Dünger. 1. Definition. 2. Einteilung der Dünger. 3. Hauptbestandteile der mineralischen Dünger und ihre Wirkung. a) organischer Dünger [2,1(b)]

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1 Universität Regensburg Institut für Anorganische Chemie - Lehrstuhl Prof. Dr. A. Pfitzner Demonstrationsversuche im Wintersemester 2010/ Dozentin: Dr. M. Andratschke Referenten: Eva Felixberger Kevin Mitternacht Dünger 1. Definition Als Dünger bezeichnet man nährstoffhaltige Substanzen zur Ergänzung der ährstoffversorgung von Pflanzen oder sonstige Stoffe zur Bodenverbesserung. [1(a)] 2. Einteilung der Dünger Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, Dünger zu klassifizieren, z. B. nach dem Aggregatzustand (flüssig, fest), nach seiner Wirkung (Langzeitdünger, schnell wirkend,...) oder nach seiner erkunft [2]: a) organischer Dünger [2,1(b)] Abb. 1: Kompost [3] Bei den organischen Düngern sind oder waren die düngenden Elemente meist in kohlenstoffhaltigen reduzierten Verbindungen gebunden. [...] [Sie] sind normalerweise tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, können aber auch synthetisiert werden. rganische Dünger sind meist Abfallstoffe aus der Landwirtschaft (Wirtschaftsdünger) [ ]. [2] Bedingt durch ihren nur allmählichen Abbau durch Mikroorganismen, haben Dünger dieser Klassifikation einen langzeitdüngenden Effekt. Zusätzlich wirken sie positiv auf das Bodenklima (Erhöhung der Wasserkapazität, Verbesserung der Durchlüftung, Unterstützung der Bodenorganismen,...). Beispiele für organische Dünger sind: Gülle, ornspäne, kompostierte Pflanzenreste (s. Abb.1), Klärdünger,... b) anorganische, mineralische Dünger [2] Abb. 2: Volldünger [4] Im anorganischen Dünger oder Mineraldünger liegen die düngenden Elemente meist in Form von Salzen vor. Die erkunft mineralischer Dünger ist in letzter Konsequenz fast immer in der bergmännischen Gewinnung von Mineralien (oder fossilen [Stoffen]) zu sehen. Meist ist dem Einsatz eine mehr oder minder intensive chemische Veränderung vorgelagert (aber-bosch- Verfahren, Phosphataufschluss). Beispiele für anorganische Dünger: Kaliumchlorid KCl, Ammoniumnitrat 4 3, Superphosphat [Ca( 2 P 4 ) 2 + CaS 4 *2 2 ], (-P-K-)-Volldünger (s. Abb. 2) 3. auptbestandteile der mineralischen Dünger und ihre Wirkung Als auptbestandteile (-nährstoffe) mineralischer Dünger gelten Stickstoff (), Phosphor (P) und Kalium (K) sowie Schwefel (S), Calcium (Ca) und Magnesium (Mg). Sie sind lebensnotwendig und müssen in relativ großen Mengen zugeführt werden. [1(c)] Die ersten drei Elemente haben eine besondere Bedeutung, da sie zusätzlich auch dazu dienen, Dünger nach der so genannten -P-K-Konzentration zu klassifizieren. Sie gibt die Konzentrationen der drei Elemente im Dünger in Prozent an. Traditionelle Bezugsbasis dafür sind die Werte an:, P 2 5 und K 2. [1(a),5] Beispiel für einen (-P-K-)-Rasendünger: [6] 1

