Роль азота в природе


Что такое круговорот азота в природе

 

Азот является неотъемлемой частью биосферы Земли, поскольку является веществом, так или иначе влияющем на жизнедеятельность всех живых организмов. В частности, воздух, которым дышат все живые существа, состоит на 78 процентов именно из азота. По замкнутым взаимосвязанным путям азот совершает полноценный круговорот во всей биосфере, в научной сфере этот круговорот называется биогеохимическим циклом. И чаще всего этот самый круговорот осуществляется именно за счёт почвенных процессов.

 

Роль азота в природе

 

Обитающие там микроорганизмы играют ключевую роль в этом процессе, осуществляя при этом отдельный круговорот ‒ уже в почве. Азот может существовать в почве в форме газа и в форме нитритов, нитратов и аммония, иными словами, азот в почве представлен простым веществом и ионами. Уровень концентрации этих ионов напрямую связан с состоянием атмосферы, с происходящими с почвой процессами, с состоянием экосистем. Происходящие в почве процессы позволяют сократить опасные для живых существ концентрации веществ с содержанием азота, стабилизируют химический состав почвы, а это, в свою очередь, влияет на всю биосферу Земли.

 

 

Этапы круговорота азота в природе


 

 

Круговорот азота в природе осуществляется в результате нескольких этапов. Во-первых, происходит азотфиксация, когда атмосферный азот (N2) фиксируют микроорганизмы, бактерии или цианобактерии, живущие в почве, а также вступающие в симбиоз с растениями или отдельными животными; в результате азотфиксации образуются нитриты и аммиак (NH3).

 

Роль азота в природе

 

Во-вторых, происходит аммонификация, когда органические азотсодержащие вещества переходят в минеральный азот, и такое осуществляется, в частности, в ходе гниения органических веществ, и почвенные бактерии напрямую влияют на этот процесс, в ходе которого сложные белки распадаются на ионы аммония и аммиак.

 

В-третьих, осуществляется нитрификация, когда соли аммиака постепенно переходят в соли азотной кислоты, в нитриты и нитраты, при этом часть связанных с этим почвенных бактерий производят окисление аммиачных солей в нитриты, а другая часть завершает дело, окисляя нитриты в нитраты.


 

 

В-четвёртых, осуществляется денитрификация, когда в результате деятельности бактерий и микроорганизмов азотосодержащие вещества подвергаются обратным процессам, то есть, нитраты переходят в нитриты, а после в газообразные оксиды, и возвращаются обратно в атмосферу. После этого цикл повторяется вновь.

 

Роль азота в природе

 

В-пятых, происходит ассимиляция, когда неорганическая форма азота, например, нитраты, становится органической (переходит, например, в аминокислоты) и усваивается растениями, после гибели которых содержащийся азот вновь становится неорганическим в результате аммонификации.

 

 

Факторы, влияющие на круговорот азота в природе

 

 

В естественных условиях процессы в рамках круговорота находятся в равновесии, то есть, фиксация азота и нитрификация уравновешивают денитрификацию. Какая-то часть азота постоянно присутствует в почве, какое-то количество выходит на поверхность Земли из недр во время вулканических процессов, часть атмосферного азота оказывается в верхних слоях атмосферы и впоследствии улетучивается в космический вакуум.

 

 

Азотфиксация


 

 

Азотфиксация также может называться диазотрофией, и осуществляется деятельностью почвенных прокариотных бактерий. Азотфиксация может служить краеугольным камнем круговорота азота в природе. Из-за тройной ковалентной связи атомов молекулы азота это вещество не способно самостоятельно принимать участие в окислительных и восстановительных реакциях, и растения и животные не могут таким образом использовать азот. Катализаторами для этих реакций являются выделяемые микроорганизмами ферменты наподобие ферредоксина, гидрогеназы и нитрогеназы.

 

Роль азота в природе

 

Азотфиксация требует большое количество энергии: например, на одну молекулу азота потребуется минимум 12 молекул аденозинтрифосфата, или на 1 миллиграмм азота нужно будет примерно 500 миллиграммов сахарозы. Азотфиксация осуществляется преимущественно в анаэробных условиях, поскольку важнейший для азотфиксации фермент, нитрогеназу, молекулярный кислород попросту блокирует. Некоторые аэробные бактерии имеют свои способы защиты фермента от кислородного блокирования.

 

 

Азотфиксацию осуществляют свободноживующие прокариотные бактерии, тесно связанные с растениями бактерии (места их скоплений ‒ прикорневая зона и листья), а ещё бактерии, живущие в симбиозе. Человек в каком-то смысле может способствовать азотфиксации в почве путём внесения небольших доз азотных удобрений (но лишь небольших, поскольку повышенные дозы окажут противоположный эффект). Также есть ряд особых бактериальных удобрений, направленных на повышение урожайности отдельных культур, для которых свойственен симбиоз с бактериями-азотфиксаторами.

 

 

Нитрификация


 

 

В ходе нитрификации аммиак переходит в азотистую и азотную кислоту. Это аэробный процесс, который происходит преимущественно в почве, но также и в воде. Нередко приводит к тому, что в почве и в воде появляется много токсичных нитратов. Процессы нитрификации состоят из двух этапов. В первом этапе аммиак сложным путём окисляется нитрозными бактериями, после чего становится нитрит-анионом, бактерии для этого используют ферменты-катализаторы аммиакмонооксигеназу, гидроксиламиноксидоредуктазу и цитохромоксидоредуктазу.

 

Роль азота в природе

 

 

Во втором этапе нитрит-анион (в азотистой кислоте) окисляется уже нитратными бактериями и становится нитрат-анионом (в азотной кислоте), для этого используется нитрит-оксидоредуктаза. Осуществляющие эти сложные химические реакции бактерии относятся к протеобактериям, являющимся самыми распространёнными на Земле бактериями. Нитрификация может проводиться как автотрофным способом, так и гетеротрофным.

 

 

Аммонификация


 

 

Процесс аммонификации неизбежно связан с гниением, а точнее, с  разложением органических веществ, и в первую очередь ‒ белка. Микроорганизмы осуществляют гидролиз белка с помощью фермента под названием протеаза, белок переходит в пептон, потом из него создаются полипептиды, а те идут на формирование аминокислот, которые подвергаются процессу, известному как дезаминирование, и среди продуктов этого процесса есть и аммиак.

