Текст книги "Занимательная агрономия"
Автор книги: Алексей Дояренко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 13 страниц)
Аммиак в конюшне
Всякий, кто бывал в плохо проветриваемой конюшне, где редко убирают навоз, тот чувствовал острый запах нашатырного спирта (раствора аммиака в воде). Этот аммиак, насыщающий воздух конюшни, есть результат отщепления азота из растительных продуктов (в данном случае прошедших через кишечник животного) и является почти всегда конечным продуктом распада органического вещества при гниении.
Почти весь азот, взятый растением из почвы, входит в состав растительного белка, который при распаде (гниении) и отщепляет азот в форме аммиака, и его можно чувствовать в конюшне при разложении конского навоза (конский навоз характеризуется особенно энергичным разложением, почему и используется для нагревания парников).
Можно довольно просто обнаружить этот аммиак в воздухе конюшни. Хотя наше обоняние является чрезвычайно чувствительным к разным пахучим веществам, но имеются и другие способы обнаружения аммиака в воздухе, более показательные.
В лабораторной практике имеется целый ряд так называемых индикаторов, или веществ, которые меняют свою окраску от прибавки к ним кислоты или щелочи. Аммиак является типичной щелочью, в противоположность кислотам, с которыми всякая щелочь, в том числе и аммиак, дает соль – нейтральное (то есть ни кислое, ни щелочное) вещество. Для наших целей лучшим индикатором будет фенолфталеин (его можно приобрести во всякой лаборатории или аптеке). Раствор его в спирту бесцветный, обладает способностью при прибавлении к нему кислоты не изменять своего цвета, но малейшие количества щелочи делают его ярко-розовым.
Для установления присутствия аммиака в конюшне нужно приспособить бутылочку, в которой можно было бы через находящуюся в ней воду пропускать воздух. Для этого можно взять любую бутылочку (для наших целей лучше из белого стекла) и подобрать к ней хорошую пробочку, в ней просверлить два отверстия, вставить две трубочки: одну до дна бутылочки, другую коротенькую, и налить в бутылочку воды ниже конца короткой трубки. Если через короткую трубку втягивать воздух, то наружный воздух будет входить в бутылочку через длинную трубку и проходить через воду.
Прибавьте к этой воде несколько капель раствора фенолфталеина и идите в конюшню для проведения опыта с аммиаком. Как только через воду (бесцветную) в бутылочке начнет проходить воздух, содержащий аммиак, вода окрасится в розовый цвет.
Можно взять для этого и другие индикаторы, из которых некоторые можно приготовить домашними средствами. Например, отвар из синей капусты довольно отчетливо меняет свою окраску от кислот и щелочей: прибавьте к отвару уксус – отвар станет ярко-красным, а от прибавления соды, золы или нашатырного спирта он станет темно-синим.
Для обнаружения аммиака в конюшне при помощи капустного отвара нужно цвет отвара (прибавлением 1–2 капель уксуса) превратить в красный, затем отвар влить в бутылку. При пропускании воздуха через бутылку с красным отваром последний посинеет. Но этот индикатор гораздо менее чувствителен, чем фенолфталеин, и поэтому придется продуть через бутылочку значительно большее количество воздуха.
Можно еще иначе определить аммиак в воздухе конюшни, устроив из него дым без огня. Если взять какую-нибудь летучую, достаточно крепкую кислоту, например уксусную (в виде уксусной эссенции) или еще лучше соляную (крепостью до 20–25 процентов), налить ее в блюдце или в открытую чашечку и поставить в атмосферу, содержащую аммиак, то пары кислоты и газообразный аммиак соединятся в воздухе и получится твердая аммиачная соль в виде тончайшей пыли или дыма, который окутает чашечку так же, как клубы настоящего дыма[10]10
В случае уксусной кислоты это будет уксусно-аммиачная соль, в случае соляной – хлористый аммоний, или нашатырь, который не следует смешивать с нашатырным спиртом. Нашатырь – твердое кристаллическое вещество, без запаха, употребляемое в кристаллах при паянии, а нашатырный спирт – всем известная пахучая жидкость, раствор газообразного аммиака в воде.
