Azoto atominis skaičius. Azotas: charakteristikos, cheminės savybės, fizinės savybės, junginiai, vieta gamtoje

AZOTAS, N (lot. Nitrogenium * a. azotas; n. Stickstoff; f. azotas, azotas; i. azotas), yra Mendelejevo periodinės sistemos V grupės cheminis elementas, atominis skaičius 7, atominė masė 14,0067. 1772 m. atrado anglų tyrinėtojas D. Rutherfordas.

Azoto savybės

Normaliomis sąlygomis azotas yra bespalvės ir bekvapės dujos. Natūralus azotas susideda iš dviejų stabilių izotopų: 14 N (99,635 %) ir 15 N (0,365 %). Azoto molekulė yra dviatomė; atomai yra sujungti kovalentine triguba jungtimi NN. Azoto molekulės skersmuo, nustatytas įvairiais metodais, yra 3,15-3,53 A. Azoto molekulė yra labai stabili - disociacijos energija 942,9 kJ/mol.

Molekulinis azotas

Molekulinės azoto konstantos: f lydymosi - 209,86°C, f virimo - 195,8°C; Dujinio azoto tankis yra 1,25 kg/m3, skysto azoto - 808 kg/m3.

Azoto charakteristikos

Kietoje būsenoje azotas yra dviejų modifikacijų: kubinės a formos, kurios tankis 1026,5 kg/m3, ir šešiakampės b formos, kurios tankis 879,2 kg/m3. Lydymosi šiluma 25,5 kJ/kg, garavimo šiluma 200 kJ/kg. Skystojo azoto paviršiaus įtempis sąlytyje su oru 8.5.10 -3 N/m; dielektrinė konstanta 1,000538. Azoto tirpumas vandenyje (cm 3 100 ml H 2 O): 2,33 (0 °C), 1,42 (25 °C) ir 1,32 (60 °C). Išorinis azoto atomo elektronų apvalkalas susideda iš 5 elektronų. Azoto oksidacijos laipsniai svyruoja nuo 5 (N 2 O 5) iki -3 (NH 3).

Azoto junginys

Normaliomis sąlygomis azotas gali reaguoti su pereinamųjų metalų junginiais (Ti, V, Mo ir kt.), sudarydamas kompleksus arba redukuodamas, kad susidarytų amoniakas ir hidrazinas. Azotas sąveikauja su aktyviais metalais, pavyzdžiui, kaitinamas iki santykinai žemos temperatūros. Azotas reaguoja su dauguma kitų elementų esant aukštai temperatūrai ir esant katalizatoriams. Azoto junginiai su: N 2 O, NO, N 2 O 5 buvo gerai ištirti. Azotas jungiasi su C tik esant aukštai temperatūrai ir esant katalizatoriams; taip susidaro amoniakas NH 3 . Azotas tiesiogiai nesąveikauja su halogenais; todėl visi azoto halogenidai gaunami tik netiesiogiai, pavyzdžiui, azoto fluoridas NF 3 – sąveikaujant su amoniaku. Azotas taip pat nesijungia tiesiogiai su siera. Kai karštas vanduo reaguoja su azotu, susidaro cianogenas (CN) 2. Įprastą azotą veikiant elektros išlydžiams, taip pat elektros išlydžiams ore, gali susidaryti aktyvusis azotas, kuris yra azoto molekulių ir atomų mišinys su padidintu energijos rezervu. Aktyvus azotas labai energingai sąveikauja su deguonimi, vandeniliu, garais ir kai kuriais metalais.

Azotas yra vienas iš labiausiai paplitusių elementų Žemėje, o didžioji jo dalis (apie 4,10 15 tonų) yra sutelkta laisvoje būsenoje. Kiekvienais metais vulkaninė veikla į atmosferą išskiria 2,10 6 t azoto. Nedidelė dalis azoto koncentruojasi (vidutinis kiekis litosferoje 1,9,10 -3%). Natūralūs azoto junginiai yra amonio chloridas ir įvairūs nitratai (druska). Azoto nitridai gali susidaryti tik esant aukštai temperatūrai ir slėgiui, o tai, atrodo, buvo ankstyviausiuose Žemės vystymosi etapuose. Didelės salietros sankaupos randamos tik sausame dykumos klimate (ir kt.). Nedideli fiksuoto azoto kiekiai randami (1-2,5%) ir (0,02-1,5%), taip pat upių, jūrų ir vandenynų vandenyse. Azotas kaupiasi dirvožemyje (0,1%) ir gyvuose organizmuose (0,3%). Azotas yra baltymų molekulių ir daugelio natūralių organinių junginių dalis.

