الدكتور محمـد نوفـل أستاذ الأراضي والمياه والبيئة بمركز البحوث الزراعية

 

تعريف التخليب ( Chelation ) : إرتباط بين معدن ( Fe,Zn,Mn,Cu,Ca,Mg,…. ) وقاعدة عضويــة ( Ligand ) عن طريق رابطتين أو اكثر من الروابـــط التساهمية التناسقية (coordinate covalent bond) ، طبقآ لنظرية Lewis للاحماض والقواعــــد التي تنص علي :

Lewis acid =˃   an electron acceptor

Lewis base =˃   an electron donor

حيث أثبتت النظرية أنه في تفاعل الحامض والقاعدة ، تعطي القاعدة زوج من الإكترونات لتكوين رابطة تساهمية تناسقية تربط الكاتيون والانيون لتكوين الملح  ، وهذه الرابطة بناءآ علي نظرية  Lewis  هي التي تربط المعدن ( metal  ) بالقاعدة العضوية ( Ligand  )

تعريف عامل الخلب ( Chelating agent or Ligand ) :

أي مركب عضوي يحتوي ذرة أو أكثر مانحة لزوج من الإلكترونات لتكوين الرابطة التساهمية التناسقية مع المعدن  ، وفي حالة وجود ذرة واحدة في عامل الخلب ( Ligand  ) يسمي : Monodentate  إي وحيد المخلب (dentate=teeth )

أما في حالة وجود أكثر من ذرة مانحة للزوج الإلكتروني في عامل الخلب فيسمي : Polydentate وابسط صور عامل الخلب هو الإيثيلين داي أمين :

NH2 – CH2 – CH2 – NH2

حيث يسمي الإيثيلين داي أمين : Bidentate Ligand لإحتوائه علي ذرتين نتروجين منفصلتين مانحتين لزوجين الكترونيين يمكنهم الارتباط بالمعدن لتكوين شكل حلقي كشرط أساسي لتكوين المركبات المخلبية

شروط عملية التخليب :

(1)يحتوي عامل الخلب ( Ligand )علي الأقل ذرتين منفصلتين مانحتين للزوج الالكتروني ، وكلما ذادت عدد الذرات المانحة في عامل الخلب كلما ذادت قوة الإرتباط مع المعدن مما يزيد من ثباته في البيئة وبالتالي أفضليته في الإستخدام الزراعي ، ومن أمثلة الذرات المانحة للزوج الإلكتروني الداخلة في تركيب عامل الخلب ( Ligand ) : النتروجين – الأوكسجين – الفوسفور – الكبريت .

(2)إرتباط المعدن مع عامل الخلب ( Ligand ) ينتج عنه شكل حلقي ، وفي حالة عدم تكوين حلقة فلا تحدث عملية التخليب مع المعدن

(3)لابد أن تكون قوة التفاعل بين المعدن وعامل الخلب عالية لتكوين المركب المخلبي ، حيث أن عدد البروتونات (مصدر الشحنة الموجبة ) للمعدن ثابتة بينما القوة الإلكترونية متغيرة علي حسب عدد مواقع الذرات المانحة للسحابة الإكترونية التي تعمل كمغناطيس يجذب اليه المعدن

(4)ثبات العنصر المعدني المخلب في مدي واسع من رقم ( pH ) في المحاليل المائية

(5)أن يكون العنصر المعدني المخلب ثنائي أوثلاثي الشحنة الموجبة

المقارنة بين أسمدة العناصر المخلبية

أقر البرلمان الأوروبي ( The official Journal of The European Union ) عدد كبير من المخلبيات التي يتم تداولها في السوق العالمي والمحلي ، تختلف عن بعضها كيميائيآ وطبيعياعلي النحو التالي :

(1) نوع العنصر المخلب ( Fe – Zn – Mn – Cu – Ca – Mg  ) ويلاحظ أن تلك العناصر ثنائية الشحنة الموجبة عدا الحديد ثنائي وثلاثي الشحنة الموجبة .

(2) تركيز العنصر المخلب والوضع الفراغي له في المركب مثل الحديد ( أورثو – أورثو ).. ( أورثو – بارا ).

(3) نوع عامل الخلب ( Ligand ) الذي يبدأ باحادي المخلب ( Monodentate ) مثل ميثيلين أمين ثم ( didentate ) مثل إيثيلين داي أمين وينتهي بعامل خلب يحتوي علي ثمانية مخالب مثل DTPA ، وقد يكون عامل الخلب سلسلة مستقيمة أو ذات تفريعات أو يحتوي علي حلقات فينولية .

(4) طبيعة العنصر المFFخلبي : صلب أو سائل – مفرد أو مجموعة عناصر مخلبية .

(5) نوعية الأنيون المرافق للمعدن المخلب مثلا : كبريتات زنك أو كلوريد زنك أونترات زنك أو اوكسيد زنك .

