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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA.

DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR
ACADEMIA GENERAL DE QUÍMICA
GUÍA METODOLÓGICA
UNIDAD IV

LA INDUSTRIA QUÍMICA EN MÉXICO

PARTE II


CICLO ESCOLAR

JUNIO 2010 - 2011


4.3.1 FERTILIZANTES SINTÉTICOS Y SU COMPOSICIÓN QUÍMICA.
EL PAPEL DE LOS FERTILIZANTES COMO SUPLEMENTO DE LOS SUELOS NATURALES

Mosqueira Pérez Salazar,S. (2004).Introducción a la Química y el ambiente. Grupo editorial Patria. México
Los pueblos primitivos conservaban sus cosechas en un cierto pedazo de tierra hasta que el terreno perdía su fertilidad; entonces, se movían a una tierra virgen donde cortaban la vegetación natural y la quemaban para clarear el terreno. En muchos casos, el ciclo corte-quema-cultivo no duraba más de un año, y en muy pocos casos se encontraban un pedazo de tierra que pudiera soportar cosechas exitosas durante más de cinco años. Los pueblos agricultores que se desarrollaron en la antigüedad y prevalecieron en esa actividad hasta la Edad Media requirieron de cambios en la fertilización, porque tenían que utilizar la misma tierra por muchos años. Con el uso de legumbres y rotación de cultivos, excrementos, pescado, y casi cualquier otro material orgánico disponible, las tierras mantenían su producción.

Se estima que en la actualidad se utilizan en el mundo cerca de 160 millones de Kilómetros cuadrados para el cultivo de cosechas para la alimentación del genero humano, lo que da un poco más de un cuarto de hectárea ( 1 ha = 10 000 m2) por habitante. Esta cantidad probablemente seria suficiente si la fertilización química moderna fuera empleada en toda esa superficie. Si se invirtiera en fertilizantes cerca de 1 centavo de dólar por m2, es decir, 100 dólares por hectárea, la producción de las cosechas aumentaría en 50%, lo que equivale a tener 80 millones de Km2 más de tierra para cultivo. Sin embargo, el costo para producir esa cantidad adicional de alimento se aproximaría a la prohibitiva cantidad de ¡160 000 dólares! Y el impacto ambiental de una dispersión tan grande de fertilizantes podría ser de funestas consecuencias. Por ejemplo, hoy en día, en grandes zonas del cinturón de producción de maíz en Estados Unidos, la contaminación de acuíferos con nitratos provenientes de la fertilización de las cosechas ha originado que el agua de los pozos provenientes de esos acuíferos no sea adecuada para beber.

A pesar de esta tremenda disyuntiva, los fertilizantes se utilizan en forma masiva en los países con recursos, y en mucho menor grado en los países subdesarrollados, por lo que es indispensable tener un conocimiento cabal de ellos. Los fertilizantes que contienen sólo un nutriente se conocen como fertilizantes directos. El cloruro de potasio es un ejemplo. Aquellos que contienen una mezcla de los tres nutrientes primarios se conocen como fertilizantes completos o mezclados. Los macronutrientes son absorbidos por las raíces de las plantas como simples iones inorgánicos: nitrógeno en forma de nitratos (NO 3-) , fósforo como fosfatos (H2PO-4 o HPO42-) y potasio como el ión K+. Los fertilizantes orgánicos pueden suministrar estos iones, pero sólo cuando se utilizan en cantidades masivas y por largos periodos. Por ejemplo, un excremento puede ser un fertilizante 0.5-0.24-0.5 en comparación con un fertilizante químico típico que contiene 6-12-6. Estos números indican en orden el grado o análisis de los porcentajes de nitrógeno como N, fósforo como P2O5 y potasio como K2O en el fertilizante.