 

Аэробные условия позволяют разложить белок максимально глубоко и окончательно, с полным расходованием энергетического запаса белка, а вот анаэробные условия не позволяют сильно глубоко расщепить белок. Возникающий при гниении неприятных запах связан с выделением сероводорода и меркаптана из тех белков, в которых содержалась сера, а также с выделением индола и скатола, а ещё фенола, возникающие при расщеплении аминокислот. Большая часть выделенного аммиака остаётся в итоге в почве, другая его часть поступает в тела бактерий и микроорганизмов, где и синтезируется.

 

Те бактерии, что осуществляют аммонификацию, тоже имеют очень широкое распространение во всех видах почв и водоёмов. При этом бактерии, отвечающие за аммонификацию, осуществляют расщепление белка и выделяют аммиак, который может быть окислен и превращён в азотную кислоту в ходе нитрификации. На аммонификацию способны отдельные виды как аэробных, так и анаэробных бактерий, в том числе те, что могут быть частью кишечной микрофлоры животных и человека и в их экскрементах.


 

После гибели организма животного или человека такие бактерии, бывшие частью микрофлоры, начинают осуществлять ускоренное разложение мёртвого организма с выделением зловония. Вместе с тем, свежие экскременты и навоз невозможно использовать в качестве питательных веществ, поскольку азотистые вещества в них не до конца минерализованы, и им ещё предстоит продолжить распадаться на аммиачные и азотнокислотные соли уже в слое почвы. Ещё аммонификация может осуществляться в перегное и гумусе, но содержащиеся там азотистые вещества распадаются крайне медленно, и в условиях умеренного климата за год может разложиться лишь один-три процента гумуса.

 

Лучше же разлагается мочевина, или диамид угольной кислоты, её в почве расщепляют уробактерии, выделяющие фермент под названием уреаза, и мочевина сначала становится углеаммиачной солью, которая распадается на аммиак и углекислоту.

 

 

Денитрификация

 

 

В отличие от нитрификации и аммонификации, денитрификация является восстановительным процессом, а не окислительным, и он связан с возвращением азота в атмосферу. На такое способны как бактерии-прокариоты (и археи-прокариоты), так и эукариотами, а именно: грибами (в том числе дрожжевыми) и клетками печени животных.

 


Роль азота в природе

 

Денитрификация осуществляется в анаэробных условиях, поскольку подавляется молекулами кислорода, а ещё относится к анаэробному дыханию. Это процесс, в котором именно нитраты и продукты реакций восстановления нитратов, а не кислород, используются для окислительных реакций, и одни бактерии тем самым осуществляют окисление органических веществ, а другие окисляют минеральные вещества; при такого рода окислении выделяется энергия, и это часть метаболических процессов микроорганизмов.

 

 

В осуществлении денитрификации участвуют ферменты наподобие нитратредуктазы, редуктазы окиси и закиси азота. Полный процесс реакции с получением энергии под силу лишь прокариотам, способным как к обычному кислородному дыханию, так и к анаэробному, у эукариотов такое невозможно. Отдельные микроорганизмы проводят процесс не полностью, поскольку обладают лишь частью ферментов.

 

А есть такие микроорганизмы способны не только к денитрфикации, но и к азотфиксации. Эукариоты при денитрифкации не получают энергию, но они проводят этот процесс с целью очистить организм (как свой, так и окружающий “большой” организм, если речь идёт о клетках печени) от нитритов.

 

 

 

Ассимиляция


 

 

Указанная ранее денитрификация является диссимиляционным процессом восстановления нитрата, но она может осуществляться ассимиляционным путём. Иначе говоря, ассимиляция тоже является денитрификацией, но иного толка. Ассимиляция связана с жизнедеятельностью растений, части грибов и прокариотов, способных существовать в нитратных средах. Этот процесс всегда требует энергии.

 

Аммоний и нитраты из почвы, которые поглощают микробные и бактериальные клетки, на время выпадают из процесса круговорота азота, будучи включёнными в особые полимеры клеток, и за это время неорганические азотистые вещества становятся органическими, когда они включаются в состав молекул клеток растений. Под влиянием фермента нитратредуктазы нитрат становится нитритом, а под действием другого фермента, нитритредуктазы, нитрит становится аммиаком, который является составляющей аминокислот, и после этого азот может вернуться в атмосферу.

 

Азот в атмосфере

 

 

Без азота, по сути, не была бы возможна жизнь на Земле в принципе. Поэтому столь высоко содержание азота в атмосфере (78 процентов), при этом лишь сотая процента азота может содержаться в литосфере. Азот как часть аммиака (NH3) был одним из тех летучих веществ, что выбралась из недр во время активной вулканической деятельности на ещё только появившейся Земле миллиарды лет тому назад.


 

Потом, когда в атмосфере возник свободный кислород (в том числе за счёт появления первых организмов, способных к фотосинтезу), он начал вступать в реакцию с аммиаком, и продуктом этого становился свободный азот. В естественных условиях невозможна реакция между свободным азотом и свободным кислородом, поэтому и атмосфера с момента образования её основного состава не меняется; часть же аммиака растворилась в водах первого Мирового океана.

 

Роль азота в природе

 

Азотные соединения генерируются во время гроз. При разряде молнии мощностью в 200 миллионов киловатт воздух мгновенно накаляется до двадцати тысяч градусов, это провоцирует распад молекул азота и кислорода, после чего эти молекулы вначале могут соединиться в окись азота, а после мгновенного охлаждения воздуха после разряда окисление продолжается и формируется двуокись азота.

 

Атмосферная влага и осадки провоцируют превращение двуокиси азота в слабую азотную кислоту, которая затем попадает в почву и тем самым минерализует её. Фиксация азота в атмосфере может произойти и по фотохимическому сценарию: молекула азота (N2) может поглотить квант света, после чего становится активированной и ей становится намного легче соединиться с кислородом.

 

Азот в почве


 

 

Фиксация атмосферного азота в ходе деятельности свободноживущих и симбиотических организмов позволяет насыщать азотом почву (это в естественных условиях, но есть ещё и минеральные и органические азотные удобрения как продукт антропогенной деятельности).

 

Практически весь почвенный азот представлен в гумусе, и больше всего гумуса в чернозёмных почвах (толщина гумусового горизонта может составлять полтора-два метра, уровень запасов составляет от 600 до 900 тонн на гектар). Куда меньший уровень гумуса (от 120 до 140 тонн на гектар) имеют дерново-подзолистые почвы, у которых азот скапливается в верхнем горизонте (до 25 сантиметров).

