Введение
В современных условиях значительно меняется содержание среднего химического образования, утверждены многочисленные альтернативные учебные программы и учебники по химии для средней школы, появились школы, гимназии, лицеи с различным уровнем изучения отдельных предметов или циклов учебных дисциплин. В связи с переходом системы полного среднего образования на профильное обучение в учебные планы включаются различные элективные курсы. С одной стороны, содержание этих курсов призвано углубить и расширить знания и умения учащихся по определенным предметам. С другой стороны, элективные курсы должны максимально реализовать как межпредметные связи и связь с жизнью, так и возможности выхода школьника на будущую профессию.
Учитывая, что наибольшие проблемы во внедрении элективных курсов будут испытывать сельские школы, а также то, что для учащихся этих школ особый интерес представляет сельскохозяйственная тематика.
Глава 1. Агрохимия как наука и ее методы
Агрохимия, или, агрономическая химия - наука овзаимодействия растений, почвы и удобрений в процессе выращивания сельскохозяйственных культур, о круговороте веществ в земледелии и использовании удобрений в целях увеличения урожая, улучшения его качества и повышения плодородия почвы.
Цель агрономической химии - создание наилучших условий питания растений с учетом знания свойств различных видов и форм удобрений, особенностей их взаимодействия с почвой, определение наиболее эффективных форм, способов, сроков применения удобрений. Агрохимия как наука развивается чрезвычайно быстрыми темпами. Это определяется запросами практики, необходимостью постоянно увеличивать продуктивность сельскохозяйственных культур на основе роста применения минеральных и органических удобрений, улучшения технологии возделывания сельскохозяйственных культур, достижении селекции и других наук.
Использование минеральных и органических удобрений составляет основу химизации земледелия. Эффективность минеральных и органических удобрений во многом зависит от внедрения индустриальной технологии возделывания сельскохозяйственных культур, комплексной механизации, мелиорации земель, использования достижений науки, осуществления межхозяйственной кооперации и агропромышленной интеграции.
Глава 2. Профильный элективный курс "Агрохимия в школе"
Предлагаемый курс "Агрохимия в школе" разработан впервые и рассчитан на учащихся Х-ХI классов профильных общеобразовательных школ, которые сделали выбор соответствующего профилирующего направления в обучении и проявляют определенный интерес к профессиям химика, агронома, биолога и эколога. Учебные материалы элективного курса изложены на 190 страницах и содержат 70 рисунков.
Теоретической базой курса служат химия и биология. Расширяя и углубляя знания, умения и навыки, полученные на уроках химии, биологии, учащиеся овладевают элементами агрохимии и аналитической химии.
Цели и задачи курса
Целью элективного курса "Агрохимия в школе" является ознакомление учащихся со свойствами почвы, её составом, строением и видами, а также с основами мелиорации почв. Большой раздел программы отводится изучению различных видов удобрений и правилам их применения. Учащиеся приобретают устойчивые навыки работы с нагревательными приборами, весами, мерной посудой и реактивами, учатся самостоятельно проделывать агрохимические анализы различных типов почв, некоторых удобрений. В качестве объектов исследования отобраны минеральные удобрения, химическое строение и свойства которых легко анализируются на основе школьного курса химии.
В задачи курса входит более детальное ознакомление учащихся с техникой и правилами лабораторных работ с химическими реактивами, лабораторным оборудованием и химической посудой, как общего, так и специального назначения.
Кроме этого программа курса предполагает:
- развитие интересов учащихся в области химии и сельского хозяйства; проведение профориентационной работы;
- дальнейшее развитие познавательных и мыслительных способностей учащихся, умений самостоятельно овладевать знаниями, а также понимания роли химической науки в развитии сельского хозяйства;
- расширение и углубление знаний учащихся о строении, свойствах, применении и методах получения веществ и материалов;
- расширение научного мировоззрения учащихся и уточнение естественнонаучной картины мира в их сознании, преодоление хемофобии и безразличного отношения к современным экологическим проблемам;
- воспитание гражданской нравственности, трудолюбия, аккуратности, внимательности, бережного отношения к материальным и духовным ценностям.
- подготовку учащихся к олимпиадам, конкурсам, научно-практическим конференциям и поступлению в вузы.
Наряду с образовательными, курс предполагает решение воспитательных задач и развитие личности учащихся, формирование у них гуманистических чувств и отношений в общении с окружающими людьми и во взглядах на природу в целом.
Методические указания
На первых занятиях курса школьники знакомятся с предметом и задачами агрохимии, историей её развития, а также с общими понятиями этой науки. После этого учащиеся более подробно знакомятся с химическим кабинетом, посудой и лабораторным оборудованием. Обязательно проводится развернутый инструктаж по технике безопасности работы в химическом кабинете с соответствующей его регистрацией в журнале химического кабинета.
Каждый ученик должен иметь рабочий журнал и, желательно, белый халат, что в значительной степени дисциплинирует учащихся и повышает их ответственность к занятиям.
