06 · Химия раствора
Химия питательного раствора
Здесь ученик впервые видит, что абстрактная химия управляет живой системой: концентрация иона, pH и электропроводность — это ручки, которыми он крутит рост и состав растения. Все расчёты ведут к одному действию — приготовить раствор, который сработает (цель Ц2).
Занятие 2 · Ионы и электропроводность (EC)
Микроцель: объяснить, почему раствор солей проводит ток, и связать это с датчиком.
Соли в воде диссоциируют на ионы: KNO₃ → K⁺ + NO₃⁻, MgSO₄ → Mg²⁺ + SO₄²⁻. Ионы — носители заряда, поэтому раствор проводит ток. Чем больше растворённых ионов — тем выше электропроводность (EC). Датчик TDS фактически меряет проводимость и пересчитывает её в «сумму растворённых веществ».
Практика (worked example → своё): измерьте EC водопроводной воды и воды обратного осмоса, предскажите заранее, где выше, объясните расхождение. Затем откалибруйте TDS-датчик по стандарту (напр. 1413 µС/см) — без стандарта прибор врёт.
Занятие 3 · pH и буферы
Микроцель: измерить pH и понять, зачем его держать в 6,0–6,5.
pH — мера кислотности (концентрации ионов H⁺). Зачем растению именно 6,0–6,5: при высоком pH ряд элементов (особенно железо) переходит в нерастворимую форму и становится недоступен корню — растение «голодает при полной тарелке». Поэтому pH — не косметика, а доступность питания.
Практика: калибровка pH-метра по двум буферным растворам (у вас есть буферный порошок) — это урок про эталоны и стандарты измерения. Затем замер раствора и коррекция к цели.
Занятие 5 · Готовим раствор (флагманский практикум, к Ц2)
Микроцель: рассчитать навеску соли под целевую концентрацию иона и приготовить рабочий раствор.
Базовый раствор (модифицированный Hoagland)
| Компонент | Концентрация | Что даёт |
|---|---|---|
| Ca(NO₃)₂ | 945 мг/л | Ca²⁺, NO₃⁻ |
| KNO₃ | 607 мг/л | K⁺, NO₃⁻ |
| KH₂PO₄ | 136 мг/л | K⁺, PO₄ |
| MgSO₄·7H₂O | 493 мг/л | Mg²⁺, SO₄²⁻ |
| Fe-EDTA | 2,5 мг/л (по Fe) | Fe (хелат) |
Worked example: навеска для протокола «Mg +50%»
Задача: поднять магний на 50% (для мангольда). Считаем честно, с кристаллогидратом.
Шаг 1. Доля магния в соли
Молярная масса MgSO₄·7H₂O ≈ 246,5 г/моль (не забываем 7 молекул воды!). Доля Mg = 24,3 / 246,5 = 0,0986 (≈9,9%).
Шаг 2. Сколько Mg даёт базовая навеска
493 мг/л × 0,0986 = 48,6 мг/л Mg.
Шаг 3. Целевая концентрация Mg (+50%)
48,6 × 1,5 = 72,9 мг/л Mg. Обратно в соль: 72,9 / 0,0986 = 740 мг/л MgSO₄·7H₂O.
Шаг 4. Сколько досыпать в бак 30 л
Прибавка соли: 740 − 493 = 247 мг/л. На 30 л: 247 × 30 / 1000 = 7,41 г MgSO₄·7H₂O.
Протоколы биофортификации (добавки к базе)
| Протокол | Изменение | Культура |
|---|---|---|
| Mg | MgSO₄·7H₂O 493 → 740 мг/л (+50%) | мангольд |
| Fe | Fe-EDTA 2,5 → 5 мг/л по Fe (+100%) | базилик |
| I (йод) | KIO₃ 0,5 мг/л (недели 2–3) | руккола |
| Контроль | без добавок (вода/база) | группа Б |
Правило смешивания (классика гидропоники)
Мини-проверка выхода (Ц2)
- Сколько граммов MgSO₄·7H₂O досыпать в бак 20 л, чтобы поднять Mg на 50% от базы? (ответ: 247 мг/л × 20 = 4,94 г)
- Почему нельзя оценить «сколько магния в листе» по датчику EC? (EC = сумма всех ионов, не конкретный элемент)
- Что произойдёт с железом при pH 7,5 без хелата? (окислится/выпадет в осадок → недоступно → хлороз)