислотой:
Са3(Р04)2 + 3H2S04 = 2Н3Р04 + 3CaS04| .
Сульфат кальция выпадает в виде осадка, а кислота остается в растворе. Вместе с кислотой в раствор
переходят многие примеси- сульфаты железа, алюминия и др. Такая кислота идет на производство
удобрений. По второму способу сначала получают фосфор восстановлением природного фосфата в
электропечи, затем он окисляется до оксида фосфора (+5), который взаимодействует с водой.
Получается чистая кислота с концентрацией до 80%.
СОЛИ ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ. В молекуле ортофосфорной кислоты все атомы водорода
соединены с атомами кислорода:
Н-0\
Н-О-Р = О Н-О/
В водном растворе кислота подвергается ступенчатой диссоциации. Будучи трехосновной, она
образует соли- фосфаты - трех видов:
1) фосфаты - замещены все атомы водорода в фосфорной кислоте, например: К3Р04 - фосфат
калия, (NH4)3 Р04 - аммония;
2) гидрофосфаты - замещены два атома водорода кислоты, например: К2НР04 - гидрофосфат
калия, (NH4)2HP04 - гидрофосфат аммония;
3) дигидрофосфаты - замещен один атом водорода кислоты, например: КН2Р04 дигидрофосфат калия, NH4H2P04 - дигидрофосфат аммония.
Все фосфаты щелочных металлов и аммония растворимы в воде.
Из кальциевых солей фосфорной кислоты растворяется в воде лишь дигидрофосфат кальция
Са(Н2Р04)2. Гидрофосфат кальция СаНР04 и фосфат кальция Са3(Р04)2 растворимы в органических
кислотах (органические кислоты содержатся в подзолистых и торфяных почвах) [9].
1.4 Фосфор в почве. Значение для развития растений.
Общее количество фосфора на нашей планете примерно 1019 тонн, из них Ю15 тонн сосредоточено в
земной коре, которая в среднем содержит 0,08-0,12 весовых процентов фосфора; атомы фосфора
составляют 0,04-0,07% от общего числа атомов земной коры (Соколов, 1960г). Благодаря высокой
реак-ционой способности фосфор в свободном состоянии в природе не встречается. В почвах он
всегда содержится в пятивалентном виде, т.е. соответствует оксиду фосфора(+5), который с водой и
другими элементами образует обширную группу кислородсодержащих соединений-фосфорных
кислот и фосфатов. В зависимости от числа молекул воды, замещённых водородов, а так же
количества тетраэдров Р04 " и способов их соединения между собой фосфаты образуют химические
соединения, различные по растворимости в воде, содержанию фосфора, физическим, химическим и
другим свойствам. Почти все соединения почвенных фосфатов (минеральных и органических форм)
являются ортофосфатами (мономерами и полимерами). Последние время фосфаты вносятся в почву в
виде удобрений, а так же в составе дизенфицирующих веществ. Валовый фосфор почвы состоит из
органических и минеральных соединений. Соотношение между фракциями органических и
минеральных форм фосфора, их качественный и количественный состав в различных типах почв
различен. Определение запаса фосфора и отдельных фракций имеет теоретическое и практическое
значение.
Содержание фосфора в тканях растений 230-3 50мг на 100 г сухого вещества. Определение степени
обеспеченности растений питательными веществами может быть визуальным и химическим.
Нарушение нормального питания растений и обмена веществ в них вызывает не только недостаток,
но и избыток отдельных элементов.
НЕДОСТАТОК ФОСФОРА. Общим признаком фосфорного голодания служит тёмно-зелёная с
голубоватым оттенком, фиолетовая или пурпуровая окраска листьев, по краям нижних листьев
появляются пятна бурого цвета [8]. Резко уменьшается образование и развитие репродуктивных
органов, цветки мелкие, опадающие, соцветия плохо озернённые. У картофеля, в частности,
ухудшается качество клубней, в мякоти образуются бурые пятна, которые при варке затвердевают. У
всех видов капусты вдоль жилок снизу старых листьев пурпуровая окраска, рост задержан. У
томатов при дифиците фосфора сначала краснеют снизу старые листья, а позже-всё растение. Плоды
поздно развиваются, мелкие. У бобовых недостаток фосфора вызывает задержку роста (растениякарлики), покраснение стеблей, цветение и плодоношение задержаны [8]. Чтобы полнее выявить
условия питания растений и более эффективно применять удобрения, очень важно располагать
данными диагностики в отдельные фазы развития растений и результатами анализа почвы.