Занятия курса целесообразно начинать с краткого обзора и повторения материала, рассмотренного на предыдущих занятиях. Затем решаются основные задачи занятия, предусмотренные планом в соответствии с программой. Этот этап работы должен выполняться с максимальным использованием наглядности (эксперимента) и самостоятельности учащихся. На каждое занятие назначаются ответственные дежурные. Целесообразно давать учащимся опережающие домашние задания, чтобы ученики заранее были ознакомлены с темой и материалом занятия. Это сэкономит время, а занятия пройдут более плодотворно, учащиеся будут работать более осмысленно.Ознакомление учащихся с теоретическим материалом разделов курса сопровождается выполнением практических работ по определению свойств почвы, распознаванию удобрений, определению содержания тех или иных элементов в составе почвы, в течение которых каждый ученик самостоятельно проделывает экспериментальную часть темы.Для исследования ученик получает пробу анализируемой почвы, или удобрение. Сравнивая полученные результаты с содержанием определяемого показателя в норме, высказывается утверждение о соответствии или несоответствии данной пробы требованиям, предъявляемым к почве или удобрению.Приоритетными условиями и факторами при выборе конкретного эксперимента определялись его доступность, наглядность и простота исполнения, а также связь со школьным материалом и практикой.В любом случае предполагается возможность вариативного разноуровневого проведения курса на основе педагогики сотрудничества учителя и ученика с применением оптимального сочетания различных методов обучения. Повысить эффективность курса (в зависимости от условий школы) можно также, если проводить его на базе средних и высших специальных образовательных учреждений, в тесном сотрудничестве с агрохимическими лабораториями.В течение всего учебного года учащиеся учатся работать с дополнительной литературой, оформлять полученные сведения в виде курсовых работ (творческих проектов) и стенных газет.Итоги работы курса рекомендуется подводить в виде тематического вечера, творческого отчета, выставки, конференции и т.д. с приглашением других учащихся, учителей и родителей. Обязательным является защита курсовой работы (творческого проекта) и выпуск стенгазеты по индивидуальным темам.
Основными идеями курса являются:
- химическая наука служит интересам человечества, и при правильном и рациональном использовании ее достижений способствует решению многих проблем, стоящих перед обществом;
- материальное единство веществ и живых организмов, нормальное существование которых возможно лишь на основе эволюционно сложившегося обмена веществ между организмом и окружающей средой;
- человек и окружающая среда взаимосвязаны и находятся во взаимной зависимости;
- агрохимические лабораторные исследования являются важнейшим звеном в производстве сельскохозяйственной продукции с максимальным эффектом и минимальными отрицательными экологическими последствиями для окружающей среды;
-без прочных знаний химии нельзя стать настоящим химиком-лаборантом и агрохимиком.
Учебно-тематическое планирование курса "Агрохимия в школе"
| №№ темы | Наименование изучаемой темы | Число часов | Вид деятельности |
| 1 | Организационное занятие. Предмет и задачи агрохимии. Краткий очерк развития агрохимии. | 2 | Лекция-беседа |
| 2 | Инструктаж по технике безопасности работы в химической лаборатории. Знакомство с химической посудой и лабораторным оборудованием. | 1 | Лекция-беседа с демонстрацией наглядных пособий |
| 3 | Почва. Плодородие почвы. Почвенный профиль. Определение мощности почвы и её отдельных горизонтов. Отбор почвенных образцов. Подготовка почвы к анализу. | 8 | Лекция-беседа с демонстрацией наглядных пособий, сообщения учащихся, практические работы |
| 4 | Состав минеральной и органической частей почвы. Определение влажности, массовой доли органических веществ и перегноя в почве. | 8 | Лекция-беседа, практические работы |
| 5 | Классификация почв. Определение механического состава почвы. | 4 | Лекция-беседа с демонстрацией наглядных пособий, практические работы |
| 6 | Свойства почвы: поглотительная способность, кислотность, щелочность, буферность. Определение кислотности почвы. | 8 | Лекция-беседа с демонстрацией опытов, практические работы |
| 7 | Вода почвы. Определение влагоёмкости почвы. | 3 | Лекция-беседа, практические работы |
| 8 | Этапы использования удобрений в жизни человека. Классификация удобрений. | 1 | Лекция-беседа |
| 9 | Азот в жизнедеятельности растений. Азотные удобрения. Определение содержания нитратного азота в почве. | 4 | Лекция-беседа с демонстрацией наглядных пособий, практические работы |
| 10 | Фосфор в жизнедеятельности растений. Фосфорные удобрения. | 4 | Лекция-беседа с демонстрацией наглядных пособий |
| 11 | Калий в жизнедеятельности растений. Калийные удобрения. Определение содержания калия в почве. Распознание минеральных удобрений. | 7 | Лекция-беседа с демонстрацией наглядных пособий, практические работы |
| 12 | Микроэлементы в жизнедеятельности растений. Микроудобрения. Комплексные удобрения. | 4 | Лекция-беседа |
| 13 | Органические удобрения. | 3 | Лекция-беседа |
| 14 | Внесение удобрений. | 2 | Лекция-беседа |
| 15 | Защита курсовых работ по индивидуальным темам. Выпуск индивидуальных стенных газет по теме курсовых работ. | 3 | Защита курсовых работ (творческих проектов) |
| 16 | Экскурсии в агрохимические лаборатории, на поля и в сады. | 6 | Экскурсия |
| Итого часов | 68 |
Глава 3. Методы определения нитратов и нитритов
Определить по внешнему виду содержание нитратов в овощах и фруктах трудно или вообще невозможно. У вегетирующих (с листьями и стеблями) растений по интенсивности зеленой окраски листьев и черешков, особенно нижних ярусов, можно лишь ориентировочно судить: чем она темнее, тем больше нитратов в них содержится. При осмотре клубней картофеля, корнеплодов, плодов, ягод это сделать еще труднее. Агробиологи советуют при покупке овощей и фруктов выбирать не самые красивые плоды. В блестящих, как будто искусственных плодах нитратов, как правило, предостаточно. Замечено, что корнеплоды моркови одного сорта, но имеющие более яркую окраску, содержат нитратов меньше, чем корнеплоды, окрашенные менее интенсивно. Зеленые стручки фасоли содержат нитратов больше, чем желтые. Сходная зависимость между окраской и содержанием нитратов наблюдается у сортов сладкого перца. В арбузах и дынях много нитратов под коркой и в незрелых плодах. В сочных перезревших арбузах наличие нитратов легко определить по пустотам в мякоти, из которых выпадают семена.
