Азот (n)

Содержание азота в грунте

Установлено, что весомая доля азота в земле сосредоточена в ее слое, именуемом гумусом, в нем более 5% азота. Естественно, чем слой гумуса толще, тем больше и количество азота, следовательно, на такой почве и лучше себя чувствуют растения.

Гумус — это весьма стойкое вещество, процесс его разложения нетороплив, следовательно, и выделение минеральных веществ из данного слоя также происходит довольно медленно. Всего один процент из пяти, что находится в почве, — это минеральное соединение, растворимое в воде, а, значит, доступное для потребления растениями.

Следовательно, даже при наличии толстого слоя гумуса дополнительные подкормки растениям необходимы, хотя и в более низких дозах.

ГДЕ НАХОДИТЬСЯ АЗОТ В АТМОСФЕРЕ

Жизнь многим обязана азоту, но и азот, по крайней мере атмосферный, своим происхождением обязан не столько Солнцу, сколько жизненным процессам. Поразительно несоответствие между содержанием элемента № 7 в литосфере (0,01%) и в атмосфере (75,6% по массе или 78,09% по объему). В общем-то мы обитаем в азотной атмосфере, умеренно обогащенной кислородом.

Между тем ни на других планетах солнечной системы, ни в составе комет или каких-либо других холодных космических объектов свободный азот не обнаружен. Есть его соединения и радикалы — CN*, NH*, NH*2, NH*3, а вот азота нет. Правда, в атмосфере Венеры зафиксировано около 2% азота, но эта цифра еще требует подтверждения.

Полагают, что и в первичной атмосфере Земли элемента 7 не было. Откуда же тогда он в воздухе? По-видимому, атмосфера нашей планеты состояла вначале из летучих веществ, образовавшихся в земных недрах: Н2, Н2O, СО2, СН4, NH3.

Свободный азот если и выходил наружу как продукт вулканической деятельности, то превращайся в аммиак. Условия для этого были самые подходящие: избыток водорода, повышенные температуры — поверхность Земли еще не остыла.  Так что же, значит сначала азот присутствовал в атмосфере в виде аммиака? Видимо, так. Запомним это обстоятельство.

Но вот возникла жизнь… Владимир Иванович Вернадский утверждал, что «земная газовая оболочка, наш воздух, есть создание жизни». Именно жизнь запустила удивительнейший механизм фотосинтеза. Один из конечных продуктов этого процесса — свободный кислород стал активно соединяться с аммиаком, высвобождая молекулярный азот:

фотосинтез

СО₂ + 2H₂O → НСОН + Н₂О + О₂;

4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O

Кислород и азот, как известно, в обычных условиях между собой не реагируют, что и позволило земному воздуху сохранить «статус кво» состава. Заметим, что значительная часть аммиака могла раствориться а воде при образовании гидросферы.

В наше время основной источник поступления N₂ в атмосферу — вулканические газы. Если разорвать тройную связь…

Разрушив неисчерпаемые запасы связанного активного азота, живая природа поставила себя перед проблемой: как связать азот, В свободном, молекулярном состоянии он, как мы знаем, оказался весьма инертным. Виной тому — тройная химическая связь его молекулы: N≡N.

Обычно связи такой кратности малоустойчивы. Вспомним классический пример ацетилена: НС≡СН. Тройная связь его молекулы очень непрочна, чем и объясняется невероятная химическая активность этого газа. А вот у азота здесь явная аномалия: его тройная связь образует самую стабильную из всех известных двухатомных молекул.

Нужно приложить колоссальные усилия, чтобы разрушить эту связь. К примеру, промышленный синтез аммиака требует давления более 200 атм и температуры свыше 500° С, да еще обязательного присутствия катализаторов… Решая проблему связывания азота, природе пришлось наладить непрерывное производство соединений азота методом гроз.

