فيديو الدرس: الأسمدة الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على الأسمدة. ونعرف أهميتها لنمو النباتات، وكيف يمكننا إنتاجها على المستويين الصناعي والمختبري. الأسمدة هي شيء يمكننا إضافته للتربة التي تنمو بها النباتات، ما يزودها بالعناصر الغذائية الأساسية التي تحتاجها للنمو. تستهدف بعض الأسمدة تحسين جودة التربة، لكن معظمها يهدف إلى التغذية. وهذا ما سنركز عليه في هذا الفيديو.

توجد أسباب عديدة لاستخدام الأسمدة خارج نطاق التغذية. إن استخدام السماد مع المحاصيل يتيح لها نموًّا أسرع. والأمر الآخر الذي يمكن أن يساعد فيه السماد هو العناصر الغذائية الموجودة في التربة. بما أن هذه العناصر الغذائية ضرورية لنمو النباتات، فستمتصها النباتات من الأرض بمرور الوقت. لذا إذا زرعت نباتات في المساحة نفسها مرارًا وتكرارًا، ففي النهاية ستستهلك النباتات كل العناصر الغذائية من التربة وستستنفد التربة. ويمكن أن يؤدي استخدام السماد في المساحات التي نفدت منها هذه العناصر الغذائية إلى استعادة هذه العناصر في التربة.

سنواصل الحديث عن هذه العناصر الغذائية الأساسية التي تحتاجها النباتات. لكن ما هذه العناصر بالضبط؟ لتكوين الكربوهيدرات، تحتاج النباتات إلى عناصر الكربون والهيدروجين والأكسجين. ولتكوين البروتينات، تحتاج النباتات إلى الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. عنصر الفوسفور مهم لنمو الزهور والجذور والفواكه والبذور. وذلك لأن الفوسفور موجود في كل من الحمض النووي الريبي المنقوص الأكسجين وأدينوسين ثلاثي الفوسفات الذي تستخدمه الخلايا في إنتاج الطاقة. وعنصر البوتاسيوم مهم أيضًا، لأنه يساعد الماء والعناصر الغذائية على السريان في أنحاء النبات. وهناك العديد من العناصر الأخرى التي تحتاجها النباتات، مثل الحديد والكبريت والكالسيوم والمغنيسيوم. لكن النباتات تحتاج إلى كميات صغيرة فقط منها، لذا لا داعي للقلق بشأن توفير هذه العناصر عن طريق التسميد.

لا نحتاج أيضًا إلى إمداد النبات بالكربون أو الهيدروجين أو الأكسجين. هذا لأنه يمكن للنبات الحصول على هذه العناصر من الغازات الموجودة في الهواء، مثل ثاني أكسيد الكربون وغاز الأكسجين وبخار الماء. وعلى الرغم من وجود غاز النيتروجين في الهواء بكميات وفيرة، فإنه لسوء الحظ لا يوجد في صورة تستطيع النباتات امتصاصها. لذا علينا إمداد النباتات بالنيتروجين عن طريق التسميد. وعلينا أيضًا إمداد النباتات بالبوتاسيوم والفوسفور.

إذن العناصر الثلاثة التي ستجدها في الأسمدة هي النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم. وبما أن رمز ذرة النيتروجين هو ‪N‬‏، ورمز ذرة الفوسفور هو ‪P‬‏، ورمز ذرة البوتاسيوم هو ‪K‬‏، فإن الأسمدة التي توفر جميع هذه العناصر الثلاثة تسمى أسمدة ‪NPK‬‏، ولكن ليس كل الأسمدة توفر جميع هذه العناصر الثلاثة. إذا كنت في متجر للبستنة ورأيت كيس سماد أو تربة زراعية للأصص تحتوي على سماد، فقد تلاحظ وجود ثلاثة أرقام مفصولة بشرطات في الجزء السفلي من الكيس. توضح لك هذه الأرقام الكميات النسبية للنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم الموجودة في السماد.

والآن بعد أن عرفنا العناصر التي يجب استخدامها في الأسمدة، كيف يمكننا صناعتها كما ينبغي؟ حسنًا، لا حاجة لأن تكون الأسمدة معقدة. فيمكن أن تكون شيئًا بسيطًا مثل مزيج من النباتات المتعفنة أو فضلات الحيوانات أو مسحوق العظام. ونظرًا لأن هذه الأنواع من الأسمدة حيوية في الأصل، فإنها تسمى عادة أسمدة عضوية. لكن معظم الأسمدة التي تستخدم على المستوى الصناعي هي أسمدة اصطناعية.