1.5 Фосфор в организме человека и животных: значение, поступление.
Фосфор - один из важнейших биогенных элементов, необходимый для жизнедеятельности всех
организмов. Присутствует в живых клетках в виде орто- и пирофосфорных кислот и их производных.
Благодаря особенностям химического строения, атом фосфора способен к образованию богатых
энергией связей. В процессе биологической эволюции именно фосфорные соединения стали
основными, универсальными хранителями генетической информации и переносчиками энергии во
всех живых системах. Другая важная роль соединений фосфора в организме заключается в том, что
ферментативное присоединение фосфорильного остатка к различным органическим соединениям
служит как бы « пропуском « для участия в обмене веществ, и , наоборот, отщепление
фосфорильного остатка исключает эти соединения из активного обмена. Главную роль в
превращениях соединений фосфора в организме человека и животных играет печень. Обмен
фосфорных соединений регулируется гормонами и витамином Д. Содержание фосфора в тканях
морских животных 1400-1800 мг на 100 г сухого вещества, у наземных -1700-4400, у бактерий -около
3000, в организме человека особенно много фосфора в костной ткани (более 500), в тканях мозга
(около 4000) и в мышцах (120- 140). Суточная потребность человека в фосфоре 1-2 грамма (у детей
она выше, чем у взрослых). Баланс фосфора в организме зависит от общего состояния обмена
веществ. Нарушение фосфорного обмена приводит к глубоким биохимическим изменениям, в
первую очередь в энергетическом обмене. При недостатке фосфора в организме животных и
человека развиваются остеопороз и другие заболевания костей.
Животные обычно получают достаточное количество фосфора с пищей, растениями фосфор
извлекается в виде растворимых фосфатов.
Важная роль фосфора в регуляции обменных процессов обуславливает высокую чувствительность
многих ферментативных систем живых клеток к действию фосфорорганических соединений. Это
обстоятельство используется в медицине при разработке лечебных препаратов [5].
2. Практическая часть
2.1 Краткие теоретические сведения оптических методов анализа
Любое вещество поглощает и отражает электромагнитное излучение. Вещества, поглощающие
излучение с длиной волны от 400 до 760 ммк (видимый свет), окрашены. Наряду с поглощением и
отражением видимого света для анализа часто используют поглощение излучения в
ультрафиолетовом ( 200-400 ммк ) и инфракрасном ( 0,8 - 25 мк) участках спектра. Характер и
величина поглощения и отражения света зависят от природы вещества и его концентрации в
растворе. Это и используют для качественного и количественного анализа оптическими методами, в
частности методами светопоглоще-ния.
• Если пропустить через слой вещества (раствора) пучок света с интенсивностью 10, то после
прохождения интенсивность уменьшается до It. Отношение It/Io = T (1) характеризует пропускание
(поглощение) света. Величина
Т может изменяться от 0 до 1. Её выражают в процентах. Если Т отнесена к слою в 1 см толщиной,
то она называется коэффициентом пропускания. Обычно используют отрицательный логарифм Т: lgT = D (2) или D = lg I0 / It, D называют оптической плоскостью. Она может быть любой от 0 до
бесконечности, но современные приборы позволяют определять D не более 2.
• В соответствии с основным законом калориметрии - законом Бугера --Ламберта - Бера между
поглощением излучения раствором и концентрации в нём поглощающего вещества (С) существует
зависимость: It = 1о *Ю'Е 1 с (3), где С - концентрация вещества, поглощающего свет, г моль / л; 1 толщина слоя раствора, поглощающего свет, см; в - молярный коэффициент поглощения, он зависит
от природы вещества, поглощающего свет, от выбранной длины волны и от температуры. Используя
уравнение 1: Т = 10 "81 с (4). Используя уравнение 2: D = sic, откуда видно, что D
прямопропорционально концентрации вещества в растворе, и график зависимости D от С будет
выражаться прямой линией, идущей из начала координат [1].
Фотоколориметрия Интенсивность прошедшего через раствор света
меняется не только от концентрации и высоты слоя раствора, но и от изменения интенсивности
входящего светового потока. При фотоколориметрических определениях об интенсивности
прошедшего через раствор света можно судить по силе фототока.
Определения проводят в фотоколориметрах (ФЭКах). Наиболее распространены ФЭКи « двуплечие
» - с 2 фотоэлементами, каждый из которых снабжен диафрагмой. И оба фотоэлемента включены в
общую схему так, чтобы даваемые ими фототоки имели противоположные направления. При
одинаковой освещенности обоих фотоэлементов (одинаковая окраска стандартного и испытуемого
растворов) токи от них в цепи гальванометра взаимо компенсированы и стрелка гальванометра стоит
на «О». Разница в интенсивности окраски вызовет изменение фототока, которое можно будет
заметить по отклонению стрелки гальванометра.
