Elemendi prantsuskeelne nimetus (azote), mis juurdus ka vene keeles, pakuti välja 18. sajandil. Lavoisier, olles moodustanud selle kreeka eitavast eesliitest "a" ja sõnast "zoe" - elu (sama tüvi sõnades zooloogia ja selle tuletiste mass - loomaaed, zoogeograafia jne), s.o. "lämmastik" tähendab "elutu", "ei toeta elu". Sama päritolu ja selle elemendi saksakeelne nimi Stickstoff - lämmatav aine. Tüvi "aso" esineb ka keemilistes terminites "asiid", "asoühend", "asiin" jne. Ja ladina nitrogenium ja inglise lämmastik pärinevad heebrea sõnast "neter" (kreeka "nitron", ladina nitrum) ; nii et iidsetel aegadel nimetati looduslikku leelist soodaks ja hiljem soolapeetriks. Nimetus "lämmastik" pole päris tabav: kuigi gaasiline lämmastik ei sobi hingamiseks, on see element eluks hädavajalik. Kõigi elusolendite koostis sisaldab suhteliselt väikest arvu elemente ja üks olulisemaid neist on lämmastik, valkudes - umbes 17% lämmastikust. Lämmastik sisaldub ka DNA ja RNA molekulide koostises, mis tagavad pärilikkuse.

Maal on palju lämmastikku, kuid selle peamised varud on koondunud atmosfääri. Kuid tänu NєN kolmiksideme suurele tugevusele (942 kJ/mol, mis on peaaegu 4 korda suurem Cl-Cl sideme energiast) on lämmastiku molekul väga tugev ja selle reaktsioonivõime madal. Selle tulemusena ei suuda ükski loom ega taim õhust gaasilist lämmastikku absorbeerida. Kust nad saavad selle elemendi, mida nad vajavad valkude ja muude keha oluliste komponentide sünteesiks? Loomad saavad lämmastikku taimede ja teiste loomade söömisest. Taimed ammutavad mullast lämmastikku koos teiste toitainetega ja vaid vähesed kaunviljad suudavad õhust lämmastikku omastada – ja seda mitte iseenesest, vaid tänu juurtel elavatele mügarbakteritele.

Peamiseks lämmastikuallikaks pinnases on bioloogiline lämmastiku sidumine ehk õhulämmastiku sidumine ja selle muundamine mikroorganismide poolt taimede poolt omastatavateks vormideks. Mikroorganismid võivad mullas elada iseseisvalt või olla sümbioosis ("koosluses") mõne taimega, peamiselt kaunviljadega - ristik, hernes, oad, lutsern jne. Nende taimede juurtele "asuvad" bakterid - spetsiaalsetes sõlmedes; neid nimetatakse sageli sõlmebakteriteks. Need mikroorganismid sisaldavad keerulist ensüümi lämmastikku, mis on võimeline redutseerima lämmastiku ammoniaagiks. Seejärel muudetakse ammoniaak teiste ensüümsüsteemide abil muudeks lämmastikuühenditeks, mida taimed omastavad. Vabalt elavad bakterid seovad aastas kuni 50 kg lämmastikku 1 ha kohta ja mügarbakterid - veel 150 kg ning eriti soodsates tingimustes kuni 500 kg!

Teine loodusliku lämmastiku allikas mullas on välk. Igas sekundis sähvatab maakeral keskmiselt 100 välku. Ja kuigi igaüks neist kestab vaid murdosa sekundist, ulatub nende elektrienergia koguvõimsus 4 miljardi kilovatini. Temperatuuri järsk tõus välgukanalis - kuni 20 000 ° C põhjustab lämmastiku- ja hapnikumolekulide hävimise koos lämmastikoksiidi NO moodustumisega. Seejärel oksüdeeritakse see õhuhapniku toimel dioksiidiks: 2NO + O 2  2NO 2. Dioksiid, reageerides õhuniiskusega liigse hapnikuga, muutub lämmastikhappeks: 4NO 2 + 2H 2 O + O 2  4HNO 3. Nende transformatsioonide tulemusena tekib atmosfääris ligikaudu 2 miljonit tonni lämmastikhapet päevas ehk üle 700 miljoni tonni aastas. Nõrk lämmastikhappe lahus langeb vihmaga maapinnale. Seda "taevahappe" kogust on huvitav võrrelda selle tööstusliku toodanguga; lämmastikhappe tootmine on üks suurimaid tootmisrajatisi. Selgub, et siin on inimene loodusest kaugel: maailma lämmastikhappe toodang on umbes 30 miljonit tonni.Lämmastikmolekulide lõhenemise tõttu välgu toimel langeb aastas umbes 15 kg lämmastikhapet igale maapinna hektarile, sh. mäed ja kõrbed, mered ja ookeanid. Pinnas muutub see hape oma sooladeks - nitraatideks, mida taimed suurepäraselt omastavad.

Näib, et "äikese lämmastik" pole põllukultuuride jaoks nii oluline, kuid ristik ja muud kaunviljad katavad vaid väikese osa maapinnast. Välk hakkas atmosfääris sädelema miljardeid aastaid tagasi, ammu enne lämmastikku siduvate bakterite ilmumist. Seega mängisid nad olulist rolli atmosfääri lämmastiku sidumisel. Näiteks ainuüksi viimase kahe aastatuhande jooksul on välk muutnud väetiseks 2 triljonit tonni lämmastikku – umbes 0,1% selle koguhulgast õhus!

Liebig vs Malthus. 1798. aastal avaldas inglise majandusteadlane Thomas Malthus (1766–1834) oma kuulsa raamatu Rahvastiku kogemus. Selles tõi ta välja, et rahvaarv kipub plahvatuslikult kasvama, s.t. nagu 1, 2, 4, 8, 16... Samas saavad samade ajaperioodide elatusvahendid ka kõige soodsamates tingimustes kasvada ainult aritmeetilises progressioonis, s.t. nagu 1, 2, 3, 4... Näiteks selle teooria järgi saab toidutootmine kasvada ainult läbi põllumaade laiendamise, põllumaa parema harimise jne. Malthuse teooriast järeldub, et tulevikus ähvardab inimkonda nälg. 1887. aastal kinnitas seda järeldust inglise teadlane Thomas Huxley (1825–1897), Charles Darwini sõber ja tema õpetuste populariseerija.