[Закрыть].
Понятно, что выделение газообразного аммиака при разложении (гниении) растительных и животных остатков ведет к потере азота. Правда, этот аммиак из воздуха вновь попадает в почву с дождями, но для земледелия невыгодно терять азот в воздух. Поэтому все заботы при получении и хранении навоза состоят в том, чтобы не допустить этих потерь и заставить разлагаться навоз без потери аммиака.
Лучше хранить навоз не в конюшнях и скотных дворах, а складывать его в кучи или ямы, из которых навозная жижа должна стекать в более глубокий колодец. А главное, при этом надо часто поливать навоз навозной жижей, которая, пропитывая его, вытесняет из него отработанный воздух, а потом, стекая в колодец, втягивает свежий воздух. В таких условиях навоз быстро превращается в полезный для почвы перегной без потери азота в форме аммиака, с образованием ценного для растений питательного вещества – селитры.
Если такой перегной долго пролежит в определенных условиях, особенно перемешанный с почвой, то значительная доля находящегося в нем аммиака в конце концов превратится в селитру, которую в чистом виде можно получить выщелачиванием водой с последующим выпариванием.
Так именно и получали еще не так давно (до Великой Октябрьской социалистической революции) селитру из навоза. И теперь кое-где на юге Украины можно найти такие селитренные бурты из навоза, остатки старых селитренных заводов. Правда, селитра шла исключительно для пороховых заводов, так как о применении ее в земледелии тогда не было и речи. Но к середине прошлого столетия добыча селитры из навоза совершенно прекратилась, так как были обнаружены огромные залежи селитры в Южной Америке, в Чили, откуда и стали ее получать для военных целей и для сельского хозяйства.
Но как бы ни были велики залежи чилийской селитры, они могли быть исчерпанными при большом росте потребления на указанные нужды. Кроме того, зависимость всего мира от небольшой южноамериканской чилийской республики в таком вопросе, как повышение урожайности и особенно военного дела, заставила искать другие источники азота для приготовления селитры. Источник был найден – это наша атмосфера, состоящая на 4/5 из азота, который оказалось возможным превращать в селитру.
Необходимое оборудование: аптечная бутылочка белого стекла с пробкой, две стеклянные трубочки, раствор фенолфталеина.
Селитра из воздуха
Давным-давно был известен опыт ученого Кавендиша, в котором при электрическом разряде в воздухе азот сгорал в кислороде, соединялся с ним, давая разные окислы азота.
Среди этих окислов была азотная кислота, легко дающая селитру с любым основанием, например с известью.
Однако такое получение селитры из воздуха до конца прошлого столетия не применялось сначала из-за малой потребности в селитре, потом ввиду использования чилийских залежей и, наконец, вследствие того, что для получения селитры из воздуха требовалась электрическая энергия, тогда еще дорогостоящая. Только там, где можно было добыть дешевую энергию, стало возникать промышленное изготовление селитры из воздуха.
Впервые это дело получило развитие в Норвегии с ее водопадами, дающими дешевую электрическую энергию. Очень скоро норвежская селитра стала успешно конкурировать с чилийской. Но когда разразилась первая мировая война и среднеевропейские государства оказались отрезанными от источников чилийской селитры, необходимой для поддержания урожаев и еще больше – для военных целей, то единственным выходом было развить у себя изготовление селитры из воздуха. Для этого были разработаны многочисленные пути, среди которых одно из первых мест заняло получение селитры из воздуха в электрическом разряде. Современная азотная промышленность осуществила получение огромной мощности вольтовых дуг, в пламени которых происходит сгорание азота в кислороде с образованием азотной кислоты, дающей с известью селитру.
В маленьком масштабе получение селитры (или вернее – азотной кислоты) из воздуха можно воспроизвести при скромном оборудовании, имея лишь в своем распоряжении какой-нибудь источник электричества возможно высокого напряжения, хотя бы очень малой силы. Лучше всего для этого воспользоваться румкорфовой спиралью, хотя бы самой маленькой – игрушечной; можно взять обыкновенный ток и от сети, устроив на нем небольшую вольтову дугу.