 

 

В естественных условиях около четырёх-пяти процентов всего азота содержится в гумусе, но в ходе продолжительного использования почв без органических удобрений количество азота в гумусе подрастает до шести-семи процентов. Лишь два процента азота в пахотном почвенном слое являются минеральными соединениями, остальной объём ‒ органический.

 

Уровень нитратов серьёзно вариьируется из-за процессов, связанных с круговоротом азота (ранее упомянутые аммонификация, нитрификация, денитрификация), а ещё с уровнем азотной ассимиляции, с тем, как применяют удобрение, и ещё на это влияет водный режим.

 

От 75 до 95 процентов азота в составе слабощелочных и нейтральных почв присутствует в форме нитратов. Уровень хозяйственного использования почвы влияет на уровень нитратов в пахотном слое (от 30 до 150 килограммов на гектар). Минеральный азот накапливается перед посевом, в начале развития культурных растений и после уборки урожая, однако эти вещества подвергаются ассимиляции растущими растениями, и это снижает уровень минерального азота до уровня в пять-восемь килограммов на гектар.

 

 

Азот в живых организмах

 

 

Азот не только влияет на жизнь на Земле, но и влияет на жизнедеятельность всех живых организмов в отдельности. от 16 до 18 процентов массы белков занимает азот, он есть в нуклеиновых кислотах (ДНК и РНК), в нуклеопротеидах, в аминокислотах, хлорофилле, гемоглобине.

 

Роль азота в природе

 

Азот помогает в формировании пептидных связей, в формировании всех видов белков, является критически необходимым при создании аминокислот, “строительного материала” белков и нуклеиновых кислот. Аминокислоты также лежат в основе биосинтеза таких веществ, как пигменты, витамины, медиаторы, гормоны, пиримидиновые и пуриновые основания. Около 44-х процентов массы тела составляют белки, формируемые в том числе азотом.

 

 

Оксид азота (NO) может использоваться в медицине в качестве иммунотропного медиатора; в человеческом организме оксид азота формируется и накапливается в эндотелии. Оксида азота контролирует тонус гладкой мускулатуры сосудистой системы, контролирует нормальное артериальное давление, для желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы является нейромедиатором, а также помогает уничтожать внутриклеточных паразитов.

 

В то же время, если организм столкнулся с сепсисом, происходит выброс оксида азота, а это ускоряет наступление септического шока. Также оксида азота участвует в развитии заболеваний, то есть, служит нейромедиатором при бронхиальной астме, хроническом гломерулонефрите, рассеянном склерозе, туберкулёзе, СПИДе, болезни Крона и онкологических заболеваниях.

 

Значение круговорота азота в природе

 

 

Таким образом, круговорот азота является ни много ни мало важнейшим для жизнедеятельности всех живых организмов на Земле, для функционирования всей биосферы циклом. Азот постоянно присутствует в атмосфере, даже если какая-то его часть фиксируется микроорганизмами почвы, он потом неизбежно возвращается в атмосферу. Азот способствует минерализации почв, делает их плодородными, пригодными для роста растений, для выращивания сельскохозяйственных культур.

 

Тем более, что азот попадает в почву даже посредством грозового дождя. Азот играет ключевую роль в синтезе аминокислот и белков во всех органических веществах, во всех живых организмах. Азот же занимает важную роль в процессе разложения умерших организмов, ведь при распаде органики азот расщепляется на аммиак, нитриты и нитраты, и какая-то часть этих веществ может быть поглощена растениями.

 

И сам факт того, что в процессе расщепления азота в почве принимают участие многие микроорганизмы, доказывает то, что почва сама по себе является весьма сложной экосистемой. И даже усиливающееся с каждым годом антропогенное влияние не способно полностью разрушить сложившийся status quo.

 

Влияние человека на круговорот азота в природе

 

 

В последние столетия влияние человеческой деятельности на естественную циркуляцию азота в природе стало весьма ощутимым. Промышленная деятельность, загрязняющая воздух кислотными веществами, в числе которых есть и оксиды азота, приводит к кислотным дождям ‒ осадкам и снегу с пониженным pH (водородным показателем). Оксид азота создаётся в результате высоких температур, при которых осуществляется химическая реакция с соединением азота и кислорода (который составляет лишь 20 процентов воздуха).

 

На промышленных предприятиях, в том числе на тех, где сжигается органическое топливо, такие высокие температуры, подходящие для создания оксида азота, возникают в двигателях внутреннего сгорания и котлах. В естественных условиях оксид азота образуется во время грозы, при разрядах молний. Из-за антропогенной деятельности количество выделяемого оксида азота (II) увеличилось сверх естественной нормы, а оксид азот (II) может достаточно легко перейти в оксид азота (IV), после чего так же легко вступает в контакт с атмосферной влагой, и результатом становится формирование азотной и азотистой кислот, и эти кислоты во время осадков оказываются в почве, делая её менее благоприятной для жизнедеятельности, к примеру, растений.

 

 

Негативным последствием человеческой деятельности являются выбросы в атмосферу оксидов азота вследствие активного промышленного производства аммиака, азотной и серной кислот. Именно оксиды азота являются одним из наиболее распространённых загрязняющих веществ. Также активно изготавливают нитриты, нитратную селитру, органические удобрения, предназначенные для полевых, огородных и садовых работ, и чрезмерное насыщение почв этими веществами пагубно влияет на минеральный состав почвы, делая её менее плодородной.

 

 

Ещё одним примером отрицательного воздействия на азотистый почвенный обмен являются сточные воды, неконтролируемый выгул собак, свалки бытовых отходов, изношенная канализация ‒ иными словами, биологическое загрязнение почвы.

 

Результатом такого становится то, что в почве оказывается слишком много аммиака и солей аммония, меркаптанов и индола, других продуктов гниения органических веществ. Излишки аммиака под действием бактерий переходят в излишки нитратов, которые накапливаются в почве, отражаясь на её плодородности.

Источник: karatu.ru

Азот в природе

Азот находится в атмосфере в виде молекул, состоящих из двух атомов. Помимо атмосферы, азот есть в мантии Земли и в гумусном слое почвы. Основной источник азота для промышленного производства – это полезные ископаемые.

Однако в последние десятилетия, когда запасы минералов стали истощаться, возникла острая необходимость выделения азота из воздуха в промышленных масштабах. В настоящее время эта проблема решена, и огромные объемы азота для нужд промышленности добываются из атмосферы.

Роль азота в биологии, круговорот азота

На Земле азот претерпевает ряд трансформаций, в которых участвуют и биотические (связанные с жизнью) и абиотические факторы. Из атмосферы и почвы азот поступает в растения, причем не напрямую, а через микроорганизмы. Азотфиксирующие бактерии удерживают и перерабатывают азот, превращая его в форму, легко усваиваемую растениями. В организме растений азот переходит в состав сложных соединений, в частности – белков.