Azoto ciklas gamtoje

Gamtoje yra azoto ciklas, apimantis molekulinio atmosferos azoto ciklą biosferoje, ciklą chemiškai surišto azoto atmosferoje, paviršinio azoto ciklą, palaidotą organinėmis medžiagomis litosferoje ir jo grįžimą atgal į atmosferą. . Pramonei skirtas azotas anksčiau buvo išgaunamas tik iš natūralių salietros telkinių, kurių skaičius pasaulyje yra labai ribotas. Ypač didelės azoto sankaupos natrio nitrato pavidalu yra Čilėje; salietros gamyba kai kuriais metais siekė daugiau nei 3 mln. tonų.

Azotą eksperimentiniu būdu atrado škotų chemikas D. Rutherfordas 1772 m. Gamtoje azotas daugiausia yra laisvos būsenos ir yra vienas pagrindinių oro komponentų. Kokios yra azoto fizinės ir cheminės savybės?

bendrosios charakteristikos

Azotas yra Mendelejevo periodinės sistemos V grupės cheminis elementas, atominis skaičius 7, atominė masė 14, azoto formulė - N 2. Elemento pavadinimo vertimas – „negyvas“ – gali reikšti azotą kaip paprastą medžiagą. Tačiau surištas azotas yra vienas iš pagrindinių gyvybės elementų, jis yra baltymų, nukleino rūgščių, vitaminų ir kt.

Ryžiai. 1. Elektroninė azoto konfigūracija.

Azotas yra antrojo periodo elementas, neturi sužadintų būsenų, nes atomas neturi laisvų orbitų. Tačiau šis cheminis elementas gali turėti ne tik III, bet ir IV valentiškumą pradinėje būsenoje dėl kovalentinio ryšio susidarymo per donoro-akceptoriaus mechanizmą, dalyvaujant vienišai azoto elektronų porai. Azoto oksidacijos laipsnis labai skiriasi nuo -3 iki +5.

Tiriant azoto molekulės struktūrą, reikia atsiminti, kad cheminis ryšys vyksta dėl trijų bendrų p-elektronų porų, kurių orbitos nukreiptos išilgai x, y, z ašių.

Azoto cheminės savybės

Gamtoje azotas yra paprastos medžiagos - dujų N2 pavidalu (tūrio dalis ore 78%) ir surištoje būsenoje. Azoto molekulėje atomai yra sujungti stipria triguba jungtimi. Šios jungties energija yra 940 kJ/mol. Esant įprastoms temperatūroms, azotas gali sąveikauti tik su ličiu (Li 3 N). Po išankstinio molekulių aktyvavimo kaitinant, švitinant arba veikiant katalizatoriams, azotas reaguoja su metalais ir nemetalais. Azotas gali reaguoti su magniu, kalciu arba, pavyzdžiui, aliuminiu:

3Mg+N2 =Mg3N2

3Ca+N2 =Ca3N2

Ypač svarbi amoniako sintezė iš paprastų medžiagų – azoto ir vandenilio, esant katalizatoriui (kempinės geležies): N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +Q. Amoniakas yra bespalvės dujos, turinčios aštrų kvapą. Jis gerai tirpsta vandenyje, o tai daugiausia lemia vandenilinių jungčių susidarymas tarp amoniako ir vandens molekulių, taip pat įpylimo į vandenį reakcijos per donoro-akceptoriaus mechanizmą. Šiek tiek šarminė tirpalo reakcija atsiranda dėl to, kad tirpale yra OH- jonų (maža koncentracija, nes amonio hidroksido disociacijos laipsnis yra labai mažas - tai silpnai tirpi bazė).

Ryžiai. 2. Amoniakas.

Iš šešių azoto oksidų - N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 4, N 2 O 5, kur azoto oksidacijos būsena yra nuo +1 iki +5, pirmieji du - N 2 O ir NO – nesudaro druskos, likusieji reaguoja sudarydami druskas.

Azoto rūgštis, svarbiausias azoto junginys, pramoniniu būdu gaunama iš amoniako 3 etapai :

• amoniako oksidacija ant platinos katalizatoriaus:

4NH3 +5O2 =4NO+6H2O

• NO oksidacija į NO 2 veikiant atmosferos deguoniui:

• NO 2 absorbcija vandens pertekliniame deguonyje:

4NO2 +2H2O+O2 =4HNO3

Azotas taip pat gali reaguoti su vandeniliu esant aukštai temperatūrai ir slėgiui (esant katalizatoriui):

N2 +3H2 =2NH3

Ryžiai. 3. Azoto rūgštis.