В аналитической химии известно несколько методов качественного определения нитратов и нитритов в растворе.
1. На часовое стекло поместить три капли раствора дифениламина, пять капель концентрированной серной кислоты и несколько капель исследуемого раствора. В присутствии нитрат- и нитрит-ионов появляется темно-синее окрашивание.
2. К 10 мл исследуемого раствора прибавить 1 мл раствора, состоящего из 10%-го раствора реактива Грисса в 12%-й уксусной кислоте, и нагреть до 70–80°С на водяной бане. Появление розового окрашивания свидетельствует о наличии нитрит-ионов.
Приготовление реактива Грисса. Реактив состоит из двух растворов.
Первый – растворить 0,5 г сульфаниловой кислоты при нагревании в 50 мл 30%-го раствора уксусной кислоты.
Второй – прокипятить 0,4 г a-нафтиламина в 100 мл дистиллированной воды. К бесцветному раствору, слитому с сине-фиолетового осадка, прилить 6 мл 80%-го раствора уксусной кислоты.
Перед применением оба раствора смешать в равных объемах.
3. К 10 мл исследуемого раствора прилить 10–15 капель щелочи, добавить 25–50 мг цинковой пыли, полученную смесь нагреть. Нитраты восстанавливаются до аммиака, который обнаруживается по покраснению фенолфталеиновой бумаги, смоченной в дистиллированной воде и внесенной в пары исследуемого раствора.
4. Оригинальные методы для определения нитратов и нитритов предложены А.Л.Рычковым (1-й Московский медицинский институт имени И.М.Семашко). Для их проведения можно воспользоваться аптечными препаратами: риванолом (этакридина лактат), физиологическим раствором (0,9%-й раствор хлорида натрия в дистиллированной воде), антипирином (1-фенил-2,3-диметилпиразолон-5).
Риванольная реакция. К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл физиологического раствора и смешивают с 1 мл риванольного раствора (таблетку риванола растворяют при нагревании в 200 мл 8%-й соляной кислоты). Если появится бледно-розовая окраска, значит, уровень нитратов и нитритов в питьевой воде недопустим.
Антипириноваяреакция. Антипирин в присутствии 50 мг/л нитритов образует нитропроизводное, окрашенное в салатовый цвет. Если в растворе присутствуют следы дихромата калия, то чувствительность реакции сильно возрастает, и при содержании нитритов более 1,6 мг/л появляется розовая окраска.Для проведения этого анализа 1 мл питьевой воды смешивают с 1 мл физиологического раствора (концентрация нитритов при таком разведении уменьшается вдвое), добавляют 1 мл раствора антипирина (1 таблетку антипирина растворяют в 50 мл 8%-й соляной кислоты) и быстро 2 капли 1%-го раствора дихромата калия. Смесь нагревают до появления признаков кипения. Если в течение 5 мин раствор становится бледно-розовым, то в нем содержится более 1,6 мг/л нитрит-ионов, а в анализируемой питьевой воде их вдвое больше. В этом случае содержание нитрит-ионов превышает предельно допустимую концентрацию.
Количественное определение суммарного содержания нитратов и нитритов проводят с помощью реактива Грисса, переведя предварительно нитраты в нитриты цинковой пылью в кислой среде при рН = 3. Затем 10 капель исследуемого раствора подкисляют 10 каплями уксусной кислоты и прибавляют 8–10 капель реактива Грисса. Через 5–10 мин появляется розовое или красное окрашивание.Для определения количественного содержания нитрит-ионов используют серию стандартных растворов. Сначала готовят основной раствор, содержащий 1000 мг нитратов в литре. С этой целью 1,645 г нитрата калия, высушенного до постоянной массы при температуре 105°С, растворяют в 1 л дистиллированной воды в мерной колбе. Из основного раствора готовят рабочие стандартные растворы (в день проведения анализа) с содержанием 100, 50, 25 и 10 мг/л разбавлением его соответственно в 10, 20, 40 и 100 раз. При проведении анализа с градуировочным раствором проводят те же операции, что и с анализируемой пробой. Затем интенсивность окраски исследуемого образца сравнивают с окраской эталонных растворов визуально или на фотоэлектроколориметре (табл.).
