Дополнительное задание, страница 39 - гдз по химии 9 класс тетрадь для лабораторных опытов и практических работ Габриелян, Аксенова

При закислении почвы садоводы вносят в неё различные добавки, так как многие растения не переносят избытка кислот. Чаще всего такой добавкой служит известь $CaCO_3$. Почему для известкования почвы почти никогда не пользуются жжёной известью $CaO$ или гашёной известью $Ca(OH)_2$, а тем более щелочами ($NaOH$ или $KOH$)?

Решение

При известковании почвы главной целью является постепенное и контролируемое повышение уровня pH до оптимальных значений для роста растений, избегая при этом резких перепадов, которые могут быть губительными для почвенной микрофлоры и корневой системы растений. Рассмотрим, почему карбонат кальция ($CaCO_3$) является предпочтительным, а жжёная известь ($CaO$), гашёная известь ($Ca(OH)_2$) и тем более щёлочи ($NaOH$, $KOH$) — нет.

Почему $CaCO_3$ предпочтительнее?

Карбонат кальция ($CaCO_3$), известный как мел, известняк или доломит, является относительно слабой основой и малорастворим в воде. Его реакция с кислотами почвы происходит медленно и постепенно:

$CaCO_3(s) + 2H^+(aq) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$

Эта медленная реакция обеспечивает плавное изменение pH почвы, что крайне важно для сохранения жизнеспособности растений и почвенных микроорганизмов. Кроме того, $CaCO_3$ безопаснее в обращении и дешевле в производстве. Его низкая растворимость также означает, что он долго остается в почве, обеспечивая длительный эффект известкования и предотвращая быстрое вымывание.

Почему не используют жжёную известь $CaO$ или гашёную известь $Ca(OH)_2$?

Жжёная известь ($CaO$) и гашёная известь ($Ca(OH)_2$) являются значительно более сильными основаниями по сравнению с $CaCO_3$.

Жжёная известь ($CaO$) очень активно реагирует с водой (процесс "гашения") с выделением большого количества тепла и образованием гашёной извести:

$CaO(s) + H_2O(l) \rightarrow Ca(OH)_2(s) + \text{heat}$

При попадании в почву $CaO$ или $Ca(OH)_2$ они вступают в быструю и часто экзотермическую реакцию с водой и почвенными кислотами:

$CaO(s) + 2H^+(aq) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + H_2O(l)$

$Ca(OH)_2(s) + 2H^+(aq) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + 2H_2O(l)$

Эта быстрая реакция приводит к резкому и значительному повышению pH почвы (так называемому "щелочному шоку") в локальных зонах внесения. Это может вызвать ожоги корней растений, повредить полезные почвенные микроорганизмы и нарушить доступность питательных веществ. Кроме того, жжёная известь очень едкая и опасна в обращении. Гашёная известь менее агрессивна, чем жжёная, но все равно может вызвать резкие скачки pH, что нежелательно.

Почему тем более не используют щёлочи $NaOH$ или $KOH$?

Гидроксиды натрия ($NaOH$) и калия ($KOH$) являются очень сильными и хорошо растворимыми в воде щелочами. Их реакция с кислотами почвы была бы мгновенной и чрезвычайно бурной:

$NaOH(aq) + H^+(aq) \rightarrow Na^+(aq) + H_2O(l)$

Использование $NaOH$ или $KOH$ для известкования почвы привело бы к следующим негативным последствиям:

1. Чрезмерная агрессивность: Они мгновенно и радикально повысили бы pH почвы до очень высоких, губительных для растений и микрофлоры уровней. Это вызвало бы химические ожоги и гибель растительности.

2. Опасность в обращении: Эти вещества чрезвычайно едкие и коррозионные, что делает их крайне опасными для работы.

3. Кратковременный эффект: Из-за высокой растворимости щёлочи быстро вымывались бы из почвы, не обеспечивая долгосрочного эффекта известкования.

4. Накопление ионов: Внесение большого количества $NaOH$ привело бы к накоплению ионов натрия ($Na^+$), что может ухудшить структуру почвы (вызвать осолонцевание) и создать токсичные условия для многих растений. Хотя калий ($K^+$) является важным питательным веществом, его чрезмерное внесение в виде сильной щёлочи также неприемлемо из-за риска щелочного шока и дисбаланса питательных веществ.

По этим причинам, садоводами практически всегда используются соединения кальция с меньшей реакционной способностью, преимущественно карбонат кальция, для безопасного и эффективного известкования почвы.

Ответ: Карбонат кальция ($CaCO_3$) является предпочтительным для известкования почвы, поскольку он является слабой и малорастворимой основой, обеспечивающей медленное, контролируемое и безопасное повышение pH, что предотвращает шок для растений и почвенной микрофлоры и обеспечивает долгосрочный эффект. Жжёная известь ($CaO$) и гашёная известь ($Ca(OH)_2$) являются более сильными основаниями, которые слишком быстро и бурно реагируют с почвой, вызывая резкие скачки pH и потенциально повреждая растения и микроорганизмы. Щелочи, такие как $NaOH$ и $KOH$, являются крайне сильными и едкими основаниями, которые мгновенно уничтожат растительность и почвенную жизнь, представляют опасность в обращении и не обеспечивают долгосрочного эффекта из-за быстрого вымывания и нежелательного накопления ионов.