В лабораторных условиях применяют ФЭК-56, ФЭК-56М и др. Источником света в приборе служит
лампа накаливания и ртутнокварцевая лампа сверхвысокого давления. С этими лампами возможна
работа в диапазоне длин волн от 315 до 630 ммк. Световой поток от источника света через
светофильтр попадает на призму, делящую пучок на правый и левый. Источник света помещен так (в
фокусе линз), что световые пучки, отражаясь от зеркала, выходят параллельными. Далее световые
потоки проходят через кюветы и попадают на линзы. В фокусе линз помещены матовые стекла, за
которыми расположены фотоэлементы. В правый поток могут последовательно включаться кюветы с
раствором и растворителем. Раздвижная диафрагма при вращении связанного с ней барабана меняет
свою площадь, поэтому меняет интенсивность светового потока, падающего на правый фотоэлемент.
Диафрагма, расположенная в левом пучке, ослабляет интенсивность светового потока, который
падает на левый фотоэлемент. Левый пучок является компенсационным, правый - измерительным.
На задней стенке корпуса помещен осветитель, позволяющий регулировать положение ламп
вращением нескольких винтов [4].
2.2 Колориметрический метод определения подвижного фосфора в почве и удобрениях по
Кирсанову
РЕАКТИВЫ: 1. раствор 0,2 молярной соляной кислоты;
2.
раствор 0,1 молярной соляной кислоты;
3.
молибденовые реактивы А и Б;
4.
оловянная палочка или хлорид олова (+2) с концентрацией
2,5%;
5.
образцовые растворы фосфатов.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРА МОЛИБДАТА АММОНИЯ (РЕАКТИВ А)
На аналитических весах отвешивают 50 г молибдата аммония и помещают в стакан, приливают 200300 мл дистиллированной воды и нагревают до 50-60 градусов Цельсия. После растворения
пореносят в мерную колбу на 500 мл, охлаждают, доводят объём дистиллированной водой до метки.
К 100 мл приготовленного раствора приливают 200 мл соляной кислоты (плотность раствора = 1,181,19 г/мл) и 100 мл диет. воды. Реактив бесцветный или имеет жёлтый оттенок. Его можно хранить
долгое время в склянке из коричневого стекла с притертой пробкой. Из реактива А готовят реактив
Б. Берут один объём реактива А, к нему добавляют четыре объёма диет. воды. Реактив должен быть
бесцветным и его хранят в склянке из коричневого стекла. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОЛОВЯННОЙ
ПАЛОЧКИ. Палочку размером 3-4 мм готовят из химически чистого олова. Его расплавляют в
фарфоровой чашке, т. к. олово легко окисляется при повышенной температуре, необходимо избегать
перегрева. Для этого следует нагревать чашку на электроплитке или на горелке с асбестовой сеткой,
положенной на чашку. Расплавленное олово при помощи водоструйного насоса втягивают в
тонкостенную трубочку с внутренним диаметром 3-4 мм, предварительно нагретую. Когда трубка с
оловом остынет, её разбирают. Т.о. получают хорошую оловянную палочку (без пустот и раковин на
поверхности).
ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРА ХЛОРИДА ОЛОВА (+2). 2,5 г олова при температуре растворяют
на водяной бане в 100 мл с массовой долей НС1 10%
(раствор готовят в день проведения анализа). Для устранения мути, обусловленной присутствием в
реактиве некоторого количества хлорида олова (+4), к горячему раствору добавляют несколько
крупинок металлического олова, наструганного напильником.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВЫХ РАСТВОРОВ ФОСФАТОВ. На
аналитических весах отвешивают 0,2424 г химически чистого Са(Н2Р04)2, навеску растворяют в 0,2
М растворе соляной кислоты и этой же кислотой раствор доводят до 1л ( Са(Н 2Р04)2 может быть
заменен КН2Р04 - тогда
0,1917г вещества растворяют в 0,2 М растворе соляной кислоты ). Из этого основного раствора (100
мг Р205 в 1л) готовят рабочий раствор фосфата. В мерные колбы по 100 мл, пронумерованные от 1 до
12, наливают пипеткой 2,5; 5,0; 7,5; 10,0; 12,5; 15,0; 17,5; 20,0; 25,0; 25; 30,0; 40,0; 50,0 мл основного
раствора фосфата. Колбы доливают 0,2 М раствором соляной кислоты до 100 мл, закрывают
пробками и хорошо перемешивают. Полученными растворами пользуются для приготовления шкалы
образцов в пробирках, с которыми сравнивают исследуемые растворы.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШКАЛЫ СТАНДАРТНЫХ РАСТВОРОВ. Отобрать 12 одинаковых пробирок.