Además de contener los iones deseados, los fertilizantes químicos colocan los iones en la tierra en forma tal que puedan ser absorbidos directamente por las plantas. El problema que se presenta es que estos iones inorgánicos son relativamente fáciles de lixiviar de la tierra y pueden originar problemas de contaminación en el subsuelo (aguas subterráneas) si no son aprovechadas por las plantas. Por el contrario, los fertilizantes orgánicos permanecen más tiempo en zonas aprovechables por las planta. Por ello, de acuerdo con las condiciones de cultivo, se fabrican fertilizantes de rápido desprendimiento, que son solubles en agua, y fertilizantes de lento desprendimiento que requieren de días y semanas para que el material se disuelva por completo. La siguiente tabla muestra los nutrientes necesarios para la planta, y algunos de los productos químicos adecuados para sus subministro.


Elemento

Fuente del nutriente

Nutriente no mineral

C

CO2 ( dióxido de carbono)

H

H2O ( agua)

O

H2O ( agua)




Nutrientes primarios

N

NH3 (amoniaco), NH4NO3 ( Nitrato de amonio), H2NCONH2 (urea)

P

Ca(H2PO4)2 (fosfato de hidrógeno y calcio)

K

KCl ( cloruro de potasio)





Nutrientes secundarios


Ca

Ca(OH)2 ( hidróxido de calcio, cal apagada), CaCO3 (carbonato de calcio, caliza), CaSO4 (sulfato de calcio, yeso)

Mg

MgCO3 (carbonato de magnesio), MgSO4 (sulfato de magnesio, sales de Epsom)

S

Azufre elemental, sulfatos metálicos





Micronutrientes


B

Na2B4O7. 10H2O (bórax)

Cl

KCl ( cloruro de potasio)


Cu

CuSO4 . 5H2O (sulfato de cobre pentahidratado)

Fe

FeSO4 (sulfato de hierro (II), quelatos de hierro)

Mn

MnSO4 (sulfato de manganeso(II), quelatos de manganeso)

Mo

(NH4)2MoO4 (molibdato de amonio)

Na

NaCl ( cloruro de sodio)

V

V2O3 , VO2 ( óxidos de vanadios)

Zn

ZnSO4 (sulfato de zinc, quelatos de zinc.)


FERTILIZANTES

H. A.,G. (1992). Suelos y Fertilización .Ed. Sep. México [ Trad. F. Orozco Luna]
En condiciones de baja fertilidad natural, el suelo no proporciona los nutrientes suficientes para lograr un rendimiento satisfactorio de los cultivos. Por los tanto, es necesario suplementar las deficiencias de nutrientes propios del suelo por medio de un suministro de fertilizantes químicos.
Estos fertilizantes son productos industriales que se elaboran en diferentes formas. El contenido de nutrientes presentes en un determinado tipo de fertilizantes se expresa en un porcentaje de la cantidad total. Éste, a su vez, determina la calidad de un fertilizante.
Además, las propiedades físicas y químicas del fertilizante determinan su adecuación para condiciones específicas del suelo y del cultivo.
Características de Fertilizantes
De acuerdo con su consistencia, los fertilizantes pueden ser líquidos o sólidos. Los sólidos pueden ser en polvo o granulado. Los fertilizantes sólidos se expenden en sacos o a granel. Por sus propiedades desfavorables, se ha dejado de usar los fertilizantes en polvo porque se aterronan durante el almacenaje y se dificulta su posterior distribución.
Por el contrario los fertilizantes granulados no se apelmazan, inclusive aunque se hayan almacenado durante largo tiempo. Su aplicación a mano o con distribuidores convencionales no presenta ninguna dificultad.
El manejo y la aplicación de los fertilizantes líquidos requieren equipos especiales.
Los fertilizantes, tanto sólidos como líquidos contienen diferentes porcentajes de nutrientes. Además, pueden tener un sólo nutriente, o diferentes nutrientes en combinación. Los fertilizantes que contienen diferentes nutrientes se conocen como fertilizantes multinutrientes o, más bien, como fertilizantes compuestos.
Los diferentes nutrientes pueden ser mezclados mecánicamente. De la misma manera, se pueden hacer combinados químicos.
La mayoría de los fertilizantes contienen uno o más de los macronutrientes como nitrógeno, fósforo y potasio. Los dos últimos están presentes en forma de fosfato y potasa. Algunos contienen ciertas cantidades de elementos secundarios tales como el calcio, el magnesio y el azufre. Otros se enriquecen con micronutrientes.
En el comercio de fertilizantes compuestos, el contenido de nutrientes del producto se designa por números separados por guiones, por ejemplo:
10-10-20

