کلات کننده چیست؟ کاربرد آن‌ها؛ نحوه استفاده از کود کلات

در دنیای کشاورزی و صنعت، استفاده از ترکیبات شیمیایی برای بهبود عملکرد و کیفیت فرآیندها اهمیت زیادی دارد. یکی از این ترکیبات که تأثیر قابل توجهی در زمینه‌‌های مختلف دارد، مواد کلات کننده هستند. این مواد به طور خاص در بهینه ‌سازی جذب مواد مغذی توسط گیاهان و بهبود کیفیت خاک نقش مهمی ایفا می‌کنند. علاوه بر کشاورزی، کاربرد کلات کننده ها در صنایع دیگری همچون داروسازی، تصفیه آب و صنایع شیمیایی نیز به طور فزاینده‌‌ای در حال گسترش است. در این مطلب به بررسی دقیق‌‌تر کاربردها و روش‌های استفاده از این مواد خواهیم پرداخت تا بیشتر با نقش حیاتی آن‌‌ها در فرآیندهای مختلف آشنا شوید.

کلات چیست؟

کلات به ساختاری اطلاق می ‌شود که در آن یک یون فلزی توسط یک عامل شیمیایی (مولکول کلات‌ کننده) به‌ طور هماهنگ و پایدار احاطه می‌‌شود. در این ساختار، یون فلزی معمولاً به وسیله پیوندهای داتیو به اتم‌‌های خاصی از مولکول‌‌های کلات کننده متصل می‌‌شود. این پیوندها باعث می‌‌شود که یون فلزی به ‌صورت یک مولکول پیچیده و پایدار باقی بماند که ویژگی‌‌های خاص خود را در تعامل با محیط‌‌های مختلف به نمایش می‌گذارد.

این ساختارهای شیمیایی به ‌ویژه در فرآیندهایی که نیاز به انتقال فلزات به صورت پایدار دارند، مانند جذب مواد مغذی در گیاهان یا در فرآیندهای صنعتی، اهمیت دارند. از این رو، کلات‌‌ ها نقش کلیدی در شیمی معدنی و فرآیندهای زیستی ایفا می‌کنند.

کلات ‌کننده چیست؟

کلات کننده‌ها ترکیبات شیمیایی هستند که قابلیت تشکیل پیوندهای پایدار با یون‌‌های فلزی را دارند. این ترکیبات به‌ طور ویژه طراحی شده‌‌اند تا با جذب و نگهداری یون‌‌های فلزی، از واکنش‌‌های غیرمنتظره یا ناپایداری جلوگیری کنند. کلات‌ کننده‌‌ها شامل لیگنوسولفونات‌ها، هیومیک اسید و فولویک اسید، اسیدهای آلی، آمینواسیدها می‌‌شوند که به ‌طور مستقیم با یون‌‌های فلزی پیوند برقرار می‌کنند. این پیوندها به‌ طور موقتی یون فلزی را در یک ساختار محصور قرار می‌دهند و باعث می ‌شوند که این یون‌‌ها برای استفاده‌‌های بعدی در دسترس باقی بمانند. در بسیاری از واکنش ‌های شیمیایی و بیوشیمیایی، وجود کلات کننده ها برای کنترل و هدایت مسیر واکنش‌‌ها و بهبود کارایی فرآیندها ضروری است.

مراحل فرآیند کیلاتیون

1. آغاز فرآیند: در این مرحله ابتدا یک یا چند لیگاند همراه با یون فلزی با هم ترکیب می‌شوند و پیوند ایجاد می‌کنند.
2. احاطه یون فلزی و تشکل کمپلکس پایدار: پس از برقراری پیوند، یون فلزی به ‌طور کامل توسط کلات‌ کننده احاطه می ‌شود. نتیجه نهایی فرآیند کیلاتیون، تشکیل یک کمپلکس پایدار است که در آن یون فلزی به ‌طور محکم و ایمن در مرکز ساختار کلات کننده قرار می‌گیرد. این کمپلکس می‌‌تواند در برابر تغییرات شیمیایی و محیطی مقاوم باشد و به‌ طور مؤثر در فرآیندهای مختلف زیستی یا صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
3. پایداری و انتقال: کلات‌ها به ‌دلیل ساختار پیچیده و محکم خود، معمولاً ویژگی‌های پایداری دارند که باعث می‌‌شود یون فلزی به‌ راحتی در سیستم‌‌های مختلف حرکت کرده و به ‌طور مؤثر به محل ‌های مورد نیاز در گیاهان یا سیستم‌‌های صنعتی منتقل شود. به‌ ویژه در کشاورزی، کلات‌ها می‌ توانند از اختلالات ناشی از تغییرات pH یا شرایط نامساعد محیطی جلوگیری کنند.