Такое получение селитры из воздуха настолько эффектно и красиво, с одной стороны, а с другой – уясняет основы развивающейся у нас азотной промышленности, что мы усиленно рекомендуем его проделать и даем подробное описание всех деталей такого опыта.
Прежде всего надо иметь какое-нибудь чувствительное вещество, которое позволит обнаружить образовавшуюся селитру или азотную кислоту. Таким является реактив дифениламин, который можно достать в лаборатории или аптечном складе. Раствором нескольких его кристалликов в 5 кубических сантиметрах крепкой серной кислоты можно определять малейшие следы селитры. Чтобы убедиться в этом, возьмите чайную ложку обыкновенной селитры и растворите в стакане воды; вылейте из стакана этот раствор и налейте в стакан чистой воды, – оставшегося на стенках стакана раствора селитры (разбавленного чистой водой) будет достаточно, чтобы определить в нем селитру дифениламином.
Для этого возьмите каплю раствора дифениламина на белую тарелку, капните в нее несколько капель сильно разбавленного раствора селитры, и вы увидите, что появится густо-синее окрашивание, оно и свидетельствует о присутствии селитры. Или смочите стеклянную или белую фаянсовую пластинку (например, блюдце) раствором дифениламина и подержите ее над открытой склянкой с крепкой азотной кислотой: выделяющихся паров азотной кислоты будет достаточно, чтобы получить густо-синее окрашивание в смоченном месте.
Имея такой чувствительный реактив на селитру, можно приступить к получению селитры из воздуха.
Возьмите обыкновенное ламповое стекло (рис. 13, А), приспособьте к нему с обоих концов пробки или деревянные кружки (герметичности не требуется); в пробках сделайте по отверстию для стеклянных трубок. В зависимости от того, какой у вас ток и провода, дальше можно поступать по-разному. Если вы берете ток от спирали Румкорфа (рис. 13, Б), то в стеклянные трубки вставляют обыкновенную звонковую проволоку так, чтобы обнаженные концы ее, выйдя из обеих трубок, почти касались друг друга примерно посредине стекла (рис. 13, В). Оба провода присоединяют к полюсам спирали, которую, в свою очередь, присоединяют к гальванической батарее или батарее аккумуляторов (рис. 13, Г) (или элементу Гренэ).
Рис. 13. Образование окислов азота: А – ламповое стекло; Б – катушка Румкорфа; В – концы проволоки; Г – элемент Гренэ.
Если пользоваться током от сети, то в трубочки вставляют два маленьких уголька (лучше всего от дуговой лампы проекционного фонаря или просто два кусочка кокса или угля), а к ним подводят внутри трубки изолированные провода от лампы. В этом случае, чтобы не пережечь пробки в электрической сети, необходимо брать ток через реостат (прибор для регулирования силы тока) или за неимением его через лампочку, то есть в установку включают лампочку последовательно, а не параллельно. Проще всего разрезать один из проводов настольной лампы и с разрезанными концами соединить кусочки угля внутри стекла (предварительно выключив лампу из электрической сети).
Трубки в пробках должны свободно двигаться, чтобы концы проводов или угли можно было сдвигать. Когда вся установка готова, в стекло наливают немного раствора дифениламина так, чтобы смочить внутреннюю поверхность стекла, замыкают ток и сближают концы проводов или углей до получения непрерывной искры, или вольтовой дуги.
Через 1–2 минуты на стенках стекла, смоченных дифениламином, начнет появляться синее окрашивание, вскоре превращающееся в густые синие потёки. Это и будет свидетельствовать о том, что внутри стекла появилась азотная кислота из воздуха; из нее легко приготовить селитру, соединив с известью или другим основанием.
