1. Khái niệm và tính chất của nguyên tố Sắt
- Nguyên tố Sắt là nguyên tố hoá học có ký hiệu Fe và số nguyên tử 26. Nó thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp trong bảng tuần hoàn hóa học và có khối lượng riêng cao, màu xám đen và tính kim loại tốt. Nguyên tử Fe có 26 proton và electron, cùng với 30 neutron. Nó có thể tạo ra nhiều hợp chất khác nhau với các nguyên tố khác.
* Tính chất vật lý
+ Fe là kim loại nặng, dễ rèn, màu trắng hơi xám.
+ Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt và có tính nhiễm từ (khác với các kim loại khác).
+ Fe có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm diện hoặc tâm khối tuỳ vào nhiệt độ.
* Tính chất hóa học
- Tác dụng phi kim
+ Khi đun nóng, sắt phản ứng với hầu hết các phi kim.
+ Sắt phản ứng với oxi: 3Fe + 2O2 → Fe3O4
+ Fe3O4 là oxit sắt từ, là oxit của hỗn hợp sắt có hóa trị II và III: FeO và Fe2O3
+ Sắt phản ứng với phi kim khác: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
+ Ngoài oxi (O) và lưu huỳnh (S), sắt có thể phản ứng với nhiều phi kim loại khác như Cl2, Br2,… tạo thành muối.
- Tác dụng với axit
+ Sắt phản ứng với HCl, H2SO4 loãng tạo muối sắt (II) và giải phóng H2:
Fe + 2HCl (loãng) → FeCl2 + H2 ↑
Fe + 2H2SO4 (loãng) → FeSO4 + H2 ↑
+ Chú ý: Sắt (Fe) không phản ứng với axit HNO3 đặc, nguội và axit H2SO4 đặc, nguội. Vì ở nhiệt độ thường, sắt tạo ra một lớp oxit bảo vệ kim loại không bị “thụ động hóa”, không bị hòa tan.
+ Sắt phản ứng với HNO3 đặc nóng, H2SO4 đặc nóng tạo thành muối sắt III:
2Fe + 6H2SO4 (đặc, nóng) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3 (đặc, nóng) → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
- Tác dụng với dung dịch muối
+ Khi một kim loại sắt kết hợp với muối của một kim loại yếu hơn, phản ứng tạo ra một muối và kim loại mới.
Fe + CuSO4 → Cu + FeSO4
- Tác dụng với nước
+ Khi kim loại sắt có thể phản ứng với nước, với điều kiện đun nóng ở nhiệt độ cao.
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 (< 5700C)
Fe + H2O → FeO + H2 (> 5700C)
2. Sắt được cây trồng hấp thụ như thế nào?
Rễ cây hấp thu sắt chủ yếu ở hai dạng Fe2+ và Fe3+
+ Dạng Fe3+ thường được khử thành Fe2+ trước khi rễ hấp thu.
+ Dạng Fe2+ được hấp thu và tồn tại nhiều trong cây trồng, nhưng lại dễ dàng bị oxy hóa thành Fe3+.
Cơ chế chính trong hấp thu sắt ở thực vật:
+ Rễ cây sản sinh ra các proton (H+), làm giảm pH ở vùng rễ, tăng tính hòa tan của sắt.
+ Rễ cây tiết ra các hợp chất được gọi là siderophores, có khả năng “chelation” nhằm “kìm sắt” để tăng khả năng hấp thu sắt.
Ở đất có tính kiềm, Fe3+ không được hòa tan, vì dễ dàng kết hợp với phosphate, carbonate, magie, calcium và các hydroxid. Vì vậy, cây thường biểu hiện triệu chứng thiếu sắt ở môi trường đất kiềm và môi trường đất có chứa nhiều calcium.