По пищевой цепи эти вещества попадают в организмы травоядных, а затем – хищников. После гибели всего живого азот вновь попадает в почву, где подвергается разложению (аммонификации и денитрификации). Азот фиксируется в грунте, минералах, воде, попадает в атмосферу, и круг повторяется.

Применение азота

После открытия азота (это произошло в 18-м столетии), были хорошо изучены свойства самого вещества, его соединений, возможности использования в хозяйстве. Поскольку запасы азота на нашей планете огромны, данный элемент стал использоваться крайне активно.
Что такое азот и для чего используется?
Чистый азот применяется в жидком или газообразном виде. Жидкий азот имеет температуру минус 196 градусов по Цельсию и применяется в следующих областях:

в медицине. Жидкий азот является хладагентом при процедурах криотерапии, то есть лечения холодом. Мгновенная заморозка применяется для удаления различных новообразований. В жидком азоте хранят образцы тканей и живые клетки (в частности – сперматозоиды и яйцеклетки). Низкая температура позволяет сохранить биоматериал в течение длительного времени, а затем разморозить и использовать.

Возможность хранить в жидком азоте целые живые организмы, а при необходимости размораживать их без всякого вреда высказана писателями-фантастами. Однако в реальности освоить эту технологию пока не удалось;

в пищевой промышленности жидкий азот используется при розливе жидкостей для создания инертной среды в таре.

Вообще азот применяется в тех областях, где необходима газообразная среда без кислорода, например,

в пожаротушении. Азот вытесняет кислород, без которого процессы горения не поддерживаются и огонь затухает.

Газообразный азот нашел применение в таких отраслях:

производство продуктов питания. Азот используется как инертная газовая среда для сохранения свежести продуктов в упаковке;

в нефтедобывающей промышленности и горном деле. Азотом продувают трубопроводы и резервуары, его нагнетают в шахты для формирования взрывобезопасной газовой среды;

в самолетостроении азотом накачивают шины шасси.

Все вышесказанное относится к применению чистого азота, но не стоит забывать, что этот элемент является исходным сырьем для производства массы всевозможных соединений:

– аммиак. Чрезвычайно востребованное вещество с содержанием азота. Аммиак идет на производство удобрений, полимеров, соды, азотной кислоты. Сам по себе применяется в медицине, изготовлении холодильной техники;

– азотные удобрения;

– взрывчатые вещества;

– красители и т.д.
Что такое азот и для чего используется?
Азот – не только один из наиболее распространенных химических элементов, но и очень нужный компонент, применяемый во многих отраслях человеческой деятельности.

Источник: www.vseznaika.org

Характеристики азота

Азот является бесцветным неядовитым газом, который большей частью находится в природе в свободном (несвязанном) состоянии. Это основная часть атмосферы – почти 80% ее занимает молекулярное вещество. В молекулярном виде азот бесполезен для живой природы — молекулы его при нормальных условиях химически реагируют только с литием. Зато значение азота в природе биосферы трудно переоценить. Это вещество является неотъемлемой частью любой, даже самой простой молекулы белка. А ведь именно белок является необходимым элементом всех живых организмов.

Как происходит круговорот

Круговорот азота в природе, по сути, является цепочкой замкнутых взаимосвязанных путей, которыми азот циркулирует в биосфере Земли. В природе основным поставщиком этого связанного элемента выступают различные микроорганизмы. Именно благодаря микроскопическим труженикам от 90 до 140 млн. тонн иона азота переходит в нужное для биосферы состояние.

Нахождение азота в природе во многом связано с жизнедеятельностью бактерий и водорослей. Круговорот N2 в природе берет свое начало в деятельности различных микроорганизмов, которые извлекают азот из разлагающихся отходов. Одна часть элемента преобразуется в молекулы, необходимые для существования этих микроорганизмов. Другая часть высвобождается в виде ионов аммония и молекул аммиака. Различные разновидности бактерий переводят азот из этих веществ в форму нитратов. Азотистые соединения в виде удобрения усваиваются растениями, а через них и животными. После смерти организма микроэлемент возвращается в почву, чтобы заново совершить круговорот азота в природе. Схема движения азота представлена ниже.

Во время совершения круговорота N2 может включаться в состав неорганических отложений или высвобождаться в результате деятельности некоторых бактерий. Кроме этого, извержения вулканов, работа гейзеров увеличивают долю этого вещества в земной атмосфере.

Применение азота в сельском хозяйстве

Удобряя землю азотистыми соединениями из расчета — килограмм удобрений на гектар земли, можно повысить урожайность зерновых культур на несколько процентов.
В сельском хозяйстве в виде урожая азот выносится в количестве 1 млн. тонн, при этом азотистых удобрений используется в два раза меньше. Несмотря на высокую рентабельность использования минеральных удобрений, потребности растений в этом веществе покрываются искусственным путем всего на 20-25%. Остальное его количество извлекается из грунта за счет биологической фиксации (естественные удобрения). Дальнейшее повышение урожайности будет зависеть лишь от рационального применения навоза, наращивания производства минеральных удобрений и эффективного использования «биологического» (произведенного микроорганизмами) связанного азота.

Применение азота в промышленности

Применяется азот и в промышленности. Большая часть синтезированного вещества приходится на производство аммиака, взрывчатых систем, различных красителей. Применяется он и в обрабатывающей промышленности – например, при обработке кокса. Свойства азота широко известны и учитываются при производстве различных пищевых добавок. Жидкий азот – отличный хладагент и широко применяется для заморозки продуктов питания. Но все равно основным способом применения его является производство минеральных удобрений.

Самые известные бактерии, преобразующие азот, содержатся в клубнях растений семейства бобовых. Полезные свойства азота помогают повышать плодородие грунта: в поле сначала сеют чечевицу, горох или фасоль, потом растения запахивают в землю. Затем на этом месте выращивают другие культуры, которые могут использовать азот в качестве естественного удобрения.

Минеральные удобрения

Но природного азота, пригодного в качестве удобрений, оказалось недостаточно для поддержания урожайности. И люди начали использовать минеральные удобрения, включающие в себя связанный азот. Технология связывания азота в промышленных масштабах была открыта немецкими военными учеными накануне Первой мировой войны. Тогда была разработана схема производства аммиака для нужд оборонной промышленности. Доработав технологию, ученые придумали надежную схему производства связанного азота для сельского хозяйства. Сейчас аграриями применяется более 80 млн. тонн связанного азота для выращивания продовольственных культур.

