Chemie 9H 1. Geschichte 2. Bestandteile im Dünger und deren

Chemie 9H
Thema: Salze: Chemie und Landwirtschaft
Düngemittel
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1. Geschichte
Die großen Ertragssteigerungen in der landwirtschaftlichen Produktion der letzten Jahrzehnte
lassen sich in starkem Maße auf den hohen Einsatz von Düngern zurück führen. Heute steht
eine Vielzahl von Düngemitteln zur Verfügung. Zunächst teilt man in organische Dünger und
Mineraldünger ein, wobei die Mineraldüngung einen hohen Stellenwert in der Landwirtschaft hat.
Eine ausreichende Versorgung von Boden und Pflanzen mit Nährstoffen ist unerlässlich für ein
optimales Pflanzenwachstum und für die Ertragssicherheit, denn ohne Dünger wäre die
Landwirtschaft heute nicht mehr in der Lage, die wachsende Bevölkerung zu ernähren, weil die
Böden sehr ausgelaugt sind. Bereits vor 160 Jahren fand der Chemiker Justus von Liebig
heraus, welche Nährstoffe das Wachstum der Pflanzen fördern und wollte mit Hilfe der Chemie
diese auf die Äcker ausbringen. Er entwickelte unter anderem verschiedene Mineraldünger
(Nitrat-, Phosphatdünger). Um heutzutage sichere Erträge und hohe Qualität erzielen zu
können, ist es wichtig zu wissen, wie der Boden beschaffen ist und was die Pflanze braucht, die
dort wachsen soll.
2. Bestandteile im Dünger und deren Wirkung
2.1 Stickstoff (N):
Vorkommen in der Luft und in Form von Nitraten
Lagerstätten von Kaliumnitrat auf der Hochebene von Chile
Ohne Stickstoff bleiben die Pflanzen klein, bilden nicht genug grünen Farbstoff und kleine
Frust- und Notblüten
Stickstoff wird dem Boden in Form von Salpeter (Nitration) oder Ammoniumstickstoff
(Ammoniumkation) zugeführt (die Pflanzen können ihn so direkt aufnehmen, es sind keine
Bodenbakterien zum Aufschließen nötig)
z.B. Kalkammonsalpeter (Gemisch von Ammoniumnitrat und Calciumcarbonat).
2.2 Phosphor (P):
Vorkommen in Rohphosphaten (Apatit, Phosphorit) und in Derivaten der Phosphorsäure
Lagerstätten in Afrika, Florida und im Nahen Osten
Phosphor ist für die Chlorophyllbildung unverzichtbar, er sorgt für kräftige Wurzeln und
fördert die Entwicklung von Blättern, Blüten und Fruchtansätzen
Phosphor wird dem Boden in Form von Calcium- oder Ammoniumphosphaten zugeführt
z.B. Thomasmehl (Ca5[SiO4(PO4)2]) (= 5 CaO*P2O5*SiO2)
2.3 Kalium (K):
Vorkommen in Form von Kaliumsalzen (Chlorid, Nitrat, Sulfat), Bestandteil vieler Mineralien
(Feldspat M(AlSi3O8)) und Gesteine (Granit, Hauptbestandteil: Kalifeldspat und Quarz)
Lagerstätten in Strassfurt, Elsass, New Mexiko
Kalium regt den Stoffwechsel der Pflanze an und sorgt für feste Zellwände (besonders
wichtig bei stärkehaltigen Früchten, die eingelagert werden sollen, z.B. Kartoffel), Kalium
fördert auch die Reifung und Widerstandsfähigkeit
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Kalium (K) (Fortsetzung):
Zufuhr in Form von Salzen
z.B. Kalimagnesia (K2Mg(SO4)2*6 H2O) = Kaliummagnesiumsulfat, Gewinnung aus
Kieseritlösung und Kaliumchlorid
2.4 Kalk (CaCO3)
Vorkommen in Mineralien und Gesteinen (Kalkstein, Marmor, Jura, Muschelkalk)
begünstigt die Festigkeit der Pflanzen
Kalk wirkt im Boden lockernd und keimtötend, er fördert die Zersetzung organischer Stoffe
und neutralisiert die dabei entstehenden Säuren
z.B. Kalkmergel (CaCO3, wird aus natürlich vorkommenden Kalkgesteinen und anderen
mineralischen Beimengungen gewonnen)
2.5 Magnesium (Mg):
Magnesium hilft bei der Photosynthese
in der Erde bindet es Basen
dem Boden wird Magnesium in Form von Carbonaten, Sulfaten und Chloriden zugeführt
z.B. Kaliummagnesiumsulfat.
