Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

---

<< Uglerod | Oglavlenie | Kislorod >>

Azot

Izdatel'stvo "Nauka", 1977
Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002

Vsem izvestno: azot inerten. Chasto my setuem za eto na element N 7, chto estestvenno: slishkom dorogoi cenoi prihoditsya rasplachivat'sya za ego otnositel'nuyu inertnost', slishkom mnogo energii, sil i sredstv prihoditsya tratit' na ego prevrashenie v zhiznenno neobhodimye soedineniya.

No, s drugoi storony, ne bud' azot tak inerten, v atmosfere proizoshli by reakcii azota s kislorodom, i zhizn' na pashei planete v teh formah, v kotoryh ona sushestvuet, stala by nevozmozhnoi. Rasteniya, zhivotnye, my s vami bukval'no zahlebyvalis' by v potokah nepriemlemyh zhizn'yu okislov i kislot. I "pri vsem pri tom" imenno v okisly i azotnuyu kislotu my stremimsya prevratit' vozmozhno bol'shuyu chast' atmosfernogo azota. Eto odin iz paradoksov elementa N 7. (Zdes' avtor riskuet byt' obvinennym v trivial'nosti, ibo paradoksal'nost' azota, vernee ego svoistv, stala pritchei vo yazyceh. I vse zhe...)

Azot - element neobyknovennyi. Poroyu kazhetsya, chto chem bol'she my o nem uznaem, tem neponyatnee on stanovitsya. Protivorechivost' svoistv elementa N 7 otrazilas' dazhe v ego nazvanii, ibo vvela v zabluzhdenie dazhe takogo blistatel'nogo himika, kak Antuan Loran Lavuaz'e. Eto Lavuaz'e predlozhil nazvat' azot azotom posle togo, kak ne pervym i ne poslednim poluchil i issledoval ne podderzhivayushuyu dyhaniya i goreniya chast' vozduha. Soglasno Lavuaz'e, "azot" oznachaet "bezzhiznennyi", i slovo eto proizvedeno ot grecheskogo "a" - otricanie i "zoe" - zhizn'.

Termin "azot" bytoval eshe v leksikone alhimikov, otkuda i zaimstvoval ego francuzskii uchenyi. Oznachal on nekoe "filosofskoe nachalo", svoego roda kabalisticheskoe zaklinanie. Znatoki utverzhdayut, chto klyuchom k rasshifrovke slova "azot" sluzhit zaklyuchitel'naya fraza iz Apokalipsisa: "Ya est' al'fa i omega, nachalo i konec, pervyi i poslednii..." V srednie veka osobo pochitalis' tri yazyka: latinskii, grecheskii i drevneevreiskii. I slovo "azot" alhimiki sostavili iz pervoi bukvy "a" (a, al'fa, alef) i poslednih bukv: "zet", "omega" i "tov" etih treh alfavitov. Takim obrazom, eto tainstvennoe sinteticheskoe slovo oznachalo "nachalo i konec vseh nachal".

Sovremennik i sootechestvennik Lavuaz'e Zh. Shaptal', ne mudrstvuya lukavo, predlozhil nazvat' element N 7 gibridnym latino-grecheskim imenem "nitrogenium", chto znachit "selitru rozhdayushii". Selitry - azotnokislye soli, veshestva, izvestnye s drevneishih vremen. (O nih rech' vperedi.) Nado skazat', chto termin "azot" ukorenilsya tol'ko v russkom i francuzskom yazykah. Po-angliiski element N 7 - "Nitrogen", po-nemecki - "Stockton" (udushayushee veshestvo). Himicheskii zhe simvol N - dan' shaptalevskomu nitrogeniumu.

Kem otkryt azot

Otkrytie azota pripisyvayut ucheniku zamechatel'nogo shotlandskogo uchenogo Dzhozefa Bleka Danielyu Rezerfordu, kotoryi v 1772 g. opublikoval dissertaciyu "O tak nazyvaemom fiksiruemom i mefiticheskom vozduhe". Blek proslavilsya svoimi opytami s "fiksiruemym vozduhom" - uglekislym gazom. On obnaruzhil, chto posle fiksirovaniya uglekisloty (svyazyvaniya ee sheloch'yu) ostaetsya eshe kakoi-to "ne fiksiruemyi vozduh", kotoryi byl nazvan "mefiticheskim" - isporchennym - za to, chto ne podderzhival goreniya i dyhaniya. Issledovanie etogo "vozduha" Blek i predlozhil Rezerfordu v kachestve dissertacionnoi raboty.

Primerno v to zhe vremya azot byl poluchen K. Sheele, Dzh. Pristli, G. Kavendishem, prichem poslednii, kak sledovalo iz ego laboratornyh zapisei, izuchal etot gaz ran'she Rezerforda, no, kak vsegda, ne speshil s publikaciei rezul'tatov svoih trudov. Odnako vse eti vydayushiesya uchenye imeli ves'ma smutnoe predstavlenie o prirode otkrytogo imi veshestva. Oni byli ubezhdennymi storonnikami teorii flogistona i svyazyvali svoistva "mefiticheskogo vozduha" s etoi mnimoi substanciei. Tol'ko Lavuaz'e, vedya nastuplenie na flogiston, ubedilsya sam i ubedil drugih, chto gaz, kotoryi on nazval "bezzhiznennym", - prostoe veshestvo, kak i kislorod...

Vselenskii katalizator?