Природный связанный азот

Удивительно, но определенная часть атмосферного азота связывается во время грозы. Вспышки молний происходят гораздо чаще, чем принято думать. В течение 10 секунд в мире сверкает около пятисот молний. Разряд электричества разогревает вокруг себя атмосферу, азот соединяется с кислородом. Происходит реакция горения азота, на выходе которой и получаются различные виды соединений азота с кислородом. Это довольно красивая форма связывания азота, но она высвобождает только около 10 млн. тонн в год.

Искусственный связанный азот

Как было написано выше, основным источником азота являются минеральные удобрения, которые активно используются в сельском хозяйстве большинства стран мира. Сгорание всех видов ископаемого топлива (уголь, газ, нефтяные производные) также приводит к связыванию свободного азота. Помимо прямого сгорания, при работе двигателей и электрогенераторов также возникает теплота, необходимая для реакции азота с кислородом. В общем, в течение года при сжигании получается около 20 миллионов тонн азота, пригодного для биосферы.

Заключение

Как происходит круговорот азота в природе? Схема этого движения может быть представлена наглядно. Например, можно вообразить, что вся биосфера представляет собой две сообщающиеся между собой емкости. Большая ёмкость представляет собой нахождение азота в природе главным образом в гидросфере и атмосфере. Очень маленькая содержит азот, который является частью жизнедеятельности. Узкий проход соединяет обе ёмкости, в нем азот тем или иным образом переходит в связанное состояние. В естественной среде именно через такие проходы азот попадает в живые организмы и становится частью неживой природы после своей гибели.

За сравнительно короткий период времени деятельность человека стала влиять на уровень N2 в естественной среде. Роль азота в природе до конца еще не изучена. Уже сейчас ясно, что каждая экологическая система способна усвоить лишь определенное количество этого вещества. Излишек азота в любой экосистеме приводит к чрезмерному росту растений, засоренности рек и водоемов. Такая проблема называется эвтрофикацией – загрязнением водорослями. При возникновении этой проблемы водоросли затемняют водоем, вытесняя из него конкурирующие формы жизни. После гибели большого количества водорослей понадобится весь кислород, содержащийся в воде, чтобы остатки растений смогли разложиться. Из бедных кислородом водоемов уходит рыба, ракообразные и другие животные. Вода заболачивается и через несколько лет покрывается тиной. Озеро или пруд превращается в мертвое болото.

Дальнейшее изучение круговорота азота в природе поможет предотвратить последствия таких проблем и соблюсти баланс между хозяйственной деятельностью человека и природными экосистемами.

Источник: www.syl.ru

История открытия

В 1772 году Генри Кавендиш провёл опыт: он многократно пропускал воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. С позиций современной химии ясно, что в реакции с раскалённым углём кислород воздуха связывался в углекислый газ, который затем поглощался щёлочью. При этом остаток газа представлял собой по большей части азот. Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что это новое простое вещество (химический элемент), и описал его как мефитический воздух (от английского mephitic — ‘вредный’). В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли.

Интересен тот факт, что он сумел связать азот с кислородом при помощи разрядов электрического тока, а после поглощения оксидов азота в остатке получил небольшое количество газа, абсолютно инертного, хотя, как и в случае с азотом, не смог понять, что выделил новый химический элемент — инертный газ аргон.

Джозеф Пристли в это время проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, также неверно истолковал полученные результаты — он решил, что выделил флогистированный воздух (т. е. насыщенный флогистоном).

В сентябре 1772 года шотландский химик Даниэль Резерфорд опубликовал магистерскую диссертацию «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе», в которой описал азот как вредный, ядовитый воздух и предположил, что это новый химический элемент, а также описал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Резерфорд также был сторонником флогистонной теории, поэтому также не смог понять, что же он выделил. Таким образом, чётко определить первооткрывателя азота невозможно.

В то же время азот выделил Карл Шееле: летом 1772 года он получил азот по методу Кавендиша и исследовал его в течение пяти лет, затем опубликовал результаты своих исследований. В этой публикации Шееле первым описал воздух как смесь отдельных газов: «огненного воздуха» (кислорода) и «грязного воздуха» (азота). Из-за того, что Шееле задержался с публикацией своих исследований, до сих пор идут споры о первооткрывателе азота.

Происхождение названия

Название «азо́т» (фр. azote, по наиболее распространённой версии, от др.-греч. ἄζωτος — безжизненный), вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских учёных разрабатывал принципы химической номенклатуры, в том же году это предложение опубликовано в труде «Метод химической номенклатуры. Как показано выше, в то время уже было известно, что азот не поддерживает ни горения, ни дыхания. Это свойство и сочли наиболее важным. Хотя впоследствии выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ, название сохранилось во французском и русском языках. Окончательно в русском языке этот вариант названия закрепился после выхода в свет книги Германа Гесса «Основания чистой химии» в 1831 году.

Само слово «азот» (без связи с газом) известно с древности и употреблялось философами и алхимиками средневековья для обозначения «первичной материи металлов», так называемого «меркурия» у философов, «двойного меркурия» у алхимиков. «Первичную материю металлов» алхимики считали «альфой и омегой» всего сущего. И слово для её обозначения составили из начальных и конечных букв алфавитов трёх языков, считавшихся священными, — латинского, греческого и древнееврейского: а, альфа, алеф и зет, омега, тов — AAAZOT. Инициатор создания новой химической номенклатуры Гитон де Морво отмечал в своей «Методической энциклопедии» (1786 год) алхимическое значение термина.

Многие современники Лавуазье считали название элемента неудачным, в частности, Жан-Антуан Шапталь предложил название фр. nitrogène — «рождающий селитру» (и использовал это название в своей книге «Элементы химии»). Поныне соединения азота называют «нитраты», «нитриты» и «нитриды».

Во французском языке название «нитроген» не прижилось, зато в английском, испанском, венгерском и норвежском используется производное от этого слова. В немецком языке используется название нем. Stickstoff, что означает «удушающее вещество», аналогично в нидерландском; схожие по значению названия используются в некоторых славянских языках, например, хорватское и словенское dušik (пр. «душик»).

Название «азот», помимо французского и русского, принято в итальянском, турецком и ряде славянских языков, а также во многих языках народов бывшего СССР.

До принятия символа N в России, Франции и других странах использовался символ Az, который можно видеть, например, в статье А. М. Бутлерова об аминах 1864 года.