Статистика утверждает, что в атмосфере нашей планеты ежегодно вспыхивают три с лишним миллиарда молний. Мощность отдельных разрядов достигает 200 млн. киловатт, а воздух при этом разогревается (локально, разумеется) до 20 тыс. градусов. При такой чудовищной температуре молекулы кислорода и азота распадаются на атомы, которые, легко реагируя друг с другом, образуют непрочную окись азота:

N₂ + О₂ →  2NO

Благодаря быстрому охлаждению (разряд молнии длится десятитысячную долю секунды) окись азота не распадается и беспрепятственно окисляется кислородом воздуха до более стабильной двуокиси

2NO + О₂ → 2NО₂.

В присутствии атмосферной влаги и капель дождя двуокись азота превращается в азотную кислоту:

3NО₂ + Н₂О → 2HNО₃ + NO

Так, попав под свежий грозовой дождик, мы получаем возможность искупаться в слабом растворе азотной кислоты. Проникая в почву, атмосферная азотная кислота образует с ее веществами разнообразные естественные удобрения.

Азот фиксируется в атмосфере и фотохимическим путем: поглотив квант света, молекула N₂ переходит в возбужденное, активированное состояние и становится способной соединиться с кислородом.

Статья на тему азот в атмосфере

Фиксация азота и азотный цикл.

Термин «фиксация азота» означает процесс связывания атмосферного азота N₂. В природе это может происходить двумя путями: либо бобовые растения, например горох, клевер и соя, накапливают на своих корнях клубеньки, в которых бактерии, фиксирующие азот, превращают его в нитраты, либо происходит окисление атмосферного азота кислородом в условиях разряда молнии. С.Аррениус установил, что таким способом фиксируется до 400 млн. т азота ежегодно. В атмосфере оксиды азота соединяются с дождевой водой, образуя азотную и азотистую кислоты. Кроме того, установлено, что с дождем и снегом на каждый гектар земли попадает ок. 6700 г азота; достигая почвы, они превращаются в нитриты и нитраты. Растения используют нитраты для образования растительных белковых веществ. Животные, питаясь этими растениями, усваивают белковые вещества растений и превращают их в животные белки. После смерти животных и растений происходит их разложение, азотные соединения превращаются в аммиак. Аммиак используется двумя путями: бактерии, не образующие нитратов, разрушают его до элементов, выделяя азот и водород, а другие бактерии образуют из него нитриты, которые другими бактериями окисляются до нитратов. Таким образом происходит круговорот азота в природе, или азотный цикл.

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.

Промышленное использование азота

В химической промышленности данный газ позволяет создать инертную среду, которая предотвращает соединение реагирующих веществ с кислородом. Азоту отводят очень важную роль при перевозке различных химических продуктов. Также его используют в качестве безопасного рабочего агента при проведении аварийных работ на нефтепроводах. Без применения азота сложно поддерживать давление внутри пластов при добыче полезных ископаемых, а это приводит к уменьшению объемов добычи сырья.

Не менее важна роль газа и в металлургии. Азоту отводится роль «защитника» черных и цветных металлов во время проведения процедуры отжига. В фармацевтике сложно произвести защиту емкостей, хранить сырье и транспортировать лекарственные средства без использования этого газообразного вещества. Применение азота в электронике позволяет избежать развития окислительных процессов во время изготовления полупроводниковых приборов, снятия изоляции с электрических кабелей. Поэтому в наше время так актуальна и востребована технология добычи азота «on-site» – непосредственно на территории заказчика.

Тем не менее, трудности сопровождали процесс разделения воздуха достаточно долго. Основной преградой была неспособность азота вступать в химическую реакцию с другими элементами. Вначале был придуман способ, при котором происходило связывание кислорода. В этом случае азот переходил в газообразное состояние. Однако данный метод отличался дороговизной и малой эффективностью. Поэтому широкое применение такой технологии выделения азота для промышленности было признано нецелесообразным.

Недостаток азота — для чего нужен азот?

Недостаток азота приводит к замедлению процессов биосинтеза и резкому ослаблению интенсивности фотосинтеза — основного процесса в развитии всех растений. Одним из первых симптомов азотного дефицита является появление бледно-зеленой окраски листьев. А в случае длительного азотного голодания окраска нижних листьев становится желто-оранжевой или даже красной, в зависимости от вида растения.

При сильном азотном дефиците наблюдается появление некрозов, то есть омертвления тканей растения.