Inimkonna "nälgimise" vältimiseks oli vaja järsult tõsta põllumajanduse tootlikkust ja selleks oli vaja lahendada taimede toitumise kõige olulisem probleem. Tõenäoliselt tegi esimese sellesuunalise katse 1630. aastate alguses üks oma aja suurimaid teadlasi, Hollandi arst ja alkeemik Jan Baptiste van Helmont (1579–1644). Ta otsustas kontrollida, kust taimed toitaineid saavad – kas veest või mullast. Van Helmont võttis 200 naela (umbes 80 kg) kuiva mulda, valas selle suurde potti, istutas maasse pajuoksa ja hakkas seda usinalt vihmaveega kastma. Oks juurdus ja hakkas kasvama, muutudes järk-järgult puuks. See kogemus kestis täpselt viis aastat. Selgus, et selle aja jooksul võttis taim juurde 164 naela 3 untsi (umbes 66 kg), samal ajal kui maa "kaotas" vaid 3 untsi, s.o. alla 100 g Seetõttu järeldas Van Helmont, et taimed võtavad toitaineid ainult veest.

Hilisemad uuringud näivad selle järelduse ümber lükavat: lõppude lõpuks pole vees süsinikku, mis moodustab suurema osa taimedest! Sellest järeldub, et taimed sõna otseses mõttes "toituvad õhust", absorbeerides sellest süsihappegaasi - sama, mille Van Helmont oli just avastanud ja nimetas seda isegi "metsaõhuks". Seda nimetust ei antud gaasile sugugi sellepärast, et seda metsades on palju, vaid tänu sellele, et see tekib söe põlemisel ...

Taimede "õhutoitumise" küsimus töötati välja 18. sajandi lõpus. Šveitsi botaanik ja füsioloog Jean Senebier (1742–1809). Ta tõestas eksperimentaalselt, et süsihappegaas laguneb taimede lehtedes, samal ajal eraldub hapnik ja süsinik jääb taime sisse. Kuid mõned teadlased vaidlesid sellele seisukohale teravalt vastu, kaitstes "huumusteooriat", mille kohaselt taimed toituvad peamiselt pinnasest ekstraheeritud orgaanilistest ainetest. Seda näis kinnitavat igivana põlluharimise tava: huumusrikas, sõnnikuga hästi väetatud muld andis suurema saagi...

Huumuse teooria ei võtnud aga arvesse mineraalide rolli, mis on taimedele hädavajalikud. Taimed ammutavad neid aineid mullast suurtes kogustes ja koristamisel kantakse need põldudelt minema. Esmakordselt juhtis sellele asjaolule ja ka mineraalide pinnasesse tagasi viimise vajadusele tähelepanu Saksa keemik Justus Liebig. 1840. aastal avaldas ta raamatu Orgaaniline keemia, mida kasutatakse põllumajanduses ja füsioloogias, milles ta kirjutas eelkõige: "Tuleb aeg, mil iga põld, vastavalt sellele istutatavale taimele, väetatakse oma keemiatehastes valmistatud väetisega."

Alguses suhtuti Liebigi ideedesse vaenulikult. "See on kõige häbematum raamat, mis kunagi minu kätte on sattunud," kirjutas selle kohta Tübingeni ülikooli botaanikaprofessor Hugo Mol (1805–1872). “Täiesti mõttetu raamat,” kordas kuulus saksa kirjanik Fritz Reuter (1810–1874), kes tegeles mõnda aega põllumajandusega. Saksa ajalehed hakkasid avaldama solvavaid kirju ja karikatuure Liebigi ja tema taimede mineraalse toitumise teooria kohta. Osaliselt oli selles süüdi Liebig ise, kes algul arvas ekslikult, et mineraalväetised peaksid sisaldama vaid kaaliumit ja fosforit, samas kui kolmanda vajaliku komponendi – lämmastiku – suudavad taimed ise õhust omastada.

Liebigi vea põhjuseks oli ilmselt kuulsa prantsuse põllumajanduskeemiku Jean Baptiste Boussingault (1802–1887) katsete väär tõlgendamine. 1838. aastal istutas ta osade taimede kaalutud seemned mulda, mis ei sisaldanud lämmastikväetisi ja 3 kuu pärast kaalus idud. Nisul ja kaeral jäi mass praktiliselt muutumatuks, ristikul ja hernes aga suurenes oluliselt (hernes näiteks 47-lt 100 mg-le). Sellest tehti vale järeldus, et mõned taimed suudavad lämmastikku otse õhust omastada. Tollal ei teatud kaunviljade juurtel elavatest ja õhulämmastikku püüdvatest mügarbakteritest midagi. Selle tulemusena andsid esimesed katsed kasutada kõikjal ainult kaaliumfosforväetisi negatiivse tulemuse. Liebigil oli julgust oma viga avalikult tunnistada. Tema teooria võitis lõpuks. Tulemuseks oli põllumajanduse juurutamine 19. sajandi teisel poolel. keemilised väetised ja taimede ehitamine nende tootmiseks.

lämmastikukriis.

Fosfori- ja kaaliumväetistega erilisi probleeme polnud: kaaliumi- ja fosforiühendeid leidub maa soolestikus ohtralt. Hoopis teistsugune oli olukord lämmastikuga: põllumajanduse intensiivistumisega, mis pidi toitma Maa kiiresti kasvavat rahvastikku, ei tulnud looduslikud allikad enam toime mulla lämmastikuvarude täiendamisega. Kiiresti oli vaja leida "seotud" lämmastiku allikad. Keemikud suutsid õhulämmastikust sünteesida mõningaid ühendeid, näiteks liitiumnitriidi Li 3 N. Kuid sel viisil oli võimalik saada gramme, parimal juhul kilogramme ainet, samal ajal kui vaja oli miljoneid tonne!