Азот в природе

Изотопы

Природный азот состоит из двух стабильных изотопов 14N — 99,635 % и 15N — 0,365 %.

Искусственно получены четырнадцать радиоактивных изотопов азота с массовыми числами от 10 до 13 и от 16 до 25. Все они являются очень короткоживущими изотопами. Самый стабильный из них 13N имеет период полураспада 10 мин.

Спин ядер стабильных изотопов азота: 14N — 1; 15N — 1/2.

Распространённость

Азот — один из самых распространённых элементов на Земле. Вне пределов Земли азот обнаружен в газовых туманностях, солнечной атмосфере, на Уране, Нептуне, в межзвёздном пространстве и др. Атмосферы таких планет-спутников как Титан, Тритон, а также карликовой планеты Плутон в основном состоят из азота. Азот — четвёртый по распространённости элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).

Азот в форме двухатомных молекул N2 составляет большую часть атмосферы Земли, где его содержание составляет 75,6 % (по массе) или 78,084 % (по объёму), то есть около 3,87⋅1015 т.

Содержание азота в земной коре, по данным разных авторов, составляет (0,7—1,5)⋅1015 т (причём в гумусе — порядка 6⋅1010 т), а в мантии Земли — 1,3⋅1016 т. Такое соотношение масс заставляет предположить, что главным источником азота служит верхняя часть мантии, откуда он поступает в другие оболочки Земли с извержениями вулканов.

Масса растворённого в гидросфере азота, учитывая, что одновременно происходят процессы растворения азота атмосферы в воде и выделения его в атмосферу, составляет около 2⋅1013 т, кроме того, примерно 7⋅1011 т азота содержатся в гидросфере в виде соединений.

Биологическая роль

Азот является химическим элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков (16—18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота около 2 %, по массовой доле — около 2,5 % (четвёртое место после водорода, углерода и кислорода). В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9⋅1011 т. В результате процессов гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии благоприятных факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.

Химия гидридов азота при давлениях порядка 800 ГПа (около 8 миллионов атмосфер) более разнообразна, чем химия углеводородов при нормальных условиях. Отсюда появилась гипотеза, что азот может быть основой пока неоткрытой жизни на таких планетах, как Уран и Нептун.

Круговорот азота в природе

Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям — абиогенному и биогенному. Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000 °C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота. Существует также вероятность, что абиотическая фиксация происходит в результате фотокаталитических реакций на поверхности полупроводников или широкополосных диэлектриков (песок пустынь).

Однако основная часть молекулярного азота (около 1,4⋅108 т/год) фиксируется биотическим путём. Долгое время считалось, что связывать молекулярный азот могут только небольшое количество видов микроорганизмов (хотя и широко распространённых на поверхности Земли): бактерии Azotobacter и Clostridium, клубеньковые бактерии бобовых растений Rhizobium, цианобактерии Anabaena, Nostoc и др. Сейчас известно, что этой способностью обладают многие другие организмы в воде и почве, например, актиномицеты в клубеньках ольхи и других деревьев (всего 160 видов). Все они превращают молекулярный азот в соединения аммония (NH4+). Этот процесс требует значительных затрат энергии (для фиксации 1 г атмосферного азота бактерии в клубеньках бобовых расходуют порядка 167,5 кДж, то есть окисляют примерно 10 г глюкозы). Таким образом, видна взаимная польза от симбиоза растений и азотфиксирующих бактерий — первые предоставляют вторым «место для проживания» и снабжают полученным в результате фотосинтеза «топливом» — глюкозой, вторые обеспечивают необходимый растениям азот в усваиваемой ими форме.

Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов (этот процесс носит название нитрификации). Последние, не связанные тканями растений (и далее по пищевой цепи травоядными и хищниками), недолго остаются в почве. Большинство нитратов и нитритов хорошо растворимы, поэтому они смываются водой и, в конце концов, попадают в мировой океан (этот поток оценивается в 2,5—8⋅107 т/год).

Азот, включённый в ткани растений и животных, после их гибели подвергается аммонификации (разложению содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония) и денитрификации, то есть выделению атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы целиком происходят благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях.

В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство.

Токсикология азота и его соединений

Сам по себе атмосферный азот достаточно инертен, чтобы оказывать непосредственное влияние на организм человека и млекопитающих. Тем не менее, при повышенном давлении он вызывает наркоз, опьянение или удушье (при недостатке кислорода); при быстром снижении давления азот вызывает кессонную болезнь.

Многие соединения азота очень активны и нередко токсичны.

Получение

Разложение нитрита аммония

В лабораториях его можно получать по реакции разложения нитрита аммония:

 NH4NO2 ⟶ N2↑ + 2H2O

Реакция экзотермическая, идёт с выделением 80 ккал (335 кДж), поэтому требуется охлаждение сосуда при её протекании (хотя для начала реакции требуется нагревание нитрита аммония).

Практически эту реакцию выполняют, добавляя по каплям насыщенный раствор нитрита натрия в нагретый насыщенный раствор сульфата аммония, при этом образующийся в результате обменной реакции нитрит аммония мгновенно разлагается.

Выделяющийся при этом газ загрязнён аммиаком, оксидом азота (I) и кислородом, от которых его очищают, последовательно пропуская через растворы серной кислоты, сульфата железа (II) и над раскалённой медью. Затем азот осушают.

Нагревание дихромата калия с сульфатом аммония

Ещё один лабораторный способ получения азота — нагревание смеси дихромата калия и сульфата аммония (в соотношении 2:1 по массе). Реакция идёт по уравнениям:

 K2Cr2O7 + (NH4)2SO4 ⟶ (NH4)2Cr2O7 + K2SO4
 (NH4)2Cr2O7 ⟶ N2↑ + Cr2O3 + 4H2O

Разложение азидов

Наиболее чистый азот можно получить разложением азидов металлов:

 2NaN3∘t 2Na + 3N2

Реакция воздуха с раскалённым коксом

Так называемый «воздушный», или «атмосферный» азот, то есть смесь азота с благородными газами, получают путём реакции воздуха с раскалённым коксом, при этом образуется так называемый «генераторный», или «воздушный», газ — сырьё для химических синтезов и топливо. При необходимости из него можно выделить азот, поглотив монооксид углерода.

Перегонка воздуха

Молекулярный азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Этим методом можно получить и «атмосферный азот». Также широко применяются азотные установки и станции, в которых используется метод адсорбционного и мембранного газоразделения.