عوامل مؤثر در فرآیند کیلاتیون

• قدرت لیگاند: قدرت لیگاندهای کلات کننده، یعنی توانایی آن‌‌ها برای تشکیل پیوند با یون‌‌های فلزی، در میزان موفقیت فرآیند کیلاتیون تأثیرگذار است. لیگاندهای قوی‌‌تر معمولاً کمپلکس‌های پایدارتری تشکیل می‌‌دهند.
• پیچیدگی ساختار کلات ‌کننده: پیچیدگی ساختار شیمیایی کلات کننده نیز بر کیفیت فرآیند کیلاتیون تأثیر می‌گذارد. کلات‌کننده‌‌هایی که قادر به تشکیل پیوندهای متعدد با یون فلزی هستند، پایداری بیشتری خواهند داشت.
• pH محیط: pH محیط می ‌تواند بر روند کیلاتیون تأثیر بگذارد. در pH های خاص، کلات‌ کننده‌ها ممکن است به‌ طور مؤثرتری یون فلزی را به خود جذب کنند.
• نوع یون فلزی: ویژگی‌های یون فلزی نیز می‌تواند بر فرآیند کیلاتیون اثر بگذارد. یون‌های مختلف دارای ویژگی‌های شیمیایی متفاوتی هستند و برخی از آن‌ها به‌ راحتی با کلات‌ کننده‌ها پیوند برقرار می‌کنند، در حالی که برخی دیگر نیاز به شرایط خاصی دارند.

ترکیبات و عامل‌های کلات کننده

در ادامه این مطلب با انواع ترکیبات و عامل‌های کلات کننده آشنا می‌شویم.

• کلات‌‌های مصنوعی (Synthetic Chelators)

کلات‌‌های مصنوعی ترکیباتی با پایداری بالا هستند که به ‌طور خاص برای تشکیل کمپلکس‌‌های پایدار با یون‌های فلزی طراحی شده‌اند. این کلات‌ها که از قدرت حل شوندگی بالا در آب برخوردارند، اغلب از ترکیبات شیمیایی پیچیده‌ای تشکیل می‌شوند که شامل چندین گروه عاملی هستند تا پیوندهای داتیو با فلزات ایجاد کنند. این ترکیبات در کشاورزی و صنایع شیمیایی به ‌ویژه برای کنترل و انتقال فلزات مغذی در خاک یا محلول‌های آبی کاربرد دارند. کلات‌های DTPA و EDDHA و EDTA از کلات‌های مهم در صنعت کشاورزی می‌باشند که اصلی ترین آن‌ها EDTA (اتیلن دی‌آمین تترا استیک اسید) می‌باشد. EDTA یکی از رایج‌ ترین کلات‌ های مصنوعی است که به ‌طور گسترده در کشاورزی برای بهبود جذب فلزات توسط گیاهان استفاده می‌شود. این کلات دارای 4 گروه اسیدی است و از آن برای جذب فلزات سنگین از محیط زیست، نرم کننده‌های آب، عامل‌های پاکسازی و حتی درمان برخی مسمومیت‌های فلزی استفاده می‌شود.

ترکیب EDDHMA نیز کلات دیگری است که در کلات عنصری مثل آهن استفاده می‌شود اما نکته منفی در مورد این کلات، این است که در طبیعت باقیمانده داشته و برای محیط زیست خطرناک می‌باشد.

• لیگنوسولفونات‌‌ها (Lignosulfonates)

لیگنوسولفونات‌ها ترکیباتی هستند که از لیگنین، یکی از اجزای اصلی دیواره سلولی گیاهان، به‌ دست می‌آیند. این ترکیبات به‌ طور طبیعی قابلیت تشکیل پیوند با یون‌های فلزی را دارند و به ‌ویژه در تصفیه آب، کنترل رسوب فلزات و بهبود دسترسی گیاهان به مواد مغذی در خاک‌های قلیایی و آهکی استفاده می‌شوند. لیگنوسولفونات‌ها قابلیت استفاده در محلول‌پاشی را ندارند و عمدتا در مصارف خاکی برای تثبیت فلزات در خاک و همچنین در صنایع شیمیایی برای ایجاد پایداری در فرآیندهای مختلف به کار می‌روند.

• هیومیک اسید (Humic Acid)

هیومیک اسید یک ترکیب آلی طبیعی است که از تجزیه مواد گیاهی و جانوری در خاک تشکیل می‌‌شود. این ترکیب توانایی بالایی در جذب و نگهداری یون‌های فلزی دارد و به علت وزن بالا در مصارف خاکی قابل استفاده است. کود هیومیک اسید به ‌عنوان یک کلات کننده طبیعی در کشاورزی برای بهبود ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک‌ها، بهبود جذب مواد مغذی توسط گیاهان و افزایش پایداری مواد آلی در خاک استفاده می‌شود. این ترکیب همچنین می ‌تواند به جذب آب و نگهداری مواد مغذی در خاک کمک کند.