Paljude sajandite jooksul oli peaaegu ainsaks seotud lämmastiku allikaks sool. See sõna pärineb ladinakeelsest sõnast sal - sool ja nitrum, sõna-sõnalt - "leeliseline sool": neil päevil polnud ainete koostist teada. Praegu nimetatakse salpeetrit mõningateks lämmastikhappe sooladeks – nitraatideks. Salpeetrit seostatakse inimkonna ajaloo mitmete dramaatiliste verstapostidega. Iidsetest aegadest oli teada ainult nn India soolapeetrit - kaaliumnitraati KNO 3. See haruldane mineraal toodi Indiast, samas kui Euroopas puudusid looduslikud soolaallikad. India salpeetrit kasutati eranditult püssirohu tootmiseks. Iga sajandiga nõuti üha rohkem püssirohtu, imporditud salpeetrit ei jätkunud ja see oli väga kallis.

Aja jooksul õppisid nad erinevatest lämmastikku sisaldavatest orgaanilistest jääkidest saama spetsiaalsetes "nitraatides" soola. Päris palju lämmastikku näiteks valkudes. Kui kuivad jäägid lihtsalt põletada, oksüdeeritakse neis sisalduv lämmastik suures osas N 2 gaasiks. Kuid kui need puutuvad kokku lagunemisega, muutub lämmastik nitrifitseerivate bakterite mõjul nitraatideks, mida vanasti leostati spetsiaalsetes hunnikutes - hunnikutes ja salpeetrit nimetati hunnikuks. Nad tegid seda nii. Segati erinevaid orgaanilisi jäätmeid - sõnnikut, loomasisikondi, muda, raba läga jne. Sinna lisandus ka prügi, lupja, tuhka. See kohutav segu kallati aukudesse või tehti hunnikuteks ja valati ohtralt uriini või läga. Võite ette kujutada, milline lõhn sellest lavastusest tuli! Ühe-kahe aasta jooksul toimunud lagunemisprotsesside tõttu saadi 6 kg lisanditest puhastatud "salpeetrimullast" 1 kg soola. Enim salpeetrit saadi Prantsusmaal: valitsus premeeris heldelt neid, kes selle ebameeldiva tootmisega tegelesid.

Tänu Liebigi pingutustele sai selgeks, et salpeetrit läheb vaja põllumajanduses ja seda palju suuremates kogustes kui püssirohu tootmiseks. Vana saamise viis oli selleks täiesti sobimatu.

Tšiili salpeet.

Alates 1830. aastast algas Tšiili salpeetri, rikkaima loodusliku lämmastikuallika maardlate arendamine. Tšiilis on tohutuid piirkondi, kus kunagi ei saja, näiteks Atacama kõrb, mis asub Cordillerade jalamil umbes 1000 m kõrgusel merepinnast. Taimsete ja loomsete orgaaniliste jäänuste (peamiselt lindude väljaheide - guano) aastatuhandete jooksul toimunud lagunemisprotsesside tulemusena tekkisid Atacamas ainulaadsed salpeetri lademed. Need asuvad 40–50 km kaugusel ookeani rannikust. Kui need lademed arenema hakati, ulatusid need umbes 200 km pikkuse ja 3 km laiuse ribana kihi paksusega 30 cm kuni 3 m. Nõgudes paksenesid kihid oluliselt ja meenutasid kuivanud järvi. Nagu analüüsid on näidanud, on Tšiili soolpeter naatriumnitraat sulfaadi ja naatriumkloriidi, savi ja liiva lisanditega; mõnikord leitakse salpeetrist lagunemata guano jäänuseid. Tšiili salpetri huvitav omadus on naatriumjodaadi NaIO 3 olemasolu selles.

Tavaliselt oli kivim pehme ja kergesti maapinnast eemaldatav, kuid mõnikord olid salpeetri ladestused nii tihedad, et nende eraldamiseks tuli teha lõhkamine. Pärast kivimi lahustamist kuumas vees lahus filtreeriti ja jahutati. Samal ajal sadas välja puhast naatriumnitraati, mis müüdi väetisena. Ülejäänud lahusest ekstraheeriti jood. 19. sajandil Tšiilist sai peamine soolapiima tarnija. Maardlate areng oli 19. sajandil Tšiili kaevandustööstuses esikohal.

Kaaliumnitraadi saamiseks Tšiili nitraadist kasutati reaktsiooni NaNO 3 + KCl ® NaCl + KNO 3. Selline reaktsioon on võimalik selle toodete lahustuvuse järsu erinevuse tõttu erinevatel temperatuuridel. NaCl lahustuvus (grammides 100 g vee kohta) muutub ainult 39,8 g-lt 100 ° C juures 35,7 g-ni 0 ° C juures, samas kui KNO 3 lahustuvus samadel temperatuuridel on väga erinev ja on 246 ja 13,3 G! Seetõttu, kui segate kokku kuumad kontsentreeritud NaNO 3 ja KCl lahused ning seejärel jahutate segu, sadestub märkimisväärne osa KNO 3 -st ja peaaegu kogu NaCl jääb lahusesse.

Aastakümneid on Tšiili salpeet – looduslik naatriumnitraat – rahuldanud inimeste vajadusi. Kuid niipea, kui ilmnes selle mineraali ainulaadne tähtsus maailma põllumajandusele, hakkasid nad arvutama, kui kaua see ainulaadne looduse kingitus inimkonnale kestab. Esimesed hinnangud olid üsna optimistlikud - 1885. aastal määrati soolavaruks 90 miljonit tonni. Selgus, et taimede "lämmastikunälja" pärast ei saa veel palju aastaid muretseda. Kuid need arvutused ei võtnud arvesse rahvastiku kiiret kasvu ega põllumajandustootmise tempot kogu maailmas.

Malthuse ajal eksporditi Tšiili salpeetrit vaid 1000 tonni aastas; 1887. aastal jõudis see 500 tuhande tonnini aastas ja 20. sajandi alguses. miljonites! Tšiili salpeetri varud lõppesid kiiresti, samas kui nõudlus nitraatide järele kasvas erakordselt kiiresti. Olukorda raskendas asjaolu, et salpeetrit tarbis suurtes kogustes ka sõjatööstus; püssirohi 19. sajandi lõpus sisaldas 74–75% kaaliumnitraati. Lämmastikväetiste saamiseks oli vaja välja töötada uued meetodid ja nende allikaks sai olla ainult atmosfääriõhk.