Азотное голодание становится причиной сокращения периода вегетационного роста у растений, более раннего созревания плодов, и как результат — низкой урожайности и снижению качества плодов.

Как обогатить растения азотом. Сами по себе растения не могут поглощать свободный азот. В результате этого большая часть атмосферного азота им недоступна.

Азот может поглощаться корневой системой растений, причем, только соединенным  с другими химическими элементами в виде нитратов и аммония — наиболее доступных форм азота для растений в почве.

Какие средства можно применять

Производители выпускают разные виды азотосодержащих удобрений, у каждого есть особенности и сроки применения. В список наиболее популярных входят следующие названия:

• аммиачная селитра (до 35 % азота). Преимущества — хорошо разводится водой, сразу усваивается. Можно вносить ранней весной. Недостатки — применяется только на щелочных и нейтральных грунтах, не используется для внекорневой подкормки. Из-за хранения во влажном месте слеживается в комки. Передозировка вызывает гибель растений. Вносится по весне и осени (до перекопки), летом — в качестве почвенной подкормки;
• карбамид (46 % азота). Преимущества — хорошо растворяется и усваивается. Недостатки — быстро выветривается и вымывается из грунта, поэтому требует заделки на 10 см в глубину. Используется на щелочном и нейтральном грунте, поскольку повышает кислотность почвы. Такие азотные минеральные удобрения вносятся в качестве подкормки по весне и летом;
• сульфат аммония (20 % азота). Плюсы — не слеживается во время хранения, хорошо растворяется и не вымывается из земли. Кроме азота содержит 24 % серы, положительно влияющей на качество урожая и срок хранения. Обедненные серой земли в России расположены в Псковской и Ростовской, Курской и Белгородской, а также в Липецкой, Волгоградской и Тамбовской области. Минус — используется только на щелочной почве, поскольку сильно подкисляет землю. Вносится по осени до перекопки;
• кальциевая селитра (15,5 % азота). Достоинства — хорошо растворяется, препятствует поражению урожая вершинной гнилью. Недостатки — требует защиты от влаги во время хранения, иначе растворится. Используется на нейтральном и кислом грунте в виде весенних, летних подкормок;
• натриевая селитра (16 % азота). Представляет собой натриевую соль азотной кислоты. Преимущества — легко растворяется, а еще содержит любимый корнеплодами натрий. Недостатки — слеживается во время хранения, быстро вымывается из грунта. Используется только на кислых землях. Вещество раздражает незащищенную кожу, опасно для животных. Применять в теплице запрещено;
• навоз нельзя не включить в список азотных подкормок. Это наиболее известная и распространенная органика. Учитывая, что в навозе и помете содержится всего 0,5 % и 2,5 % азота соответственно, понадобятся действительно большие дозы. Плюсы — кроме азота, навоз содержит фосфор, кальций, калий и магний. Это натуральное вещество, способное улучшить структуру почвы. Минусы — содержит семена сорных трав, сложно дозировать. Полуперепревший (не свежий) навоз вносят в землю накануне осенней перекопки. Если удобрение полностью перепрело, его добавляют в лунки под посадку.

В результате правильного применения на огороде удобрение азот поможет снять богатый урожай красивых и вкусных плодов.

Соединения азота

Свободный азот при обычных температурах химически инертен; при высокой температуре вступает в соединение со многими элементами.

С водородом азот образует ряд соединений, основными из которых являются следующие:

1. Аммиак (см.). Азот, входящий в состав аммиака, принято называть аммиачным азотом. В санитарно-гигиенической практике определение аммиачного азота производят при исследовании питьевых вод, при изучении процессов гниения белковых веществ (в частности, мяса и рыбы) и так далее.

2. Гидразин (N2H4) — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость. С кислотами образует соли гидразина, например, с соляной кислотой — хлористый гидразоний (N2H4-HCl). Применяется как сильный восстановитель

Органические соединения гидразина имеют важное значение для характеристики Сахаров (см. Углеводы).