Mozhno lish' dogadyvat'sya, chto oznachaet "nachalo i konec vseh nachal" v alhimicheskom "azote". No ob odnom iz "nachal", svyazannyh s elementom N 7, mozhno govorit' vser'ez. Azot i zhizn' - ponyatiya neotdelimye. Po krainei mere, vsyakii raz, kogda biologi, himiki, astrofiziki pytayutsya postich' "nachalo nachal" zhizni, to nepremenno stalkivayutsya s azotom.

Atomy zemnyh himicheskih elementov rozhdeny v nedrah zvezd. Imenno ottuda, ot nochnyh svetil i dnevnogo svetila, nachinayutsya istoki nashei zemnoi zhizni. Eto obstoyatel'stvo i imel v vidu angliiskii astrofizik U. Fauler, govorya, chto "vse my... yavlyaemsya chastichkoi zvezdnogo praha"...

Zvezdnyi "prah" azota voznikaet v slozhneishei cepi termoyadernyh processov, nachal'naya stadiya kotoryh - prevrashenie vodoroda v gelii. Eto mnogostadiinaya reakciya, idushaya, kak predpolagayut, dvumya putyami. Odin iz nih, poluchivshii nazvanie uglerodno-azotnogo cikla, imeet samoe neposredstvennoe otnoshenie k elementu N 7. Etot cikl nachinaetsya, kogda v zvezdnom veshestve, pomimo yader vodoroda - protonov, uzhe est' i uglerod. Yadro ugleroda-12, prisoediniv eshe odin proton, prevrashaetsya v yadro nestabil'nogo azota-13:

¹²₆C + ¹₁H  ¹³₇N + .

No, ispustiv pozitron, azot snova stanovitsya uglerodom - obrazuetsya bolee tyazhelyi izotop ¹³S:

¹³₇N  ¹³₆C + e⁺ + .

Takoe yadro, prinyav lishnii proton, prevrashaetsya v yadro samogo rasprostranennogo v zemnoi atmosfere izotopa -¹⁴N.

¹³₆C + ¹₁H  ¹⁴₇N + .

Uvy, lish' chast' etogo azota otpravlyaetsya v puteshestvie po Vselennoi. Pod deistviem protonov azot-14 prevrashaetsya v kislorod-15, a tot, v svoyu ochered', ispustiv pozitron i gamma-kvant, prevrashaetsya v drugoi zemnoi izotop azota - ¹⁵N:

¹⁴₇N + ¹₁H  ¹⁵₈O + ;

¹⁵₈O  ¹⁵₇N + e⁺ + .

Zemnoi azot-15 stabilen, no i on v nedrah zvezdy podverzhen yadernomu raspadu; posle togo, kak yadro ¹⁵N primet eshe odin proton, proizoidet ne tol'ko obrazovanie kisloroda ¹⁶O, no i drugaya yadernaya reakciya:

¹⁵₇N + ¹₁H  ¹²₆S + ⁴₂He.

V etoi cepi prevrashenii azot - odin iz promezhutochnyh produktov. Izvestnyi angliiskii astrofizik R.Dzh. Teiler pishet: "¹⁴N - izotop, kotoryi nelegko postroit'. V uglerodno-azotnom cikle obrazuetsya azot, i, hotya vposledstvii on snova prevrashaetsya v uglerod, vse zhe esli process protekaet stacionarno, to azota v veshestve okazyvaetsya bol'she, chem ugleroda. Eto, po-vidimomu, osnovnoi istochnik ¹⁴N"...

V umerenno slozhnom uglerodno-azotnom cikle proslezhivayutsya lyubopytnye zakonomernosti. Uglerod ¹²S igraet v nem rol' svoeobraznogo katalizatora. Sudite sami, v konechnom schete ne proishodit izmeneniya kolichestva yader ¹²S. Azot zhe, poyavlyayas' v nachale processa, ischezaet v konce... I esli uglerod v etom cikle - katalizator, to azot yavno - autokatalizator, t.e. produkt reakcii, kataliziruyushii ee dal'neishie promezhutochnye stadii.

My ne sluchaino zaveli zdes' rech' o kataliticheskih svoistvah elementa N 7. No sohranil li etu osobennost' zvezdnyi azot i v zhivom veshestve? Katalizatory zhiznennyh processov - fermenty, i vse oni, ravno kak i bol'shinstvo gormonov i vitaminov, soderzhat azot.

Azot v atmosfere Zemli

Zhizn' mnogim obyazana azotu, no i azot, po krainei mere atmosfernyi, svoim proishozhdeniem obyazan ne stol'ko Solncu, skol'ko zhiznennym processam. Porazitel'no nesootvetstvie mezhdu soderzhaniem elementa N 7 v litosfere (0,01%) i v atmosfere (75,6% po masse ili 78,09% po ob'emu). V obshem-to, my obitaem v azotnoi atmosfere, umerenno obogashennoi kislorodom.

Mezhdu tem ni na drugih planetah solnechnoi sistemy, ni v sostave komet ili kakih-libo drugih holodnyh kosmicheskih ob'ektov svobodnyi azot ne obnaruzhen. Est' ego soedineniya i radikaly - CN^*, NH^*, NH^*₂, NH^*₃, a vot azota net. Pravda, v atmosfere Venery zafiksirovano okolo 2% azota, no eta cifra eshe trebuet podtverzhdeniya. Polagayut, chto i v pervichnoi atmosfere Zemli elementa N 7 ne bylo. Otkuda zhe togda on v vozduhe?

