Кремний в природе и сельском хозяйстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Департамент кадровой политики и образования

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Иркутская государственная сельскохозяйственная академия

Реферат

Кремний в природе и сельском хозяйстве

Выполнил:

Студентка 1-го курса,

агрономического факультета

специальность агроэколог

Ковалева Галина

Иркутск 2013 г.

Креммний -- элемент главной подгруппы четвёртой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 14. Обозначается символом Si (лат. Silicium), неметалл.

Кремний и сельское хозяйство

В погоне за повышением урожайности сельскохозяйственных культур резко увеличились нормы расхода азотных удобрений. В результате, наверное, уже всем нам приходилось пробовать горькие дыни, безвкусные арбузы или огурцы, удивляться странному вкусу или запаху картофеля, помидоров, редиски. Вся эта продукция плохо хранится и быстро гниет. Но если использовать кремнийорганические регуляторы роста, можно изъять из земледелия определенную часть химикалиев при сохранении урожайности культур на современном уровне. Такие эксперименты в течение ряда лет мы проводили на хлопчатнике, картофеле и сахарной свекле.

Кремний органические биостимуляторы могут выступать и в роли адаптогенов, то есть повышать устойчивость растений к засухе, заморозкам н т. п.

Кремний стимулирует и активизирует поглощение и усвояемость фосфора растениями, особенно в холодный период вегетации (рано весной и осенью).

Кремний повышает устойчивость растений к неблагоприятным условиям. Это выражается в утолщении и укреплении эпидермальных и сосудопроводящих тканей (механическая защита), ускорении и усилении обмена веществ, активизации антиоксидантного комплекса на уровне клетки(витаминов А и Е), а вследствие этого - активизации роста корневой системы , побегов и листовой поверхности (физиологическая защита) (см.страницу "фотопримеры"). Кремний, как отмечено выше, образуя гидрофильные силикатогалактозные комплексы, увеличивает устойчивость растений к абиотическим стрессам (биохимическая защита) и повышает иммунитет растений.

Применение природных кремниевых удобрений на основе диатомитов позволяет получить следующие АБСОЛЮТНО ДОКАЗАННЫЕ преимущества при выращивании сельскохозяйственных культур:

Обеспечивается сохранение влаги и питательных веществ в пахотном слое;

Улучшается фотосинтетическая деятельность растений;

Снижается транспирация влаги и ее расход на единицу урожая;

Улучшается развитие корневой системы растений;

Повышается устойчивость сельскохозяйственных культур к болезням, вредителям, плесени, грибам и полеганию;

Увеличивается содержание белка и клейковины в зерне;

Снижается кислотность почвы и расход минеральных удобрений;

Пролонгируется действие удобрений, снижаются их потери;

Подавляется развитие плесени, грибов и вредителей в почве.

Кремниевые удобрения известны в мире с середины 18 века. Сегодня кремниевые удобрения используются в Японии, Южной Корее, Китае, Индии, Колумбии, Мексике, США, Австралии, Бразилии. Международные конференции, посвященные использованию активных форм кремния проводились в США, Японии, Бразилии, России.

Еще академик В.И. Вернадский называл кремний "…элементом, обладающим исключительным значением в мироздании". Как установлено многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых, соединения кремния играют важную роль при метаболических процессах живого вещества, кремний активно участвует в обмене кальция, фосфора, хлора, фтора, натрия, серы, алюминия, марганца, кобальта, а также других элементов, что особенно важно при использовании диатомита в сельском хозяйстве.

Доказано, что кремний - один из основных компонентов коронарных клеток корневого чехлика, который предохраняет эпикальную меристему растущей зоны от повреждения при соприкосновении с почвой и облегчает продвижение кончика в почве. Поэтому оптимизация кремниевого питания приводит к увеличению массы корней, их объема и общей активно-поглощающей поверхности. При этом корневая система меньше поражается вредителями и болезнями. В этой связи применение кремниевых удобрений увеличивает высоту растений, количество продуктивных стеблей и площадь ассимиляционной поверхности листьев.

Решение таких задач, как экологически чистое земледелие, устойчивое сельское хозяйство и обеспечение продовольственной независимости невозможно без широкого применения кремниевых удобрений и почвенных мелиорантов.

В растительной клетке кремний образует гидрофильные силикатно-галактозные комплексы, связывающие свободную воду и тем самым повышающие водоудерживающую способность клетки и растения в целом. Это снижает порог образования кристаллов воды в клетке при низких температурах и испарение - при высоких, вследствие чего повышается устойчивость растений к жаре и засухе, холоду и заморозкам, резким перепадам температуры.