ТаблицаОриентировочное содержание нитритов
При массовых анализах растений на содержание нитратов используют потенциометрический метод, который позволяет определить различные физико-химические величины и проводить количественный анализ путем измерения электродвижущей силы элемента. Этот метод основан на применении нитратселективного электрода, позволяющего быстро и точно проводить анализы вытяжек из свежего и сухого растительного материала. Метод хорош не только благодаря высокой точности, но и универсальности применения, в том числе и для растительной продукции, имеющей ярко окрашенный сок, мешающий распознаванию нитратов колориметрическими методами.
Нитратселективный электрод относится к ионоселективным электродам с жидкой мембраной, обладающей свойствами полупроницаемости и повышенной избирательности по отношению к определенному типу ионов. Это свойство позволяет определять активность анализируемого иона по результатам одного измерения, т. е. прямым потенциометрическим методом.
Жидкие мембраны изготавливают на базе ионообменного раствора в соответствующем растворителе. Этим раствором пропитывают стеклянный фильтр или синтетическую пористую пластинку (тефлон, поливинилхлорид и т. д.). К растворителю предъявляют следующие требования:
· не смешиваться с водой;
· обладать высокой вязкостью, чтобы не вытекать из мембраны;
· иметь пониженную упругость пара, чтобы не улетучиваться;
· иметь относительно высокую диэлектрическую постоянную, чтобы ассоциация ионов не выходила за разумные пределы.
Ионообменный раствор образует с исследуемым ионом диссоциирующее в той или иной степени ионное соединение или же связывает исследуемые ионы в комплекс, устойчивый в данном растворителе.
На рисунке представлена схема устройства ионо(нитрат)селективного электрода. Мембрана нитратселективного электрода содержит положительно заряженный комплексный ион переходного металла (Ni2+
, Fe2+
) с хелатными группами о-фенантролина.
Рис. Схема ионоселективного электрода с жидкой мембраной:1 – внутренний электрод сравнения (хлорсеребряный); 2 – исследуемый раствор; 3 – ионообменный раствор; 4 – пластиковый корпус устройства; 5 – жидкая мембрана, приготовленная из пористой диафрагмы, пропитанной ионообменным раствором
Предложены и другие жидкостные нитрат-электроды, полученные на основе растворов нитрата диметилгексилдецилбензиламмония в деканоле, нитратов тетраоктиламмония и полимерных ионообменных систем.
Однако для различных практических применений, особенно в почвоведении и агрохимии, отдают предпочтение пленочному нитрат-электроду на основе тетрадециламмоний нитрата в дибутилфталате.
Глава 4. Методические разработки по теме "агрохимия"
Урок 1. Химические секреты агронома
Цели. Познакомить учащихся с отдельными агротехническими приемами и химическими процессами, лежащими в их основе; сформировать практические знания, необходимые для работы на даче или приусадебном участке.
Задание 1. Ваш сосед прочел в книге для садоводов-любителей, что при посадке плодовых деревьев и ягодных кустарников надо в яму для саженцев кроме удобрений положить несколько расплющенных и обожженных на костре металлических консервных банок, и попросил вас объяснить смысл этого приема.
Как вы это объясните с точки зрения химика? И почему нередко комнатные растения, посаженные в металлическую банку из-под консервов, лучше растут, чем такие же растения в глиняных горшках?
Задание 2. Известно, что под большинство сельскохозяйственных культур можно вносить только перепревший навоз, лучше прошлогодний. Но при хранении навоз теряет большое количество азота – основного питательного элемента. Для уменьшения потерь азота к навозу добавляют суперфосфат.
За счет каких процессов теряется азот при хранении навоза и почему эти потери можно уменьшить с помощью суперфосфата?
Задание 3. Этилен является природным стимулятором – его накопление в плодах способствует их созреванию, что используют для искусственного ускорения созревания. Чаще применяют не этилен, а продукты, его высвобождающие, например этефон.
Опыт по ускорению созревания плодов под действием этилена вы можете поставить в условиях школьного химического кабинета, например, с помидорами. Опытным путем установлено: для созревания помидоров необходимо, чтобы один объем этилена приходился на 2000 объемов воздуха.
Этилен можно получить из этилового спирта и се
С2
Н5
ОН ® С2
Н4
+ Н2
О.
В качестве камеры дозревания можно использовать шкаф или тумбочку, которую надо хорошо загерметизировать. В камеру помещают зеленые томаты; раз в сутки, предварительно ее проветрив, подают этилен. Под действием этилена томаты созревают за 5–6 дней, в контрольном опыте – за 10–12.
Рассчитайте, сколько надо взять этилового спирта, чтобы получить нужное для опыта количество этилена.