Azoto panaudojimas

Azotas daugiausia naudojamas kaip pradinis produktas amoniako sintezei, taip pat azoto rūgšties, mineralinių trąšų, dažiklių, sprogstamųjų medžiagų ir kitų azoto turinčių junginių gamybai. Skystas azotas naudojamas aušinimo sistemose. Siekiant suteikti plienui didesnį kietumą, padidinti atsparumą dilimui, atsparumą korozijai ir atsparumą karščiui, jo paviršius aukštoje temperatūroje prisotinamas azotu. Šis plienas gali atlaikyti kaitinimą iki 500 laipsnių neprarandant kietumo.

APIBRĖŽIMAS

Azotas- septintasis periodinės lentelės elementas. Pavadinimas – N iš lotyniško „nitrogenium“. Įsikūręs antrame periode, VA grupė. Nurodo nemetalus. Branduolinis krūvis yra 7.

Didžioji dalis azoto yra laisvos būsenos. Laisvasis azotas yra pagrindinis oro komponentas, kuriame yra 78,2 % (tūrio) azoto. Neorganinių azoto junginių gamtoje dideliais kiekiais nėra, išskyrus natrio nitratą NaNO 3, kuris Čilės Ramiojo vandenyno pakrantėje sudaro storus sluoksnius. Dirvožemyje yra nedidelis azoto kiekis, daugiausia azoto rūgšties druskų pavidalu. Tačiau sudėtingų organinių junginių – baltymų – pavidalu azotas yra visų gyvų organizmų dalis.

Paprastos medžiagos pavidalo azotas yra bespalvės, bekvapės dujos, labai mažai tirpios vandenyje. Jis yra šiek tiek lengvesnis už orą: 1 litro azoto masė yra 1,25 g.

Azoto atominė ir molekulinė masė

Santykinė elemento atominė masė yra tam tikro elemento atomo masės ir 1/12 anglies atomo masės santykis. Santykinė atominė masė yra be matmenų ir žymima A r (indeksas „r“ yra pradinė angliško žodžio relatīvi raidė, reiškianti „santykinė“). Santykinė atominio azoto masė yra 14,0064 amu.

Molekulių masės, kaip ir atomų masės, išreiškiamos atominės masės vienetais. Medžiagos molekulinė masė yra molekulės masė, išreikšta atominės masės vienetais. Santykinė medžiagos molekulinė masė yra tam tikros medžiagos molekulės masės ir 1/12 anglies atomo masės santykis, kurio masė yra 12 amu. Yra žinoma, kad azoto molekulė yra dviatomė - N 2. Santykinė azoto molekulės molekulinė masė bus lygi:

M r (N 2) = 14,0064 × 2 ≈ 28.

Azoto izotopai

Gamtoje azotas egzistuoja dviejų stabilių izotopų 14 N (99,635 %) ir 15 N (0,365 %) pavidalu. Jų masės skaičiai yra atitinkamai 14 ir 15. Azoto izotopo 14 N atomo branduolyje yra septyni protonai ir septyni neutronai, o izotopas 15 N – tiek pat protonų ir šeši neutronai.

Yra keturiolika dirbtinių azoto izotopų, kurių masės skaičius yra nuo 10 iki 13 ir nuo 16 iki 25, iš kurių stabiliausias izotopas yra 13 N, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 10 minučių.

Azoto jonai

Išorinis azoto atomo energijos lygis turi penkis elektronus, kurie yra valentiniai elektronai:

1s 2 2s 2 2p 3 .

Azoto atomo struktūra parodyta žemiau:

Dėl cheminės sąveikos azotas gali prarasti valentinius elektronus, t.y. būti jų donoru, ir virsti teigiamai įkrautais jonais arba priimti elektronus iš kito atomo, t.y. būti jų akceptoriumi ir virsti neigiamo krūvio jonais:

N 0 -5e → N 2+;

N0-4e → N4+;

N0-3e → N3+;

N0-2e → N2+;

N0-1e → N1+;

N 0 +1e → N 1-;

N 0 +2e → N 2-;

N 0 +3e → N 3- .