Po-vidimomu, atmosfera nashei planety sostoyala vnachale iz letuchih veshestv, obrazovavshihsya v zemnyh nedrah: N₂, N₂O, SO₂, SN_4, NH₃. Svobodnyi azot esli i vyhodil naruzhu kak produkt vulkanicheskoi deyatel'nosti, to prevrashalsya v ammiak. Usloviya dlya etogo byli samye podhodyashie: izbytok vodoroda, povyshennye temperatury - poverhnost' Zemli eshe ne ostyla. Tak chto zhe, znachit, snachala azot prisutstvoval v atmosfere v vide ammiaka? Vidimo, tak. Zapomnim eto obstoyatel'stvo.

No vot voznikla zhizn'... Vladimir Ivanovich Vernadskii utverzhdal, chto "zemnaya gazovaya obolochka, nash vozduh, est' sozdanie zhizni". Imenno zhizn' zapustila udivitel'neishii mehanizm fotosinteza. Odin iz konechnyh produktov etogo processa - svobodnyi kislorod stal aktivno soedinyat'sya s ammiakom, vysvobozhdaya molekulyarnyi azot:

CO₃ + 2N₂O fotosintez NSON + N₂O + O₂;

4NH₃ + 3O₂  2N₂ + 6N₂O.

Kislorod i azot, kak izvestno, v obychnyh usloviyah mezhdu soboi ne reagiruyut, chto i pozvolilo zemnomu vozduhu sohranit' "status kvo" sostava. Zametim, chto znachitel'naya chast' ammiaka mogla rastvorit'sya v vode pri obrazovanii gidrosfery.

V nashe vremya osnovnoi istochnik postupleniya N₂ v atmosferu - vulkanicheskie gazy.

Esli razorvat' troinuyu svyaz'...

Razrushiv neischerpaemye zapasy svyazannogo aktivnogo azota, zhivaya priroda postavila sebya pered problemoi: kak svyazat' azot. V svobodnom, molekulyarnom sostoyanii on, kak my znaem, okazalsya ves'ma inertnym. Vinoi tomu - troinaya himicheskaya svyaz' ego molekuly: NN.

Obychno svyazi takoi kratnosti maloustoichivy. Vspomnim klassicheskii primer acetilena: NS = SN. Troinaya svyaz' ego molekuly ochen' neprochna, chem i ob'yasnyaetsya neveroyatnaya himicheskaya aktivnost' etogo gaza. A vot u azota zdes' yavnaya anomaliya: ego troinaya svyaz' obrazuet samuyu stabil'nuyu iz vseh izvestnyh dvuhatomnyh molekul. Nuzhno prilozhit' kolossal'nye usiliya, chtoby razrushit' etu svyaz'. K primeru, promyshlennyi sintez ammiaka trebuet davleniya bolee 200 atm. i temperatury svyshe 500^oC, da eshe obyazatel'nogo prisutstviya katalizatorov... Reshaya problemu svyazyvaniya azota, prirode prishlos' naladit' nepreryvnoe proizvodstvo soedinenii azota metodom groz.

Statistika utverzhdaet, chto v atmosfere nashei planety ezhegodno vspyhivayut tri s lishnim milliarda molnii. Moshnost' otdel'nyh razryadov dostigaet 200 mln kilovatt, a vozduh pri etom razogrevaetsya (lokal'no, razumeetsya) do 20 tys. gradusov. Pri takoi chudovishnoi temperature molekuly kisloroda i azota raspadayutsya na atomy, kotorye, legko reagiruya drug s drugom, obrazuyut neprochnuyu okis' azota:

N₂ + O₂ 2NO.

Blagodarya bystromu ohlazhdeniyu (razryad molnii dlitsya desyatitysyachnuyu dolyu sekundy) okis' azota ne raspadaetsya i besprepyatstvenno okislyaetsya kislorodom vozduha do bolee stabil'noi dvuokisi:

2NO + O₂ 2NO₂.

V prisutstvii atmosfernoi vlagi i kapel' dozhdya dvuokis' azota prevrashaetsya v azotnuyu kislotu:

3NO₂ + H₂O 2HNO₃ + NO.

Tak, popav pod svezhii grozovoi dozhdik, my poluchaem vozmozhnost' iskupat'sya v slabom rastvore azotnoi kisloty. Pronikaya v pochvu, atmosfernaya azotnaya kislota obrazuet s ee veshestvami raznoobraznye estestvennye udobreniya. Azot fiksiruetsya v atmosfere i fotohimicheskim putem: poglotiv kvant sveta, molekula N₂ perehodit v vozbuzhdennoe, aktivirovannoe sostoyanie i stanovitsya sposobnoi soedinyat'sya s kislorodom...

Bakterii i azot

Iz pochvy soedineniya azota popadayut v rasteniya. Dalee: "loshadi kushayut oves", a hishniki - travoyadnyh zhivotnyh. Po pishevoi cepi idet krugovorot veshestva, v tom chisle i elementa N 7. Pri etom forma sushestvovaniya azota menyaetsya, on vhodit v sostav vse bolee slozhnyh i neredko ves'ma aktivnyh soedinenii. No ne tol'ko "grozorozhdennyi" azot puteshestvuet po pishevym cepyam..

Eshe v drevnosti bylo zamecheno, chto nekotorye rasteniya, v chastnosti bobovye, sposobny povyshat' plodorodie pochvy.

"...Ili, kak smenitsya god, zolotye zaseivai zlaki
Tam, gde s polya sobral urozhai, struchkami shumyashii,
Ili gde vika rosla melkoplodnaya s gor'kim lupinom..."

Vchitaites': eto zhe travopol'naya sistema zemledeliya! Stroki eti vzyaty iz poemy Vergiliya, napisannoi okolo dvuh tysyach let nazad.