Именно таким путем, только в грандиозных масштабах приготовлялась на заводах норвежская селитра. Пропуская получаемую в вольтовой дуге азотную кислоту через башни, наполненные известью, получали известковую селитру, которая на рынке именовалась норвежской. В самое последнее время нашли более выгодным приготовлять из азота воздуха аммиак путем соединения азота с водородом под очень большими давлениями и под влиянием различных катализаторов, то есть веществ, способствующих течению реакции, но не участвующих в ней, а следовательно, и не расходующихся. Для нужд удобрения этот аммиак в форме разных солей (например, сернокислого аммония) употребляется непосредственно. Так работают наши новейшие химические гиганты.
Необходимое оборудование: широкая стеклянная трубка или ламповое стекло с двумя пробками и стеклянными трубочками, изолированная проволока, маленькая румкорфова спираль, элемент Гренэ, два уголька от дуговой лампы, раствор дифениламина в серной кислоте.
Фосфор в костях. Приготовление суперфосфата из костей и фосфорита
Кости – остатки животных и отбросы пищи – еще недавно выбрасывались как никому не нужный хлам[11]11
В настоящее время кости тщательно собирают и утилизируют для различных целей.
[Закрыть].Между тем они содержат почти весь тот фосфор, который растения извлекают из почвы, а земледельцу приходится так много заботиться о пополнении его в почве. Кости в большей своей части состоят как раз из такого соединения фосфора, которым питаются растения, именно из фосфорнокислой извести. В этом легко убедиться и можно получить из костей почти чистую фосфорнокислую известь, без нарушения формы и внешнего вида кости.
Возьмите какую-нибудь кость и положите ее в печку на раскаленные угли. Кость сначала обуглится, почернеет от сгорающего органического вещества, а при дальнейшем прокаливании начнет вновь белеть. Когда она совершенно побелеет, значит все органическое вещество уже сгорело и осталась почти чистая фосфорнокислая известь, причем форма кости остается неизменной. Можно осторожно вынуть кость, охладить, и она при всей хрупкости сохранит свою прежнюю форму, но приобретет пористое губчатое строение. Такая обожженная кость настолько хрупка, что ее можно без труда растереть рукой в порошок и получить фосфорнокислую известь.
Очень занятно, что и органическую часть можно получить из кости без нарушения ее формы. Для этого кость нужно положить на сутки в соляную кислоту (не очень крепкую), при этом вся фосфорнокислая известь растворится в кислоте и останется мягкий хрящ, сохраняющий первоначальную форму кости.
Можно взять совершенно одинаковые кости, одну из них прокалить на углях, а другую выщелочить соляной кислотой. Тогда получается как бы две составные части одной и той же кости, которые раньше как бы пронизывали одна другую.
Органическое хряще видное вещество извлекают из костей на клееваренных заводах, а остатки превращают в костяную муку, идущую на удобрение. Иногда эту муку обжигают, и тогда получается почти чистая фосфорнокислая известь. Это очень богатое фосфором удобрение; однако вследствие своей малой растворимости в воде оно медленно усваивается растениями. Для облегчения использования растениями его превращают в растворимую форму фосфорнокислой извести. При обработке серной кислотой получается широко применяемое в полеводстве удобрение – суперфосфат.
Чаще всего суперфосфат готовят из ископаемой фосфорнокислой извести, встречающейся в виде разных минералов, главным образом фосфоритов, или еще более богатых фосфором апатитов, большие залежи которых найдены в Хибинах, где для их переработки создан химический комбинат-гигант. На заводах приготовляют суперфосфат также из обожженной кости.
Опыт с приготовлением суперфосфата можно легко осуществить у себя дома из того порошка, который получился от растирания обожженной кости. Возьмите столовую ложку этого порошка (15 граммов), высыпьте его в чашку (стакан может лопнуть от последующего разогревания) и влейте туда столовую ложку серной кислоты, предварительно разбавленной на 1/4 водой[12]12
При разбавлении серной кислоты надо обязательно лить кислоту в воду, а не наоборот, иначе кислота может разбрызгиваться и причинять вред; кроме того, это смешивание нужно делать не в стеклянном сосуде, так как он может лопнуть от разогревания, а лучше в фарфоровой чашке или миске.