•  فولیک اسید (Fulvic Acid)

فولیک اسید نیز مانند هیومیک اسید از مواد آلی خاک به ‌دست می‌آید، اما ساختار مولکولی کوچک تری دارد و به‌راحتی وارد بافت‌های گیاه می‌شود. این اسید، مشابه هیومیک اسید، قادر به تشکیل کمپلکس‌های کلاتی با فلزات است. در برخی منابع عنوان شده است که فولیک اسید به علت وزن پایین قابلیت استفاده در مصارف محلول‌پاشی را دارد.

•  اسیدهای آلی (Organic Acids)

اسیدهای آلی معمولاً ترکیبات ساده‌ای هستند که دارای یک یا چند گروه کربوکسیلات (-COOH) در ساختار خود هستند. این اسیدها قادر به تشکیل پیوندهای داتیو با یون‌های فلزی از طریق گروه کربوکسیلات خود هستند. اسیدهای آلی در کشاورزی و صنایع شیمیایی برای کلات کردن فلزات مغذی و بهبود دسترسی گیاهان به آن‌ها استفاده می ‌شوند. از نمونه اسیدهای آلی عبارتند از:

1. اسید سیتریک: به‌ عنوان یک اسید آلی، توانایی بالایی در تشکیل کمپلکس با یون‌های فلزی و تسهیل جذب آن‌ها در گیاهان دارد.

2. اسید مالیک: از دیگر اسیدهای آلی است که مخصوصا در سیستم‌های بیولوژیکی و کشاورزی کاربرد دارد.

•  آمینو اسیدها (Amino Acids)

آمینواسیدها ترکیبات آلی هستند که از گروه‌های آمینی (-NH2) و گروه‌های کربوکسیلات (-COOH) تشکیل شده‌‌اند. این ترکیبات می‌‌توانند به‌ عنوان لیگاندهای کلات کننده عمل کرده و با یون‌‌های فلزی پیوند برقرار کنند. آمینو اسیدها در فرآیندهای بیولوژیکی و کشاورزی برای بهبود جذب فلزات توسط گیاهان، جلوگیری از شستشوی آن‌ها و حفظ پایداری فلزات در محلول‌های آبی استفاده می‌‌شوند. گلایسین یکی از آمینواسیدهای کوچک است که در کشاورزی و بیوشیمی برای تشکیل کمپلکس‌های فلزی استفاده می‌شود. کلات گلایسین به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، مزایای قابل توجهی نسبت به سایر کلات‌ها دارد. اکثر کودهای تولیدی شرکت بازارگان‌کالا با برند نوتریتِک نیز با کلات گلایسین تهیه شده است. در اینجا به برخی از این مزایا اشاره می‌کنیم:

1. جذب سریع و کارآمد: گلایسین، به عنوان کوچک‌ترین اسید آمینه، به راحتی توسط گیاهان جذب می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که عناصر ریزمغذی کلات شده با گلایسین به سرعت به گیاه منتقل شده و در دسترس قرار گیرند. این جذب سریع، به ویژه در شرایطی که گیاه با کمبود عناصر ریزمغذی مواجه است، بسیار حائز اهمیت می‌باشد.

2. تحرک بالا در گیاه: گلایسین، علاوه بر تسهیل جذب، به انتقال مؤثرتر عناصر ریزمغذی در داخل گیاه کمک می‌کند. این تحرک بالا، باعث می‌شود که عناصر ریزمغذی به طور یکنواخت در سراسر گیاه توزیع شده و به اندام‌های هدف برسند.

3. سازگاری با محیط زیست: گلایسین یک ترکیب آلی طبیعی است و به همین دلیل، کلات‌های گلایسین نسبت به کلات‌های مصنوعی مانند EDTA، سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند. این ویژگی، به ویژه در کشاورزی پایدار و ارگانیک، از اهمیت بالایی برخوردار است.

4. افزایش مقاومت گیاه: گلایسین در تقویت سیستم ایمنی گیاه نقش دارد و به گیاه کمک می‌کند تا در برابر تنش‌های محیطی مانند خشکی، شوری و بیماری‌ها، مقاومت بیشتری نشان دهد. همچنین گلایسین در تولید پروتئین نیز به گیاه کمک می‌کند.

5. بهبود کیفیت محصولات: استفاده از کلات‌های گلایسین می‌توانند به بهبود کیفیت محصولات کشاورزی از نظر طعم، رنگ و ارزش غذایی کمک کنند.