2 Für die drei folgenden achweisreaktionen wurde jeweils eine abfiltrierte Blaukorn-( )-Lösung verwendet Stickstoff Stickstoff spielt als Baustein von organischen Basen, Eiweißen, Vitaminen und Enzymen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel von Pflanzen. Das Wachstum der Pflanze wird gefördert. [1(d)] -Düngemittel enthalten hauptsächlich Ammonium- und itratsalze. Während itrate direkt von den Wurzeln der Pflanze aufgenommen werden können, müssen die Ammonium-Ionen im Boden durch Mikroorganismen einer itrifikation unterzogen werden, in der sie zu itrat-ionen oxidiert werden. [1(c),7] Mangelerscheinungen: zu frühe Blüte, blass-grüne Farbe der Blätter (s. Abb. 3), Chlorose* bei älteren Blättern, kümmerlicher Wuchs [8]. Versuch 1: achweis von itrat mit Lunge-Reagenz [10(a)] Abb. 3: Blassgrüne Blätter [9] Geräte: Chemikalien: verhead-projektor, Kristallisierschale, Pipette, Spatel, Glasstab Düngerlösung, Zink, Lunge 1 (Sulfanilsäure C S ), Lunge 2 (α- aphtylamin C 10 9 ), verdünnte Salzsäure Cl Durchführung: Die Kristallisierschale wird mit etwas Düngerlösung befüllt und auf den verhead-projektor gestellt. Die Lösung wird mit verdünnter Cl angesäuert und mit wenigen Tropfen Lunge 1 und Lunge 2 versehen. Schließlich wird eine Spatelspitze voll Zink hinzugefügt und mit dem Glasstab umgerührt. Beobachtung: Die Lösung färbt sich nach der Zink-Zugabe rot. (s. Abb. 4) Abb. 4: itratnachweis nach Lunge Erklärung: 1. Reduktion von itrat mit Zink zu itrit in schwach saurer Lösung S 2. itrit reagiert mit Sulfanilsäure zu einem Diazoniumsalz (Diazotierung) ( C 3 C C Sulfanilsäure salpetrige Essig- Diazoniumsalz Säure säure [11] S + * Chlorose: Die Chlorose geht in der Regel mit einer Gelbfärbung der Blätter und oft auch mit verbrennungsartigen Blattschädigungen einher und kann zur ekrose (Absterben des Blattgewebes) führen. [12] 2

3 3. Reaktion des Diazoniumsalzes mit α-aphtylamin zu einem roten Azofarbstoff + (+ S C C 3 C S Diazoniumsalz α-aphtylamin Azofarbstoff (rot) Essigsäure [11] Damit ist itrat in der Düngerlösung nachgewiesen Phosphor [13] In Pflanzen erfüllt Phosphor diverse wichtige Funktionen. Er ist Bestandteil von Zellmembranen, der DS (Desoxyribonukleinsäure) und notwendig für die Energieversorgung in den Zellen. Des Weiteren hat Phosphor Einfluss auf den Kohlenhydrathaushalt, die Photosynthese und den Wasserhaushalt von Pflanzen. [13] Phosphor wird in Form von Phosphaten gedüngt. Anzumerken ist, dass Phosphat-Salze meist schwer löslich sind und aufgeschlossen werden müssen. Man verwendet daher die leichter löslichen Dihydrogen- und ydrogenphosphate. [2] Mangelerscheinungen: verkleinerte Blattflächen, Anthocyan (Rot)- Färbung der Blätter (s. Abb. 5), Verzögerung bzw. Reduzierung der Entwicklung von Blüten, Samen und Früchten. [13] Versuch 2: achweis von Phosphat mit Ammoniummolybdat [10(b)] Abb. 5: Anthocyan-verfärbtes Blatt [9] Geräte: Chemikalien: großes Reagenzglas, Bunsenbrenner Düngerlösung, Ammoniummolybdat ( 4 ) 2 Mo 4, konzentrierte Salpetersäure 3 Durchführung: In das Reagenzglas wird Düngerlösung gefüllt und mit konzentrierter 3 versetzt. Anschließend wird ( 4 ) 2 Mo 4 hinzugefügt und über dem Bunsenbrenner erhitzt. Beobachtung: ach der Zugabe von ( 4 ) 2 Mo 4 tritt eine Gelb-Färbung auf. Während des Erhitzens bildet sich ein feiner gelber iederschlag, der sich beim Abkühlen absetzt. (s. Abb. 6) Abb. 6: Phosphatnachweis mit Ammoniummolybdat Erklärung: Dihydrogenphosphat reagiert mit Ammoniummolybdat zu Triammoniumdodecamolybdophosphat-(V) 2 P Mo ( 4 ) 3 [P(Mo 3 10 ) 4 ] Damit ist Phosphat in der Düngerlösung nachgewiesen. 3