Pozhalui, pervym, kto zadumalsya nad tem, pochemu bobovye dayut pribavki urozhaya zernovyh, byl francuzskii agrohimik Zh. Bussengo. V 1838 g. on ustanovil, chto bobovye obogashayut pochvu azotom. Zernovye zhe (i eshe mnogie drugie rasteniya) istoshayut zemlyu, zabiraya, v chastnosti, vse tot zhe azot. Bussengo predpolozhil, chto list'ya bobovyh usvaivayut azot iz vozduha, no eto bylo zabluzhdeniem. V to vremya nemyslimo bylo predpolozhit', chto delo ne v samih rasteniyah, a v osobyh mikroorganizmah, vyzyvayushih obrazovanie kluben'kov na ih kornyah. V simbioze s bobovymi eti organizmy i fiksiruyut azot atmosfery. Seichas eto propisnaya istina...

V nashe vremya izvestno dovol'no mnogo razlichnyh azotfiksatorov: bakterii, aktinomicety, drozhzhevye i plesnevye gribki, sine-zelenye vodorosli. I vse oni postavlyayut azot rasteniyam. No vot vopros: kakim obrazom bez osobyh energeticheskih zatrat rassheplyayut inertnuyu molekulu N₂ mikroorganizmy? I pochemu odni iz nih obladayut etoi polezneishei dlya vsego zhivogo sposobnost'yu, a drugie net? Dolgoe vremya eto ostavalos' zagadkoi. Tihii, bez gromov i molnii mehanizm biologicheskoi fiksacii elementa N 7 byl raskryt lish' nedavno. Dokazano, chto put' elementarnogo azota v zhivoe veshestvo stal vozmozhen blagodarya vosstanovitel'nym processam, v hode kotoryh azot prevrashaetsya v ammiak. Reshayushuyu rol' pri etom igraet ferment nitrogenaza. Ego centry, soderzhashie soedineniya zheleza i molibdena, aktiviruyut azot dlya "stykovki" s vodorodom, kotoryi predvaritel'no aktiviruetsya drugim fermentom. Tak iz inertnogo azota poluchaetsya ves'ma aktivnyi ammiak - pervyi stabil'nyi produkt biologicheskoi azotfiksacii.

Vot ved' kak poluchaetsya! Snachala processy zhiznedeyatel'nosti pereveli ammiak pervichnoi atmosfery v azot, a zatem zhizn' snova prevratila azot v ammiak. Stoilo li prirode na etom "lomat' kop'ya"? Bezuslovno, potomu chto imenno tak i voznik krugovorot elementa N 7.

Zalezhi selitry i rost narodonaseleniya

Prirodnaya fiksaciya azota molniyami i pochvennymi bakteriyami ezhegodno daet okolo 150 mln t. soedinenii etogo elementa. Odnako ne ves' svyazannyi azot uchastvuet v krugovorote. Chast' ego vyvoditsya iz processa i otlagaetsya v vide zalezhei selitry. Bogateishei takoi kladovoi okazalas' chiliiskaya pustynya Atakama v predgor'yah Kordil'er. Zdes' godami ne byvaet dozhdei. No izredka na sklony gor obrushivayutsya sil'nye livni, vymyvayushie pochvennye soedineniya. Potoki vody v techenie tysyacheletii vynosili vniz rastvorennye soli, sredi kotoryh bol'she vsego bylo selitry. Voda isparyalas', soli ostavalis'... Tak vozniklo krupneishee v mire mestorozhdenie azotnyh soedinenii.

Eshe znamenityi nemeckii himik Iogann Rudol'f Glauber, zhivshii v XVII v., otmetil isklyuchitel'nuyu vazhnost' azotnyh solei dlya razvitiya rastenii. V svoih sochineniyah, razmyshlyaya o krugovorote azotistyh veshestv v prirode, on upotreblyal takie vyrazheniya, kak "nitroznye soki pochvy" i "selitra - sol' plodorodiya".

No prirodnuyu selitru v kachestve udobreniya stali primenyat' lish' v nachale proshlogo veka, kogda stali razrabatyvat' chiliiskie zalezhi. V to vremya eto byl edinstvennyi znachitel'nyi istochnik svyazannogo azota, ot kotorogo, kazalos', zavisit blagopoluchie chelovechestva. Ob azotnoi zhe promyshlennosti togda ne moglo byt' i rechi.

V 1824 g. angliiskii svyashennik Tomas Mal'tus provozglasil svoyu pechal'no izvestnuyu doktrinu o tom, chto narodonaselenie rastet gorazdo bystree, chem proizvodstvo produktov pitaniya. V eto vremya vyvoz chiliiskoi selitry sostavlyal vsego okolo 1000 t v god. V 1887 g. sootechestvennik Mal'tusa, izvestnyi uchenyi Tomas Geksli predskazal skoryi konec civilizacii iz-za "azotnogo goloda", kotoryi dolzhen nastupit' posle vyrabotki mestorozhdenii chiliiskoi selitry (ee dobycha k etomu vremeni sostavlyala uzhe bolee 500 tys. t v god).

Cherez 11 let eshe odin znamenityi uchenyi ser Uil'yam Kruks zayavil v Britanskom obshestve sodeistviya naukam, chto ne proidet i poluveka, kak nastupit prodovol'stvennyi krah, esli chislennost' narodonaseleniya ne sokratitsya. On takzhe argumentiroval svoi pechal'nyi prognoz tem, chto "v skorom vremeni predstoit polnoe istoshenie zalezhei chiliiskoi selitry" so vsemi otsyuda vytekayushimi posledstviyami.

Prorochestva eti ne opravdalis' - chelovechestvo ne pogiblo, a osvoilo iskusstvennuyu fiksaciyu elementa N 7. Bolee togo, segodnya dolya prirodnoi selitry - lish' 1,5% ot mirovogo proizvodstva azotsoderzhashih veshestv.