[Закрыть].Сначала получится жидкая кашица, которую нужно перемешивать. Она разогреется, вскоре затвердеет и станет сухим порошком, – это и есть суперфосфат.
При проведении этого опыта лучше кислоты брать меньше, тогда часть кости останется непереработанной, но суперфосфат получится сухой. В противном же случае, при избытке кислоты, суперфосфат получится сырой и будет содержать кислоту. Оставшаяся кислота не позволяет высушить суперфосфат, а также будет приносить вред при употреблении его на удобрение.
Так же можно приготовить суперфосфат из перемолотого фосфорита или апатита, но количество кислоты должно быть строго рассчитано в зависимости от химического состава фосфоритов (они очень различны).
Несмотря на то что суперфосфат примерно вдвое беднее фосфором, чем кость и фосфорит, и приготовление его требует затрат на фабричное производство, все же суперфосфат выгоднее применять на удобрение ввиду его хорошей, полной усвояемости растениями. Сейчас главным фосфатным удобрением является суперфосфат, изготовляемый на заводах из фосфоритов и апатитов.
Но из этого вовсе не следует, что можно пренебрегать костяным удобрением. При некоторой организованности и внимании к этому делу можно собирать значительные количества костей и превращать их в ценное удобрение. Можно их пережигать на муку, но для этого потребуются специальные печи, и потому выгоднее поступать иначе.
Собранные кости следует разбить на крупные куски и сложить в кадку или яму, переслаивая золой и известью, а затем время от времени поливать водой. Через несколько месяцев кости в таком щелоке разрыхлятся, после чего все содержимое ямы нужно перемешать в одну сплошную массу, затем эту массу подсушить на солнце и в таком виде употреблять в качестве удобрения. Оно будет мало уступать суперфосфату и обойдется дешево. Сбор костей и приготовление из них нужного в хозяйстве удобрения – хорошая работа для пионерских организаций.
Калий из золы растений
Третий из главных питательных элементов, извлекаемых растением из почвы, – калий – тоже всюду встречается в хозяйстве, но часто выбрасывается без всякого использования – с золой.
Зола растений содержит весь калий, извлеченный ими из почвы. Он содержится в золе в виде поташа (то есть углекислой соли калия), который в фабричном производстве и получают из золы.
Получение поташа в небольшом масштабе также легко осуществить дома. Возьмите две горсти золы, высыпьте ее в стакан и залейте горячей водой; хорошенько размешав содержимое стакана, дайте раствориться поташу в воде, на что требуется около 1/4-1/2 часа. Затем сливают или процеживают жидкость в кастрюльку и выпаривают на плите или в печке до появления корки на ее поверхности, после чего снимают с плиты и дают жидкости остыть. При этом большая часть поташа выпадает из жидкости в виде кристаллов или порошка.
По остывании жидкость сливают, поташ отжимают от жидкости и выкладывают на сложенную во много слоев бумагу (оберточную или газетную). Бумага вытянет оставшуюся жидкость, а поташ можно пересыпать на сухую бумагу и сушить около печки или над плитой. Если выпаренный раствор быстро охлаждать, например, поставив кастрюльку в холодную воду и помешивая, то поташ получится в порошке; если же оставить охлаждаться медленно, без помешивания, то получится поташ в кристаллах.
Поташ содержит калий, бывший в золе, но так как он имеет свойства щелока, для удобрений его употреблять нельзя. В золе эти свойства сильно ослаблены вследствие содержания других примесей, поэтому золу можно и следует применять для удобрения. Ее надо собирать в кучи или ящики и хранить в сухом месте. Хорошо удобрять золой лен, картофель, подсолнечник и табак, внося ее под вспашку, а также луга. На лугах рассыпают золу ранней весной, до их боронования.
Более богатыми и лишенными щелочных свойств калийными удобрениями являются ископаемые калийные соли. Разрабатывая такие залежи калийных солей, в Советском Союзе получают калийные удобрения и снабжают ими колхозы и совхозы.
