کلات ها و بنیان های کلاته کننده

کلات ها و بنیان های کلاته کننده

واژه کلات Chelate برای نخستین بار در دهه 1920 توسط پژوهشگران استفاده شد چراکه این واژه اصول چنگ زدن و نگهداشتن چیزی را که در فرآیند کلاته کردن روی می دهد را به خوبی توضیح می دهد. بیشتر کشاورزان بر روی عناصر نیتروژن، فسفر و پتاسیم توجه دارند و از اهمیت بقیه عناصر غافل هستند. ریزمغذی ها  حتی در مقدار کم نیز برای رشد گیاهان ضروری هستند. بدون استفاده از فرم کلاته این عناصر در دسترس گیاهان قرار نخواهند گرفت. واژه کلات از کلمه یونانی Chele گرفته شده به معنی چنگ زدن و نگاه داشتن توسط چنگال معنی می دهد.

در علم شیمی و مهندسی بسپار، به ترکیبی ناجورحلقه که دارای حداقل یک کاتیون فلزی (در هَم‌تافت‌ها) یا یون هیدروژن است چَنگاله یا کی‌لیت،(به انگلیسی: Chelate ) می‌گویند. چنگاله لیگاند دو یا چند دندانه‌ای، یعنی لیگاندی است که بیش از یک قسمت از آن با فلز تشکیل کمپلکس دهد. از بهترین نمونه‌های لیگاند در شیمی آلی فلزی، لیگاند EDTA یعنی ethylene diamine tetra acetic acid (اتیلن دی آمین تترا اسیتک اسید)را می‌توان نام برد. چنگاله در شیمی، فرایند نیست، بلکه به لیگاندی که بیش از یک جفت الکترون به فلز مرکزی کمپلکس بدهد اطلاق می‌شود.

در واقع کلاته کردن Chelation فرایندی است که طی آن یک ترکیب شیمیایی با یک یون فلزی ترکیب شده و آن را بصورت محکم نگه می‌دارد.

ماده‌ای که با اتصال به یون‌های فلزی ساختار حلقه‌ای پایدارتر تشکیل می‌دهد را چنگالنده (به انگلیسی: chelator) می‌گویند. اثر افزایش پایداری همتافت چنگاله‌ای در مقایسه با همتافت تک‌دانهٔ مشابه را اثر چنگاله‌ای می‌گویند.

امروزه کلاته های (چنگاله‌ها) مواد معدنی کم مصرف نظیر روی، مس، منگنز، کبالت، آهن و کروم در تغذیه انسان و دام و طیور استفاده می‌شوند. این فرم از مواد جذب بالاتری داشته و از لحاظ زیست فراهمی در سطح بالاتری هستند. چنگاله‌ها در پزشکی نیز استفاده می‌شوند.

بنیان کلاته کننده آهن ادتا

کلات ادتا EDTA چیست؟

EDTA به نام اسید و ادتیک اسید نیز شناخته می شود. این ترکیب یک جامد بی رنگ بوده که قابل حل در آب می باشد. این ترکیب ارای ساختار شش دندانه ای و خواص کی لیت سازی (توانایی آن به منظور جدا کردن یون های فلزی می باشند. این ترکیب اربردهای متفاوتی در زندگی روزمره ی ما دارند. یک عامل کی لیت سازی، ماده ای بوده که به یون های فلزی دیگر می چسپد.

برای اینکه بنیان کلات کننده عملکرد موثری داشته باشد باید دارای خصوصیات ذیل باشد:

۱- وزن مولکولی کلات نباید از حد مشخصی بیشتر باشد.

۲- مولکول کلات باید از نظر مجموع بار الکتریکی خنثی باشد که به راحتی با ترکیباتی که از نظر شیمیایی فعال هستند واکنش ندهد.

۳- ملکول کلات باید از ثبات ساختاری بالایی برخوردار باشد که عنصر معدنی کلاته شده در رقابت با دیگر عناصر موجود در محیط خاک برای جذب توسط گیاه پیشی بگیرد.

۴- عامل کلات کننده بایستی به آسانی توسط گیاه سوخت وسازشود.