Разместить их в штативе и пронумеровать. В каждую пробирку пипеткой перенести по 5 мл
соответствующего образцового раствора стандартной шкалы из мерных колб ёмкостью 100 мл и
прилить по 5 мл реактива Б. При наличии одной пипетки , её нужно постоянно ополаскивать диет,
водой или начинать отбор проб с образцовых растворов, имеющих наименьшую концентрацию и
постоянно переходить к растворам с большей концентрацией. Растворы в пробирках перемешивать
оловянной палочкой пока не появится устойчивая окраска (20-30 сек). Можно воспользоваться 0,2%
раствором хлорида олова (+2), прибавляя его по 0,5 мл Растворы колориметрировали на ФЭКе
(длина волны = 670 нм, кювета 5,075) Результаты измерений приведены в таблице 3.
№ п/п
Устанд.
1
2,5
р-ра,мл
Р2О5 в мг в 100мл
0,25 0,5 0,
1,0
1,25 1,50 1,75 2,0
75
Р205 в ст. р-ре на 100г 1,25 2,5 3,
5,0
6,25 7,5
Р2О5,
мг/кг
D станд р-ра
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 25,0 30,0 40,0 50,0
12,5 25
75
37, 50,0 62,5 75
0,01 0,
5
0,
05
15
2,5
3,0
4,0
5,0
8,75 10,0 12,5 15,0 20,0 25,0
87,5 100
125
150
200
250
0,20 0,25 0,33 0,37 0,41 0,55 0,75 0,89 1,12
2.3 Результаты исследования почв на содержание оксида фосфора (+5)
Определение доступного для растений фосфора связано с извлечением из почвы Н3РО4 0,2 М
раствором соляной кислоты. Ортофосфорную кислоту в вытяжке обнаруживают молибдатом
аммония в присутствии олова,при этом образуется комплексное соединение синего цвета
(молибденова синь) состава М0О3' Мо203 ‘ пН20. Интенсивность окраски находится в прямом
отношении к содержанию в ней фосфора. Сравнение окраски вытяжки со стандартным раствором
даёт возможность количественного определения фосфора в почве. МЕТОДИКА ОТБОРА
ОБРАЗЦОВЫХ ПОЧВ. Отбор - методом «конверта» на глубине 10 метров. Измельченную почву
перемешивают и рассыпают в виде квадрата, делят на 4 части, 2 противоположные отбрасывают, 2
другие соединяют, так повторяют несколько раз, после пробы высушивают до воз-душно-сухого
состояния и анализируют.
ХОД АНАЛИЗА:
1.
Навеску воздушно-сухой почвы 5г поместить в колбу на 100мл.
2.
Пипеткой прилить 25мл 0,2М раствора соляной кислоты.
3.
Содержимое колбы взболтать в течение 1 минуты, дать отстояться 15 минут, отфильтровать.
4.
5мл фильтрата перенести в пробирку пипеткой.
5.
Прилить 5мл реактива Б.
6. Раствор перемешать оловянной палочкой до получения постоянной голубой окраски (можно
воспользоваться 2мл 2,5% раствором хлорида олова (+2).
7.
Полученный раствор колориметрировать, результаты занести в таблицу.
Таблица 4. Содержание Р2О5 в исследуемых образцах почв (мг /кг)
№ п/п
Наимен
Dj
d2
D3
Бсредн. Содерж пдк
ование
ание
исслед.
р2о5,
1
образца
Пос.Гор
0,15 0,155 0,158 0,154
мг/кг
36
2
буново
Выя
0,32 0,319
0,32
0,32
72
0,19
0,19
45
(к/т
3
«Урал»)
Тагилст
рой(сто
ловая
«Метал
0,189
0,19
4
лург)
Вагонка
0,186 0,178
0,18
0,18
43
0,24
0,26
0,273
64
0,197 0,196 0,192 0,195
46
0,87
0,86
0,85
180
0,54
0,56
0,52
0,54
128
(лес,дорог нет)
сад “Черёмушки” 1,51
1,50
1,46
1,49
360
200
(кафе
«Огни
Вагонк
и»
Центр
5
0,269
(театр
Кукол)
ГГМ
6
(Универ
сам)
Серов-
7
0,86
ский
тракт.