Задание 4. В Тимирязевской сельскохозяйственной академии в XIX в. произошел курьезный случай. Два года здесь тщетно пытались вырастить зимой огурцы. Не помогали никакие научно обоснованные приемы. Тогда пригласили одного клинского огородника и предложили ему выращивать в теплицах огурцы "в свою пользу", но при условии, что он разрешит перенять его приемы.
Клинский гость решил проблему с помощью навоза, но в почву его не вносил. С первого же захода в теплице получили отменный урожай огурцов. По этому поводу профессор А.Г.Дояренко писал: "Клинские огородники вековым опытом... выработали приемы управления самыми тонкими жизненными процессами растений..."
Каким именно процессом научились управлять клинские огородники с помощью навоза и в чем заключается их секрет?
Задание 5. У А.К.Толстого в одном из стихотворений есть строка: "...вслед за пахарем прилежным ходят жирные грачи". Действительно, все, кому приходилось наблюдать вспашку почвы, замечают, что за плугом ходят стаи птиц и склевывают червей, которые при вспашке с оборотом пласта оказываются на поверхности. Может ли этот чисто биологический процесс – поедание червей птицами – повлиять на химический состав почвы?
Задание 6. Любителям разводить "огород на подоконнике" рекомендуют экологически чистое и к тому же бесплатное удобрение, которое можно приготовить, если скорлупу сырых яиц поместить в банку с водой. Через несколько дней вода приобретает специфический "тухлый" запах – значит, удобрение готово и можно поливать огород. Банку лучше держать закрытой, чтобы запах не распространялся по квартире.
Какой элемент питания получают растения с этим удобрением и в какой форме? Чем обусловлен "тухлый" запах?
Задание 7. В связи с экономическим кризисом на Украине было закрыто много угольных шахт. Оставшиеся без работы шахтеры занялись огородничеством и, как люди хозяйственные, решили использовать имущество, оставшееся после закрытия шахт, в частности, и взрывчатку с истекшим сроком хранения в качестве удобрения. Эта информация была опубликована в одной из газет г. Донецка. Насколько это обосновано с точки зрения агрохимика?
Задание 8. Если вы решили заново побелить потолки в своем доме мелом или известью, предварительно необходимо потолки "размыть", т. е. после размачивания снять всю старую побелку скребком. Это очень грязная работа, после которой приходится выносить из дома большое количество старой побелки. Обычно ее выбрасывают в мусорные ящики.
Можно ли попытаться использовать ее в саду или огороде?
Задание 9. Все, кто занимается огородничеством, знают, что хороший компост можно получить, если выдерживать компостную кучу не менее полугода. Но многим удается ускорить этот процесс, поливая компостную кучу водой, которую собирают после мытья молочной посуды, и бросая в нее отходы черного (ржаного) хлеба.
За счет каких процессов в этом случае созревание компоста ускоряется?
Задание 10. Сейчас далеко не все дачники могут приобрести навоз, поэтому многие пользуются жидким удобрением, приготовленным из выполотых на огороде сорняков. Бочку заполняют до половины объема сорняками, доливают водой доверху, прикрывают полиэтиленовой пленкой и выдерживают 10–12 дней. Когда процесс брожения закончится, жидкое удобрение можно вносить на грядки.
Как вы думаете, зависит ли эффективность такого удобрения от вида сорных растений, из которых оно приготовлено?
Задание 11. Раньше хозяйки воду, в которой отваривали очищенные овощи для салата, использовали для приготовления первого блюда. Сейчас рекомендуют ее выливать, т. к. при варке в воду переходят нитраты, которые могут содержаться в овощах.
Можно ли все-таки с пользой употребить этот отвар, если вы живете в городской квартире?
Задание 12. Вы обнаружили в хозяйстве полмешка цемента, который хранится очень давно, и хотя цемент не потерял сыпучесть, но уже почти не схватывается.
Можно ли найти ему какое-то применение в сельском хозяйстве?
Задание 13. В книге А.М.Юдина, М.Н.Ратманского "Домоводство. 5000 советов и рецептов в согласии с природой" (М.: Совет ветеранов книгоиздания, 1994) приведен такой рецепт быстрого проращивания семян петрушки, которая, как известно, является "тугорослым" растением: "Семена петрушки могут прорасти в течение нескольких часов, если замочить их в свежем молоке, посыпать землю трижды с интервалом 10–15 мин тонко размолотой негашеной известью, после чего посеять семена и спрыснуть водой".
Как вы можете объяснить сущность этого приема?
Задание 14. Навозная жижа – ценное быстродействующее азотно-калийное удобрение. На крупных животноводческих фермах оборудуют специальные сборники для хранения навозной жижи, поверхность которой нередко покрывают слоем нефти или отработанного машинного масла.
Попробуйте объяснить, с какой целью это делают.
Задание 15. Чтобы семена сельскохозяйственных культур хорошо сохранялись, они должны иметь влажность не более 15%. Высушить семена не всегда просто, т. к. нагревание приводит к потере всхожести. В связи с этим нередко применяют химическую сушку: смешивают семена с безводным сульфатом натрия Na2
SO4
. Эта соль легко образует очень прочный кристаллогидрат состава Na2
SO4
•10H2
O, поэтому при смешивании соли с влажными семенами она отнимает от них воду и связывает ее в кристаллогидрат.