Spurenelemente wie Schwefel, Eisen, Mangan, Bor, Zink und Kupfer sind unverzichtbar, aber
nur in minimalen Dosen nötig.
Da jeder Stoff eine bestimmte Wirkung hat, kommt es bei der Zusammensetzung des Düngers
auf die ausgewogene Mischung an, denn herrscht Mangel an einem Element, wird auch von den
anderen evtl. ausreichend vorhandenen Elementen nicht genug verwertet.
3. Herstellung
3.1 Stickstoffdünger:
Die Herstellung erfolgt durch die Ammoniaksynthese bzw. Haber-Bosch-Verfahren. Der
Luftstickstoff wird hierbei mit Wasserstoff bei hohem Druck, hoher Temperatur und mit Hilfe von
Katalysatoren zu Ammoniakgas verarbeitet.
N2 + 3H2
2NH3
Damit können in Folgeverfahren andere Stickstoffverbindungen großtechnisch hergestellt
werden.
z.B. Ammonium (NH4+): Wird Ammoniak in Wasser eingeleitet, entsteht Ammoniumlauge
(Salmiakgeist).
NH3 + H2O
NH4OH
Diese ergibt mit Säuren Ammoniumsalze.
2NH4OH + H2SO4
(NH4)2SO4 + 2H2O
z.B. Nitrate (NO3 ): Diese sind Salze der Salpetersäure (HNO3). Salpetersäure lässt sich durch
Oxidation des Ammoniaks zu Stickstoffdioxid (NO2) und dessen Einleitung in Wasser technisch
gewinnen.
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Wichtige Nitrate für die Düngung:
NaOH
Ca(OH)2
NH4OH
+ HNO3
+ 2HNO3
+ HNO3
NaNO3 + H2O
Ca(NO3)2 +
2H2O
NH4NO3 + H2O
3.2 Phosphatdünger:
Es kommt vor allem darauf an, die schwerlöslichen tertiären Phosphate in leichter lösliche
sekundäre oder primäre Phosphate umzuwandeln. Im Wesentlichen gibt es dazu drei
Möglichkeiten:
A sehr feines Vermahlen: Die Vergrößerung der Gesamtoberfläche erhöht die Löslichkeit im
Boden (Die so behandelten Phosphate kommen als Hyperphosphat in den Handel)
B Zugabe von Säuren: Dadurch werden tertiäre Rohphosphate in primäre Rohphosphate
umgesetzt
C Glühen: Beim Erhitzen des Rohphosphates auf etwa 1300 °C werden dagegen sekundäre
Phosphate in tertiäre umgesetzt
3.3 Kalidünger:
Die Kalirohsalze werden fein gemahlen. Anschließend wird mit Hilfe des Heißlöse- bzw.
Flotationsverfahren (Aufbereitungsverfahren für Erze, Kohle, Salze) oder auf elektrostatischem
Wege Kaliumchlorid und Kieserit (Magnesiumsulfat) von den Rohsalzen getrennt. Je höher der
Kaliumgehalt in dem gewünschten Düngemittel liegen soll, desto mehr Nebenbestandteile
müssen abgetrennt werden.
3.4 Kalkdünger:
Die Herstellung erfolgt durch Vermahlen oder Brennen des Kalkes. Einige Kalkdünger sind
gleichzeitig Magnesiumdünger, da das Rohmaterial unterschiedliche Mengen Magnesium erhält.
4. Kritische Einflüsse der Düngung:
4.1 Nitratanstieg im Grundwasser
enorm gestiegenen Wasserverbrauch pro Person und Tag
bestimmte Bewirtschaftungsmethoden der Landwirtschaft (z.B. Spezialisierung im
Sonderkulturanbau, Überdüngung, ...)
Zunahme der Stickstofferträge aus der Atmosphäre (Emissionen aus Landwirtschaft,
Industrie, Haushalt,...)
4.2 Stickstoff- und Phosphateintrag in Oberflächengewässer
durch Oberflächenerosion wird Phosphat in Gewässer gespült Eutrophierung (Anreicherung
der Gewässer mit Nährstoffen, Anregung des Wachstums pflanzlicher Lebewesen,
Notwendigkeit von Sauerstoff bei deren Zersetzung, Verarmung des Wassers an Sauerstoff,
Absterben der Fische und Unterbindung der biologischen Reinigung des Wassers)
Grundwasser
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