Azoto molekulė ir atomas

Azoto molekulė susideda iš dviejų atomų – ​​N2. Štai keletas savybių, apibūdinančių azoto atomą ir molekulę:

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

2 PAVYZDYS

Azoto junginiai – salietra, azoto rūgštis, amoniakas – buvo žinomi gerokai anksčiau, nei buvo gautas laisvasis azotas. 1772 m. D. Rutherfordas, degindamas fosforą ir kitas medžiagas stikliniame varpe, parodė, kad po degimo likusios dujos, kurias jis pavadino „dusinančiu oru“, nepalaiko kvėpavimo ir degimo. 1787 m. A. Lavoisier nustatė, kad orą sudarančios „gyvybinės“ ir „dusinančios“ dujos yra paprastos medžiagos, ir pasiūlė pavadinimą „azotas“. 1784 m. G. Cavendishas parodė, kad azotas yra salietros dalis; Iš čia kilęs lotyniškas pavadinimas Azotas (iš vėlyvojo lotyniško nitrum – salietra ir graikiško gennao – pagimdžiu, gaminu), 1790 m. pasiūlė J. A. Chaptal. Iki XIX amžiaus pradžios buvo išaiškintas laisvo azoto cheminis inertiškumas ir išskirtinis jo, kaip surišto azoto, vaidmuo junginiuose su kitais elementais. Nuo tada azoto „surišimas“ iš oro tapo viena iš svarbiausių techninių chemijos problemų.

Azoto pasiskirstymas gamtoje. Azotas yra vienas iš labiausiai paplitusių elementų Žemėje, o didžioji jo dalis (apie 4·10 15 tonų) yra susitelkusi laisvoje būsenoje atmosferoje. Ore laisvojo azoto (N2 molekulių pavidalu) yra 78,09 % tūrio (arba 75,6 % masės), neskaitant jo smulkių priemaišų amoniako ir oksidų pavidalu. Vidutinis azoto kiekis litosferoje yra 1,9·10 -3 % masės. Natūralūs azoto junginiai yra amonio chloridas NH 4 Cl ir įvairūs nitratai. Didelės salietros sankaupos būdingos sausam dykumos klimatui (Čilė, Vidurinė Azija). Ilgą laiką nitratas buvo pagrindinis azoto tiekėjas pramonei (dabar pramoninė amoniako sintezė iš azoto iš oro ir vandenilio yra itin svarbi azotui fiksuoti). Nedideli kiekiai surišto azoto randami anglyse (1-2,5%) ir naftoje (0,02-1,5%), taip pat upių, jūrų ir vandenynų vandenyse. Azotas kaupiasi dirvožemyje (0,1%) ir gyvuose organizmuose (0,3%).

Nors pavadinimas „azotas“ reiškia „nepalaikantis gyvybės“, iš tikrųjų jis yra esminis gyvybės elementas. Gyvūnų ir žmonių baltymuose yra 16-17% azoto. Mėsėdžių gyvūnų organizmuose baltymai susidaro dėl suvartotų baltyminių medžiagų, esančių žolėdžių gyvūnų organizmuose ir augaluose. Augalai sintetina baltymus asimiliuodami azotines medžiagas, esančias dirvožemyje, daugiausia neorganines. Tai reiškia, kad azoto kiekiai į dirvožemį patenka dėl azotą fiksuojančių mikroorganizmų, kurie laisvą azotą iš oro gali paversti azoto junginiais.

Gamtoje vyksta azoto ciklas, kuriame pagrindinį vaidmenį atlieka mikroorganizmai – nitrofuojantis, denitrofuojantis, azotą fiksuojantis ir kt. Tačiau augalams iš dirvos išgaunant didžiulius kiekius surišto azoto (ypač intensyvaus ūkininkavimo metu), dirvose trūksta azoto. Azoto trūkumas būdingas beveik visų šalių žemės ūkiui, taip pat gyvulininkystėje ("baltymų badas"). Dirvožemyje, kuriame trūksta azoto, augalai blogai vystosi. Azoto trąšos ir gyvulių šėrimas baltymais yra svarbiausios žemės ūkio skatinimo priemonės. Žmonių ūkinė veikla sutrikdo azoto ciklą. Taigi deginant kurą atmosfera praturtinama azotu, o gamyklos, gaminančios trąšas, suriša azotą iš oro. Transportuojant trąšas ir žemės ūkio produktus, azotas perskirstomas į žemės paviršių. Azotas yra ketvirtas pagal gausumą elementas Saulės sistemoje (po vandenilio, helio ir deguonies).