في الواقع لا تحتوي أي أسمدة اصطناعية على النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم في صورتها العنصرية. وإنما تكون مصنوعة من أملاح متنوعة تحتوي على هذه العناصر. على سبيل المثال، تصنع عادة الأسمدة التي تحتوي على النيتروجين من أملاح تحتوي على النيترات، أي أيون ‪NO3−‬‏، أو الأمونيوم، أي أيون ‪NH4+‬‏. والخيار الآخر للسماد النيتروجيني هو مركب يحتوي على النيتروجين، وهو اليوريا. تصنع عادة الأسمدة التي تحتوي على الفوسفور من أملاح بها أيون الفوسفات. وتصنع الأسمدة التي تحتوي على البوتاسيوم من أي ملح به بوتاسيوم.

لنتحدث الآن عن كيفية تصنيع أسمدة تحتوي على هذه العناصر، بداية بالنيتروجين. يبدأ إنتاج الأسمدة التي تحتوي على النيتروجين بعملية هابر. في عملية هابر، يتفاعل غاز النيتروجين وغاز الهيدروجين ليكونا الأمونيا. يمكن استخدام الأمونيا مباشرة في تسميد المحاصيل، لكن لتسهيل استخدامها، تستخدم في صورة مادة خام لإنتاج مركبات أخرى تحتوي على النيتروجين. على سبيل المثال، يمكننا أن نفاعل الأمونيا مع حمض النيتريك، ما يعطينا ‪NH4NO3‬‏ أو نيترات الأمونيوم. ويمكننا أن نفاعل الأمونيا مع حمض الكبريتيك. وهذا سيعطينا ‪(NH4)2SO4‬‏ أو كبريتات الأمونيوم.

والآن لننتقل إلى الفوسفور. يبدأ إنتاج أسمدة الفوسفور بصخرة الفوسفات. تستخرج صخرة الفوسفات من القشرة الأرضية. فهي غنية بكميات كبيرة من المعادن التي تحتوي على الفوسفور. لكن هذه الصخرة للأسف غير قابلة للذوبان في الماء، لذا لا يمكننا استخدامها بشكل مباشر في التسميد. وبالتالي يجب علينا أن نفاعلها مع شيء للحصول على ملح قابل للذوبان يمكننا استخدامه في التسميد. على سبيل المثال، يمكننا أن نفاعل صخرة الفوسفات مع حمض النيتريك، ما يعطينا خليطًا من نيترات الكالسيوم وحمض الفوسفوريك. ونعادل عادة حمض الفوسفوريك بالأمونيا للحصول على فوسفات الأمونيوم. يعد هذا التفاعل بالتحديد مناسبًا لإنتاج الأسمدة؛ لأننا نحصل في النهاية على مادة تحتوي على كل من النيتروجين والفوسفور. ومن ثم إذا أردنا سماد ‪NPK‬‏، فكل ما علينا إضافته هو بعض الملح الذي يحتوي على البوتاسيوم.

يمكننا أيضًا أن نفاعل صخرة الفوسفات مع حمض الكبريتيك. وهذا سيعطينا ما يشار إليه غالبًا باسم السوبر فوسفات الأحادي. وهو خليط من كبريتات الكالسيوم وفوسفات الكالسيوم. وهذا التفاعل مناسب بصورة خاصة؛ لأن المتفاعلين، صخرة الفوسفات وحمض الكبريتيك، يسهل إنتاجهما للغاية على المستوى الصناعي. في الواقع، يمثل هذا التفاعل المحدد الاستخدام الأساسي لكل من صخرة الفوسفات وحمض الكبريتيك على المستوى العالمي. يمكننا أيضًا أن نفاعل صخرة الفوسفات مع حمض الفوسفوريك، ما يعطينا مادة نشير إليها عادة باسم السوبر فوسفات الثلاثي. من الناحية الكيميائية، السوبر فوسفات الثلاثي هو فوسفات هيدروجين الكالسيوم.