Estos números indican el porcentaje, respectivamente de nitrógeno, de fosfato y potasa, que siempre se expresan en la misma secuencia. Si a estos fertilizantes se les agrega un microelementos, por ejemplo boro, su porcentaje aparece como un número después del de la potasa. Además, se agrega una letra indicando el tipo de microelementos. Por ejemplo:
10-10-20-0.3B

Este fertilizante compuesto contiene entonces 10% de nitrógeno, 10% de fosfato, 20% de potasa y 0.3% de boro.
Fertilizantes nitrogenados
Los fertilizantes nitrogenados se distinguen por la forma en que el nitrógeno está presente. De esta manera se diferencian:

  • Fertilizantes nítricos.

  • Fertilizantes amónicos

  • Fertilizantes de amidas

En algunos fertilizantes, el nitrógeno nítrico y el nitrógeno amónico están combinados.

Fertilizantes nítricos

Los principales fertilizantes nítricos son los siguientes

Nitrato sódico 16% nitrógeno

Nitrato cálcico 15% nitrógeno-19% calcio-1.5% magnesio

Nitrato de potasa 13% nitrógeno- 44% potasa
La parte del nitrógeno de estos fertilizantes es altamente soluble en agua. En esta forma, el nitrógeno no puede ser retenido por el suelo. Por esto, siempre existe el peligro de que el nitrógeno se desplace fuera de la zona de absorción hacia el subsuelo a causa de una lluvia, o riego abundante.

Los fertilizantes nítricos no son adecuados para aplicaciones antes, durante o poco después de la siembra, porque las raíces no existen o son tan pequeñas que no son capaces de aprovechar el nitrógeno disponible.
Por otro lado, la alta movilidad del nitrógeno facilita la absorción de éste por las plantas. Por lo tanto, el fertilizante nítrico se adapta bien para aplicaciones cuando los cultivos ya están en desarrollo. El fertilizante nítrico corrige rápidamente las deficiencias de este nutriente. Por consiguiente, se debe aplicar una cantidad de este fertilizante en cuanto la deficiencia sea visible, para que el cultivo se recupere pronto.
Fertilizantes amónicos

Con frecuencia, los fertilizantes amónicos van combinados con los nitratos. Los contenidos más importantes de estos productos son los siguientes:


N Ca S Mg
Sulfato de amonio 21% - 24% -

Nitrato de Amonio 34% - - -

Nitrato de amonio cálcico 20% 7% - 4%

Nitrato de sulfato de amonio 26% - 15% -
Los fertilizantes amónicos proporcionan el nitrógeno en forma de amonio, que es igualmente soluble al agua. Sin embargo, a diferencia del nitrato, éste es absorbido y retenido por las partículas finas del suelo. Por esto, no se presentan perdidas inmediatas por lixiviación en suelos arcillosos o limosos. Por otro lado, su acción es también menos rápida, pero más duradera. Las combinaciones de amonio y nitrato ofrecen el nitrógeno, de tal modo que parte de este puede ser absorbido inmediatamente. La otra parte que queda es de acción prolongada.

Bajo condiciones húmedas y con temperaturas altas, con una actividad intensa de microorganismos, el amonio se trasforma en nitrato, que si puede perderse por lixiviación.