Azoto izotopai, atomas ir molekulė. Natūralus azotas susideda iš dviejų stabilių izotopų: 14 N (99,635 %) ir 15 N (0,365 %). 15N izotopas naudojamas cheminiuose ir biocheminiuose tyrimuose kaip paženklintas atomas. Iš dirbtinių radioaktyviųjų azoto izotopų 13 N turi ilgiausią pusinės eliminacijos laiką (T ½ = 10,08 min), likusieji yra labai trumpaamžiai. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, veikiant kosminės spinduliuotės neutronams, 14 N virsta radioaktyviuoju anglies izotopu 14 C. Šis procesas taip pat naudojamas branduolinėse reakcijose, gaminant 14 C. Azoto atomo išorinis elektroninis apvalkalas susideda iš 5 elektronų (viena pora ir trys nesuporuoti - konfigūracija 2s 2 2p 3. Dažniausiai azotas junginiuose yra 3-kovalentinis dėl nesuporuotų elektronų (kaip ir amoniake NH 3). Pavienės elektronų poros buvimas gali sukelti iki kito kovalentinio ryšio susidarymo, o azotas tampa 4-kovalentiniu (kaip ir NH 4 azoto oksidacijos būsenos svyruoja nuo +5 (N 2 O 5) iki -3 (NH 3). normaliomis sąlygomis laisvoje būsenoje azotas sudaro molekulę N 2, kurioje N atomai yra sujungti trimis kovalentiniais ryšiais: jo disociacijos energija į atomus yra 942,9 kJ/mol (225,2 kcal/mol), todėl net esant a. temperatūra yra apie 3300°C, azoto disociacijos laipsnis yra tik apie 0,1%.

Azoto fizinės savybės. Azotas yra šiek tiek lengvesnis už orą; tankis 1,2506 kg/m 3 (esant 0°C ir 101325 n/m 2 arba 760 mm Hg), lydymosi temperatūra -209,86°C, virimo temperatūra -195,8°C. Azotas sunkiai skystėja: jo kritinė temperatūra gana žema (-147,1 °C), o kritinis slėgis aukštas 3,39 Mn/m 2 (34,6 kgf/cm 2); skystojo azoto tankis 808 kg/m3. Vandenyje azotas yra mažiau tirpus nei deguonis: 0°C temperatūroje 1 m 3 H 2 O ištirpsta 23,3 g azoto. Azotas kai kuriuose angliavandeniliuose tirpsta geriau nei vandenyje.

Azoto cheminės savybės. Azotas sąveikauja tik su tokiais aktyviais metalais kaip litis, kalcis, magnis, kai kaitinama iki palyginti žemos temperatūros. Azotas reaguoja su dauguma kitų elementų esant aukštai temperatūrai ir esant katalizatoriams. Azoto junginiai su deguonimi N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 ir N 2 O 5 buvo gerai ištirti. Iš jų, esant tiesioginei elementų sąveikai (4000°C), susidaro NO oksidas, kuris atvėsęs toliau lengvai oksiduojasi į oksidą (IV) NO 2. Azoto oksidai ore susidaro atmosferos išmetimo metu. Jų taip pat galima gauti veikiant azoto ir deguonies mišinį jonizuojančia spinduliuote. Azoto N 2 O 3 ir azoto N 2 O 5 anhidridus ištirpinus vandenyje, gaunama atitinkamai azoto rūgštis HNO 2 ir azoto rūgštis HNO 3, susidaro druskos – nitritai ir nitratai. Azotas jungiasi su vandeniliu tik esant aukštai temperatūrai ir esant katalizatoriams, susidaro amoniakas NH 3. Be amoniako, žinoma daug kitų azoto junginių su vandeniliu, pavyzdžiui, hidrazinas H 2 N-NH 2, diimidas HN=NH, vandenilio azoto rūgštis HN 3 (H-N=N≡N), oktazonas N 8 H 14 ir kt. ; Dauguma azoto junginių su vandeniliu išskiriami tik organinių darinių pavidalu. Azotas su halogenais tiesiogiai nesąveikauja, todėl visi azoto halogenidai gaunami tik netiesiogiai, pavyzdžiui, azoto fluoridas NF 3 – fluorui reaguojant su amoniaku. Paprastai azoto halogenidai yra mažai atsparūs junginiai (išskyrus NF 3); Azoto oksihalogenidai yra stabilesni – NOF, NOCl, NOBr, NO 2 F ir NO 2 Cl. Azotas taip pat nesijungia tiesiogiai su siera; azotinė siera N 4 S 4 gaunama skystai sierai reaguojant su amoniaku. Kai karštas koksas reaguoja su azotu, susidaro cianogenas (CN) 2. Kaitinant azotą acetilenu C 2 H 2 iki 1500°C, galima gauti vandenilio cianidą HCN. Dėl azoto sąveikos su metalais aukštoje temperatūroje susidaro nitridai (pavyzdžiui, Mg 3 N 2).