بذلك نكون قد عرفنا كيف تصنع الأسمدة التي تحتوي على الفوسفور، ولم يتبق أمامنا سوى البوتاسيوم. يبدأ إنتاج أسمدة البوتاسيوم بأي ملح يحتوي على البوتاسيوم. على عكس صخرة الفوسفات، الأملاح التي تحتوي على البوتاسيوم قابلة للذوبان. وهذا يعني أنه لا يتعين علينا إجراء أي تفاعلات على هذه الأملاح لاستخدامها سمادًا. الأمر الوحيد الذي قد يتعين علينا فعله هو تنقيتها لإزالة الأملاح الأخرى مثل كلوريد الصوديوم. قد تبدو هذه التفاعلات التي تناولناها لإنتاج الأسمدة مختلفة بعض الشيء، بناء على ما إذا كنا نجري التفاعل في بيئة مختبرية أو في بيئة صناعية. وذلك لا يرجع إلى اختلاف التفاعلات في حد ذاتها، وإنما فقط العملية التي نستخدمها في إجراء هذه التفاعلات.

على سبيل المثال، دعونا نستخدم هذا التفاعل الذي تناولناه سابقًا. في هذا التفاعل، تتفاعل الأمونيا مع حمض الكبريتيك ليكونا كبريتات الأمونيوم. إذا أردنا إجراء هذا التفاعل في مختبر لإنتاج السماد، فسنحتاج إلى شراء المتفاعلين، الأمونيا وحمض الكبريتيك، من شركة لتوريد المواد الكيميائية. يمكننا إجراء هذا التفاعل في زجاجيات المختبر القياسية. وعند إجراء هذا التفاعل، سنحضر دفعات من كبريتات الأمونيوم. وإذا أردنا المزيد من كبريتات الأمونيوم، فسيتعين علينا إجراء التفاعل مرة أخرى لإنتاج دفعة أخرى.

عندما نجري هذا التفاعل في بيئة صناعية، لن تكون هناك حاجة إلى شراء المتفاعلين من شركة لتوريد المواد الكيميائية. وإنما يمكننا بدلًا من ذلك إنتاجهما مباشرة من المواد الخام. وما دام المصنع الذي يصنع فيه السماد قيد العمل، يمكن إنتاج هذه الأسمدة باستمرار. ولا داعي لإنتاجها على دفعات كما لو كنا في مختبر. لكن لكي يحدث ذلك، يجب أن يستخدم المصنع معدات صناعية غالية الثمن. وبهذا، نكون قد نجحنا في تكوين فكرة عن كل ما علينا معرفته عن الأسمدة وكيفية صناعتها. لذا فلنختبر معرفتنا بسؤالين قبل أن ننهي الفيديو.

أي مما يلي ليس من أسباب استخدام المزارعين للأسمدة؟ (أ) نمو المحاصيل بشكل أسرع، (ب) زيادة محتوى البروتين في المحاصيل، (ج) نمو المحاصيل بشكل أكبر، (د) إعادة المعادن المستنفدة إلى التربة، (هـ) توفير المعادن الأساسية التي تستخدمها المحاصيل.

الأسمدة هي أشياء يمكننا استخدامها في التربة التي تنمو فيها النباتات لتزويدها بالعناصر الغذائية الأساسية التي تحتاج إليها للنمو. بالإضافة إلى إمداد النباتات بالعناصر الغذائية الأساسية، تساعد الأسمدة النباتات أيضًا على النمو بشكل أكبر وأسرع. وأيضًا عندما تنمو النباتات، فإنها تمتص هذه العناصر الغذائية من التربة. إذا واصلنا زراعة النباتات في المساحة نفسها، فستستنفد العناصر الغذائية الموجودة في التربة بمرور الوقت. ويمكن لاستخدام السماد في هذه المساحات من التربة إعادة العناصر الغذائية المستنفدة إليها.

إذن لنلق نظرة الآن على خيارات الإجابة. نحن نبحث عن العبارة التي ليست سببًا لاستخدام المزارعين للأسمدة. حسنًا، الخيار (هـ)، وهو توفير المعادن الأساسية التي تستخدمها المحاصيل، هو السبب الرئيسي في استخدامنا للأسمدة. ومن ثم لا يمكن أن يكون الإجابة الصحيحة. وكما ذكرنا، السماح للنباتات بالنمو بشكل أكبر وأسرع هو بالتأكيد أحد أسباب استخدام الأسمدة. ومن ثم، فإن الخيارين (أ) و(ج) غير صحيحين أيضًا. والأسمدة تعيد المعادن المستنفدة إلى التربة. يتبقى لدينا إذن الخيار (ب)، وهو زيادة محتوى البروتين في المحاصيل. حسنًا، صحيح أن استخدام الأسمدة يمكن أن يسمح للنباتات بالنمو بشكل أكبر. لكن الأسمدة لا تغير النبات بأي طريقة، ومن ثم فإنها لا تزيد من محتوى البروتين.