4 3.3. Kalium Kalium ist an vielfältigen Stoffwechselvorgängen, wie z. B. der Stärke- oder Zelluloseproduktion, beteiligt. Es hat direkten Einfluss auf die Photosyntheseleistung und die smose in einer Pflanze. [14] Mangelerscheinungen: Blattrandchlorosen* und -nekrosen* bei älteren Blättern (s. Abb. 7), gestauchter abitus. Versuch 3: achweis von Kalium-Ionen mit Perchlorsäure [10(c)] Abb. 7: Blattrandnekrose [9] Gerät: großes Reagenzglas Chemikalien: Düngerlösung, Perchlorsäure Cl 4 Durchführung: In ein mit Düngerlösung gefülltes Reagenzglas wird etwas Cl 4 gegeben. Beobachtung: Es bildet sich ein weißer iederschlag. (s. Abb. 8) Abb. 8: Kaliumnachweis mit Perchlorsäure Erklärung: Kalium-Ionen reagieren mit Perchlorsäure unter Bildung von Kaliumperchlorat K + + Cl 4 - KCl 4 Damit sind Kalium-Ionen in der Düngerlösung nachgewiesen Schwefel [1(d), 9] Schwefel ist als Baustein von Enzymen, Eiweiß und Vitaminen essentiell für die Pflanze. Mangelerscheinungen: Chlorose* jüngerer Blätter, Stängel bleiben dünn und werden holzig Calcium [1(d)] Calcium dient der Aktivierung von Enzymen und als Antagonist des Kaliums zur Entquellung. Es ist Baustein von diversen Stoffen, unter anderem von sekundären Pflanzenstoffen (z. B. Farb- oder Duftstoffen). [15] Mangelerscheinung: Chlorose* jüngerer Blätter. [1(d)] 3.6. Magnesium [1(d), 9] Magnesium ist als Bestandteil des Chlorophylls lebenswichtig für die Pflanze. Es ist zusätzlich noch an vielen weiteren Stoffwechselvorgängen beteiligt, z. B. der Aktivierung von Enzymen. Mangelerscheinungen: Chlorose* älterer Blätter ( Blattadern bleiben zunächst noch dunkelgrün. Blätter trocknen vom Rand her ein. [9]). * Chlorose/ekrose: Die Chlorose geht in der Regel mit einer Gelbfärbung der Blätter und oft auch mit verbrennungsartigen Blattschädigungen einher und kann zur ekrose (Absterben des Blattgewebes) führen. [12] 4

5 4. Vorteile der Dünger Zum Einen kann man durch gezieltes Düngen die Fruchtbarkeit des Bodens verbessern und zugleich nützliche Bodenlebewesen und Mikroorganismen fördern, die die düngenden Substanzen mineralisieren und für die Pflanze verfügbar machen. [2] Ein weiterer positiver Aspekt wäre die Produktion von mehr Sauerstoff. Dabei wirkt die Pflanze als Binder von Kohlenstoffdioxid und als Produzent von Sauerstoff. Außerdem hat man die Möglichkeit, armen Gewässern gewisse ährstoffe zuzuführen, die für Wasserpflanzen, Fische etc. notwendig sind. [1(e)] Der wichtigste Vorteil ist schließlich, den Ertrag zu steigern. Durch den sinnvollen Einsatz von Düngemitteln mit individuell auf die Böden abgestimmten PK-Konzentrationen ist man heutzutage in der Lage, mehr Gewinn aus vorherrschenden Böden und Pflanzen zu erzielen. [2] 5. achteile der Dünger Durch den übermäßigen Einsatz der Dünger können beachtliche Gewässerbelastungen bis hin zur Eutrophierung von Flüssen und Seen entstehen. [1(e)] Eine Überdüngung insbesondere mit