Kak svyazyvali azot

Soedineniya azota lyudi umeli poluchat' davno. Tu zhe selitru prigotovlyali v osobyh sarayah - selitryanicah, no ochen' uzh primitivnym byl etot sposob. "Vydelyvayut selitru iz kuch navoza, zoly, pometa, oskrebkov kozh, krovi, kartofel'noi botvy. Kuchi eti dva goda polivayut mochoyu i perevorachivayut, posle chego na nih obrazuetsya nalet selitry", - takoe opisanie selitryanogo proizvodstva est' v odnoi starinnoi knige.

Istochnikom soedinenii azota mozhet sluzhit' i kamennyi ugol', v kotorom do 3% azota. Svyazannogo azota! Etot azot stali vydelyat' pri koksovanii uglei, ulavlivaya ammiachnuyu frakciyu i propuskaya ee cherez sernuyu kislotu.

Konechnyi produkt - sul'fat ammoniya. No i eto, v obshem-to, krohi. Trudno dazhe predstavit', kakimi putyami razvivalas' by nasha civilizaciya, ne reshi ona vovremya problemu promyshlenno priemlemoi fiksacii atmosfernogo azota.

Vpervye atmosfernyi azot svyazal eshe Sheele. V 1775 g. on poluchil cianistyi natrii, nagrevaya v atmosfere azota sodu s uglem:

Na₂CO₃ + 4S + N₂ 2NaCN + 3SO.

V 1780 g. Pristli ustanovil, chto ob'em vozduha, zaklyuchennyi v sosude, perevernutom nad vodoi, umen'shaetsya, esli cherez nego propuskat' elektricheskuyu iskru, a voda priobretaet svoistva slaboi kisloty. Etot eksperiment byl, kak my znaem (Pristli etogo ne znal), model'yu prirodnogo mehanizma fiksacii azota. Chetyre goda spustya Kavendish, propuskaya elektricheskii razryad cherez vozduh, zaklyuchennyi v steklyannoi trubke so sheloch'yu, obnaruzhil tam selitru.

I hotya vse eti eksperimenty ne mogli v to vremya vyiti za predely laboratorii, v nih viden proobraz promyshlennyh sposobov fiksacii azota - cianamidnogo i dugovogo, poyavivshihsya na rubezhe XIX...XX vv.

Cianamidnyi sposob byl zapatentovan v 1895 g. nemeckimi issledovatelyami A. Frankom i N. Karo. Po etomu sposobu azot pri nagrevanii s karbidom kal'ciya svyazyvalsya v cianamid kal'ciya:

CaC₂ + N₂ Ca(CN)₂.

V 1901 g. syn Franka, podav ideyu o tom, chto cianamid kal'ciya mozhet sluzhit' horoshim udobreniem, po sushestvu, polozhil nachalo proizvodstvu etogo veshestva. Rostu industrii svyazannogo azota sposobstvovalo poyavlenie deshevoi elektroenergii. Naibolee perspektivnym sposobom fiksacii atmosfernogo azota v konce XIX v. schitalsya dugovoi, pri pomoshi elektricheskogo razryada. Vskore posle stroitel'stva Niagarskoi elektrostancii amerikancy nepodaleku pustili (v 1902 g.) pervyi dugovoi zavod. Cherez tri goda v Norvegii vstupila v stroi dugovaya ustanovka, razrabotannaya teoretikom i specialistom po izucheniyu severnogo siyaniya X. Birkelandom i inzhenerom-praktikom S. Eide. Zavody podobnogo tipa poluchili shirokoe rasprostranenie; selitru, kotoruyu oni vypuskali, nazyvali norvezhskoi. Odnako rashod elektroenergii pri etom processe byl chrezvychaino velik i sostavlyal do 70 tys. kilovatt/chas na tonnu svyazannogo azota, prichem tol'ko 3% etoi energii ispol'zovalos' neposredstvenno na fiksaciyu.

Cherez ammiak

Perechislennye vyshe sposoby fiksacii azota byli lish' podhodami k metodu, poyavivshemusya nezadolgo do pervoi mirovoi voiny. Eto o nem amerikanskii populyarizator nauki E. Slosson ves'ma ostroumno zametil: "Vsegda govorilos', chto anglichane gospodstvuyut na more, a francuzy - na sushe, nemcam zhe ostaetsya tol'ko vozduh. K etoi shutke nemcy otneslis' kak budto by ser'ezno i prinyalis' ispol'zovat' vozdushnoe carstvo dlya napadeniya na anglichan i francuzov... Kaizer... obladal celym flotom ceppelinov i takim sposobom fiksacii azota, kotoryi ne byl izvesten nikakoi drugoi nacii. Ceppeliny razryvalis', kak meshki s vozduhom, no zavody, fiksiruyushie azot, prodolzhali rabotat' i sdelali Germaniyu nezavisimoi ot Chili ne tol'ko v gody voiny, no i v mirnoe vremya"... Rech' idet o sinteze ammiaka - osnovnom processe sovremennoi industrii svyazannogo azota.