(6) نوعية الملح الناتج من تفاعل حامض عامل الخلب ( الذي لايذوب في الماء ) مع القلوي ، هل الملح الناتج صوديومي أم بوتاسي أم أمونيومي .

حدود تركيز العناصر لبعض الأسمدة المخلبية المتداولة بالسوق المحلي :

(1)Fe –EDTA

Ferric sodium – Ethylene diamine tetra acetic acid

(تحتوي علي 6 مخالب : 2 نتروجين – 4 أكسجين )

ينتج من تفاعل حامض الإدتك ( H4 –EDTA ) وزنه الجزيئي 292 مع هيدروكسيد الصوديوم ليعطي ( Na4 – EDTA )الذي يتفاعل مع أحد أملاح الحديديك ليعطي :  EDTA – Fe –Na .3H20 ووزنه الجزيئي 421.1g/mole)  ) كما يلي : 288 Ligand + 56 Fe + 23 Na + 54 3H20 = 421.1 وبالتالي يمكن حساب النسبة المئوية للحديد في المركب :

Fe % = (56   × 100 ) ÷ 421 = 13.3 %

Ligand% = (288 × 100 ) ÷ 421 = 68.4 %

ويلاحظ ان تركيز الحديد 13.3% هو تركيز نظري أما تركيز العنصر في المركبات التجارية ، فلا يتجاوز 13% ، ويقل التركيز عن ذلك في حالة أن يكون عامل الخلب بوتاسي وليس صوديومي .

ولون المركب أحمر داكن ، في الحالة الصلبة ( بودر ) ، كثافة الكتلة ( Bulk density ) من 650 الي 800 كيلو جرام في المتر المكعب  ، ورقم ( pH ) في محلول تركيز 1% من 3.5 الي 5.5 ،،،،،،،

ويمكن أن يكون لون المركب أصفر فاتح ، إذا كان الحديد المخلب ثنائي التكافؤ ، ويكون تركيبه :

EDTA – Fe -2Na – 2 H20 ويقل تركيز الحديد فيه بمقدار 0.2 % عن الحديد ثلاثي التكافؤ ( نظريآ )

تصنيعيآ يوجد العديد من    Fe – EDTA المتداولة بالأسواق من حيث درجة النقاوة ، فهناك مصانع تزيل ناتج التفاعل الغير مرغوب به في المركب إذا كان كلوريد صوديوم أو كبريتات صوديوم وهناك مصانع تترك هذه النواتج ، وتترك بعض  المصانع نواتج التفاعل إذا كانت إملاح البوتاسيوم ….وهكذا .

Zn – EDTA (2)

15% Zn  – بودر أبيض اللون – رقم الحموضة في محلول 1 % من 6 – 7 ……كثافة الكتلة 625 كيلو جرام /متر مكعب .

Mn – EDTA (3)

14 % Mn – بودر أبيض اللون ، قد يميل الي البنك حسب نسبة التخليب لعنصر المنجنيز – رقم الحموضة في محلول 1% من 6 – 7 …كثافة الكتلة 700 كيلو جرام / متر مكعب .

Cu – EDTA (4)

15 % Cu –بودر أزرق – رقم الحموضة في محلول 1%من 6 – 7 …كثافة الكتلة  625 كيلو جرام /متر مكعب .

Ca – EDTA (5)

10 % Ca – بودر أبيض – رقم الحموضة في محلول 1% 7 – 8 ..كثافة الكتلة 690 كيلوجرام/ متر مكعب .

Mg – EDTA (6)

6% Mg  – بودر أبيض – رقم الحموضة في محلول 1% 6 – 7 .. كثافة الكتلة 525 كيلوجرام / متر مكعب .

Zn – DTPA (7)

Trisodium – Zn –Diethylene Triamine Penta Acetate

( عدد المخالب 8 : 3 نتروجين – 5 أكسجين )….بينما تحتوي EDTA علي 6 مخالب فقط  مما يعطي DTPA  ثبات 100 مرة أكثر من EDTA ويتكون  Zn – DTPA من الآتي :

388 جرام /مول Ligand – 65 جرام /مول Zn – 69 جرام /مول Na مجموعهم = 522 جرام / مول ،

Zn % = (65 ×100 ) ÷ 522 = 12.4 % نظريآ ،،،،،،،،

Fe –DTPA (8)

Sodium – ferric – Diethylene Triamine Penta Acetate

389   جرام /مول Ligand  – 56 جرام /مول Fe – 23 جرام /مول Na مجموعهم = 468 جرام /مول

Fe % = ( 56 × 100 ) ÷ 468 = 11.9 % نظريآ ،،،،،والمركب بودر بني مصفر

pH في محلول 1% من 2 – 4

Ca – DTPA (9)

Trisodium – Ca – Diethylene Triamine Penta Acetate

388  جرام / مول Ligand  – 40 جرام /مول Ca – 69 جرام / مول Na مجموعهم = 497 جرام / مول

Ca % = ( 40 × 100 ) ÷ 497 = 8 % نظريآ ،،،،،،

Fe – EDDHA (10)

Ferric – Na – Ethylene Diamine Di( O – Hydroxyphenyl Acetate

عدد المخالب 6 : 2 نتروجين – 2 أكسجين كربوكسيل – 2 أكسجين هيدروكسيل

الوضع ( 0 – 0 ) يكون الحديديك مرتبط بالعامل المخلبي بعدد 6 مخالب ويكون الإرتباط قوي .