И если методы селекции требуют 10--20 лет упорной работы для выведения зимостойких сортов пшеницы, то простая обработка семян кремнийорганическими криопротекторами в течение 1--2 часов позволяет добиться почти того же эффекта. Более надежный, хотя и более трудоемкий и дорогой процесс сочетает гидрофобизацию семян и опрыскивание проростков.

Особенно замечательно, что тот же самый мивал, который защищает растения от заморозков, спасает их и от засухи.

В 1985 году были успешно завершены государственные испытания мивала на хлопчатнике, а в 1987 году он уже использовался на площади 75 тыс. га в Средней Азии и Азербайджане. Применение мивала, прежде всего, повышает урожайность хлопка на 2,5--8,0 ц/га, сортность хлопка-сырца и качество хлопкового волокна. Но, может быть, еще важнее то, что он придает семени и проросткам устойчивость к почвенной влаге, весенним заморозкам, корневой гнили. Экономится семенной фонд, отпадает острая необходимость в тяжелой и убыточной кампании пересева.

Впервые в мировой сельскохозяйственной практике в СССР началось применение средств защиты растений нового поколения.

Итак, в «лице» кремнийорганических соединений сельское хозяйство имеет не просто альтернативу пестицидам, то есть химическим средствам защиты растений от вредителей и болезней. Спектр действия препаратов нового типа гораздо шире: это и стимуляторы роста, и заменители удобрений, и защитники от всевозможных неблагоприятных условий среды. И все это справедливо не только для растений, но и для самых различных сельскохозяйственных животных. А вспомнив рассказ о широком спектре лекарственных средств на основе КОС, думаю, уже никто из читателей не станет возражать против присвоения кремнию этого почетного звания -- элемент жизни.

Области применения соединения кремния

Соли кремниевых кислот чрезвычайно распространены в природе в виде руд и минералов. Важнейшими силикатами являются алюмосиликаты, на долю которых приходится более половины массы земной коры. Природные силикаты исчисляются многими сотнями представителей. К ним относят кварц, граниты, полевые шпаты, кристаллические сланцы (слюды), асбест.

Кварц - пьезоэлектрик. Где только не находит техническое применение кристалл кварца в виде пластинки! Например, кварцевые часы высокой точности служат для «хранения» точного времени, определяемого астрономическими методами. Точность суточного хода кварцевых часов ±0,001 с. Основной деталью пьезо-кварцевых стабилизаторов длины радиоволн (частоты), преобразователей давления в электрическую величину с точностью ±1,5%, преобразователей электрической энергии в звуковую (громкоговорители и др.) и механическую (микрофоны, шумопеленгаторы, ультразвуковая механика) является пластинка из кварца.

Характерная особенность кварцевого стекла - высокая термическая устойчивость. Такое стекло можно сильно нагреть и сейчас же охладить в холодной воде. Это объясняется тем, что у кварцевого стекла коэффициент объемного расширения в 25 раз меньше, чем у обычного стекла. Кварцевое стекло прозрачно как для видимого света, так и для ультрафиолетового. Поэтому из кварцевого стекла изготавливают баллоны кварцевых ламп - источника ультрафиолетовых лучей. Специальные медицинские кварцевые лампы применяют для облучения ультрафиолетовыми лучами для профилактики гриппа, лечения рахита и других заболеваний.

Граниты - одна из самых распространенных пород в земной коре - прекрасный строительный и облицовочный материал. Незаменим гранит и для монументальной скульптуры. Отполированный до зеркального блеска, он создает неповторимую игру вкраплений, а необработанная, шершавая поверхность создает особую выразительность, поглощая свет.

Полевые шпаты - сырье для керамической, фарфоровой, стекольной, цементной и других отраслей промышленности. В строительстве их применяют в качестве поделочных материалов. Кристаллические сланцы (слюды) обладают высокой термостойкостью и высокими электроизоляционными свойствами и находят применение в электротехнике, радиотехнике. Они также используются как звуко- и теплоизоляционные материалы. Асбест - минерал с волокнистой структурой - теплоизоляционный и огнеупорный материал. Широкое применение находят слоистые минералы - слюды, тальк, каолинит. Драгоценные и полудрагоценные камни - изумруд, топаз, аквамарин - хорошо образованные кристаллы природных силикатов, окрашенные различными оксидами.

Искусственные силикаты также играют важную роль в жизни человека. Знакомство человека со стеклом - первым искусственным силикатом - произошло за 3500 лет до н. э.