Slosson byl ne sovsem prav, govorya o tom, chto sposob fiksacii azota v ammiak ne byl izvesten nigde, krome Germanii. Teoreticheskie osnovy etogo processa byli zalozheny francuzskimi i angliiskimi uchenymi. Eshe v 1784 g. znamenityi K. Bertolle ustanovil sostav ammiaka i vyskazal mysl' o himicheskom ravnovesii reakcii sinteza i razlozheniya etogo veshestva. Cherez pyat' let anglichaninom U. Ostinom byla predprinyata pervaya popytka sinteza NH₃ iz azota i vodoroda. I, nakonec, francuzskii himik A. Le Shatel'e, otchetlivo sformulirovav princip podvizhnogo ravnovesiya, pervym sinteziroval ammiak. Pri etom on primenil vysokoe davlenie i katalizatory - gubchatuyu platinu i zhelezo. V 1901 g. Le Shatel'e zapatentoval etot sposob.

Issledovaniya po sintezu ammiaka v nachale veka provodili takzhe E. Perman i G. Atkins v Anglii. V svoih eksperimentah eti issledovateli v kachestve katalizatorov primenyali razlichnye metally, v chastnosti med', nikel' i kobal't...

No naladit' sintez ammiaka iz vodoroda i azota v promyshlennyh masshtabah vpervye udalos', deistvitel'no, v Germanii. V etom zasluga izvestnogo himika Frica Gabera. V 1918 g. on byl udostoen Nobelevskoi premii po himii.

Tehnologiya proizvodstva NH₃, razrabotannaya nemeckim uchenym, ochen' sil'no otlichalas' ot drugih proizvodstv togo vremeni. Zdes' vpervye byl primenen princip zamknutogo cikla s nepreryvno deistvuyushei apparaturoi i utilizaciei energii. Okonchatel'nuyu razrabotku tehnologii sinteza ammiaka zavershil kollega i drug Gabera K. Bosh, kotoryi v 1931 g. takzhe byl udostoen Nobelevskoi premii - za razvitie metodov himicheskogo sinteza pri vysokih davleniyah.

Po puti prirody

Sintez ammiaka stal eshe odnoi model'yu prirodnoi fiksacii elementa N 7. Napomnim, chto mikroorganizmy svyazyvayut azot imenno v NH₃. Pri vseh dostoinstvah processa Gabera - Bosha on vyglyadit nesovershennym i gromozdkim po sravneniyu s prirodnym!

"Biologicheskaya fiksaciya atmosfernogo azota... byla nekim paradoksom, postoyannym vyzovom dlya himikov, svoego roda demonstraciei nedostatochnosti nashih znanii". Eti slova prinadlezhat sovetskim himikam M.E. Vol'pinu i A.E. Shilovu, kotorye predprinyali popytku fiksacii molekulyarnogo azota v myagkih usloviyah.

Snachala byli neudachi. No v 1964 g. v Institute elementoorganicheskih soedinenii AN SSSR, v laboratorii Vol'pina, bylo sdelano otkrytie: v prisutstvii soedinenii perehodnyh metallov - titana, vanadiya, hroma, molibdena i zheleza - element N 7 aktiviruetsya i pri obychnyh usloviyah obrazuet kompleksnye soedineniya, razlagaemye vodoi do ammiaka. Imenno eti metally sluzhat i centrami fiksacii azota v fermentah azotfiksatorov, i prekrasnymi katalizatorami v proizvodstve ammiaka.

Vskore posle etogo kanadskie uchenye A. Allen i K. Zenof, issleduya reakciyu gidrazina N₂H₂ s trehhloristym ruteniem, poluchili himicheskii kompleks, v kotorom, opyat' zhe v myagkih usloviyah, azot okazalsya svyazannym. Etot rezul'tat nastol'ko protivorechil obychnym predstavleniyam, chto redakciya zhurnala, kuda issledovateli poslali svoyu stat'yu s sensacionnym soobsheniem, otkazalas' ee pechatat'. V dal'neishem sovetskim uchenym udalos' v myagkih usloviyah poluchit' i azotsoderzhashie organicheskie veshestva. Poka eshe rano govorit' o promyshlennyh sposobah myagkoi himicheskoi fiksacii atmosfernogo azota, odnako, dostignutye uspehi pozvolyayut predvidet' nadvigayushuyusya revolyuciyu v tehnologii svyazyvaniya elementa N 7.

Sovremennoi naukoi ne zabyty i starye sposoby polucheniya azotnyh soedinenii cherez okisly. Zdes' glavnye usiliya napravleny na razrabotku tehnologicheskih processov, uskoryayushih rassheplenie molekuly N₂ na atomy. Naibolee perspektivnymi napravleniyami okisleniya azota schitayut szhiganie vozduha v special'nyh pechah, primenenie plazmotronov, ispol'zovanie dlya etih celei puchka uskorennyh elektronov.

Chego boyat'sya?

Segodnya net osnovanii opasat'sya, chto chelovechestvo kogda-libo budet ispytyvat' nedostatok v soedineniyah azota. Promyshlennaya fiksaciya elementa N 7 progressiruet neveroyatnymi tempami. Esli v konce 60-h godov mirovoe proizvodstvo svyazannogo azota sostavlyalo 30 mln t., to k nachalu budushego veka ono, po vsei veroyatnosti, dostignet milliarda tonn!

Takie uspehi ne tol'ko raduyut, no i vyzyvayut opaseniya. Delo v tom, chto iskusstvennaya fiksaciya N₂ i vnesenie v pochvu ogromnogo kolichestva azotsoderzhashih veshestv - samoe gruboe i znachitel'noe vmeshatel'stvo cheloveka v estestvennyi krugovorot veshestv. V nashe vremya azotnye udobreniya ne tol'ko veshestva plodorodiya, no i zagryazniteli okruzhayushei sredy. Oni vymyvayutsya iz pochvy v reki i ozera, vyzyvayut vrednoe cvetenie vodoemov, raznosyatsya vozdushnymi potokami na dal'nie rasstoyaniya...