Įprastą azotą veikiant elektros iškrovoms [slėgis 130-270 n/m 2 (1-2 mm Hg)] arba skaidant B, Ti, Mg ir Ca nitridus, taip pat elektros iškrovų metu, aktyvusis azotas gali išsiskirti. susidaro ore, kuris yra azoto molekulių ir atomų mišinys su padidintu energijos rezervu. Skirtingai nuo molekulinio azoto, aktyvusis azotas labai energingai sąveikauja su deguonimi, vandeniliu, sieros garais, fosforu ir kai kuriais metalais.

Azotas yra daugelio svarbių organinių junginių (aminų, aminorūgščių, azoto junginių ir kitų) dalis.

Azoto gavimas. Laboratorijoje azotą nesunkiai galima gauti kaitinant koncentruotą amonio nitrito tirpalą: NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O. Techninis azoto gavimo būdas pagrįstas iš anksto suskystinto oro atskyrimu, buvo distiliuojamas.

Azoto panaudojimas. Didžioji dalis išgaunamo laisvojo azoto naudojama pramoninei amoniako gamybai, kuris vėliau dideliais kiekiais perdirbamas į azoto rūgštį, trąšas, sprogmenis ir kt. Be tiesioginės amoniako sintezės iš elementų, cianamido metodas, sukurtas m. 1905 yra pramoninės reikšmės azotui surišti iš oro, nes 1000°C temperatūroje kalcio karbidas (gaunamas kaitinant kalkių ir anglies mišinį elektrinėje krosnyje) reaguoja su laisvuoju azotu: CaC 2 + N 2 = CaCN 2 + C. Susidaręs kalcio cianamidas, veikiamas perkaitintų vandens garų, suyra ir išsiskiria amoniakas: CaCN 2 + 3H 2 O = CaCO 3 + 2NH 3.

Laisvasis azotas naudojamas daugelyje pramonės šakų: kaip inertinė terpė įvairiuose chemijos ir metalurgijos procesuose, laisvos vietos užpildymui gyvsidabrio termometruose, siurbiant degius skysčius ir kt. Skystas azotas naudojamas įvairiuose šaldymo įrenginiuose. Jis laikomas ir gabenamas plieniniuose Dewar induose, azoto dujos suslėgtos formos – balionuose. Daugelis azoto junginių yra plačiai naudojami. Surišto azoto gamyba pradėjo sparčiai vystytis po Pirmojo pasaulinio karo ir dabar yra pasiekusi milžinišką mastą.

Azotas organizme. Azotas yra vienas iš pagrindinių biogeninių elementų, sudarančių svarbiausias gyvų ląstelių medžiagas – baltymus ir nukleorūgštis. Tačiau azoto kiekis organizme yra nedidelis (1-3 % sausos masės). Tik kai kurie mikroorganizmai ir melsvadumbliai gali pasisavinti atmosferoje esantį molekulinį azotą.

Didelės azoto atsargos koncentruojasi dirvožemyje įvairių mineralinių (amonio druskų, nitratų) ir organinių junginių (baltymų azoto, nukleorūgščių ir jų skilimo produktų, tai yra dar ne visiškai suirusių augalų ir gyvūnų liekanų) pavidalu. Augalai iš dirvožemio pasisavina azotą tiek neorganinių, tiek kai kurių organinių junginių pavidalu. Natūraliomis sąlygomis augalų mitybai didelę reikšmę turi dirvožemio mikroorganizmai (amonifikatoriai), mineralizuojantys dirvožemio organinį azotą į amonio druskas. Nitratinis azotas dirvožemyje susidaro dėl gyvybinės veiklos nitrifikuojančių bakterijų, kurias 1890 m. atrado S. N. Vinogradskis, kurios oksiduoja amoniaką ir amonio druskas iki nitratų. Dalis mikroorganizmų ir augalų pasisavinamo nitratinio azoto prarandama, veikiant denitrifikuojančioms bakterijoms virsta molekuliniu azotu. Augalai ir mikroorganizmai gerai pasisavina ir amonio, ir nitratinį azotą, pastarąjį redukuodami iki amoniako ir amonio druskų. Mikroorganizmai ir augalai neorganinį amonio azotą aktyviai paverčia organiniais azoto junginiais – amidais (asparaginu ir glutaminu) bei aminorūgštimis. Kaip parodė D. N. Pryanishnikovas ir V. S. Butkevičius, azotas augaluose yra saugomas ir transportuojamas asparagino ir glutamino pavidalu. Susidarant šiems amidams neutralizuojamas amoniakas, kurio didelė koncentracija yra toksiška ne tik gyvūnams, bet ir augalams. Amidai yra daugelio baltymų dalis, tiek mikroorganizmuose, tiek augaluose, tiek gyvūnuose. Glutamino ir asparagino sintezė fermentiniu būdu amidinant glutamo ir asparto rūgštis vyksta ne tik mikroorganizmuose ir augaluose, bet tam tikru mastu ir gyvūnuose.