Пропускание аммиака над оксидом меди (II)

Один из лабораторных способов — пропускание аммиака над оксидом меди (II) при температуре ~700 °C:

 3CuO + 2NH3 ⟶ N2↑ + 3Cu + 3H2O

Аммиак берут из его насыщенного раствора при нагревании. Количество CuO в 2 раза больше расчётного. Непосредственно перед применением азот очищают от примеси кислорода и аммиака пропусканием над медью и её оксидом (II) (тоже ~700 °C), затем сушат концентрированной серной кислотой и сухой щёлочью. Процесс происходит довольно медленно, но он того стоит: газ получается весьма чистый.

Свойства

Физические свойства

При нормальных условиях азот — это бесцветный газ, не имеет запаха, мало растворим в воде (2,3 мл/100 г при 0 °C, 1,5 мл/100 г при 20 °C, 1,1 мл/100 г при 40 °C, 0,5 мл/100 г при 80 °C), плотность 1,2506 кг/м³ (при н. у.).

В жидком состоянии (темп. кипения -195,8 °C) — бесцветная, подвижная, как вода, жидкость. Плотность жидкого азота 808 кг/м³. При контакте с воздухом поглощает из него кислород.

При -209,86 °C азот переходит в твёрдое состояние в виде снегоподобной массы или больших белоснежных кристаллов. При контакте с воздухом поглощает из него кислород, при этом плавится, образуя раствор кислорода в азоте.

Известны три кристаллические модификации твёрдого азота. В интервале 36,61 — 63,29 К существует фаза β-N2 с гексагональной плотной упаковкой, пространственная группа P63/mmc, параметры решётки a=3,93 Å и c=6,50 Å. При температуре ниже 36,61 К устойчива фаза α-N2 с кубической решёткой, имеющая пространственную группу Pa3 или P213 и период a=5,660 Å. Под давлением более 3500 атмосфер и температуре ниже 83 K образуется гексагональная фаза γ-N2.

Фазовая диаграмма

Фазовая диаграмма азота показана на рисунке.

Химические свойства, строение молекулы

Азот в свободном состоянии существует в форме двухатомных молекул N2, электронная конфигурация которых описывается формулой σs²σs*2πx, y4σz², что соответствует тройной связи между атомами азота N≡N (длина связи dN≡N = 0,1095 нм). Вследствие этого молекула азота крайне прочна, для реакции диссоциации N2 ↔ 2 N изменение энтальпии в реакции ΔH°298 = 945 кДж/моль, константа скорости реакции К298 = 10−120, то есть диссоциация молекул азота при нормальных условиях практически не происходит (равновесие практически полностью сдвинуто влево). Молекула азота неполярна и слабо поляризуется, силы взаимодействия между молекулами очень слабые, поэтому в обычных условиях азот газообразен.

Даже при 3000 °C степень термической диссоциации N2 составляет всего 0,1 %, и лишь при температуре около 5000 °C достигает нескольких процентов (при нормальном давлении). В высоких слоях атмосферы происходит фотохимическая диссоциация молекул N2. В лабораторных условиях можно получить атомарный азот, пропуская газообразный N2 при сильном разрежении через поле высокочастотного электрического разряда. Атомарный азот намного активнее молекулярного: в частности, при обычной температуре он реагирует с серой, фосфором, мышьяком и с рядом металлов, например, со ртутью.

Вследствие большой прочности молекулы азота некоторые его соединения эндотермичны (многие галогениды, азиды, оксиды), то есть энтальпия их образования положительна, а соединения азота термически малоустойчивы и довольно легко разлагаются при нагревании. Именно поэтому азот на Земле находится по большей части в свободном состоянии.

Ввиду своей значительной инертности азот при обычных условиях реагирует только с литием:

 6Li + N2 ⟶ 2Li3N

при нагревании он реагирует с некоторыми другими металлами и неметаллами, также образуя нитриды:

 3Mg + N2 ⟶ Mg3N2  
 2B + N2 ⟶ 2BN

Наибольшее практическое значение имеет нитрид водорода (аммиак) NH3, получаемый взаимодействием водорода с азотом (см. ниже).

В электрическом разряде реагирует с кислородом, образуя оксид азота (II) NO.

Описано несколько десятков комплексов с молекулярным азотом.

Промышленное связывание атмосферного азота

Соединения азота чрезвычайно широко используются в химии, невозможно даже перечислить все области, где находят применение вещества, содержащие азот: это индустрия удобрений, взрывчатых веществ, красителей, медикаментов и проч. Хотя колоссальные количества азота доступны в прямом смысле слова «из воздуха», из-за описанной выше прочности молекулы азота N2 долгое время оставалась нерешённой задача получения соединений, содержащих азот, из воздуха; большая часть соединений азота добывалась из его минералов, таких, как чилийская селитра. Однако сокращение запасов этих полезных ископаемых, а также рост потребности в соединениях азота заставил форсировать работы по промышленному связыванию атмосферного азота.

Наиболее распространён аммиачный способ связывания атмосферного азота. Обратимая реакция синтеза аммиака:

 N2 + 3H2 ⟷ 2NH3

экзотермическая (тепловой эффект 92 кДж) и идёт с уменьшением объёма, поэтому для сдвига равновесия вправо в соответствии с принципом Ле Шателье — Брауна необходимо охлаждение смеси и высокие давления. Однако с кинетической точки зрения снижение температуры невыгодно, так как при этом сильно снижается скорость реакции — уже при 700 °C скорость реакции слишком мала для её практического использования.

В таких случаях используется катализ, так как подходящий катализатор позволяет увеличить скорость реакции без сдвига равновесия. В процессе поиска подходящего катализатора было испробовано около двадцати тысяч различных соединений. По совокупности свойств (каталитическая активность, стойкость к отравлению, дешевизна) наибольшее применение получил катализатор на основе металлического железа с примесями оксидов алюминия и калия. Процесс ведут при температуре 400—600 °C и давлениях 10—1000 атмосфер.

Следует отметить, что при давлениях выше 2000 атмосфер синтез аммиака из смеси водорода и азота идёт с высокой скоростью и без катализатора. Например, при 850 °C и 4500 атмосфер выход продукта составляет 97 %.

Существует и ещё один, менее распространённый способ промышленного связывания атмосферного азота — цианамидный метод, основанный на реакции карбида кальция с азотом при 1000 °C. Реакция происходит по уравнению:

 CaC2 + N⟶ CaCN2 + C

Реакция экзотермична, её тепловой эффект 293 кДж.