Рассчитайте, сколько нужно сульфата натрия для высушивания 10 кг семян, имеющих влажность 25%, до кондиционной влажности 15%.
Задание 16. Современные теплицы оснащены сложным техническим оборудованием, которое автоматически поддерживает в ней нужную температуру, влажность воздуха и его состав. В большинстве теплиц воздух искусственно обогащен диоксидом углерода СО2
из баллонов. Все оборудование теплиц работает круглосуточно, но подачу СО2
ночью прекращают. Почему?
Задание 17. На Востоке бытовала такая легенда. Однажды властелин приказал своему садовнику заставить зеленые груши вызревать за одну ночь. Если же посмеет ослушаться, может лишиться головы. Садовник поставил корзину с грушами в угол своей каморки, зажег ладан и стал горестно молиться. И произошло чудо – к утру груши созрели!
Можно ли объяснить это чудо с точки зрения химии и физиологии растений? Напомним, что ладан – смолистое вещество растительного происхождения.
Задание 18. В 1629 г. голландский ученый Я.Ван Гельмонт поставил интересный опыт. В высушенную землю он посадил побег ивы, предварительно взвесив и землю, и побег. В течение пяти лет побег поливали дождевой водой. Через пять лет побег превратился в дерево, прибавив в весе 164 фунта. Земли убавилось только полтора фунта. Ученый сделал вывод: растение питалось только водой.
Правильный ли вывод сделал ученый? За счет каких химических процессов и веществ могло произойти увеличение массы растения?
Задание 19. Обитающие в почве мелкие млекопитающие – кроты, слепыши, роя норы и гнезда, перемещают огромные количества почвы. Например, кроты в зависимости от их численности перерывают от 3,9 до 55 т на один гектар, а их выбросы в лесах занимают до 37% территории. Вместе с почвой перераспределяются и химические элементы. В перерытом слепышами верхнем слое чернозема возрастает содержание кальция: они перемещают почву из нижнего черноземного карбонатного горизонта, находящегося на глубине около 1 м, к верхнему.
Попробуйте выразить эту "агрохимическую" работу в килограммах на гектар: рассчитайте, сколько кроты перемещают кремния и железа, если содержание этих элементов в тех слоях почвы, где протекает жизнедеятельность кротов, составляет соответственно 33,0 и 3,7%.
Ответы и решения
1. Консервные банки изготавливают из жести (тонкая холоднокатаная сталь), на поверхность которой для предохранения от воздействия пищевой среды и коррозии наносят защитный слой олова. Постепенно растворяясь под действием воды и почвенных кислот, они обеспечивают дополнительную минеральную подкормку, и растение лучше растет. Предварительно банки необходимо обжечь, т. к. их поверхность изнутри покрыта специальным пищевым лаком.
2. В навозе часть азота содержится в виде мочевины (NH2
)2
CO, которая разлагается:
Выделяющийся аммиак связывается суперфосфатом в прочное соединение.
3. Прежде всего необходимо рассчитать объем камеры. Предположим, он равен 1 м3
, или 10000 л. Для получения концентрации этилена 1:2000 в камере такого объема необходимо 5 л этилена (10000:2000) ежедневно, на 6 дней – 30 л. По уравнению реакции 1 моль С2
Н5
ОН образует 22,4 л этилена:
4. Клинские огородники умели управлять процессом фотосинтеза. В теплицах они ставили бочки с навозом, разбавленным водой. При его брожении выделяется углекислый газ за счет разложения мочевины. Повышение концентрации СО2
в воздухе теплицы активизирует процесс фотосинтеза, что и приводит к повышению урожая. В современных тепличных хозяйствах СО2
подают из баллонов.
5. Дождевые черви пронизывают почву сетью ходов, что улучшает аэрацию и ускоряет протекание всех окислительных процессов в почве. Питаясь разлагающимися органическими веществами, черви пропускают через свой кишечник большое количество почвенной массы, выделяя ее в переработанном виде. Эти выделения составляют до нескольких сот тонн на один гектар и являются прекрасной средой для размножения почвенные микроорганизмов, численность которых увеличивается в несколько раз. Это также способствует разложению органических веществ и превращению их в доступные растениям формы. Таким образом, жизнедеятельность червей ускоряет разложение органических веществ почвы и влияет на ее химический состав, повышая плодородие.
Сейчас в сельском хозяйстве получает все большее распространение технология выращивания экологически чистых овощей, основанная на использовании в качестве удобрения биогумуса. Последний получают, специально заселяя массу растительных остатков (компост) калифорнийскими червями. Следовательно, уничтожение червей птицами неблагоприятно для земледельца, т. к. приводит к изменению химического состава почвы, уменьшая ее плодородие.