3. Азотистоводородная кислота (HN₃) — бесцветная, кипящая при t° 37° жидкость с резким запахом. Взрывается с большой силой при нагревании. В водных растворах устойчива и проявляет свойства слабой кислоты. Соли ее — азиды — неустойчивы и взрываются при нагревании или ударе. Азид свинца Pb(N₃)₂ применяется в качестве детонатора. Вдыхание паров HN3 вызывает сильную головную боль и раздражение слизистых оболочек.

С кислородом азот образует пять окислов.

1. Закись азота, или веселящий газ (N₂O), — бесцветный газ, получают при нагревании (выше 190°) азотнокислого аммония:

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O.
В смеси с кислородом закись азота применяют как слабый наркотик, вызывающий состояние опьянения, эйфории, притупление болевой чувствительности. Применяется для ингаляционного наркоза (см.).

2. Окись азота (NO) — бесцветный газ, плохо растворимый в воде; в лабораториях получают действием азотной кислоты средней концентрации на медь:

8HNO₃ + 3Cu = 2NO + 3Cu (NO₃)₂ + 4H₂O,
в технике — продуванием воздуха через пламя электрической дуги. На воздухе мгновенно окисляется, образуя красно-бурые пары двуокиси азота; вместе с последней вызывает отравления организма (см. ниже — Профессиональные вредности соединений азота).

3. Двуокись азота (NO₂) — красно-бурый газ, имеющий характерный запах и состоящий из собственно двуокиси А. и ее бесцветного полимера — четырехокиси азота (N₂O₄) — азотноватого ангидрида. Двуокись азота легко сгущается в красно-бурую жидкость, кипящую при t° 22,4° и затвердевающую при t° — 11° в бесцветные кристаллы. Растворяется в воде с образованием азотистой и азотной кислот:

2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃.

Является сильным окислителем и опасным ядом. Двуокись азота образуется при получении азотной кислоты, при реакциях нитрования, травлении металлов и тому подобное и поэтому представляет собой профессиональный яд.

4. Трехокись азота, ангидрид азотистой к-ты (N₂O₃), — темно-синяя жидкость, затвердевающая при t° — 103° в голубые кристаллы. Устойчива лишь при низких температурах. С водой образует слабую и непрочную азотистую кислоту, со щелочами — соли азотистой кислоты — нитриты.

5. Пятиокись азота, ангидрид азотной к-ты (N₂O₅), — бесцветные призматические кристаллы, имеющие плотность 1,63, плавящиеся при t° 30° в желтую, слегка разлагающуюся жидкость; разложение усиливается при нагревании и при действии света. Температура кипения около 50°. С водой образует сильную, довольно устойчивую азотную кислоту, со щелочами — соли этой кислоты — нитраты.

При нагревании азот непосредственно соединяется со многими металлами, образуя нитриды металлов, например Li3N, Mg₃N₂, AlN и др. Многие из них разлагаются водой с образованием аммиака, например

Mg₃N₂ + 6H₂O = 2NH₃ + 3Mg(OH)₂.

Азот входит в состав большого числа органических соединений, среди которых особое значение имеют алкалоиды, аминокислоты, амины, нитросоединения, цианистые соединения и наиболее сложные природные соединения — белки.

Фиксация атмосферного азота. В течение долгого времени исходными веществами для получения разнообразных соединений азота, необходимых для сельского хозяйства, промышленности и военного дела, служили природная чилийская селитра и аммиак, получаемый при сухой перегонке каменного угля. С истощением залежей чилийской селитры человечеству грозил «азотный голод». Проблема азотного голода была разрешена в конце 19 и начале 20 века путем разработки ряда промышленных методов фиксации атмосферного азота. Наиболее важным из них является синтез аммиака по схеме:

N₂ + 3H₂ <-> 2NH₃

(см. Аммиак).

[править] Химические свойства

Азот входит в главной подгруппы пятой группы периодической системы Менделеева. Порядковый номер его 7. Атомы азота имеют во внешней электронной оболочке пять электронов. Поэтому они могут присоединять три электрона, которых им не хватает для образования полностью заполненной восемью электронами оболочки, и восстанавливаться до ионов N 3 или терять пять валентных электронов, превращаясь в положительно заряженные ионы и проявляя при этом свою максимальную положительную валентность. Атомы азота также могут терять и меньшее количество электронов, проявляя при этом положительную валентность 1+, 2+, 3+ и 4+.