لماذا يعد السماد (أ) غير فعال مثل السماد (ب) في تحسين عملية نمو النباتات؟ (أ) السماد (أ) لا يحتوي على الصوديوم. (ب) السماد (ب) يمنع إنبات البذور. (ج) السماد (ب) يحتوي فقط على النيتروجين. (د) السماد (أ) لا يحتوي على أي فوسفور أو بوتاسيوم. (هـ) السماد (أ) يزيد الأس الهيدروجيني للتربة. السماد (أ) هو اليوريا، والسماد (ب) هو سماد ‪NPK‬‏.

تمد الأسمدة النباتات بالعناصر الغذائية الأساسية التي تحتاجها للنمو. وهذه العناصر الغذائية الأساسية هي عناصر النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم. وهذا ما يشير إليه رمز ‪NPK‬‏ هنا في سماد ‪NPK‬‏، وهي رموز ذرات هذه العناصر الثلاثة. وبما أن السماد (ب) هو سماد ‪NPK‬‏، فإنه يحتوي على جميع العناصر الغذائية الأساسية التي نحتاج إلى إمداد النباتات بها من خلال التسميد. إذا نظرنا إلى السماد (أ)، اليوريا، فسنجد أنه يحتوي بالفعل على النيتروجين، لكنه لا يحتوي على الفوسفور أو البوتاسيوم. في هذا السؤال، نبحث عن سبب عدم فعالية السماد (أ) بالمقارنة بالسماد (ب). والسبب له علاقة على الأرجح بما ناقشناه للتو بشأن العناصر التي يحتوي عليها كل سماد.

لكن لنلق نظرة على خيارات الإجابة. ينص الخيار (أ) على أن السماد (أ) لا يحتوي على أي صوديوم. هذه العبارة صحيحة. لا يحتوي السماد (أ) على أي صوديوم، لكن السماد (ب) لا يحتوي عليه أيضًا. وهذا لأن الصوديوم ليس أحد العناصر الغذائية التي نحتاج إلى إمداد النباتات بها من خلال التسميد. إذن، هذه ليست الإجابة الصحيحة. ينص الخيار (ب) على أن السماد (ب) يمنع إنبات البذور. الأسمدة التي تحتوي على النيتروجين تمنع بالفعل إنبات البذور. لذا عليك أن تحرص على عدم استخدام كمية كبيرة من السماد الذي يحتوي على النيتروجين بالقرب من إحدى البذور لكي تنبت. لكن كلًّا من السماد (أ) و(ب) يحتويان على النيتروجين. إذن، هذا ليس صحيحًا أيضًا.

ينص الخيار (ج) على أن السماد (ب) يحتوي على النيتروجين فقط. هذه العبارة غير صحيحة. فالسماد (ب) يحتوي على النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم لأنه سماد ‪NPK‬‏. ينص الخيار (د) على أن السماد (أ) لا يحتوي على أي فوسفور أو بوتاسيوم. وهذا صحيح. لا يحتوي السماد (أ) على أي فوسفور أو بوتاسيوم، وهما عنصران من العناصر الغذائية الأساسية الثلاثة التي نحتاج إلى إمداد النباتات بها. ومن ثم، نكون قد توصلنا إلى الإجابة الصحيحة. لكن لنلق نظرة سريعة على الخيار (هـ). ينص هذا الخيار على أن السماد (أ) يرفع الأس الهيدروجيني للتربة. السماد (أ)، وهو اليوريا، يغير بالفعل الأس الهيدروجيني للتربة. لكنه يخفض هذا الأس قليلًا، لا يرفعه. إذن كما ذكرنا، الخيار (د) هو الإجابة الصحيحة. السماد (أ) ليس فعالًا مثل السماد (ب) لأن السماد (أ) لا يحتوي على أي فوسفور أو بوتاسيوم.

والآن بعد أن تناولنا بعض الأسئلة، كل ما تبقى في هذا الفيديو هو النقاط الأساسية. تمد الأسمدة النباتات بالعناصر الغذائية الأساسية. وهذه العناصر الغذائية هي النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم. الأسمدة النيتروجينية هي في الأساس أملاح مصنوعة من الأمونيا تحتوي على ‪NO3−‬‏ أو ‪NH4+‬‏. وتتكون أسمدة الفوسفور في الأساس من أملاح مصنوعة من صخرة الفوسفات تحتوي على ‪PO43−‬‏. وأسمدة البوتاسيوم هي أي ملح يحتوي على البوتاسيوم. تحتوي أسمدة ‪NPK‬‏ على هذه العناصر الثلاثة كلها.