"Lämmastikunälja" ületamine.

20. sajandi alguses tööstuslikuks lämmastiku sidumiseks on pakutud tsüaanamiidmeetodit. Esiteks saadi kaltsiumkarbiid lubja ja kivisöe segu kuumutamisel: CaO + 3C ® CaC 2 + CO. Kõrgel temperatuuril reageerib karbiid õhulämmastikuga, moodustades kaltsiumtsüaanamiidi: CaC 2 + N 2 ® CaCN 2 + C. See ühend osutus sobivaks väetisena mitte kõikidele põllukultuuridele, seetõttu saadi sellest ammoniaaki esmakordselt ülekuumendatud veeauru toime: CaCN 2 + 3H 2 O ® CaCO 3 + 2NH 3 ning ammooniumsulfaat saadi juba ammoniaagist ja väävelhappest.

Norra keemikud läksid hoopis teistmoodi, kasutades odavat kohalikku elektrit (Norras on palju hüdroelektrijaamu). Nad reprodutseerisid tegelikult loomulikku lämmastiku sidumise protsessi, juhtides niisket õhku läbi elektrikaare. Samal ajal saadi õhust umbes 1% lämmastikhapet, mis lubjaga interaktsioonil muudeti kaltsiumnitraadiks Ca(NO 3) 2. Pole üllatav, et seda ainet nimetati Norra salpetriks.

Mõlemad meetodid olid aga liiga kallid. Säästlikuma lämmastiku sidumise meetodi töötas aastatel 1907–1909 välja saksa keemik Fritz Haber (1868–1934); see meetod muudab lämmastiku otse ammoniaagiks; ammoniaagi muutmine nitraatideks ja muudeks lämmastikuühenditeks ei olnud enam keeruline.

Praegu toodetakse lämmastikväetisi kümneid miljoneid tonne aastas. Sõltuvalt keemilisest koostisest on need erinevat tüüpi. Ammoniaak ja ammooniumväetised sisaldavad lämmastikku oksüdatsiooniastmes -3. See on vedel ammoniaak, selle vesilahus (ammooniumvesi), ammooniumsulfaat. Ioonid NH 4 + oksüdeeritakse nitrifitseerivate bakterite toimel pinnases nitraadiioonideks, mida taimed hästi omastavad. Nitraatväetiste hulka kuuluvad KNO 3 ja Ca(NO 3) 2 . Ammooniumnitraatväetised hõlmavad peamiselt ammooniumnitraati NH 4 NO 3, mis sisaldab nii ammoniaaki kui ka nitraatlämmastikku. Kõige kontsentreeritum tahke lämmastikväetis on karbamiid (uurea), mis sisaldab 46% lämmastikku. Loodusliku soola osatähtsus lämmastikku sisaldavate ühendite maailmas ei ületa 1%.

Rakendus.

Uute, sealhulgas geneetiliselt muundatud taimesortide aretamine, põllumajandustehnoloogia täiustatud meetodid ei välista kunstväetiste kasutamise vajadust. Lõppude lõpuks kaotavad põllud iga koristamisega olulise osa toitaineid, sealhulgas lämmastikku. Pikaajaliste vaatluste kohaselt suurendab iga tonn lämmastikku lämmastikväetistes nisu saagikust 12-25%, peedi - 120-160%, kartuli - 120%. Meie riigis on viimase poole sajandi jooksul lämmastikväetiste tootmine lämmastikväetise tehastes kümnekordistunud.

Ilja Leensonne

Kõik teavad, et lämmastik on inertne. Tihti kurdame selleks elemendi nr 7 üle, mis on loomulik: selle suhtelise inertsuse eest tuleb maksta liiga kõrget hinda, kulutada liiga palju energiat, vaeva ja raha selle elutähtsateks ühenditeks muutmisele.

Kuid teisest küljest, kui lämmastik poleks nii inertne, toimuksid atmosfääris lämmastiku reaktsioonid hapnikuga ja elu meie planeedil sellisel kujul, nagu see eksisteerib, muutuks võimatuks. Taimed, loomad, sina ja mina lämbuksime sõna otseses mõttes elule vastuvõetamatute oksiidide ja hapete voogudesse. Ja "selle kõige jaoks" püüame muuta õhulämmastikust suurima võimaliku osa oksiidideks ja lämmastikhappeks. See on üks elemendi nr 7 paradoksidest. (Siin on autoril oht saada süüdistatud triviaalsuses, sest lämmastiku paradoksaalsus või õigemini selle omadused on muutunud sõnakõlksuks. Ja ometi ...)

Lämmastik on erakordne element. Mõnikord tundub, et mida rohkem me sellest teada saame, seda arusaamatumaks see muutub. Elemendi nr 7 omaduste ebaühtlus kajastus isegi selle nimes, sest see eksitas isegi nii hiilgavaid keemikuid nagu Antoine Laurent Lavoisier. Just Lavoisier soovitas lämmastikku nimetada lämmastikuks pärast seda, kui ta polnud esimene ega ka viimane, kes sai ja uuris seda õhuosa, mis ei toeta hingamist ja põlemist. Lavoisieri järgi tähendab "lämmastik" "elutu" ja see sõna on tuletatud kreekakeelsest sõnast "a" - eitus ja "zoe" - elu.

Termin "lämmastik" eksisteeris alkeemikute leksikonis, kust prantsuse teadlane selle laenas. See tähendas teatud "filosoofilist algust", omamoodi kabalistlikku loitsu. Eksperdid ütlevad, et sõna "lämmastik" dešifreerimise võti on Apokalüpsise lõpufraas: "Ma olen alfa ja oomega, algus ja lõpp, esimene ja viimane ..." Keskajal kolm keelt ​Eriti austatud on: ladina, kreeka ja heebrea keel. Ja sõna "lämmastik" koostasid alkeemikud nende kolme tähestiku esimesest tähest "a" (a, alfa, aleph) ja viimastest tähtedest: "zet", "omega" ja "tov". Seega tähendas see salapärane sünteetiline sõna "kõigi alguste algust ja lõppu".