V podzemnye vody uhodit do 13% azota, soderzhashegosya v mineral'nyh udobreniyah. Azotnye soedineniya, osobenno nitraty, vredny dlya lyudei i mogut byt' prichinoi otravlenii. Vot vam i kormilec-azot!

Vsemirnaya organizaciya zdravoohraneniya (VOZ) prinyala predel'no dopustimuyu koncentraciyu nitratov v pit'evoi vode: 22 mg/l dlya umerennyh shirot i 10 mg/l dlya tropikov. V SSSR sanitarnye normy reglamentiruyut soderzhanie nitratov v vode vodoemov po "tropicheskim" merkam - ne bolee 10 mg/l. Vyhodit, chto nitraty sredstvo "oboyudoostroe"...

4 oktyabrya 1957 g. chelovechestvo eshe raz vmeshalos' v krugovorot elementa N 7, zapustiv v kosmos "sharik", zapolnennyi azotom, - pervyi iskusstvennyi sputnik...

Mendeleev ob azote

"Hotya deyatel'neishuyu, t.e. naibolee legko i chasto himicheski deistvuyushuyu chast' okruzhayushego nas vozduha, sostavlyaet kislorod, no naibol'shuyu massu ego, sudya kak po ob'emu, tak i po vesu, obrazuet azot; a imenno gazoobraznyi azot sostavlyaet bolee ³/₄, hotya i menee ⁴/₅ ob'ema vozduha. A tak kak azot lish' nemnogim legche kisloroda, to vesovoe soderzhanie azota v vozduhe sostavlyaet okolo ³/₄ vsei ego massy. Vhodya v takom znachitel'nom kolichestve v sostav vozduha, azot, po-vidimomu, ne igraet osobo vidnoi roli v atmosfere, himicheskoe deistvie kotoroi opredelyaetsya preimushestvenno soderzhaniem v nei kisloroda. No pravil'noe predstavlenie ob azote poluchaetsya tol'ko togda, kogda uznaem, chto v chistom kislorode zhivotnye ne mogut dolgo zhit', dazhe umirayut, i chto azot vozduha, hotya lish' medlenno i malo-pomalu, obrazuet raznoobraznye soedineniya, chast' kotoryh igraet vazhneishuyu rol' v prirode, osobenno v zhizni organizmov".

Gde primenyayut azot

Azot - samyi deshevyi iz vseh gazov, himicheski inertnyh v obychnyh usloviyah. Ego shiroko primenyayut v himicheskoi tehnologii dlya sozdaniya neokislitel'nyh sred. V laboratoriyah v atmosfere azota hranyat legko okislyayushiesya soedineniya. Vydayushiesya proizvedeniya zhivopisi inogda (v hranilishah ili pri transportirovke) pomeshayut v germeticheskie futlyary, zapolnennye azotom, - chtoby predohranit' kraski ot vlagi i himicheski aktivnyh komponentov vozduha.

Znachitel'noi byvaet rol' azota v metallurgii i pri metalloobrabotke. Razlichnye metally v rasplavlennom sostoyanii reagiruyut na prisutstvie azota po-raznomu. Med', naprimer, absolyutno inertna po otnosheniyu k azotu, poetomu izdeliya iz medi chasto svarivayut v strue etogo gaza. Magnii, naprotiv, pri gorenii na vozduhe daet soedineniya ne tol'ko s kislorodom, no i s azotom. Tak chto dlya raboty s izdeliyami iz magniya pri vysokih temperaturah azotnaya sreda neprimenima. Nasyshenie azotom poverhnosti titana pridaet metallu bol'shuyu prochnost' i iznosostoikost' - na nei obrazuetsya ochen' prochnyi i himicheski inertnyi nitrid titana. Eta reakciya idet lish' pri vysokih temperaturah.

Pri obyknovennoi temperature azot aktivno reagiruet tol'ko s odnim metallom - litiem.

Naibol'shee kolichestvo azota idet na proizvodstvo ammiaka.

Azotnyi narkoz

Rasprostranennoe mnenie o fiziologicheskoi inertnosti azota ne sovsem pravil'no. Azot fiziologicheski inerten pri obychnyh usloviyah.

Pri povyshennom davlenii, naprimer pri pogruzhenii vodolazov, rastet koncentraciya rastvorennogo azota v belkovyh i osobenno zhirovyh tkanyah organizma. Eto privodit k tak nazyvaemomu azotnomu narkozu. Vodolaz slovno p'yaneet: narushaetsya koordinaciya dvizhenii, mutitsya soznanie. V tom, chto prichina etogo - azot, uchenye okonchatel'no ubedilis' posle provedeniya eksperimentov, v kotoryh vmesto obychnogo vozduha v skafandr vodolaza podavalas' gelio-kislorodnaya smes'. Pri etom simptomy narkoza ischezli.

Kosmicheskii ammiak

Bol'shie planety solnechnoi sistemy Saturn i Yupiter sostoyat, kak polagayut astronomy, chastichno iz tverdogo ammiaka. Ammiak zamerzaet pri -78^oC, a na poverhnosti Yupitera, naprimer, srednyaya temperatura - 138^oC.

Ammiak i ammonii

V bol'shoi sem'e azota est' strannoe soedinenie - ammonii NH₄. V svobodnom vide on nigde ne vstrechaetsya, a v solyah igraet rol' shelochnogo metalla. Nazvanie "ammonii" predlozhil v 1808 g. znamenityi angliiskii himik Hemfri Devi. Latinskoe slovo ammonium kogda-to oznachalo: sol' iz Ammonii. Ammoniya - oblast' v Livii. Tam nahodilsya hram egipetskogo boga Ammona, po imeni kotorogo i nazyvali vsyu oblast'. V Ammonii izdavna poluchali ammoniinye soli (v pervuyu ochered' nashatyr'), szhigaya verblyuzhii navoz. Pri raspade solei poluchalsya gaz, kotoryi seichas nazyvayut ammiakom.