Aminorūgščių sintezė vyksta redukciniu būdu aminuojant daugybę aldehido rūgščių ir keto rūgščių, susidarančių oksiduojant angliavandenius, arba vykstant fermentiniam transaminavimui. Galutiniai mikroorganizmų ir augalų amoniako asimiliacijos produktai yra baltymai, kurie yra protoplazmos ir ląstelių branduolio dalis, taip pat nusėda kaip rezerviniai baltymai. Gyvūnai ir žmonės gali tik ribotai sintetinti aminorūgštis. Jie negali susintetinti aštuonių nepakeičiamų aminorūgščių (valino, izoleucino, leucino, fenilalanino, triptofano, metionino, treonino, lizino), todėl pagrindinis jų azoto šaltinis yra baltymai, vartojami su maistu, tai yra, galiausiai, augaliniai baltymai ir mikroorganizmai.

Visų organizmų baltymai fermentiškai skaidomi, kurių galutiniai produktai yra aminorūgštys. Kitame etape dėl deaminacijos organinis aminorūgščių azotas vėl paverčiamas neorganiniu amonio azotu. Mikroorganizmuose ir ypač augaluose amonio azotas gali būti naudojamas naujai amidų ir aminorūgščių sintezei. Gyvūnams amoniakas, susidaręs skaidant baltymus ir nukleino rūgštis, neutralizuojamas sintezuojant šlapimo rūgštį (roplių ir paukščių organizme) arba karbamidą (žinduoliams, įskaitant žmones), kurie vėliau išsiskiria iš organizmo. Azoto apykaitos požiūriu augalai, viena vertus, ir gyvūnai (ir žmonės), kita vertus, skiriasi tuo, kad gyvūnams susidaręs amoniakas panaudojamas tik menkai – didžioji jo dalis. išsiskiria iš organizmo; Augaluose azoto mainai yra „uždaryti“ - į augalą patekęs azotas grįžta į dirvą tik kartu su pačiu augalu.

Azotas yra dujos, paprasta cheminė medžiaga, nemetalas, periodinės lentelės elementas. Lotyniškas pavadinimas Nitrogenium verčiamas kaip „salipetos pagimdymas“.

Pavadinimas „azotas“ ir jo priebalsiai vartojami daugelyje šalių: Prancūzijoje, Italijoje, Rusijoje, Turkijoje, kai kuriose Rytų slavų ir buvusios SSRS šalyse. Pagal pagrindinę versiją, pavadinimas „azotas“ kilęs iš graikų kalbos žodžio azoos - „negyvas“, nes netinka kvėpuoti.

Azotas daugiausia randamas kaip dujos – apie 78% (pagal tūrį) ore. Jo turinčių mineralų – pavyzdžiui, Čilės salietros (natrio nitratas), Indijos salietros (kalio nitratas) – telkiniai dažniausiai buvo išeikvoti, todėl pramoniniu mastu reagentas išgaunamas cheminės sintezės būdu tiesiai iš atmosferos.

Savybės

Normaliomis sąlygomis N2 yra beskonės, bespalvės ir bekvapės dujos. Nedega, yra atsparus ugniai ir sprogimui, blogai tirpus vandenyje ir alkoholyje, netoksiškas. Prastai praleidžia šilumą ir elektrą. Žemesnėje nei -196 °C temperatūroje jis pirmiausia tampa skystas, o paskui kietas. Skystas azotas yra skaidrus, judrus skystis.

