Азот (N)

Химия > Химические элементы > Азот (⁷N)

Азотная кислота (HNO3) Нитраты и нитриты (Соли Азотной и Азотистой кислот) Нитрогруппа Нитроцеллюлоза

Азот в воздухе в виде молекулы N₂. Она имеет тройную связь. Чтобы её разорвать, надо 9.8 эВ. Для сравнения для разрыва O₂ надо 5.2 эВ.

Поэтому Растениям сложно получать необходимый для Фотосинтеза Азот из воздуха.

В природе N₂ расщепляется молнией — после чего N вступает в реакцию с O₂, образуя NO₂. Эти молекулы в капельках воды в облаках выпадают на землю в виде дождя.

Также N₂ в почве разрушается некоторыми Бактериями.

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).

Бактерии превращают Азот в соединения Аммония NH₄⁺. Для фиксации 1 г Азота Бактерии в клубеньках Бобовых затрачивают ~167.5 кДж — это ~ 10 г Глюкозы. Поэтому Глюкозой их снабжают Бобовые.

Тот NH₄⁺, который не забрало Растение, быстро окисляется до Нитратов и Нитритов (Нитрификация). Они хорошо растворимы и смываются водой, в конце концов попадая в океан.

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.

Азот для удобрений

Получали изначально из Навоза. Затем из Гуано (сухой помёт морских птиц), в котором Азота в 40 раз больше, а Фосфора в 20 раз больше. Когда Гуано исчерпался, научились получать из Минералов, а также Азота воздуха — благодаря процессу Фрица Габера (получил за это Нобелевскую премию).

Азот на войне

Габер, получивший Нобелевскую премию за превращения Азота воздуха в Амиак, также помог Германии в Первой Мировой.

Молекулу Азота сложно разорвать — надо приложить много энергии. Обратный процесс — соединение Азотов в молекулу высвобождает огромное количество энергии. При взрыве Пороха (Нитроцеллюлоза), Тротила (Тринитротолуол), Нитроглицерина, Амиачной Селитры (NH₄NO₃) в качестве продукта образуется N₂.

Габер лоббировал идею переоборудовать его заводы по производству Аммиака для удобрений под производство Селитры для взрывчатых веществ. Его начальство считало, что такое преобразование невозможно, но Габер упорствовал. Его химический процесс стал основой немецкой военной машины.

Также Габер создал газ Хлор, смертельный в низких концентрациях, и чтобы он опускался во вражеские окопы. Хлор так сильно раздражает слизистую, что они наполняются жидкостью. То есть солдаты практически тонули на суше.

После Первой Мировой институт Габера разработал инсектицид на основе Цианида (хотя есть версия, что они разрабатывали боевые отравляющие вещества под видом инсектицидов) — Циклон Б (гранулированная форма Синильной кислоты). Он обладал едва уловимым запахом, поэтому к нему подмешивали плохо пахнущий химикат. Во время Второй Мировой, через 10 лет после смерти Габера, нацисты попросили удалить плохо пахнущий компонент. И эта форма была использована для Холокоста.

Аммиак

Сегодня в промышленности получают благодаря Процессу Габера-Боша:

В обычных условиях молекулярные N и H не взаимодействуют. Только под влиянием высоких давлений и температур. Использование катализатора значительно ускоряет реакцию. Катализатор — пористое железо с примесями Al₂O₃, CaO, SiO₂, K₂O.

После протекания реакции газ охлаждают, чтобы Аммиак не распался.

Азот получают из воздуха. Водорода в воздухе мало, так что его получают из Кокса, Воды и Метана.

Применение:

• с/х
• медицина
• Производство взрывчатых вещест, полимеров, Азотной кислоты, Соды
• растворитель
• хладагент

Если вам есть что дополнить в статье — напишите это в комментариях.