Stickstoffdüngern erhöht die itratkonzentration in der Pflanze. Der Verzehr von Produkten daraus führt zu gesundheitlichen Risiken beim Menschen, da itrat im Darm zu itrit reduziert wird, das zur Entstehung von krebserregenden itrosaminen im Körper führen kann. [2] itrit birgt Gefahr, denn es ist in der Lage, den roten Blutfarbstoff ämoglobin in Methämoglobin auf zu oxidieren, das keinen Sauerstoff transportieren kann. Für Erwachsene besteht kein Risiko, aber Säuglinge können im Extremfall infolge eines Sauerstoffmangels im Blut sterben, wenn man ihnen Trinkwasser mit stark erhöhter itratkonzentration zu trinken gibt. [16] Ein weiterer achteil stellt eine verminderte Aufnahme von ährstoffen oder aber eine Überversorgung der Pflanze, aufgrund von steigendem ahrungs- und Futtermittelbedarf, dar. Zu viel Einsatz von Stickstoffdünger auf Äcker und Wiesen fördert zusätzlich die Schädigung der zonhülle der Erde. Mikroorganismen wandeln im Boden -Verbindungen in Stickoxide, vor allem Lachgas ( 2 ), um, welches ein 300 Mal gefährlicheres Treibhausgas als C 2 darstellt. Man muss sich auch darüber im Klaren sein, dem Boden oder der Pflanze nie alle Stoffe verfügbar machen zu können, die sie benötigt. Unter anderem kann es sogar zu einer Ausdünnung der Vitalstoffe (z. B. Vitamine) kommen. [2] Unerwünschte -Zufuhr durch sauren Regen ist insofern nachteilig, da eine Versauerung des Bodens eintreten kann. Durch diese Übersäuerung [ ] wird die natürliche Zusammensetzung des Bodens gestört. Es werden giftige Schwermetallionen [z. B. Cadmium in mineralischen Düngern] freigesetzt, die die Feinwurzeln der Bäume absterben lassen [...], sich in Pflanzen anreichern und somit eine umwelt- und gesundheitsschädliche Wirkung entfalten. [17] 6. Lehrplanbezug Das Thema Dünger existiert im Lehrplan der Realschule nicht. Dennoch bietet dieses eine gute Möglichkeit, zusammen mit den Fächern Biologie und Erdkunde, es für eine Projektwoche zu verwenden. Dünger ist normalerweise jedem Schüler ein Begriff und aus diesem Grund kann er gut einen Bezug zum Alltag herstellen. Daher wäre dieses Thema mit den dazugehörigen Versuchen trotzdem auch für den Schulunterricht in Chemie geeignet. [18] 5

6 7. Literatur [1] Arnold Finck: Pflanzenernährung und Düngung in Stichworten, 6. Auflage, Gebrüder Borntraeger Verlagsbuchhandlung, Berlin, Stuttgart, 2007 (a) S. 157 (b) S. 147 (c) S. 95 (d) S. 97 (e) S. 176/177 [2] (Stand: ) [3] &filetimestamp= (Stand: ) [4] &filetimestamp= (Stand: ) [5] (Stand: ) [6] (Stand: ) [7] (Stand: ) [8] (Stand: ) [9] naehrstoffbedarf.html# (Stand: ) [10] Gerhart Jander, Ewald Blasius, Joachim Strähle, Eberhard Schweda: Einführung in das anorganisch chemische Praktikum, 15. Auflage, Stuttgart: S. irzel Verlag, 2005 (a) S. 329, 614 (b) S. 338 (c) S. 375 [11] Formeln erstellt mit: Symyx Draw, Version Downloadquelle: [12] (Stand: ) [13] (Stand: ) [14] (Stand: ) [15] was-sind-das-eigentlich-fuer-stoffe (Stand: ) [16] Andreas eintz, Guido A. Reinhardt: Chemie und Umwelt Düngemittel eine Übersicht, 3. Auflage, Vieweg Lehrbuch, 1993, S [17] (Stand: ) [18] Klasse 8: Klasse 9: Klasse 10: (Stand jeweils: ) 6