Además, en suelos alcalinos con un pH de 7 o más, y bajo condiciones secas y temperaturas altas, se puede perder también el nitrógeno elemental, si no se incorpora inmediatamente después de su aplicación.
Por lo expuesto, se recomienda aplicar el nitrógeno amónico más temprano que el nítrico. Por ejemplo se puede aplicar antes o durante la siembra. Además, el fertilizante amónico se incorpora a la tierra mediante el rastreo o a mano con azadón, después de la aplicación en bandas.
Fertilizantes de amidas

Los fertilizantes de amidas proporcionan el nitrógeno en forma de amidas, que no pueden ser utilizadas como tal por las plantas.

Mediante una transformación química se convierte primero en nitrógeno amónico, y luego en nitrato.

Por esto, el nitrógeno de amidas actúa más lentamente que el amónico, y aún más lentamente que el nítrico. Se puede aplicar aún más temprano. Igual que el amónico, el fertilizante de amidas debe incorporarse al suelo, para evitar pérdidas del nitrógeno elemental.

Se distinguen los siguientes fertilizantes comerciales de amidas
Urea 45% nitrógeno

Cianamida 21% nitrógeno – 39% calcio
La urea es fácilmente soluble al agua. La cianamida es poco soluble al agua. La urea es por esto adecuada para la preparación de soluciones de nitrógeno. Se puede aplicar urea antes, al mismo tiempo, o después de la siembra.

La urea puede también mezclares con pesticidas en solución, para aspersiones foliares. Éstas se realizan con una maquina aspersora.

La cianamida tiene un efecto tóxico en el suelo durante un periodo de aproximadamente diez días desde su aplicación. Por lo tanto, debe aplicarse por lo menos 14 días antes de la siembra. Su acción es menos rápida que la urea. El contenido de calcio retarda el efecto acidificante del nitrógeno.
Fertilizantes nitrogenados líquidos
Pueden contener tanto fertilizantes nítricos, amónicos como amidas, individualmente o en combinaciones. Estas soluciones se aplican por gravedad o por medio de presión con equipos especiales.
Los productos nitrogenados líquidos comercialmente disponibles son los siguientes:
__________________________________________________________

Anhidro de Amoniaco - 82% nitrógeno

Agua Amoniacal - 16 – 25% nitrógeno

Soluciones nitrogenadas - 21 – 49% nitrógeno

________________________________________________________________
El anhídro de amoniaco se aplica por medio de una maquina con un tanque herméticamente cerrado. El producto se encuentra en forma líquida por el propio vapor en el tanque, que alcanza una presión de 20 Kg. /cm2. Esta misma presión se emplea para descargar el líquido en el suelo.

El agua amoniacal, y las soluciones de sales nitrogenadas se pueden aplicar por gravedad, o por medio de una bomba de baja presión.

Los fertilizantes líquidos no difieren en sus reacciones y efectos de los fertilizantes sólidos de la misma clase.

Los fertilizantes nitrogenados sólidos o líquidos tienen un efecto acidificante en el suelo, con excepción del nitrato sódico del nitrato sólido, cálcico y la cianamida de calcio.

Este efecto es mayor con el sulfato de amonio y el anhidro de amoniaco. Para compensar esta acidificación se requieren 120 o 180 Kg./ha de piedra caliza, respectivamente, por cada 100 Kg. de estos productos.
Fertilizantes fosfatados
Los fertilizantes fosfatados pueden ser sólidos o líquidos. Los fertilizantes sólidos se distinguen por su solubilidad al agua o al ácido débil. Los que contienen fosfatos solubles al agua son:
Superfosfato normal – 18% fosfato – 20% calcio – 12% azufre

Superfosfato triple – 43 % fosfato – 14% calcio – 1.5% azufre
Además de estos, los siguientes fertilizantes contienen fosfatos que son solubles a los ácidos débiles, similares a los del suelo.