6. کاربرد گسترده: کلات‌های گلایسین می‌توانند برای طیف گسترده‌ای از عناصر ریزمغذی مانند آهن، روی، منگنز و مس مورد استفاده قرار گیرند.

همچنین در مقایسه با کلات‌های مصنوعی مانند EDTA، کلات‌های گلایسین زیست‌تخریب‌پذیرتر و سازگارتر با محیط زیست هستند. در مقایسه با کلات‌های طبیعی مانند هیومیک اسید و فولویک اسید نیز، کلات‌های گلایسین جذب سریع‌تر و تحرک بالاتری در گیاه دارند.

کاربردهای کلات کننده ها

در ادامه مهم ترین موارد مصرف و کاربردهای کلات کننده‌ها را بررسی می‌کنیم.

صنعت داروسازی

کلات کننده ها در درمان مسمومیت‌های فلزی نظیر مسمومیت با سرب، آرسنیک و جیوه کاربرد دارند. این ترکیبات شیمیایی با یون‌های فلزی پیوند برقرار می‌کنند و آن‌ها را از بدن انسان یا حیوانات از طریق ادرار یا صفرا خارج می‌کنند. این فرآیند به ‌طور مؤثر آسیب‌‌های بافتی ناشی از این فلزات را کاهش داده و در موارد مسمومیت شدید می ‌تواند جان افراد را نجات دهد.

صنعت تصفیه آب

در تصفیه آب، کلات کننده ها برای حذف فلزات سنگین از منابع آب استفاده می‌‌شوند. کلات کننده‌ها با تشکیل کمپلکس‌هایی با یون‌های فلزی، از پیوستن آن‌‌ها به ذرات معلق در آب جلوگیری کرده و به ‌طور مؤثر فلزات سنگین مانند سرب، کادمیوم و جیوه را از آب جدا می‌کنند. این امر به کاهش آلودگی آب و جلوگیری از آسیب‌‌های زیست‌ محیطی کمک می‌کند. همچنین، کلات کننده ها در تصفیه آب‌‌های صنعتی و بازیافت آب از نقش اساسی برخوردارند.

صنایع شیمیایی و تولید مواد اولیه

در صنایع شیمیایی، کلات کننده ها برای جلوگیری از رسوب فلزات و پیوند آن‌ها به دیگر ترکیبات به‌ کار می‌روند. در فرآیندهای تولید رنگ، پلاستیک و حتی در واکنش‌های کاتالیستی، کلات کننده‌ها از تشکیل رسوبات فلزی جلوگیری کرده و واکنش‌ها را در شرایط بهینه‌تری انجام می‌دهند.

صنعت غذایی

در صنعت غذایی، کلات کننده ها نقش مهمی در جلوگیری از اکسیداسیون فلزات و حفظ کیفیت مواد غذایی ایفا می‌کنند. به ‌خصوص در فرآیندهای نگهداری مواد غذایی مانند کنسروها و نوشیدنی‌ها، استفاده از کلات کننده‌ها به ‌منظور جلوگیری از تغییرات رنگ، طعم و فساد غذایی ضروری است. این ترکیبات می‌توانند فلزات مضر مانند آهن و مس را که موجب فساد مواد غذایی و تغییرات طعم می‌شوند، به ‌صورت پایدار در خود نگه دارند و عمر مفید محصولات را افزایش دهند. علاوه بر این، کلات کننده ها به ‌عنوان محافظت‌کننده‌های طبیعی از اکسیداسیون در مواد غذایی فرآوری ‌شده نیز به‌کار می ‌روند.

کشاورزی و باغبانی

کلات کننده ها در تولید کودهای شیمیایی کاربرد دارند. در این فرآیند، فلزات ضروری مانند آهن، روی و منگنز که برای رشد گیاهان لازم هستند، به ‌طور مؤثر با استفاده از کلات‌ها به گیاهان رسانده می‌‌شوند. این ترکیبات باعث می‌شوند فلزات در خاک‌های قلیایی و شنی که به‌ طور معمول یون‌های فلزی در دسترس نیستند، با تشکیل کمپلکس‌هایی فلزات را در شکل قابل حل حفظ می کنند و به گیاهان اجازه می‌دهند تا این مواد مغذی را جذب کنند. علاوه بر این، این ترکیبات می‌توانند از تجمع و شستشوی فلزات از طریق آبیاری جلوگیری کرده و به بهره ‌وری بالا در کشت گیاهان کمک کنند، که در این میان کلات‌های گلایسین به دلیل جذب سریع، تحرک بالا، سازگاری با محیط زیست و توانایی در بهبود کیفیت محصولات، گزینه مناسبی برای تأمین عناصر ریزمغذی مورد نیاز گیاهان هستند.