Lavoisieri kaasaegne ja kaasmaalane J. Chaptal soovitas ilma pikema jututa nimetada elementi nr 7 ladina-kreeka hübriidnimeks "nitrogenium", mis tähendab "salpetri sünnitamist". Salpeter - nitraatsoolad, iidsetest aegadest tuntud ained. (Neist räägime hiljem.) Peab ütlema, et termin "lämmastik" juurdus ainult vene ja prantsuse keeles. Inglise keeles on element number 7 "Nitrogen", saksa keeles - "Stockton" (lämmatav aine). Keemiline sümbol N on austusavaldus Shaptali lämmastikule.

Kes avastas lämmastiku

Lämmastiku avastamine on omistatud tähelepanuväärse Šoti teadlase Joseph Blacki õpilasele Daniel Rutherfordile, kes 1772. aastal avaldas oma väitekirja "Nn fikseeritud ja mefiitsest õhust". Must sai kuulsaks katsetega "fikseeritud õhuga" - süsinikdioksiidiga. Ta avastas, et pärast süsihappegaasi fikseerimist (leelisega sidumist) jääb järele "mittefikseeritav õhk", mida nimetati "mefiitseks" - rikutud -, kuna see ei toetanud põlemist ja hingamist. Selle "õhu" uurimine Black pakkus Rutherfordi väitekirja tööks.

Umbes samal ajal hankisid lämmastikku K. Scheele, J. Priestley, G. Cavendish ja viimane uuris, nagu tema laboriandmetest järeldub, seda gaasi enne Rutherfordi, kuid nagu alati, ei kiirustanud ta avaldama tema töö tulemusi. Kõigil neil silmapaistvatel teadlastel oli aga väga ebamäärane ettekujutus nende avastatud aine olemusest. Nad olid flogistoni teooria kindlad pooldajad ja seostasid "mefiitse õhu" omadusi selle kujuteldava ainega. Ainult Lavoisier, kes juhtis rünnakut flogistoni vastu, veenis ennast ja veenis teisi, et gaas, mida ta nimetas "elutuks", on lihtne aine, nagu hapnik ...

Universaalne katalüsaator?

Võib vaid aimata, mida tähendab "kõigi alguste algus ja lõpp" alkeemilises "lämmastikus". Aga ühte elemendiga nr 7 seotud "algust" võib tõsiselt võtta. Lämmastik ja elu on lahutamatud mõisted. Vähemalt alati, kui bioloogid, keemikud, astrofüüsikud püüavad mõista elu "alguse algust", kohtavad nad kindlasti lämmastikku.

Maapealsete keemiliste elementide aatomid sünnivad tähtede sügavuses. Just sealt, öövalgustitest ja päevavalgustitest saavad alguse meie maise elu alged. Seda asjaolu pidas silmas inglise astrofüüsik W. Fowler, öeldes, et "me kõik ... oleme tükk tähetolmust" ...

Lämmastiku tähe "tolm" tekib termotuumaprotsesside kõige keerulisemas ahelas, mille algetapp on vesiniku muundamine heeliumiks. See on mitmeastmeline reaktsioon, mis peaks toimuma kahel viisil. Üks neist, mida nimetatakse süsinik-lämmastiku tsükliks, on kõige otsesemalt seotud elemendiga number 7. See tsükkel algab siis, kui täheaines on lisaks vesiniku tuumadele - prootonitele juba süsinik. Süsinik-12 tuum, olles lisanud veel ühe prootoni, muutub ebastabiilseks lämmastik-13 tuumaks:

12 6 C + 1 1 H → 13 7 N + γ.

Kuid pärast positroni emiteerimist muutub lämmastik taas süsinikuks - moodustub raskem isotoop 13 C:

13 7 N → 13 6 C + e + + γ.

Selline tuum, olles võtnud lisaprootoni, muutub Maa atmosfääris levinuima isotoobi - 14 N - tuumaks.

13 6 C + 1 1 H → 14 7 N + γ.

Paraku saadetakse ainult osa sellest lämmastikust teekonnale läbi universumi. Prootonite toimel muutub lämmastik-14 hapnikuks-15 ja see omakorda, eraldades positroni ja gamma-kvanti, muutub teiseks maapealseks lämmastiku isotoobiks - 15 N:

14 7 N + 1 1 H → 15 8 O + γ;

15 8 O → 15 7 N + e + + γ.

Maapealne lämmastik-15 on stabiilne, kuid isegi tähe sisemuses on see tuumalagunemise all; pärast seda, kui 15 N tuum võtab vastu teise prootoni, ei toimu mitte ainult hapniku 16O moodustumine, vaid ka teine ​​​​tuumareaktsioon:

15 7 N + 1 1 H → 12 6 C + 4 2 He.

Selles muundumiste ahelas on lämmastik üks vaheproduktidest. Kuulus inglise astrofüüsik R.J. Theiler kirjutab: „14 N on isotoop, mida pole lihtne konstrueerida. Lämmastik moodustub süsinik-lämmastiku tsüklis ja kuigi see muutub hiljem tagasi süsinikuks, siis kui protsess kulgeb paigal, on aines lämmastikku rohkem kui süsinikku. See näib olevat 14 N peamine allikas...

Mõõdukalt keerulises süsiniku-lämmastiku tsüklis saab jälgida uudishimulikke mustreid. Süsinik 12 C mängib selles omamoodi katalüsaatori rolli. Otsustage ise, lõppkokkuvõttes ei muutu 12C tuumade arv. Lämmastik, mis ilmub protsessi alguses, kaob lõpus ... Ja kui süsinik selles tsüklis on katalüsaator, siis lämmastik on selgelt autokatalüsaator, st reaktsiooni produkt, mis katalüüsib selle edasisi vaheetappe.