6. Содержимое яиц, оставшееся в пустой скорлупе, в водной среде при комнатной температуре подвергается реакции гниения, характерной для белков. Гниение называют также аммонификацией, т. к. при этом азот, содержащийся в молекулах белков, превращается в аммиак и ион аммония NH4
+
, в результате он становится доступным растениям, которые, как известно, могут усваивать азот только в виде неорганических ионов.
Гниение белков протекает под действием гнилостных микроорганизмов и начинается с гидролиза белков до аминокислот, которые затем ассимилируются микроорганизмами, выделяющими разнообразные продукты, в том числе и дурно пахнущие аммиак, сероводород. Полученное таким способом жидкое удобрение содержит главным образом азот.
7. В промышленности в качестве взрывчатых веществ чаще всего применяют аммониты – смесь NH4
NO3
, взрывчатого нитросоединения и различных добавок, например алюминиевая пудра. Нитрат аммония – высококонцентрированное азотное удобрение, так что идея, с точки зрения агрохимика, вполне здравая.
При внесении в почву сухого аммонита хорошо растворимый нитрат аммония быстро проникает в почву, но остается плохо растворимый в воде тринитротолуол. По этой причине лучше использовать не аммонит, а водную вытяжку из него. Правда, удобрение трудно дозировать, для этого надо знать точный состав смеси и рассчитать концентрацию нитрата аммония в растворе.
8. Старая побелка состоит в основном из СаСО3
, который хорошо вносить в кислые почвы, хотя растворяется он довольно медленно.
9. При компостировании органических остатков происходят процессы аммонификации и нитрификации. В результате их азот органических соединений превращается в усвояемую растениями форму. Процессы аммонификации и нитрификации по своей природе микробиологические, т. к. протекают под действием бактерий. Поливая компостную кучу молочными отходами и добавляя остатки хлеба, мы заселяем ее полезными микроорганизмами, которые ускоряют разложение органических остатков.
10. Да, зависит. Чем больше в растении протеинов, тем больше азота в полученном жидком удобрении. Хорошее удобрение получается из крапивы.
11. Этой водой можно полить комнатные цветы, конечно, если овощи отваривали без соли.
12. Минералогический состав наиболее распространенного портландцемента (в %):
3СаО•SiO2
– 45–65, 2СаО•SiO2
– 10–25, 3СаО•Al2
O3
– 4–12, 4СаО•Al2
O3
•Fe2
O3
– 1–15, CaSO4
•2H2
O – до 5.
С водой цемент взаимодействует, образуя, в частности, Са(ОН)2
. Так что долго хранившийся цемент можно внести в кислую почву для ее нейтрализации.
13. При замачивании в молоке семена покрываются тонкой пленкой питательных веществ. Аналогичный прием, который называется дражированием, широко применяют в растениеводстве. Негашеная известь, вносимая в почву небольшими дозами, постепенно будет взаимодействовать с водой с выделением тепла и обеспечит длительный подогрев почвы, что очень важно для быстрого прорастания.
14. В навозной жиже значительное количество азота находится в виде мочевины (NH2
)2
CO, которая под влиянием уробактерий быстро разлагается на NH3
и СО2
. При хранении навоза аммиак быстро улетучивается, и ценность удобрения снижается. Слой нефти или машинного масла препятствует разложению мочевины.
15. В 10 кг семян при 25%-й влажности содержится 10•0,25 = 2,5 кг воды, при 15%-й – 10•0,15 = 1,5 кг. Надо связать 2,5 – 1,5 = 1 кг воды. М(Na2
SO4
) = 142 г/моль, это количество соли связывает 10 моль воды – 180 г.
16. СО2
нужен для фотосинтеза и может использоваться только на свету (см. задание 4).
17. При горении смол природного происхождения образуется много различных газообразных веществ, в том числе и некоторое количество этилена, который является растительным гормоном, ускоряющим созревание плодов. В естественных условиях его выделяют созревающие плоды. Этилен и продукты, высвобождающие его, широко применяют для ускорения созревания всех экзотических фруктов, которые снимают и везут в Европу недозрелыми, а затем они "созревают" в специальных камерах под действием этилена (см. задание 3).
18. Я.Ван Гельмонт сделал ошибочный вывод: он не учел процесс фотосинтеза, за счет которого и происходит накопление растительной массы на планете:
6СО2
+ 6Н2
О + Q = C6
H12
O6
+ 6O2
.
19. Если кроты перемещают от 3,9 до 55 т почвы на 1 га, то кремния они при этом перемещают от 3900•33/100=1287 кг до 55000•33/100=18150 кг; железа – от 3900•3,7/100=144,3 кг до 55000•3,7/100=2035 кг.
Конечно, эти цифры – усредненные, а такой большой разброс значений объясняется различной численностью кротов в каждой почвенно-климатической зоне.
Урок №2. "Важнейшие плодово-ягодные растения"
Задачи:
1. Познакомить учащихся с важнейшими плодово-ягодными растениями, биологическими основами их выращивания, значением в жизни человека, достижениями современных ученых.
2. Умение составлять схемы, обобщать материал, работать с текстом учебника.
3. Элементы агрономического воспитания.