Основной состав оконного стекла Na2ґCaOґ6SiO2. Однако частичная замена натрия, кальция или кремния на другие элементы позволяет получать разнообразные сорта стекла. Кварцевое, хрустальное, бутылочное, посудное, электроламповое, зеркальное, пористое (пеностекло), защитное, архитектурно-строительное, светотехническое, стекло для световодов и стеклосфер, оптическое, лабораторное - вот далеко не полный их перечень. Вводя внутрь стеклянного листа металлическую сетку, получают армированное стекло. Трехслойное стекло (триплекс) изготавливают склейкой листа пленки с двумя листами стекла.

Издавна человек научился применять химические соединения для окрашивания стекла. В древности было известно, что стекло в зависимости от примесей может иметь различный цвет: синий (от оксида кобальта СоО), зеленый (от оксида хрома Сг2O3 или оксида меди СuО), фиолетовый (от оксида марганца Мn2O3), розовый (от селена). Применялись и «глушители» (соединения фосфора, мышьяка, сурьмы), придававшие стеклу матовую белизну. Молочное стекло, например, получали, добавляя в стеклянную массу касситерит (оксид олова). Рецепты соединений, интенсивно окрашивающих стекло, сохранялись в строжайшей тайне и передавались по наследству из поколения в поколение.

Цветные стекла не утратили своего значения и в наши дни. Рецептура получения цветных стекол непрерывно расширяется.

В начале XX в. стали применяться соединения селена, которые окрашивают стекло в красные, розовые и оранжевые тона. После внедрения в 30-х гг. оксидов редкоземельных элементов в промышленности палитра художественного стекла значительно расширилась - была получена недостижимая ранее полутоновая окраска всех цветов спектра.

При фотографических работах требуется красное освещение, поэтому применяют стекла, содержащие ничтожное количество мелкодисперсного золота. При медленном охлаждении стекла, мельчайшие частицы золота равномерно распределяются по всей массе расплава. Вкрапленные частицы неразличимы даже в микроскоп, но окрашивают стекло в интенсивно красный цвет. Такое стекло носит название рубинового. Из рубинового стекла сделаны пятиконечные звезды Кремля. Площадь остекления каждой звезды составляет около 6 м2. Интересно отметить, что поверхность звезды состоит из трех слоев: стекла: рубинового, хрустального и молочно-белого. Верхний слой - рубиновое стекло разных оттенков. Это позволяет оттенить лучистую форму звезд. Внутренний слой - молочно-белое стекло. В дневное время красное стекло, освещенное снаружи, а не на просвет, кажется почти черным. Прослойка молочного стекла отражает большую часть дневного света, смягчая темноту рубинового стекла.

Кроме того, молочно-белое стекло хорошо рассеивает свет ламп накаливания, размещенных внутри звезды. Промежуточный слой - хрустальное стекло - придает остеклению прочность. Ведь на высоте башен Московского Кремля очень сложные атмосферные условия: град, ураганный ветер и т. д.

Введение в стекло оксида алюминия А12О3 вместо оксида кремния (IV) придает стеклу повышенную механическую прочность. Из такого стекла изготавливают специальные бутылки для насыщенных углекислым газом напитков (шипучих). Они могут выдерживать давление до 2ґ106-3ґ106 Па. В 1926-1928 гг. при разработке промышленного способа получения синтетического каучука советский химик С.В. Лебедев исследовал реакцию полимеризации бутадиена СН2 = СН--СН = СН2 под давлением. В эти годы в Советском Союзе ощущалась нехватка в химическом лабораторном оборудовании. В качестве реактора С.В. Лебедев использовал бутылки из-под шампанских вин.

Стекла, защищающие от инфракрасных, ультрафиолетовых и чрезмерно ярких видимых лучей, получают, вводя различные красители. Такие стекла применяют как защитные приспособления при сварочных работах, в металлургии и пр. В некоторых случаях ставится противоположная задача - надо не поглощать, а, наоборот, хорошо пропускать те или иные лучи. С этой целью применяются увиолевые стекла. Они свободно пропускают ультрафиолетовые лучи, которые поглощаются обычными стеклами. Такими стеклами остекляют окна больниц, санаториев, оранжерей. Из них изготавливают лабораторное оборудование. Для получения увиолевого стекла используют известково-натриевые составы. Оксидов железа в стекле должно быть не более 0,01%.

Специальные стекла, устойчивые к различного рода радиоактивным излучениям и потокам медленных нейтронов, получают, вводя в их состав элементы с высоким порядковым номером - свинец, висмут, вольфрам и др. Стекло, в котором практически отсутствует отражение (невидимое стекло), создали польские специалисты из г. Зелена Гура. Такие стекла необходимы как в науке и технике, так и в быту. Например, световые блики и отражения часто мешают прочесть надпись за стеклом шкалы прибора, рассмотреть картину и т. д.