Молекулы азота двухатомные, оба атома прочно связаны между собой тремя общими электронными парами.

Чтобы разложить молекулу азота на атомы, надо потратить значительное количество энергии. Поэтому азот при обычных условиях химически довольно пассивный.

При высоких температурах, когда молекулы азота разлагаются и он переходит в атомарное состояние, он сравнительно легко вступает в реакции с металлами (особенно с активными), образуя так называемые нитриды. При высокой температуре, высоком давлении и наличии катализатора оксид соединяется с водородом с образованием аммиака. При температуре электрической искры (свыше 3000 °C) азот реагирует с кислородом, образуя неустойчивый при высокой температуре монооксид азота NO по реакции:

N2 + O2 = 2NO

В природе эта реакция происходит при грозовых разрядах.

Другие свойства

В обычных условиях азот физиологически инертен, но при вдыхании сжатого воздуха наступает состояние, называемое азотным наркозом, подобное алкогольному опьянению. Эти случаи могут быть при условии водолазных работ на глубине нескольких десятков метров. Для предупреждения возникновения данного состояния порой пользуются искусственными газовыми смесями, в которых азот заменен гелием или иным инертным газом. При резком и значительном снижении парциального давления азота, растворимость его в крови и тканях настолько уменьшается, что часть его выделяется в виде пузырьков, является одной из причин возникновения кессонной болезни, которая наблюдается у водолазов при быстром их поднятии на поверхность и у пилотов при больших скоростях взлета самолета, а также при входе в верхние слои атмосферы.

В смеси с кислородом азот используется как слабый наркотик, вызывающий состояние опьянения, эйфории, притупление болевой чувствительности. Используется для ингаляционного наркоза.

Наркотик веселящий газ — действие и эффект

Проведение наркоза с азотной закисью сочетаемо с эпидуральной анестезией. При наличии прочих вдыхаемых либо вводимых внутривенно анестетиков, миорелаксантов и нейролептиков азотная закись может быть использована при проведении общего наркоза, продолжительность которого позволяет выполнять большие операции. N2O в такой смеси присутствует вместе с кислородом в пропорциях 2:1 либо 3:1.

Во время длительного наркоза с окисью диазота, когда одновременно применяются миорелаксанты, в организме накапливается углекислый газ, что становится причиной развития кислородного голодания. Это чревато нарушениями работы сердца во время оперативного вмешательства. В отдельных случаях N2O способен усилить негативное воздействие на центр дыхания наркотических анальгетиков и барбитуратов.

Бесплатная консультация

Запишитесь на консультацию к наркологу прямо сейчас. Это бесплатно и анонимно.

Веселящий газ — это наркотик, который распространяют возле ночных клубов, дискотек, реализуют в сети Интернет.

Находясь под действием веселящего газа, человек испытывает эйфорию, радость, восторг. Он забывает о проблемах. Его не беспокоит чувство тревоги. Состояние похоже на опьянение. Средство мгновенно попадает в кровь. Внешне действие веселящего газа проявляется в безудержном смехе, гипертрофированном выражении положительных эмоций.

Хранение и соблюдение техники безопасности

Автотранспортом азот в жидком состоянии перевозят в специальных криогенных сосудах или цистернах. Потребителям доставляют газообразное вещество в сжатом виде в черных баллонах. Хранят азот в сосудах Дьюара, имеющих двойные стенки, между которыми находится вакуум. В целях уменьшения передачи тепла поверхности делают зеркальными за счет слоя серебра. Сосуды Дьюара могут быть разного объема. Емкости, вмещающие десятки литров, изготавливают из металла. В таком сосуде вещество может храниться несколько недель.

Кратковременный контакт кожи с жидким азотом не представляет серьезной опасности, так как в месте соприкосновения образуется воздушная подушка, обладающая низкой теплопроводностью. Именно она защищает ткани от травмирования. Длительный контакт азота с кожей, глазами или слизистыми оболочками вызывает их тяжелое повреждение. Пораженный участок при попадании вещества необходимо незамедлительно промыть большим количеством воды.