Escoria básica – 15% fosfato – 28% calcio – 3.5% magnesio

Fosfato dicálcico – 39% fosfato – 30% calcio
Los fosfatos solubles al agua son absorbidos rápidamente por las plantas. Se pueden aplicar al tiempo de la siembra porque las plantas jóvenes responden bien al fosfato. Además no existe el peligro de pérdidas inmediatas por lixiviación. El fosfato se transforma rápidamente en formas menos solubles al agua del suelo. La disponibilidad a las plantas es mejor en suelos con pH entre 6.5 y 7.5. La transformación en formas menos solubles se retarda mediante la aplicación en bandas de productos granulados.
Los fosfatos solubles a los ácidos débiles se usan especialmente en suelos ácidos. En estos suelos tampoco existe el peligro de lixiviación. El alto contenido de calcio de estos fertilizantes ayuda a corregir la acidez del suelo. Si se incorpora este fertilizante inmediatamente después de la distribución al voleo se obtendrá un mejor efecto.
En forma líquida, el fertilizante fosfatado está disponible como ácido súperfosfórico, con 70 a 75% de fosfato y como soluciones de multinutrientes con diferentes contenidos de fosfato.
Fertilizantes potásicos

Los fertilizantes potásicos son solubles al agua y fácilmente disponibles a las plantas. Éstos incluyen:
Cloruro de potasio 45 a 60% potasa

Sulfato de potasio 48 a 52% potasa

Sulfato de magnesio 23% potasa – 11% magnesio potásico
El potasio es retenido en casi todos los suelos con excepción de los suelos arenosos. Los fertilizantes potásicos se pueden aplicar antes, durante o después de la siembra.

Se prefiere el cloruro de potasio, aunque para cultivos tales como tabaco, papas, tomates, piña y café es mejor usar el sulfato de potasio. Ligeras deficiencias de magnesio se corrigen con sulfato de magnesio potásico.
Fertilizantes compuestos
Las principales ventajas de estos fertilizantes compuestos con flexibilidad en la producción y lo económico de su aplicación.

Algunos ejemplos de fertilizantes compuestos sólidos son:

Fosfato mono-amónico 11 – 48 – 0

Fosfato diamónico 18 – 46 – 0

Nitrato de fosfato de amonio 27 – 15 – 0

Superfosfato de Amonio 6 – 20 – 0

Fosfato nítrico 15 – 15 – 0 u otros
Para la elaboración de fertilizantes compuestos líquidos, se usa el potasio en forma de cloruro de potasio.
Cal
Por su alto contenido de calcio, la cal no sólo sirve de alimento a la planta, sino más bien como restauradora del suelo. Su aplicación tiene los siguientes objetivos:

  • Elevar el pH del suelo

  • Mejorar la estructura del suelo

  • Mejorar la disponibilidad de nutrientes

  • Mejorar las condiciones de vida de los microorganismos


Mediante los análisis del suelo y de las plantas se determinan las necesidades de cal.
Los materiales de cal son productos finamente molidos, y que cuentan con las siguientes composiciones:

Piedra caliza quemada 85% óxido de calcio

Cal hidratada 65% óxido de calcio

Piedra caliza molida 80 a 95% carbonato de calcio

Pierda caliza dolomítica 52% carbonato
La piedra caliza dolomítica contiene también 42% de magnesio. El carbonato de calcio es este producto actúa más lentamente que los óxidos de calcio.
Las cales que contienen óxidos de calcio son altamente efectivas. Pueden provocar un cambio abrupto en la reacción del suelo, dañino a la estructura de éste y a la materia orgánica. Por esto, se aplican en cantidades menores que el carbonato de calcio, especialmente en suelos arenosos, en los cuales estos cambios ocurren más rápido que en suelos arcillosos o limosos.
La cal debe distribuirse al voleo e incorporarse mucho antes de que se apliquen los fertilizantes o el estiércol. Si se utiliza la cal junto con los fertilizantes que contienen amonio o fosfatos solubles en agua, puede provocar pérdidas de nitrógeno, y una reducción de la disponibilidad de fosfato.
Cálculo de fertilizantes
Las cantidades de fertilizantes que deben aplicarse, dependen de la cantidad de nutrientes necesarios, y del contenido de estos nutrientes en el fertilizante. El agricultor debe convertir la cantidad de nutrientes en cantidad de fertilizantes.
La cantidad de nutrientes en el fertilizante se expresa en porcentaje. Por ejemplo, el sulfato de amonio al 21% contiene 21 Kilogramos de nitrógeno en cada 100 Kg. de fertilizante. Si el agricultor debiera aplicar por hectárea 60 Kg. de nitrógeno, necesitaría distribuir 100/21 X 60 = 286 Kg. de sulfato de amonio.
En el caso de fertilizantes compuestos, es importante que se use un compuesto que contenga los diferentes elementos en proporción deseada. Por ejemplo, en el caso que se deba aplicar por hectárea una cantidad de 120 Kg. de nitrógeno, 60 Kg. fosfato y 60 Kg. de potasa, se puede usar un fertilizante compuesto con los tres tipos de nutrientes en una proporción de 120 – 60 – 60, o sea, de 2 – 1 – 1. En el comercio se puede obtener un fertilizante compuesto 20 – 10 – 10, y cada 100Kg. de este fertilizante contiene 20 Kg. de nitrógeno, 10 Kg. de fosfato y 10 Kg. de potasa.
Para aplicar 120 Kg. de nitrógeno por hectárea, se necesita entonces distribuir por hectárea:
120/20 X 100 = 600 Kg. fertilizante 20 – 1 0 – 10 – 10
Al aplicar esta cantidad de fertilizante compuesto, se suministra a la vez 100/10 X 600, o sea, 60 Kg. de potasa por hectárea.
No siempre es posible tener disponible un fertilizante compuesto con los elementos en la misma proporción que la deseada. En este caso, se debe efectuar una aplicación adicional del elemento escaso.

Por ejemplo, si se quisiera aplicar por hectárea las siguientes cantidades de nutrientes:
65 Kg. de nitrógeno

45 Kg. de fosfato

45 Kg. de potasa
Y si se tuviera disponible un fertilizante compuesto 15 – 15 – 15, se tendría que aplicar la siguiente cantidad de este fertilizante compuesto por hectárea:
45/15 X 100 = 300 Kg. fertilizante 15 – 15 – 15
En este caso, se aplican 45 Kg. de nitrógeno, 45 de fosfato y 45 Kg. de potasa por hectárea. Los 20 Kg. de nitrógeno faltante deberán aplicarse adicionalmente.
Si se tuvieran disponibles los siguientes tipos de fertilizantes nitrogenados:
Sulfato de amonio 21% de nitrógeno

Nitrato de amonio 34% de nitrógeno

Urea 45% de nitrógeno
Se tendría que efectuar una aplicación adicional de uno de estos fertilizantes en las siguientes cantidades por hectárea:

100/21 X 20 = 95 Kg. de sulfato de amonio: o

100/34 X 20 = 60 Kg. de nitrato de amonio; o

100/45 X 20 = 45 Kg. de urea

No siempre se aplican todos los fertilizantes en una sola vez.

Por ejemplo, si se debiera aplicar por hectárea en total las siguientes cantidades de nutrientes:
120 Kg. de nitrógeno

50 Kg. de fosfato = 120 + 50 + 40 Kg. /ha

40 Kg. de potasa
Y si se quisiera efectuar la aplicación de estas cantidades en la siguiente forma:

Antes de la siembra 60 + 30 +30 Kg./ha

Durante la siembra 20 + 20 + 10 Kg./ha

Posemergencia 40 Kg./ha

_________________

Total 120 + 50 + 40 Kg. /ha

Se podría usar un fertilizante compuesto 20 – 10 – 10 antes de la siembra, un fertilizante compuesto 20 – 20 – 1 0 durante la siembra y, por ejemplo, urea 45% para la aplicación posemergencia, en las siguientes cantidades por hectárea:
60/20 X = 300 Kg. Fertilizante 20 – 10 – 10

20/20 X = 100 Kg. Fertilizante 20 – 20 – 10

40/45 X = 90 Kg. urea al 45%
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