Как растения «грызут» камни
Чтобы вырастить растение, мы давали им все питательные вещества в растворе; растения легче всего усваивают растворы питательных веществ, так как они легко проникают через оболочки клеток в корни. Однако было бы неправильно думать, что растение может питаться только растворами. Много питательных веществ в почве находится в виде труднорастворимых соединений и минералов, которые, несомненно, служат источником пищи для растений. Да и если бы пища растений состояла только из растворимых веществ, они могли бы очень скоро быть вымытыми из почвы и почва стала бы бесплодной.
Все нерастворимые составные части почвы – минералы и породы – постепенно разрушаются и отдают в раствор находящиеся в них питательные вещества, поддерживая этим плодородие почвы. Это происходит под влиянием изменений температуры, от разрушающего действия воды, работы микроорганизмов и т. п. Но и сами растения принимают в этом серьезное участие. Ввиду того что клеточный сок у растений бывает обычно кислый и корни при дыхании выделяют угольную кислоту (которая растворяет некоторые породы), корни растения разъедают минералы и породы, «вгрызаются» в них, добывая таким образом нужную им пищу.
Это можно обнаружить, дав растению в качестве какого-нибудь элемента питания камень – минерал, содержащий этот элемент, особенно если лишить растение всякого другого источника этого элемента. Растение в поисках нужной ему пищи, не находя иного источника, оплетет своими корнями этот камень и начнет извлекать из него себе пищу, разрушая его своими корнями и буквально вгрызаясь в него. Следы того, как растение грызло камень, легко видеть на нем.
Для этого нужно взять возможно бедную почву или лучше совершенно бесплодный песок, внести в него все необходимые растению питательные вещества (так, как это мы делали при выращивании растения в воде), за исключением одного, который мы дадим ему в виде камня. Например, возьмем кусок мрамора, из которого растения могут взять известь, но при этом питательную смесь надо приготовить без извести, то есть в нашем рецепте заменить первую соль – азотнокислый кальций таким же количеством азотнокислого аммония. Раствором порошка, составленного по указанному рецепту, смачивают песок, насыпанный в обыкновенный цветочный горшок и сажают в него какое-нибудь растение. Дно горшка предварительно закладывают куском мраморной пластинки. Чтобы на ней лучше отпечатались следы корней, разрушающих мрамор, нужно взять отполированную пластинку мрамора (отбитый кусок столика, умывальника и т. п.).
Месяца через 2–3, когда растение хорошо разовьется, можно вынуть эту мраморную пластинку и на ней будет видно разъеденную корнями сетку – отпечатки корней (рис. 14).
Рис. 14. Следы разъедания корнями мраморной пластинки.
Чтобы сделать хорошо видным отпечаток корней, достаточно протереть пластинку углем, графитом и т. п. К полированной части пластинки ни уголь, ни графит не пристанет, а все изгрызенные места окрасятся в черный цвет (разумеется, углем протирают белый мрамор, а черный мрамор надо протереть мелом).
Вместо мрамора можно взять фосфорит, или полевой шпат, или кусок слюды, но всегда надо лишать растение того элемента, который оно будет брать из этих камней (то есть из фосфорита фосфор, из полевого шпата и слюды калий); кроме того, нужно выбрать камни с очень гладкой, как бы полированной поверхностью или отполировать их мелким песком или наждачной пылью.
Эта способность растений разрушать минералы и горные породы играет огромную роль в образовании почвы.
Почва состоит из разрушенных горных пород и органического вещества (перегнивших растений). Но первые растения на земле должны были начать свое развитие на горных породах, разрушенных водой и воздухом. Они должны были поселиться на породах, минералах, разрушая их своими корнями. После гибели этих растений разрушение продолжалось перегноем, который образуется из их остатков. Таким образом создавалась почва.
Таких пионеров растительной жизни и всего органического мира и теперь можно часто видеть на камнях и скалах в виде зарослей лишайников и разнообразных растений, грызущих камни (рис. 15).
Рис. 15. Лишайники на валунной морене в Центральных Альпах.
