Общая химия. Избранные главы - Вольхин В.В.
ISBN 5-88151-282-0
Скачать (прямая ссылка):
При значениях pH от 5 до 9, которые возможны в разных типах почв, фосфор находится в форме ионов H2PO4- и HPO42-. Полагают, что именно эти ионы наиболее доступны для поглощения растениями. Но содержание фосфора в почвенном растворе обычно не бывает высоким, т.к. этот элемент склонен к переходу в осадок. Фосфаты могут адсорбироваться частичками гидратированных оксидов железа (III), а также образовывать малорастворимые соединения. В более кислых почвах идет образование FePO4 и AlPO4, а если при этом проявляются восстановительные условия, то образуется фосфат железа (II) - Fe3(P04)2-8H20:
Fe3O4(K) + 2H2PO4-(P) + 4H3O+(P, + 2е = Fe3(P04)2-8H20(1<). (6.51)
В нейтральной и слабощелочной среде более устойчивыми становятся Са)0(РО4)бР2 и Саю(Р04)б(ОН)2 - соединения типа апатита. В их образовании может участвовать CaCO3:
1 OCaCO3(K) + 2H3O+(P) + 6ИР042~(р) = Са10(РО4)б(ОН)2(к) + 10НСО3~ (р). (6.52)
Переход фосфата в адсорбированное состояние и в малорастворимые соединения понижает его доступность для растений, хотя и сокращает потери соединений фосфора из почвы за счет вымывания водой. Однако между твердыми фазами, содержащими фосфор, и почвенным раствором устанавливаются равновесия, за счет которых фосфор поступает в раствор по мере его поглощения корнями растений и частичного вымывания из почвы водой. Можно ожидать, что содержание фосфат-ионов в растворе будет определяться растворимостью малорастворимых соединений в соответствии с их значениями произведений растворимости (ПР). Но растворимость FeP04-2H20 может возрастать во много раз за счет окислительно-восстановительной реакции.
Пример 6.8. Наиболее вероятное состояние фосфора в слабокислой почве (pH = 5,0) — ионы H2PO4"". Но фосфаты в почве в значительной мере связаны в осадок FeP04-2M20. В основе процесса растворения осадка лежит окислительно-восстановительная реакция, включающая в себя полуреакцию восстановления
3FePO4^H2O00 + е *=fc Fe3O4(K) + ЗН2Р04~(р) + 2Н+(р) + 2И20(Ж).
За счет такого превращения ионы Ii2PO4" переходят в раствор, но могут вновь связываться в осадок:
2H2PO4 (р) + Fe3O4(K) + 4Н+(Р) + 4И20(Ж) + 2е~ ч=* Fe3(P04)2-8H20(K)
Концентрация ионов H2PO4" в конечном итоге определяется величиной не только pH, но и ? окислительно-восстановительной системы. Оптимальные условия для растворимости фосфатов оказались при E = 0,18 В. Вычислим концентрацию ионов H2PO4" в почвенном растворе при оптимальных условиях.
Химия окружающей среды 307
Решение. Для реакции
3FeP04-2HjO(K) + в' ^fe Fe3O4(K) + ЗН2Р04"(Р) + 2Н+(р) + 2Н20(Ж) величина константы равновесия K = 7,9-10~18 (по термодинамическим данным). Уравнение Нернста для полуреакции восстановления имеет вид
0,059 з а
(f)FeP04/Fe3O4 ф FePO4/Fe3O4 п l0g(-C H2PO4" ' С H+^
Вычислим величину (р° реро4/Fe3O4 *
0,059
Ф0=--log /:=0,059(-17,1) =-1,01 В.
п
Для оптимальных условий уравнение Нернста принимает вид 0,18 JS = - 1,01 В-0,059 В • Зрсн ро - + 0,059 В • 2рН.
При pH = 5 неизменной остается только величина/?сн^ро -, что позволяет провести её вычисление. РсH PO ~ = ~или 6 H PO4"= 33 = 5,0« 10~4 .моль/йлЛ
Ответ: в слабокислой почве (pH = 5,0) при E= 0,18 В максимальная концентрация ионов H2PO4- составляет 5,0-10'4моль/дмг.
В естественных условиях фосфор, поглощенный растениями, возвращается в почву при биодеградации органических остатков. Но в условиях сельскохозяйственного производства значительная часть фосфора уходит с продукцией, и его потери в почве пополняют за счет удобрений.
Опасность для природы представляет поступление фосфора в воду открытых водоемов. Он может оказаться в водоемах не только из-за частичного растворения удобрений в дождевой или поливной воде и их стока в реки, или просачивания в подземные воды, но и из-за сброса сточных вод, содержащих, например, отработанные моющие средства. Даже при таких относительно низких концентрациях фосфора в природной воде, как 10 мг/дм1, происходит развитие планктона и разрастание растительности, что в конечном итоге может привести к заболачиванию водоемов.
Биодеградация является полезным процессом для разложения не только природных органических остатков, но и ряда органических синтетических продуктов, включая фосфорорганические инсектициды (препараты для борьбы с вредными насекомыми на разных стадиях их развития).
Инсектициды проявляют токсичность. Выбор соединений в качестве инсектицидов проводится с учетом их высокой токсичности для насекомых и минимальной токсичности для животных. Этим условием в той или иной мере удовлетворяют фосфорсодержащие эфиры
X II
RO-P- RO' RO
где X - атом О или S; RO, RO1 - органические радикалы, из которых RO' содержит ароматическую группу.
Фосфорсодержащие эфиры не накапливаются в тканях живых организмов, они испытывают гидролиз
X X
и и
RO - P - RO' + H2O — RO - P - ОН + HOR
RO RO (6.53)
308
В.В. Вольхин. Общая химия
и последующее биоразложение. Известно, что паратион - один из представителей этой группы инсектицидов сохраняется в почве в течение 1-12 недель, в то время как запрещенный ныне препарат ДЦТ - 2,2,2-трихлор-1,1-бис-(л-хлорфенил)этан - стабилен в течение более двух лет и накапливается в окружающей среде.