چرا میکروالمنت های کلاته برتری دارند؟

بنیان های کلات کننده که مصرف خاکی دارند باید دارای ویژگی های زیر باشند:

• باعث افزایش دسترسی گیاه به مواد معدنی ریزمغذی شوند.
• مانع از تثبیت عناصر معدنی ریزمغذی خصوصاً در شرایط قلیایی خاک شوند.
• باعث افزایش تحرک عناصر معدنی ریز مغذی در خاک شوند.
• عامل کلاته باید مانع از آبشویی شود.

بنیان های کلات کننده که مصرف برگی و محلول پاشی دارند باید دارای ویژگی های زیر باشند:

• باعث افزایش دسترسی گیاه به مواد معدنی ریزمغذی شوند.
• مواد آلی کلات کننده باید اجازه عبور ماده غذایی را از سطح مومی برگ بدهند.
• باید کاملا در آب حل شوند.

انواع ترکیبات کلات ساز:

پنج دسته از مواد کلاتور وجود دارند که عموما با مواد معدنی ترکیب می شوند و در کشاورزی برای کاربرد در خاک و محلول پاشی برگ استفاده می شوند: ۱ – کلات های مصنوعی ۲- لیگنوسولفوناتها ۳- هیومیک یا فولویک اسید ۴- اسید های آلی ۵- پروتئین (اسید آمینه).

۱-کلات های مصنوعی، عمدتاً شامل کلات هایEDTA, DTPA, EDDHA می‌شوند که استفاده گسترده‌ای در کشاورزی دارند، اما در سال‌های اخیر استقبال از کلاتورهای آلی خصوصاًدر کشورهای توسعه یافته بیشتر شده است.

۲- لیگنوسولفونات ها، که از لیگنین(یک ترکیب شیمیایی داخل گیاه که باعث چوبی شدن بافت گیاه می‌شود) مشتق می‌شوند کاربرد زیادی در ترکیبات کلاته برای محلول پاشی ندارند. این ترکیبات عمدتاً در مصارف خاکی مورد استفاده قرار می گیرند، ولی بدلیل اندازه بزرگ مولکولی قادر به جذب از بافتهای گیاهی در محلول پاشی نیستند.

۳- هیومیک و فولویک اسید، قادر به کلاته کردن عناصر معدنی ریزمغذی بوده که بدلیل وزن بالای خود عمدتاً مصرف خاکی دارند. اگرچه بعضی از سازندگان مطرح کود مدعی هستند فولویک اسید تولیدی آنها دارای وزن پایینی است و قابلیت مصرف محلول پاشی را نیز دارد.

۴- اسیدهای آلی، شامل مالیک اسید، سیتریک اسید، فوماریک اسید و … هستند. اسیدهای آلی بدلیل اینکه جزئی از تولیدات مواد گیاهی هستند، دارای قابلیت جذب بالایی بوده و موثرتر از سایر فرم ها می باشند. این ترکیبات کلاته در محیط های قلیایی شدید، دارای پیوند شیمیایی ضعیف تری با عناصر معدنی ریزمغذی بوده و همچنین فرآیند تولید گران‌تری نسبت به سایر انواع این ترکیبات دارند.

۵- اسید های آمینه (پروتئین)، از دیگر انواع ترکیبات طبیعی هستند که نقش کلات سازی داشته و برای محلول سازی و انتقال مواد معدنی استفاده می شوند. آمینواسیدها می توانند به عنوان یک کلات ساز عمل کنند و با یون های فلز با دو بار مثبت تشکیل یک پیوند شیمیایی محکم می‌دهند.

کلاته های آهن

شکل کلاته شده یک عنصر مانند آهن نسبت به فرم معمولی آهن خیلی راحت تر و هم چنین سریع تر جهت گیاهان جذب می گردد. عناصری مانند آهن زمانی که به شکل کلاته درمی آیند خیلی راحت تر از فرم معمولی خود در گیاه جذب می شوند بنابراین کود آهن کلاته شده دارای جذب بهتری نسبت به کود معمولی است.