I. Проверка знаний.
1. Доказать, что клубень – это видоизмененный побег, а не плод. (у доски)
2. Образование крахмала в клубнях. (схема) (у доски)
3. Дайте характеристику картофелю.
4. Беседа с классом:
- история возделывания картофеля
- название вида, семейство, класс
- строение цветка
- почему в России при Петре 1 были картофельные бунты?
5. Работа с учебником.
Картофелю требуется много света. На затененных участках урожаи клубней бывают низкими. Почему? (образование крахмала на свету)
- Почему картофель необходимо окучивать? (образуются подземные побеги – столоны, на них клубни)
6. Проверочная работа
| 1 вариант | 2 вариант | 3 вариант |
1. Характеристика семейства Злаковые 2. Характеристика редьки дикой |
1. Характеристика семейства Лилейные 2. Характеристика паслена черного |
1. Характеристика семейства Бобовые 2. Характеристика вишни садовой |
| 3. Перечислите представителей и их использование из семейства | ||
| Пасленовых | Розоцветных | Крестоцветных |
II. Новый материал
1. Плодово-ягодные растения
Плодово-ягодные растения – растения, которые дают плоды или ягоды, выращиваемые в садах человеком.
Пример: яблоня, вишня, слива, груша, малина, клубника.
К какому семейству относятся эти представители? (сем. Розоцветные)
Какие признаки семейства Розоцветных характерны для яблони?
Л.р. "Характеристика яблони" – 1 вариант
Л.р. "Характеристика малины" – 2 вариант
2. Яблоня – важнейшая плодовая культура
1. Плод яблони – яблоко
Дайте характеристику плоду. (работа с учебником стр. 180)
Яблоко – сочный, многосемянный плод.
Почему плод яблони называется яблоко, а не ягода? (стр. 12)
Ягода – сочный плод с мякотью, покрытый снаружи тонкой кожицей, внутри – мелкие семена.
Яблоко - сочный плод с мякотью. Семена расположены в специальных кожистых лунках. Семян мало.
2. Особенности строения яблони
Корневая система у плодоносящего дерева сильно разрастается, значительно превышает своими размерами надземную часть – крону. Корни в глубину уходят до 10 метров, разрастаются в ширину на 5 – 10 метров во всех направлениях, образуя приствольный круг корней.
Как необходимо сажать яблони? На каком расстоянии друг от друга?
Содержание веществ в яблоках:
- до 25% сахара
- органические кислоты
- соли железа
- витамины А, В, С
Почему необходимо выращивать яблони?
3. Уход за растениями в саду
1. Удаление сухих, сломанных и больных ветвей. Почему? (затеняют листья, больше уходит впустую питательных веществ, разносят болезни)
2. Побелка штамбов (предохранение от грызунов и насекомых-вредителей)
3. Формирование кроны.
4. Борьба с вредителями и болезнями.
5. Внесение удобрений.
Работа с учебником:
Какие минеральные удобрения вы знаете?
Какие удобрения надо вносить в плодовом саду? (фосфор ускоряет созревание плодов)
Приведите пример важнейшего фосфорного удобрения. (суперфосфат)
3. Работы Н.В. Мичурина
1. Мичурин
– железнодорожный служащий и садовод. Делал диковинные опыты с садовыми растениями.
Пример: он вывел вишню с белыми плодами, на яблоне росли груши и рябина, а не картофеле – помидоры.
Создал 350 новых сортов. Задумал создавать северное садоводство.
2. Сорта яблонь
Антоновка, Ранет, Симиренко, Налив белый, Боровинка, Джонотан
Яблони бывают ранних (летних)
средних (осенних)
поздних (зимних) сортов
Зимние яблоки снимают с деревьев позже других, закладывают на хранение, где они созревают.
Признаки сорта яблони при семенном размножении не передаются. => Размножение при помощи прививки.
III. Закрепление
Беседа:
1. Какие плодово-ягодные растения выращивают в нашей местности?
2. Что делается в нашей стране, чтобы удовлетворить потребности населения в плодах и ягодах?
3. Как выращивают яблони?
4. Какую работу проводят по уходу за плодово-ягодными растенями в саду?
Литература
1. Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Аналитическая химия. М.: Просвещение, 1975;
2. Корыта И., Дворжак И., Богачкова В. Электрохимия. М.: Мир, 1975;
3. Никольский Б.П., Матерова Е.А. Ионоселективные электроды. Л.: Химия, 1980.
4. БандманА.Л., ВолковаН.В. и др. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V–VIII групп. Справочное издание. Под ред. В.А.Филова и др. Л.: Химия, 1989, 592с.; ДорофееваТ.И. Эти двуликие нитраты. Химия в школе, 2002, № 5, с.45;
5. МельниченкоГ.Ф., КирсановаВ.Ф., БитковаН.П. Выращивание экологически чистой овощной продукции: томаты, перец, баклажаны. Благовещенск, 1993, 62с.;
6. СкурихинИ.М., НечаевА.П. Все о пище с точки зрения химика. М.: Высшая школа, 1991, 288с.;
7. ЩитоваЭ.П. Опыты по химии с экологической направленностью. Благовещенск, 1993, 27с.