При испарении азота происходит его накопление на уровне пола рабочего помещения из-за низкой температуры и большей плотности, чем у воздуха. Незаметно для человека создается высокая концентрация вещества, а количество кислорода уменьшается. Это влияет на общее самочувствие: нарушается ритм дыхания и учащается пульс. При тяжелом исходе ситуации расстраивается сознание и теряется способность двигаться. Опасность состоит в том, что отравление происходит незаметно для человека, пострадавший не осознает серьезности ситуации. Поэтому помещения, в которых производится или используется азот, обязательно оснащаются надежной системой вентиляции.

Области применения газа

Сегодня данный продукт востребован во многих отраслях промышленности: газовой, пищевой, металлургической. Однако крупные масштабы добычи азота актуальны именно для нефтехимической индустрии. Основная область применения – изготовление одноименной кислоты и других удобрений для сельского хозяйства. В технике азот используют для охлаждения различного оборудования и агрегатов. Он создает инертную среду при перекачивании горючих жидкостей.

В фармацевтике азот применяют для транспортировки химического сырья, защиты резервуаров и упаковки лекарственных средств. В электронике он предотвращает окисление в процессе производства полупроводников.

В пищевой промышленности азот в жидком состоянии используется как охлаждающий и замораживающий элемент. В газообразном виде его применяют в целях создания инертной среды при розливе негазированных напитков и масел, а также производят пропеллент для баллончиков.

Наиболее эффективный способ тушения пожаров – азотное пожаротушение. Испаряясь, вещество быстро вытесняет кислород, который требуется для поддержания горения, и огонь затухает. Затем азот быстро выветривается из помещения, при этом сберегаются материальные ценности, которые могли быть повреждены пеной, порошком или водой.

В медицине при помощи криогенной консервации сохраняют клетки и органы. Кроме того, жидким азотом разрушают пораженные участки тканей.

Криоаппликация

В косметологии для лица, жидкий азот нашел свое успешное действие, при удалении различных прыщей, бородавок, шрамов. Когда применяют жидкий азот для удаления, то его оставляют на коже чуть дольше, чем при массаже. Таким же образом, при помощи деревянной палочки с ватой, косметолог наносит жидкий азот на проблемный участок и держит 30 секунд, затем убирает.

В течение одной минуты на месте воздействия жидкого на коже возникает приток крови с небольшим отеком. Припухлость остается на лице в течение некоторого времени и превращается в плотную корочку. Спустя немного времени она отпадает и на ее месте остается молодая кожа. Со временем цвет кожи выравнивается под общий тон лица.

Удаление жидким азотом можно сравнить с прижиганием, только в этом случае к коже подносят не раскалившийся металл, а аппликатор из ваты.

Криоаппликация- это настоящая находка для тех, кто постоянно страдает избытком пигментации на коже. В этом случае пятна просто выжигают, это совершенно безопасно и безболезненно. Если Вы хотите с помощью жидкого азота избавиться от пигментации кожи, то не желательно проводить такую процедуру в жаркое время года.

Да и находиться под воздействием прямых солнечных лучей после проведения процедуры тоже не рекомендовано. Пигментация может увеличиться.

Мы рассмотрели виды применения этого средства в косметологии, и как он эффективно воздействует на кожу. Попробуем разобраться опасно ли его применение?

Строение ядра и электронных оболочек.

В природе существуют два стабильных изотопа азота: с массовым числом 14 ( содержит 7 протонов и 7 нейтронов) и с массовым числом 15 ( содержит 7 протонов и 8 нейтронов). Их соотношение составляет 99,635:0,365, поэтому атомная масса азота равна 14,008. Нестабильные изотопы азота 12N, 13N, 16N, 17N получены искусственно. Схематически электронное строение атома азота таково: 1s22s22p_x12p_y12p_z1. Следовательно, на внешней (второй) электронной оболочке находится 5 электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей; орбитали азота могут также принимать электроны, т.е. возможно образование соединений со степенью окисления от (–III) до (V), и они известны. См. также АТОМА СТРОЕНИЕ.