S 1787 g. (v tom samom godu, kogda byl prinyat termin "azot") komissiya po himicheskoi nomenklature dala etomu gazu imya ammoniaque (ammoniak). Russkomu himiku Ya.D. Zaharovu eto nazvanie pokazalos' slishkom dlinnym, i v 1801 g. on isklyuchil iz nego dve bukvy. Tak poluchilsya ammiak.

Veselyashii gaz

Iz pyati okislov azota dva - okis' (NO) i dvuokis' (NO₂) - nashli shirokoe promyshlennoe primenenie. Dva drugih - azotistyi angidrid (N₂O₃) i azotnyi angidrid (N₂O₅) - ne chasto vstretish' i v laboratoriyah. Pyatyi - zakis' azota (N₂O). Ona obladaet ves'ma svoeobraznym fiziologicheskim deistviem, za kotoroe ee chasto nazyvayut veselyashim gazom.

Vydayushiisya angliiskii himik Hemfri Devi s pomosh'yu etogo gaza ustraival special'nye seansy. Vot kak opisyval deistvie zakisi azota odin iz sovremennikov Devi: "Odni dzhentl'meny prygali po stolam i stul'yam, u drugih razvyazalis' yazyki, tret'i obnaruzhili chrezvychainuyu sklonnost' k potasovke".

Svift smeyalsya naprasno

Vydayushiisya pisatel'-satirik Dzhonatan Svift ohotno izdevalsya nad besplodiem sovremennoi emu nauki. V "Puteshestviyah Gullivera", v opisanii akademii Lagado, est' takoe mesto: "V ego rasporyazhenii byli dve bol'shie komnaty, zagromozhdennye samymi udivitel'nymi dikovinami; pyat'desyat pomoshnikov rabotali pod ego rukovodstvom. Odni sgushali vozduh v suhoe plotnoe veshestvo, izvlekaya iz nego selitru..."

Seichas selitra iz vozduha - vesh' absolyutno real'naya. Ammiachnuyu selitru NH₄NO₃ deistvitel'no delayut iz vozduha i vody.

Bakterii svyazyvayut azot

Ideyu o tom, chto nekotorye mikroorganizmy mogut svyazyvat' azot vozduha, pervym vyskazal russkii fizik P. Kossovich. Russkomu biohimiku S.N. Vinogradskomu pervomu udalos' vydelit' iz pochvy odin vid bakterii, svyazyvayushih azot.

Rasteniya razborchivy

Dmitrii Nikolaevich Pryanishnikov ustanovil, chto rastenie, esli emu predostavlena vozmozhnost' vybora, predpochitaet ammiachnyi azot nitratnomu. (Nitraty - soli azotnoi kisloty).

Vazhnyi okislitel'

Azotnaya kislota HNO₃ - odin iz samyh vazhnyh okislitelei, primenyaemyh v himicheskoi promyshlennosti. Pervym ee prigotovil, deistvuya sernoi kislotoi na selitru, odin iz krupneishih himikov XVII v. Iogann Rudol'f Glauber.

Sredi soedinenii, poluchaemyh seichas s pomosh'yu azotnoi kisloty, mnogie sovershenno neobhodimye veshestva: udobreniya, krasiteli, polimernye materialy, vzryvchatye veshestva.

Dvoinaya rol'

Nekotorye azotsoderzhashie soedineniya, primenyaemye v agrohimii, vypolnyayut dvoyakie funkcii. Naprimer, cianamid kal'ciya hlopkoroby primenyayut kak defoliant - veshestvo, vyzyvayushee opadenie list'ev pered uborkoi urozhaya. No eto soedinenie odnovremenno sluzhit i udobreniem.

Azot v yadohimikatah

Daleko ne vse veshestva, v sostav kotoryh vhodit azot, sposobstvuyut razvitiyu lyubyh rastenii. Aminnye soli fenoksiuksusnoi i trihlorfenoksiuksusnoi kislot - gerbicidy. Pervaya podavlyaet rost sornyakov na polyah zlakovyh kul'tur, vtoraya primenyaetsya dlya ochistki zemel' pod pashni - unichtozhaet melkie derev'ya i kustarniki.

Polimery: ot biologicheskih do neorganicheskih

Atomy azota vhodyat v sostav mnogih prirodnyh i sinteticheskih polimerov - ot belka do kaprona. Krome togo, azot - vazhneishii element bezuglerodnyh, neorganicheskih polimerov. Molekuly neorganicheskogo kauchuka - polifosfonitrilhlorida - eto zamknutye cikly, sostavlennye iz chereduyushihsya atomov azota i fosfora, v okruzhenii ionov hlora. K neorganicheskim polimeram otnosyatsya i nitridy nekotoryh metallov, v tom chisle i samoe tverdoe iz vseh veshestv - borazon.

---

<< Uglerod | Oglavlenie | Kislorod >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Sm. takzhe: Proishozhdenie himicheskih elementov Konferenciya v chest' 150-letiya tablicy Mendeleeva Otkuda poyavilis' himicheskie elementy? Otkuda proizoshli himicheskie elementy? Stepeni desyatki Ostatok sverhnovoi Kassiopeya A v rentgenovskih luchah Tumannost' Rozetka v svete atomov vodoroda, kisloroda, sery Vse publikacii na tu zhe temu >>