Ei ole juhus, et siin hakkasime rääkima elemendi nr 7 katalüütilistest omadustest. Kuid kas tähtede lämmastik on säilitanud selle omaduse ka elusaines? Eluprotsesside katalüsaatoriteks on ensüümid ja kõik need, nagu ka enamik hormoone ja vitamiine, sisaldavad lämmastikku.

Lämmastik Maa atmosfääris

Elu võlgneb paljuski lämmastikule, kuid lämmastik, vähemalt õhulämmastik, ei võlgne oma päritolu mitte niivõrd Päikesele, kuivõrd eluprotsessidele. Elemendi nr 7 sisalduse vahel litosfääris (0,01%) ja atmosfääris (75,6% massist või 78,09% mahust) on silmatorkav lahknevus. Üldiselt elame hapnikuga mõõdukalt rikastatud lämmastikuatmosfääris.

Vahepeal pole vaba lämmastikku leitud ei teistelt Päikesesüsteemi planeetidelt ega komeetide ega muude külmakosmoseobjektide koostisest. Seal on selle ühendid ja radikaalid - CN *, NH *, NH * 2, NH * 3, kuid lämmastikku pole. Tõsi, Veenuse atmosfääris on registreeritud umbes 2% lämmastikku, kuid see arv vajab veel kinnitamist. Arvatakse, et elementi nr 7 ei olnud ka Maa esmases atmosfääris. Kus ta siis õhus on?

Ilmselt koosnes meie planeedi atmosfäär algselt maa sooltes tekkinud lenduvatest ainetest: H 2, H 2 O, CO 2, CH 4, NH 3. Vaba lämmastik, kui see tekkis vulkaanilise tegevuse tulemusena, muutus ammoniaagiks. Tingimused selleks olid kõige sobivamad: vesiniku liig, kõrgendatud temperatuur – Maa pind pole veel jahtunud. Mida siis tähendab see, et lämmastik oli esmakordselt atmosfääris ammoniaagi kujul? Ilmselt nii. Meenutagem seda fakti.

Siis aga tekkis elu... Vladimir Ivanovitš Vernadski väitis, et "maa gaasikest, meie õhk, on elu looming". Just elu käivitas hämmastava fotosünteesi mehhanismi. Selle protsessi üks lõpptooteid - vaba hapnik hakkas aktiivselt ühinema ammoniaagiga, vabastades molekulaarset lämmastikku:

CO2 + 2H2O → fotosüntees→ HSON + H2O + O2;

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O.

Hapnik ja lämmastik, nagu teada, tavatingimustes üksteisega ei reageeri, mis võimaldas maa õhul säilitada kompositsiooni "status quo". Pange tähele, et märkimisväärne osa ammoniaagist võis hüdrosfääri moodustumise ajal vees lahustuda.

Tänapäeval on põhiliseks atmosfääri sattuva N 2 allikaks vulkaanilised gaasid.

Kui purustate kolmikside...

Olles hävitanud seotud aktiivse lämmastiku ammendamatud varud, on metsloomad silmitsi lämmastiku sidumise probleemiga. Vabas molekulaarses olekus, nagu me teame, osutus see väga inertseks. Selle põhjuseks on selle molekuli keemiline kolmikside: N≡N.

Tavaliselt on sellise paljususega sidemed ebastabiilsed. Tuletage meelde klassikalist atsetüleeni näidet: HC = CH. Selle molekuli kolmikside on väga habras, mis seletab selle gaasi uskumatut keemilist aktiivsust. Kuid lämmastikus on siin selge anomaalia: selle kolmikside moodustab kõigist teadaolevatest kaheaatomilistest molekulidest stabiilseima. Selle ühenduse katkestamine nõuab palju pingutusi. Näiteks ammoniaagi tööstuslik süntees nõuab rõhku üle 200 atm. ja temperatuurid üle 500°C ja isegi kohustuslik katalüsaatorite olemasolu... Lahendades lämmastiku sidumise probleemi, tuli loodusel kehtestada pidev lämmastikuühendite tootmine äikesemeetodil.

Statistika ütleb, et meie planeedi atmosfääri lööb aastas üle kolme miljardi välgu. Üksikute tühjenduste võimsus ulatub 200 miljoni kilovatini, samas kui õhku soojendatakse (loomulikult kohapeal) kuni 20 tuhande kraadini. Sellisel koletul temperatuuril lagunevad hapniku ja lämmastiku molekulid aatomiteks, mis üksteisega kergesti reageerides moodustavad hapra lämmastikoksiidi:

N2 + O2 → 2NO.

Kiire jahtumise tõttu (välklahendus kestab kümnetuhandiksekundi) lämmastikoksiid ei lagune ja oksüdeerub õhuhapniku toimel vabalt stabiilsemaks dioksiidiks:

2NO + O 2 → 2NO 2.

Atmosfääri niiskuse ja vihmapiiskade juuresolekul muutub lämmastikdioksiid lämmastikhappeks:

3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO.

Niisiis, olles sattunud värske äikesevihma alla, saame võimaluse ujuda nõrgas lämmastikhappe lahuses. Mulda tungides moodustab atmosfääri lämmastikhape oma ainetega erinevaid looduslikke väetisi. Lämmastik fikseeritakse atmosfääris ka fotokeemiliste vahenditega: neelanud valguskvanti, läheb N2-molekul ergastatud, aktiveeritud olekusse ja on võimeline ühinema hapnikuga ...

Bakterid ja lämmastik

Mullast satuvad lämmastikuühendid taimedesse. Lisaks: "hobused söövad kaera" ja kiskjad söövad taimtoidulisi. Toiduahel on aineringe, sealhulgas element number 7. Samal ajal muutub lämmastiku olemasolu vorm, see sisaldub üha keerukamate ja sageli väga aktiivsete ühendite koostises. Kuid mitte ainult "tormist sündinud" lämmastik ei liigu läbi toiduahela.

Isegi antiikajal märgati, et mõned taimed, eriti kaunviljad, on võimelised suurendama mulla viljakust.

