Phân bón hóa học là những chất có chứa các nguyên tố dinh dưỡng, được bón cho cây nhằm nâng cao năng suất cây trồng.
Cây đồng hóa được $C, O, H$ từ không khí và nước, còn đối với các nguyên tố khác thì cây hấp thụ từ đất. Đất trồng trọt bị nghèo dần các nguyên tố dinh dưỡng, vì vậy cần bón phân để bổ sung cho đất những nguyên tố đó.
Có ba loại phân bón hóa học chính là phân đạm, phân lân và phân kali.
I - PHÂN ĐẠM
Phân đạm cung cấp nitơ hóa hợp cho cây dưới dạng ion nitrat ($NO_3^-$) và ion amoni ($NH_4^+$). Phân đạm có tác dụng kích thích quá trình sinh trưởng của cây, làm tăng tỉ lệ của protein thực vật. Có phân đạm, cây trồng sẽ phản triển nhanh, cho nhiều hạt, củ hoặc quả. Các loại phân đạm chính là phân đạm amoni, phân đạm nitrat, phân đạm urê.
Độ dinh dưỡng của phân đạm được đánh giá bằng hàm lượng $\%N$ trong phân.
$1.$ Phân đạm amoni
Phân đạm amoni là các muối amoni: $NH_4Cl, (NH_4)_2SO_4, NH_4NO_3,...$ Các muối này được điều chế khi cho amoniac tác dụng với axit tương ứng. Thí dụ:
$$2NH_3 + H_2SO_4 \xrightarrow[{}]{{}} (NH_4)_2SO_4$$
Khi tan trong nước, muối amoni bị thủy phân tạo ra môi trường axit, nên chỉ bón phân này cho các loại đất ít chua, hoặc đất đã được khử chua trước bằng vôi ($CaO$).
$2.$ Phân đạm nitrat
Phân đạm nitrat là các muối nitrat: $NaNO_3, Ca(NO_3)_2,...$ Các muối này được điều chế khi cho axit nitric tác dụng với muối cacbonat của các kim loại tương ứng.
Thí dụ: $$CaCO_3+2HNO_3\xrightarrow[{}]{{}} Ca(NO_3)_2+CO_2+H_2O$$
Phân đạm amoni và phân đạm nitrat khi bảo quản thường dễ hút nước trong không khí và chảy rữa. Chúng tan nhiều trong nước, nên có tác dụng nhanh đối với cây trồng, nhưng cũng dễ bị nước mưa rửa trôi.
$3.$ Urê
Urê ($(NH_2)_2CO$) là chất rắn màu trắng (hình $2.15$), tan tốt trong nước, chứa khoảng $46\%N$, được điều chế bằng cách cho amoniac tác dụng với $CO_2$ ở nhiệt độ $180 - 200^0C$, dưới áp suất $\approx 200 atm$:
$$CO_2 + 2NH_3 \xrightarrow[{}]{{}} (NH_2)_2CO+H_2O$$
Trong đất, dưới tác dụng của các vi sinh vật urê bị phân hủy cho thoát ra amoniac, hoặc chuyển dần thành muối amoni cacbonat khi tác dụng với nước:
$$(NH_2)_2CO+H_2O\xrightarrow[{}]{{}} (NH_4)_2CO_3$$
Hiện nay ở nước ta urê được sản xuất tại nhà máy phân đạm Bắc Giang và nhà máy phân đạm Phú Mỹ.
II - PHÂN LÂN
Phân lân cung cấp photpho cho cây dưới dạng ion photphat. Phân lân cần thiết cho cây ở thời kì sinh trưởng do thúc đẩy các quá trình sinh hóa, trao đổi chất và năng lượng của thực vật. Phân lân có tác dụng làm cho cành lá khỏe, hạt chắc, quả hoặc củ to. Độ dinh dưỡng của phân lân được đánh giá băng hàm lượng $\%P_2O_5$ tương ứng với lượng photpho có trong thành phần của nó.
Nguyên liệu để sản xuất phân lân là quặng photphorit và apatit. Một số loại phân chính là supephotphat, phân lân nung chảy,...
$1$. Supephotphat
Có hai loại supephotphat là supephotphat đơn và supephotphat kép. Thành phần chính của cả hai loại là muối tan canxi đihiđrophotphat.
a) Supephotphat đơn
Supephotphat đơn chứa $14 -20\% P_2O_5$, được sản xuất bằng cách cho bột quặng photphorit hoặc apatit tác dụng với axit sunfuric đặc:
$$Ca_3(PO_4)_2 + 2H_2SO_4 \xrightarrow[{}]{{}} Ca(H_2PO_4)_2 +2CaSO_4 \downarrow $$
Cây trồng đồng hóa dễ dàng muối $Ca(H_2PO_4)_2$, còn $CaSO_4$ là phần không có ích, làm rắn đất. Ở nước ta, Công ti supephotphat và hóa chất Lâm Thao - Phú Thọ sản xuất loại supephotphat đơn này từ quặng apatit Lào Cai.
b) Supephotphat kép
Supephotphat kép chứa hàm lượng $P_2O_5$ cao hơn ($40 - 50\% P_2O_5$) vì chỉ có $Ca(H_2PO_4)_2$. Quá trình sản xuất supephotphat kép xảy ra qua hai giai đoạn: điều chế axit photphoric, và cho axit photphoric tác dụng với photphorit hoặc apatit:
$Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2PO_4 \xrightarrow[{}]{{}} 2H_3PO_4 + 3CaSO_4 \downarrow $
$Ca_3(PO_4)_2 + 4H_3PO_4 \xrightarrow[{}]{{}} 3Ca(H_2PO_4)_2$
$2$. Phân lân nung chảy
Để sản xuất phân lân nung chảy, người ta nung hỗn hợp bột quặng apatit (hay photphorit) với đá xà vân (thành phần chính là megie silicat) và than cốc ở nhiệt độ trên $1000^0C$ trong lò đứng. Sản phẩm nóng chảy từ lò đi ra được làm nguội nhanh bằng nước để khối chất bị vỡ thành các hạt vụn, sau đó sấy khô và nghiền thành bột.
Thành phần chính của phân lân nung chảy là hỗn hợp photphat và silicat của canxi và magie (chứa $12 -14\% P_2O_5$). Các muối này không tan trong nước, nên cũng chỉ thích hợp cho loại đất chua.
Ơ nước ta, phân lân nung chảy được sản xuất ở Văn Điển (Hà Nội) và một số địa phương khác.
III - PHÂN KALI
Phân kali cung cấp cho cây trồng nguyên tố kali dưới dạng ion $K^+$. Phân kali giúp cho cây hấp thụ được nhiều đạm hơn, cần cho việc tạo ra chất đường, chất bột, chất xơ và chất dầu, tăng cường sức chống bệnh, chống rét và chịu hạn của cây. Độ dinh dưỡng của phân kali được đánh giá bằng hàm lượng $\% K_2O$ tương ứng với lượng kali có trong thành phần của nó.
Hai muối kali clorua và kali sunfat được sử dụng nhiều nhất để làm phân kali.
Tro thực vật cũng là một loại phân kali vì có chứa $K_2CO_3$.