Много затрачено сил, времени и средств учеными всего мира для создания световодов - стеклянного волокна высокой прозрачности, отражающего лучи света от внутренней поверхности. Луч света, проходя по такому волокну, не выходит за его пределы и может быть использован для передачи информации. На основе оптического волокна выпускаются детали приборов для радиоэлектронной, приборостроительной и других отраслей промышленности. Трудно оценить перспективу использования световодов. Световой жгут для телефонной связи обеспечит 2000 телефонных переговоров одновременно.

Можно транслировать одновременно две цветные телепередачи. С помощью световодов стало возможным проводить ранее недоступные медицинские исследования внутренних поверхностей органов, моделировать нервную систему высших животных и человека. Из стекловодов делают «иглы», используемые для световых микроуколов ядра живой клетки.

Кремний в природе

Кремень бывает белым и светло-серым (чистый), бурым, красноватым и коричневым (с примесями гидроксидов железа), черным и темно-серым (с примесями органических веществ). Эти органические вещества при попадании в воду и естественном воздухообмене активируют ее.

В свободном состоянии кремний в природе не встречается. Соединения кремния - кремнезем или двуокись кремния (Si02) - содержатся в соленых водах океанов и морей, в водоемах, дождевой воде, атмосферной пыли, глинах, лечебных грязях, песке, нефти, организмах растений, животных, человека.

Способность микроскопических водорослей жить в горячих источниках объясняют большими количествами кремния и кремниевой кислоты, содержащихся в воде гейзеров. По-видимому, не случайно хвощ, предки которого существовали вместе с ихтиозаврами, на 1/5 состоит из кремнезема, столько же его в папоротнике, пальме, бамбуке.

Известно, что водоросли могут жить в самых суровых условиях - в вечных снегах, в полярной тундре, на вершинах высочайших гор, в горячих источниках. Несколько десятков видов водорослей найдены в каменистой пустыне Неджей (Израиль).

Кремний в разных количествах содержится почти во всех минеральных водах, в том числе в «Боржоми».

Соединения кремния входят в состав хрусталя, кварца, аметиста, мориона, цитрона, агата, сердолика, халцедона, яшмы, аквамарина, амазонита, берилла, граната, изумруда, лабрадора, лазурита, нефрита, турмалина, топаза, хризолита, а также асбеста, талька, слюды. Общее число минералов, содержащих кремнезем, превышает 400.

Неорганические соединения кремния содержатся в земной коре, биосфере, пресной и морской воде.

Соединения кремния с кислородом - главный неметаллический компонент всех горных пород.

Кремний - самый распространенный и относительно наиболее электроположительный элемент земной коры.

Кремний легко переходит из минералов в почвенные растворы. Обычно кремний более подвижен в щелочных почвах.

Как найти кремний в природе?

Отыскать кремень в природе легко. Его очень много среди морской или речной гальки. А чтобы не ошибиться в выборе, проверьте его, ударив стальным предметом как бы вскользь. Если искры сыплются, значит, кремень Из более чем семисот его разновидностей для лечения годится только опалово-халцедоновый. Если его расколоть, внутренняя сторона будет темно-серой или черной (из-за магния), матовой. Можно взять и красновато-черный камень, в котором есть железо.

Кремневая вода сочетает в себе вкус и свежесть родниковой, чистоту и структуру талой и бактерицидные свойства серебряной воды.

Если рядом с постелью больного поставить емкость с водой, в которой лежит кремень, воздух станет чище и здоровее.

Кремний - темносерое, блестящее кристаллическое вещество, хрупкое и очень твердое, кристаллизуется в решетке алмаза. Это типичный полупроводник (проводит электричество лучше, чем изолятор типа каучука, и хуже проводника - меди). При высокой температуре кремний весьма реакционноспособен и взаимодействует с большинством элементов, образуя силициды, например силицид магния Mg₂Si, и другие соединения, например SiO₂ (диоксид кремния), SiF₄(тетрафторид кремния) и SiC (карбид кремния, карборунд). Кремний растворяется в горячем растворе щелочи с выделением водорода: Si + NaOH ® Na₄SiO₄ + 2H₂.

Список литературы

кремниевый кварцевый стекло химический

1. Химия 9 класс Г.Е Рудзитис, Ф.Г Фельдман издательство Просвящение. Москва 2011 г.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%F0%E5%EC%ED%E8%E9.

3. Книга для химиков-аналитиков, химиков-экспериментаторов, студентов, школьников. Ходаков Ю.В., Эпштейн Д.А.

Размещено на Allbest.ru