“... Või kui aasta vahetub, külvata kuldvilju
Kus ta põllult saaki koristas kaunadest,
Või kus kasvas väikeseviljaline vikk mõru lupiiniga ... "

Saage aru: see on rohupõllumajandussüsteem! Need read on võetud Vergiliuse luuletusest, mis on kirjutatud umbes kaks tuhat aastat tagasi.

Võib-olla esimene, kes mõtles sellele, miks kaunviljad annavad teraviljasaagi tõusu, oli prantsuse agrokeemik J. Bussingault. 1838. aastal leidis ta, et kaunviljad rikastavad mulda lämmastikuga. Teravili (ja paljud teised taimed) kurnavad maad, võttes eelkõige kogu sama lämmastiku. Boussengo väitis, et kaunviljade lehed imavad õhust lämmastikku, kuid see oli eksiarvamus. Tollal ei osatud arvata, et asi pole taimedes endis, vaid spetsiaalsetes mikroorganismides, mis põhjustavad nende juurtele sõlmede teket. Sümbioosis kaunviljadega seovad need organismid õhulämmastikku. See on nüüd tõde...

Tänapäeval teatakse üsna palju erinevaid lämmastikufiksaatoreid: bakterid, aktinomütseedid, pärm- ja hallitusseened, sinivetikad. Ja nad kõik varustavad taimi lämmastikuga. Kuid küsimus on: kuidas mikroorganismid lagundavad inertset N 2 molekuli ilma eriliste energiakuludeta? Ja miks mõnel neist on see kõigi elusolendite jaoks kõige kasulikum võime, teistel aga mitte? Pikka aega jäi see saladuseks. Vaikne, ilma äikese ja välguta, avastati alles hiljuti elemendi nr 7 bioloogilise fikseerimise mehhanism. On tõestatud, et elementaarse lämmastiku tee elusainesse sai võimalikuks tänu redutseerimisprotsessidele, mille käigus lämmastik muundub ammoniaagiks. Võtmerolli mängib ensüüm lämmastik. Selle raua- ja molübdeeniühendeid sisaldavad keskused aktiveerivad lämmastiku, et "dokkida" vesinikuga, mis on eelnevalt aktiveeritud teise ensüümi poolt. Niisiis saadakse inertsest lämmastikust väga aktiivne ammoniaak - esimene stabiilne bioloogilise lämmastiku sidumise produkt.

Siin on, kuidas see välja tuleb! Esmalt muutsid eluprotsessid primaarse atmosfääri ammoniaagi lämmastikuks ja seejärel muutis elu lämmastiku taas ammoniaagiks. Kas loodusel tasus selle teemal "odasid murda"? Muidugi, sest nii tekkis elemendi nr 7 tsükkel.

Salpeetri lademed ja rahvastiku kasv

Loomulik lämmastiku sidumine välgu- ja mullabakterite poolt annab aastas umbes 150 miljonit tonni selle elemendi ühendeid. Kuid mitte kogu seotud lämmastik ei osale tsüklis. Osa sellest eemaldatakse protsessist ja ladestatakse salpeetri ladestustena. Rikkaim selline sahver oli Tšiili Atacama kõrb Kordillerade jalamil. Siin pole aastaid sadanud. Kuid aeg-ajalt sajab mägede nõlvadele tugevat paduvihma, mis uhub minema mullaühendid. Aastatuhandete jooksul kandsid veevoolud alla lahustunud soolasid, mille hulgas oli soolapeetrit kõige rohkem. Vesi aurustus, soolad jäid... Nii tekkis maailma suurim lämmastikuühendite maardla.

Teine kuulus saksa keemik Johann Rudolf Glauber, kes elas 17. sajandil, märkis lämmastiksoolade erakordset tähtsust taimede arengus. Oma kirjutistes, mõtiskledes lämmastikku sisaldavate ainete ringluse üle looduses, kasutas ta selliseid väljendeid nagu "lämmastikmuldade mahlad" ja "soolpeeter - viljakuse sool".

Kuid looduslikku salpeetrit hakati väetisena kasutama alles eelmise sajandi alguses, kui hakati arendama Tšiili maardlaid. Sel ajal oli see ainus oluline seotud lämmastiku allikas, millest näis sõltuvat inimkonna heaolu. Lämmastikutööstus ei tulnud siis kõne allagi.

1824. aastal kuulutas inglise preester Thomas Malthus välja oma kurikuulsa doktriini, et rahvaarv kasvab palju kiiremini kui toiduainete tootmine. Tol ajal eksporditi Tšiili salpeetrit vaid umbes 1000 tonni aastas. Aastal 1887 ennustas Malthuse kaasmaalane kuulus teadlane Thomas Huxley tsivilisatsiooni peatset lõppu "lämmastikunälja" tõttu, mis peaks saabuma pärast Tšiili salpeetri leiukohtade väljaarendamist (selleks ajaks oli selle toodang juba üle 500 tuhande tonni aastas).

Üksteist aastat hiljem ütles teine ​​kuulus teadlane Sir William Crookes Briti Teaduse Edendamise Ühingule, et vähem kui poole sajandi pärast toimub toidukrahh, kui rahvaarv ei vähene. Ta põhjendas oma kurba prognoosi ka sellega, et "peagi on Tšiili salpeetri leiukohtade täielik ammendumine" koos kõigi sellest tulenevate tagajärgedega.

Need ennustused ei täitunud – inimkond ei surnud, vaid omandas elemendi nr 7 kunstliku fikseerimise. Veelgi enam, tänapäeval moodustab loodusliku salpeetri osa maailma lämmastikku sisaldavate ainete toodangust vaid 1,5%.

Kuidas seoti lämmastikku

Lämmastikuühendeid on inimestel õnnestunud saada juba pikka aega. Sama salpeetrit valmistati spetsiaalsetes kuurides - salpeetris, kuid see meetod oli väga primitiivne. Salpeetrit valmistatakse sõnnikuhunnikutest, tuhast, väljaheidetest, nahakraapidest, verest, kartulipealsetest. Nende kahe aasta jooksul kastetakse hunnikuid uriiniga ja pööratakse ümber, misjärel moodustub neile salpeetri kate, ”selline soolatootmise kirjeldus on ühes vanas raamatus.