Ежегодно из атмосферы Земли промышленным путём отбирается примерно 1⋅106 т азота.

Соединения азота

Степени окисления азота в соединениях −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

  • Соединения азота в степени окисления −3 представлены нитридами, из которых практически наиболее важен аммиак;
  • Соединения азота в степени окисления −2 менее характерны, представлены пернитридами, из которых самый важный пернитрид водорода N2H4, или гидразин (существует также крайне неустойчивый пернитрид водорода N2H2, диимид);
  • Соединения азота в степени окисления −1: NH2OH (гидроксиламин) — неустойчивое основание, применяющееся, наряду с солями гидроксиламмония, в органическом синтезе;
  • Соединения азота в степени окисления +1: оксид азота (I) N2O (закись азота, веселящий газ), азотноватистая кислота;
  • Соединения азота в степени окисления +2: оксид азота (II) NO (монооксид азота), азотноватая кислота;
  • Соединения азота в степени окисления +3: оксид азота (III) N2O3 (сесквиоксид азота, триоксид диазота), азотистая кислота, производные аниона NO2, трифторид азота (NF3);
  • Соединения азота в степени окисления +4: оксид азота (IV) NO2 (диоксид азота, бурый газ);
  • Соединения азота в степени окисления +5: оксид азота (V) N2O5 (пентаоксид диазота), азотная кислота, её соли — нитраты и другие производные, а также тетрафтораммоний NF4+ и его соли.

Применение

Газообразный азот

Промышленное применение газообразного азота обусловлено его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению. В нефтедобывающей промышленности газообразный азот применяется для обеспечения безопасного бурения, используется в процессе капитального и текущего ремонта скважин. Кроме того, газообразный азот высокого давления используют в газовых методах повышения нефтеотдачи пласта. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений. В горнодобывающем деле азот может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасной среды, для распирания пластов породы, тушения эндогенных пожаров. В производстве электроники азот применяется для продувки областей, не допускающих наличия окисляющего кислорода. Если в процессе, традиционно проходящем с использованием воздуха, окисление или гниение являются негативными факторами — азот может успешно заместить воздух.

Газообразным азотом заполняют камеры шин шасси летательных аппаратов. Кроме того, в последнее время заполнение шин азотом стало популярно и среди автолюбителей, хотя однозначных доказательств эффективности использования азота вместо воздуха для наполнения автомобильных шин нет.

Жидкий азот

Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии.

Важной областью применения азота является его использование для дальнейшего синтеза самых разнообразных соединений, содержащих азот, таких, как аммиак, азотные удобрения, взрывчатые вещества, красители и т. п. Более 3/4 промышленного азота идёт на синтез аммиака.

Большие количества азота используются в коксовом производстве («сухое тушение кокса») при выгрузке кокса из коксовых батарей, а также для «передавливания» топлива в ракетах из баков в насосы или двигатели.

В пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент, а жидкий азот применяется при разливе масел и негазированных напитков для создания избыточного давления и инертной среды в мягкой таре.

Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно крупные объекты. Это широко распространённое заблуждение. Даже для замораживания цветка необходимо достаточно продолжительное время. Это связано отчасти с весьма низкой теплоёмкостью азота. По этой же причине весьма затруднительно охлаждать, скажем, замки до −196 °C и раскалывать их одним ударом.

Литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20 °C, образует примерно 700 литров газа. По этой причине жидкий азот хранят в специальных сосудах Дьюара с вакуумной изоляцией открытого типа или криогенных ёмкостях под давлением. На этом же факте основан принцип тушения пожаров жидким азотом. Испаряясь, азот вытесняет кислород, необходимый для горения, и пожар прекращается. Так как азот, в отличие от воды, пены или порошка, просто испаряется и выветривается, азотное пожаротушение — самый эффективный с точки зрения сохранности ценностей механизм тушения пожаров.

Заморозка жидким азотом живых существ с возможностью последующей их разморозки проблематична. Проблема заключается в невозможности заморозить (и разморозить) существо достаточно быстро, чтобы неоднородность заморозки не сказалась на его жизненных функциях. Станислав Лем, фантазируя на эту тему в книге «Фиаско», придумал экстренную систему заморозки азотом, в которой шланг с азотом, выбивая зубы, вонзался в рот астронавта и внутрь его подавался обильный поток азота.

В качестве легирующей добавки к кремнию, образует высокопрочное соединение (керамику) нитрид кремния, обладающее высокой вязкостью и прочностью.

Маркировка баллонов

Выпущенные в России баллоны с азотом, согласно требованиям ПБ 03-576-03, должны быть окрашены в чёрный цвет с коричневой полосой и надписью жёлтого цвета. ГОСТ 26460-85 не требует полосы, но надпись должна содержать сведения о чистоте азота (особой чистоты, высокой чистоты, повышенной чистоты).

Источник: chem.ru

Схема круговорота азота в природе
Схема круговорота азота в природе

Большая часть азота находится в природе в свободном состоянии. Свободный азот, как известно, является главной составной частью воздуха, который содержит около 78% азота по объему. Неорганические соединения азота не встречаются в природе в больших количествах, если не считать натриевую селитру NaNO3, образующую мощные пласты на побережье Тихого океана в Чили. Почва содержит незначительные количества азота, преимущественно в виде солей азотной кислоты. Но в виде сложных органических соединений — белковых веществ — азот входит в состав тела каждого растения и животного. Из белковых веществ построены самые важные части клеток — протоплазма и ядро. Изумительные превращения, которым подвергаются белковые вещества в клетках растений и животных, составляют основу всех жизненных процессов. Без белка нет жизни, а так как азот является обязательной составной частью белка, то понятно, какую важную роль играет этот элемент в природе.

Общее содержание азота в земной коре (включая гидросферу и атмосферу) составляет 0,04%. Получение азота из воздуха сводится в основном к отделению его от кислорода. В промышленности это осуществляется путем испарения жидкого воздуха в специальных установках, совершенно чистый азот может быть получен из его соединений, например из аммиака, путем пропускания последнего над раскаленной окисью меда:

3СuО + 2NH3 = N2 + 3Сu + 3H2O

или разложением азотистокислого аммония при нагревания:

NH4NO2 = N2 + 2H2O

Чистый азот — бесцветный газ, имеющий запаха и весьма мало растворимый в воде. Он немного легче воздуха: 1 л его весит 1,25 г. При сильном охлаждении под высоким давлением азот переходит в жидкость, которая кипят при —195,8°, а при —210° затвердевает в снегообразную массу.

Источник: znaesh-kak.com


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.