مهمترين عوامل كلاته كننده آهن كه در حال حاضر به مقدار زيادي بكار گرفته مي شوند، بنيانهاي آلي مي باشند كه نمك آهن اين تركيبات به عنوان كودEDTA, EDDHA, DTPA, EDDHMA, EDDHSA  مورد مصرف قرار مي گيرند.

مولکول آهن کلاته شده با بنیان EDTA

کودهای EDTA و DTPA هرچند مي توانند محتوي مقدار زیادی آهن تا حد 15 % باشند و از نظر قيمت به مراتب ارزان مي باشند، اما اين درصد بالاي آهن را نميتوانند بطور كامل در محيط هاي قليائي خاكهای ایران بصورت محلول حفظ كرده و آنگاه در اختيار گياه قرار دهند و در اين شرايط قليائي تحت تاثير شوك كلسيم، منيزيم و يا فسفات، آهن بصورت هيدروكسيد نامحلول رسوب مي كند. این کلات آهن با این دو بنیان بیشتر در محلول پاشی برگی کاربرد دارد.

ترکیب EDDHA در خاکهای قلیایی ایران دارای تاثیرات مطلوبی می باشد اما همانطور كه می دانید به غير از ايزومر ارتو- ارتو مي تواند محتوي ايزومرهاي ديگر همچون ارتو- پارا و پارا- پارا هم باشد. در طي فرايند توليد EDDHA تشکیل ايزومرهاي فوق غير قابل اجتناب است. با توجه به مباحث تغذيه گياهي و مكانيسم هاي جذب آهن توسط گياه و ماهيت فضایی اين كمپلكس از بين سه ايزومر فوق فقط ايزومر ارتو- ارتو توسط گياه جذب مي شود و مي تواند به عنوان كود مورد مصرف قرار گيرد.در حال حاضر کودهای ترکیب EDDHA بصورت پودر جامد كه محتوي مقدار كل 6 درصد آهن مي باشد به بازار ايران عرضه مي شوند که در بهترین حالت ممکن تنها دارای 4.8% ایزومر اورتو-اورتو قابل جذب گیاه می باشند.از آنجائيكه در حين ساخت تركيب Fe-EDDHA به غير محصول ايزومر ارتو-ارتو، امكان تشكيل ايزومرهاي ديگر همچون ارتو-پارا و پارا-پارا نیز وجود دارد و با توجه به مشكلات جداسازي اين ايزومرها از هم و ماهيت عنصر آهن و ساختار كمپلكس شش وجهی EDDHA و اندازه حلقه هاي حاصله ، اين دو ايزومر اخير نميتوانند با آهن كمپلكس داده و بالطبع نقش كود ايفا كنند و لذا جهت بدست آوردن محصولي كه محتوي ايزومر ارتو- ارتوي بيشتري باشد ، تركيب EDDHMA به عنوان کلات جدید معرفی شد.

ترکیب EDDHMA نمونه اصلاح شده تركيب Fe-EDDHA می باشد که بر خلاف ترکیب EDDHA در این ترکیب به غیر از ایزومر ارتو – ارتو امکان تشکیل ایزومرهای دیگر نیست اما نکته منفی در این محصول باقی مانده آن در طبیعت بود که حاصل آن در خاک و آب ترکیبات پاراکسول بود. مطابق اسناد و مدارک موجود، ترکیبات پاراکسول از نظر اثرات زیست تخریب پذیری در بدترین جایگاه قرار دارد و به عبارتی مسموم کننده و آلاینده بسیار خطرناک برای طبیعت می باشند.

کود های میکروالمنت کلاته شده با بنیان های کربوکسیلیک و اسید آمینه با نام تجاری میکروپلکس (شامل میکروپلکس آهن10 درصد، میکروپلکس روی 14 درصد، میکروپلکس میکس و میکروپلکس مس) به زودی معرفی خواهند شد. همچنین کود آهن 6 درصد کلاته شده با بنیان EDTA و  کود روی  18 درصد کلاته شده با بنیان کربوکسیلیک و مولیببدن کلاته نیز به زودی توسط شرکت ژیک شیمی کاو روانه بازار خواهند شد.