(в
глубине
леса)
п.Лая
8
9
Анализ количественного содержания оксида фосфора (5) в исследуемом образце удобрения
саперфосфат простой.
Ход анализа:
1.
Навеску удобрения 0,5 г растворить дистиллированной водой (три параллели).
2.
Раствор поместить в колбу емкостью 100 мл.
3.
Довести до метки 0,2 м. раствором соляной кислоты.
4.
Содержимое колбы взболтать, отфильтровать.
5.
5 мл фильтрата перенести в пробирку пипеткой.
6.
Прилить 5 мл реактива Б.
7. Прибавить 0,2 мл раствора хлорида олова с массовой долей 2.5 %, растворы колориметрируют и
записывают результаты в таблицу № 5.
После выполнения работы, пользуясь таблицей, определить количество фосфора, содержащегося в
100 г. суперфосфата. Степень обеспеченности удобрения фосфором дает основания делать
заключения о нуждаемости растений в фосфорных удобрениях.
№
Наименование образца
удобрения
п\п
1. Суперфосфат
Простой
2. Суперфосфат
Простой
3. Суперфосфат
Оптическая Содержание
мг\100г
плотность
OO^f
6.S
0040 V
0tO4O
J
Го
041
пдк
Р205 Содержание Р205
мг\кг
6 Sb.iесххб 7
9
1^0.000
4*.
Простой
Результаты анализа суперфосфата показали, что содержание фосфора в удобрениях не соответствует
нормам ПДК,что может являться результатом использования некачественного сырья для
производства удобрений с целью экономии.
Рекомендации: используя удобрения необходимо учитывать их несовершенность,
некачественность, учитывать возможное нахождение различных примесей ионов, которые могут
оказать неблагоприятное воздействие на урожай, состояние почвы и экологическую среду в целом.
В ходе работы удалось собрать достаточно большой и интересный материал о свойствах атомов
элемента фосфора, простых и сложных веществ, ими образованных. Выявлено значение элемента
фосфора для развития растений и жизнедеятельности животных и человека. Поскольку животные
получают достаточное количество фосфора с пищей, а растения извлекают его из почвы в виде
растворимых фосфатов, то важно располагать данными диагностики и результатами анализа почв.
Нами для количественного определения оксида фосфора (+5) был выбран спектрофотометрический
метод анализа, в ходе чего было установлено содержание Р2О5 в почвах различных районов города
Нижнего Тагила, лесных массивов и частного подворья.
Выводы:
1. Городские почвы содержат малое количество оксида фосфора (+5), Р2О5, это связано с
антропогенным воздействием промышленных предприятий, которые выбрасывают большую часть
оксидов серы и азота, за счёт кислой реакции почвы идёт вымывание фосфатов.
2. Лесные почвы менее подвергнуты антропогенному влиянию заводов, поэтому содержание
оксида фосфора (+5) там соответствует норме ( 180-200 мг/кг).
3. Садоводы-любители своим незнанием агрохимии (часто жалуясь, что у них ничего не растёт
нормально, вносят ежегодно из компостной ямы компост, в котором есть суперфосфат), наоборот,
засоляют почву компостом, и поэтому происходит снижение урожая.
Предложения:
1. Прежде чем вносить компост в почву или фосфорные удобрения, следует проанализировать почву
на участке на содержание фосфатов, нитратов и других удобрений, а потом вносить удобрения или
подкармливать растения.
Литература:
1.
Алексеев В. И. Количественный анализ. - М., 1963.
2.
Агрохимические методы исследования почв. - М., 1975.
3.
Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. - М., 1998.
4. Булатов М. И., Калинкин И. П. Практическое руководство по фотоколориметрическому и
спектрофотоколориметрическому методам анализа. - Л., 1990.
5.
Краткая химическая энциклопедия, т. 5. - М., 1987.
6.
Рапопорт С. М. Медицинская биохимия, пер. с нем. - М., 1966.
7. Раскатова Е. А. Свойства атомов элементов и простых веществ, учебные материалы по
неорганической химии. - Н. Тагил, 1998.
8.
Сударкина А. А., Евсеева П. П. Химия в сельском хозяйстве. - М., 1986.
9.
Хомченко Г. П. Химия для подготовительных отделений. - М., 1990.
10.Шилов В. И., Раскатова Е. А. Физиологические функции химических элементов и их
соединений. - Н. Тагил, 1993.