الوضع ( 0 – P ) يكون الحديديك مرتبط بالعامل المخلبي بعدد 5 مخالب ويكون الإرتباط متوسط القوة .

الوضع ( P – P  ) يكون الحديديك مرتبط بالعامل المخلبي بعدد 4 مخالب ويكون الإرتباط ضعيف .

M.F : C18 H16 N2 O6 Fe Na

M.W : 435.2 g/mol

% Fe = 6 %

بعض أنواع العوامل المخلبية المسجلة عالميآ ومحليآ ( Ligands  ) :

(1)EDDHMA    : Ethylene Diamine Di (O – Hydroxy – P –Methyl phenyl acetic acid

(2)EDDHSA   : Ethylene Diamine Di (2 hydroxy 5 Sulfophenyl Acetic acid

(3)EGTA   : Ethylene Glycol Tetraacetic Acid

M.F : C14 H24 N2 O10

M.W: 380.35 g/mol

)عدد المخالب 8 : 6 اكسجين – 2 نتروجين – تركيب غير فينولي )

(4)BAPTA   : (1,2 – bis ( O – aminophenoxy ) ethane – N,N,N”,N’ – Tetraacetic Acid

ملاحظة : هذا المركب يمكنه أن يرتبط مخلبيآ مع 2 كتيون  Mg – يحتوي هذا المركب علي 2 حلقة فينول .

(5)IDHA    : Imino DisuccinicAcid

M.F : C8 H11 N O8  ( عدد المخالب 5 : 4 أكسجين – 1 نتروجين مرتبط مع H )

M.W : 249 g / mol ( لا يحتوي هذا المركب علي حلقات فينولية ) .

(6)   HGA : Glutamine hydroamate

(OH)(H)N – CO – CH2 –  CH2 –CH(NH2)(COOH)

( عدد المخالب 4 : 2 نتروجين –2أكسجين )

M.F : C5 H 10 N2 O4

M . : 162.144 g / mol

(7)HBED     : N ,N” –di (2 – Hydroxy Benzyl ) Ethylenediamine – N ,N’ –Diacetic acid

M.F : C20 H 24 N2 O6

M.W : 388.41 g / mol

(يحتوي علي 6 مخلب : 2 نتروجين – 4 أكسجين  ويحتوي علي إثنين حلقة فينول وبالتالي يحتوي علي 6% حديد وفي كثير من الأحيان يحتوي هذا  المركب علي عنصر البوتاسيوم بدلا من الصوديوم في التركيب البنائي ليزيد قيمته الغذائية للنبات – 5% K2O ) .

إرشادات عامة لمستخدمي الأسمدة المخلبية

(1) أن تكون العبوة محكمة الغلق ، وأن يكون مدون علي ملصق العبوة بوضوح رقم تسجيل السماد بوزارة الزراعة وتاريخ الصلاحية ،معدل الإستخدام ( رشآ – مع ماء الري….. ) .

(2) ملمس جميع الأسمدة المخلبية يشابه ملمس الدقيق ، وفي حالة ظهور بلورات من أي نوع مخالفة في اللون او الحجم، يكون ذلك دليلآ علي غش السماد المخلبي (لأن السماد الخلبي يكون متجانس تمامآ )

(3) لون جميع الأسمدة المخلبية يميل الي الأبيض ، عدا المخلبيات المحتوية علي عنصر الحديد ذات اللون الأحمر الغامق  (EDDHA ) أو المائل للبني المصفر ( EDTA ) ، أو النحاس أزرق اللون ، والحديد ثنائي الشحنة في EDTA  فلونه أصفر فاتح .

(4)  كثافة الكتلة ( Bulk density)لجميع المركبات المخلبية تتراوح من 0.5 الي 1.0 جرام / سم^3.

(5) يمكن كشف غش الأسمدة المخلبية بكبريتات العناصر الصغري ، بإستخدام كلوريد الباريوم فيتكون راسب أبيض من كبريتات الباريوم ليكون دليلا علي غش السماد ، وأيضا يمكن الكشف عن غش السماد بالكلوريد بإستخدام نترات الفضة ، حيث يتكون راسب من كلوريد الفضة .

(6) يفضل إستخدام الأسمدة المخلبية الصلبة ذات التركيز العالي من العنصر المخلب ، لإن الأسمدة السائلة التي تعد وتجهز  محليآ ما هي إلا عملية تخفيف للعنصر بغرض تجاري فقط .

 

صور توضيحية لانواع الأسمدة المخلبية