3. Vai trò của nguyên tố Fe trong cơ thể thực vật
- Sắt có vai trò là: Thành phần của xitocrom, tổng hợp diệp lục, hoạt hóa enzim
- Sắt (Fe) cần thiết cho sự tổng hợp và duy trì diệp lục tố trong cây, là thành phần chủ yếu của nhiều enzim, đóng một vai trò quan trọng trong sự chuyển hóa diệp lục tố.
- Sắt là yếu tố cần cho sinh trưởng và phát triển của cây và cũng rất cần cho sự phát triển của động vật. Nó có mặt trong thành phần và xúc tiến hoạt động của rất nhiều loại men từ đó ảnh hưởng đến nhiều quá trình sinh lý sinh trong cây:
+ Sự khử nitrat.
+ Quá trình quang hợp (khử CO2 và hoạt hóa diệp lục) trong hợp chất hữu cơ (gluxit, proteit và các chất điều hòa sinh trưởng).
- Vai trò của sắt rất đặc biệt trong sự hình thành các hợp chất hữu cơ phân tử lượng cao và hàm lượng sắt (Fe) chứa trong các chất hữu cơ trong cây.
- Sự thiếu sắt thường làm cho cây bị hiện tượng vàng lá do mất diệp lục: Khi thiếu thì thịt lá chuyển từ màu xanh sang vàng hay trắng, gân lá còn xanh. Xuất hiện ở các lá non trước, sau đó đến lá già.
+ Úa vàng ở các gân lá điển hình, các lá non bị ảnh hưởng trước tiên, đỉnh và mép lá giữ màu xanh lâu nhất.
+ Trường hợp thiếu nặng, toàn bộ thịt lá và gân lá chuyển vàng và cuối cùng trở thành trắng nhợt.
- Biểu hiện thừa sắt ở cây trồng:
+ Các lá non sẽ xuất hiện các đốm nâu nhỏ, sau đó lan dần vào giữa lá rồi toàn bộ lá.
+ Cây sinh trưởng chậm, còi cọc và ít đẻ nhánh. Toàn bộ đầu rễ bị đen và ít ra rễ mới.
+ Ví dụ: Cây lúa bị ngộ độc sắt xuất hiện các đốm nhỏ màu nâu trên lá già và bắt đầu từ đầu lá lan dần vào giữa làm cho toàn bộ lá chuyển sang màu nâu, tím, vàng, da cam, tùy thuộc vào giống. Một số giống lúa lá bị cuộn vào. Trong trường hợp nghiêm trọng lá chuyển sang màu nâu và chết.
+ Cây lúa sinh trưởng chậm, còi cọc, đẻ nhánh hạn chế. Hệ thống rễ bị tổn hại, rễ chết chuyển màu đen, ít rễ mới (rễ trắng). Nếu ngộ độc sắt xảy ra ở giai đoạn tạo năng suất, sự tăng trưởng của cây lúa không bị ảnh hưởng nghiêm trọng, tuy nhiên năng suất lúa giảm do sự ngộ độc sắt ảnh hưởng đến quá trình thụ phấn của lúa.
4. Giải pháp cung cấp sắt cho cây trồng
- Sắt trong đất:
+ Hàm lượng khá cao, khoảng 10% và thường ở dạng các hợp chất oxit, hydroxit, photphat và các silicat.
+ Trong môi trường đất thoáng khí, hữu cơ có tính kiềm thì sắt ở hóa trị III, còn trong điều kiện ngập nước, chua thì sắt thường ở dạng hóa trị II.
- Điều chỉnh pH đất: Sắt dễ bị khóa trong đất khi pH đất quá cao, vì vậy giảm pH đất (bằng cách thêm lưu huỳnh hoặc các chất hữu cơ khác) có thể giúp cây dễ dàng hấp thụ sắt hơn.
- Bón phân chứa sắt: Các loại phân bón chứa Fe (dạng chelated Fe, như Fe-EDDHA, Fe-EDTA) là một trong những cách hiệu quả để cung cấp sắt cho cây, đặc biệt là trong đất kiềm hoặc có pH cao, nơi cây thường khó hấp thụ sắt.