Azoto molekulė yra labai stabili, todėl cheminis reagentas iš esmės yra inertiškas, normaliomis sąlygomis reaguoja tik su ličio, cezio ir pereinamųjų metalų kompleksais. Norint atlikti reakcijas su kitomis medžiagomis, reikalingos ypatingos sąlygos: labai aukšta temperatūra ir slėgis, kartais – katalizatorius. Nereaguoja su halogenais, siera, anglimi, siliciu, fosforu.

Elementas yra nepaprastai svarbus visų gyvų būtybių gyvenimui. Tai yra neatskiriama baltymų, nukleorūgščių, hemoglobino, chlorofilo ir daugelio kitų biologiškai svarbių junginių dalis. Vaidina svarbų vaidmenį gyvų ląstelių ir organizmų metabolizme.

Azotas gaminamas 150 atmosferų suslėgtų dujų pavidalu, tiekiamas juoduose balionuose su dideliu ir skaidriu geltonu užrašu. Skystas reagentas laikomas Dewar kolbose (termose su dvigubomis sienelėmis, su sidabro danga viduje ir vakuumu tarp sienelių).

Azoto pavojus

Normaliomis sąlygomis azotas žmonėms ir gyvūnams nekenksmingas, tačiau esant padidintam slėgiui sukelia narkotinį intoksikaciją, o kai trūksta deguonies – uždusimą. Labai pavojinga dekompresinė liga yra susijusi su azotu ir jo poveikiu žmogaus kraujui staigaus slėgio sumažėjimo metu.

Tikriausiai kiekvienas bent kartą tai matė filmuose ar serialuose, kaip skystas azotas akimirksniu užšaldo žmones arba užsifiksuoja ant grotų, seifų ir pan., po to jie tampa trapūs ir lengvai lūžta. Tiesą sakant, skystas azotas dėl mažos šiluminės talpos užšąla gana lėtai. Štai kodėl jo negalima naudoti žmonių užšaldymui vėlesniam atšildymui – neįmanoma vienodai ir vienu metu užšaldyti viso kūno ir organų.

Azotas priklauso pniktogenams – cheminiams elementams, priklausantiems to paties periodinės lentelės pogrupiui kaip ir jis pats. Be azoto, pniktogenai yra fosforas, arsenas, stibis, bismutas ir dirbtinai gautas muskoviumas.

Skystas azotas yra ideali medžiaga gaisrams gesinti, ypač gesinant su vertingais daiktais. Užgesinus azotu, nelieka nei vandens, nei putų, nei miltelių, o dujos tiesiog išnyksta.

Taikymas

— Trys ketvirtadaliai viso pasaulyje pagaminamo azoto atitenka amoniako gamybai, iš kurio, savo ruožtu, gaminama azoto rūgštis, plačiai naudojama įvairiose pramonės šakose.
— Žemės ūkyje azoto junginiai naudojami kaip trąšos, o pats azotas – geresniam daržovių konservavimui daržovių parduotuvėse.
— Sprogmenų, detonatorių, erdvėlaivių kuro (hidrazino) gamybai.
— Dažų ir vaistų gamybai.
— Siurbiant degias medžiagas vamzdžiais, kasyklose, elektroniniuose įrenginiuose.
— Koksui gesinti metalurgijoje, sukurti neutralią atmosferą pramoniniuose procesuose.
— Vamzdžių ir rezervuarų valymui; sluoksnių sprogimas kasyboje; siurbiant kurą raketose.
— Įpurškimui į orlaivių, kartais į automobilių padangas.
- Specialios keramikos gamybai – silicio nitrido, kuris padidino mechaninį, terminį, cheminį atsparumą ir daug kitų naudingų savybių.
— Maisto priedas E941 naudojamas pakuotėse sukurti konservuojančią aplinką, neleidžiančią oksiduotis ir vystytis mikroorganizmams. Skystas azotas naudojamas gėrimams ir aliejams išpilstyti.

Skystas azotas naudojamas kaip:

— Šaldymo agentas kriostatuose, vakuuminiuose įrenginiuose ir kt.
— Kriogeninėje terapijoje kosmetologijoje ir medicinoje, atliekant tam tikras diagnostikos rūšis, saugoti biomedžiagų, spermos, kiaušinėlių mėginius.
– Kriogeninio pjovimo metu.
- Gesinti gaisrus. Reagentui išgaruojant susidaro dujų masė, 700 kartų didesnė už skysčio tūrį. Šios dujos išstumia deguonį nuo liepsnos ir jis užgęsta.