Kivisüsi, mis sisaldab kuni 3% lämmastikku, võib olla ka lämmastikuühendite allikas. Seotud lämmastik! Seda lämmastikku hakati eraldama kivisöe koksimise käigus, püüdes kinni ammoniaagi fraktsiooni ja viies selle läbi väävelhappe.

Lõpptoode on ammooniumsulfaat. Aga see, üldiselt, puru. On isegi raske ette kujutada, kuidas meie tsivilisatsioon areneks, kui see ei lahendaks õigeaegselt atmosfäärilämmastiku tööstuslikult vastuvõetava fikseerimise probleemi.

Scheele oli esimene, kes sidus õhulämmastikku. Aastal 1775 sai ta naatriumtsüaniidi, kuumutades soodat söega lämmastikuatmosfääris:

Na 2CO 3 + 4C + N 2 → 2NaCN + 3CO.

1780. aastal leidis Priestley, et vee kohal ümberpööratud anumas sisalduva õhu maht väheneb, kui sellest läbi lastakse elektrisäde ja vesi omandab nõrga happe omadused. See katse oli, nagu me teame (Priestley ei teadnud), lämmastiku sidumise loomuliku mehhanismi mudel. Neli aastat hiljem avastas Cavendish, kes lasi leelisega klaastorusse suletud õhu kaudu elektrilahendust, sealt salpetri.

Ja kuigi kõik need katsed ei saanud tol ajal laboritest kaugemale jõuda, näitavad need tööstuslike lämmastiku sidumise meetodite prototüüpi - tsüaanamiidi ja kaar, mis ilmusid 19. ... 20. sajandi vahetusel.

Tsüaanamiidi meetodi patenteerisid 1895. aastal Saksa teadlased A. Frank ja N. Caro. Selle meetodi kohaselt seostus lämmastik kaltsiumkarbiidiga kuumutamisel kaltsiumtsüanamiidiga:

CaC 2 + N 2 → Ca(CN) 2.

1901. aastal pani Franki poeg, kes esitas idee, et kaltsiumtsüaanamiid võiks olla hea väetis, sisuliselt aluse selle aine tootmisele. Seotud lämmastikutööstuse kasvu soodustas odava elektri tekkimine. Kõige lootustandvam viis õhulämmastiku fikseerimiseks XIX sajandi lõpus. peeti kaareks, kasutades elektrilahendust. Vahetult pärast Niagara elektrijaama ehitamist käivitasid ameeriklased läheduses (1902. aastal) esimese kaarejaama. Kolm aastat hiljem võeti Norras kasutusele kaareinstallatsioon, mille töötasid välja teoreetik ja virmaliste uurimise spetsialist H. Birkeland ning praktiline insener S. Eide. Seda tüüpi taimed on laialt levinud; soolapeetrit, mida nad valmistasid, nimetati Norraks. Elektrikulu oli aga selles protsessis ülikõrge ja moodustas 70 tuhat kilovatti/tunnis seotud lämmastiku tonni kohta ning ainult 3% sellest energiast kasutati otse fikseerimiseks.

Läbi ammoniaagi

Eespool loetletud lämmastiku sidumise meetodid olid vaid lähenemised meetodile, mis ilmus vahetult enne Esimest maailmasõda. Just tema kohta märkis Ameerika teaduse populariseerija E. Slosson väga vaimukalt: „Alati on räägitud, et inglased domineerivad merel ja prantslased - maismaal, sakslastele jääb aga ainult õhk. Näis, et sakslased võtsid seda nalja tõsiselt ja hakkasid õhukuningriiki kasutama brittide ja prantslaste ründamiseks ... Keiseril ... oli terve tsepeliinide laevastik ja lämmastiku sidumise meetod, mida ükski teine ​​rahvas ei teadnud. Tsepeliinid lõhkesid nagu turvapadjad, kuid lämmastikku siduvad tehased jätkasid tööd ja muutsid Saksamaa Tšiilist sõltumatuks mitte ainult sõja-aastatel, vaid ka rahuajal.

Slossonil polnud päris õigus, kui ta ütles, et lämmastiku ammoniaagiks sidumise meetodit ei tunta mujal kui Saksamaal. Selle protsessi teoreetilise aluse panid Prantsuse ja Briti teadlased. 1784. aastal tegi kuulus C. Berthollet kindlaks ammoniaagi koostise ja soovitas selle aine sünteesi- ja lagunemisreaktsioonide keemilist tasakaalu. Viis aastat hiljem tegi inglane W. Austin esimese katse sünteesida NH 3 lämmastikust ja vesinikust. Ja lõpuks, prantsuse keemik A. Le Chatelier, olles selgelt sõnastanud liikuva tasakaalu põhimõtte, sünteesis esimesena ammoniaagi. Samal ajal kasutas ta kõrget survet ja katalüsaatoreid - käsnjas plaatina ja raud. 1901. aastal patenteeris Le Chatelier selle meetodi.

Ammoniaagi sünteesi uurimusi tegid sajandi alguses ka E. Perman ja G. Atkins Inglismaal. Need teadlased kasutasid oma katsetes katalüsaatoritena erinevaid metalle, eriti vaske, niklit ja koobaltit ...

Kuid Saksamaal õnnestus esmakordselt tööstuslikus mastaabis ammoniaagi süntees vesinikust ja lämmastikust. See on kuulsa keemiku Fritz Haberi teene. 1918. aastal pälvis ta Nobeli keemiaauhinna.

Saksa teadlase välja töötatud NH 3 tootmise tehnoloogia erines oluliselt teistest tolleaegsetest tööstusharudest. Siin rakendati esimest korda suletud tsükli põhimõtet pidevalt töötavate seadmete ja energia taaskasutamisega. Ammoniaagi sünteesi tehnoloogia lõpliku väljatöötamise viis lõpule Haberi kolleeg ja sõber K. Bosch, kes pälvis 1931. aastal ka Nobeli preemia kõrgel rõhul keemilise sünteesi meetodite väljatöötamise eest.

Looduse teel

Ammoniaagi süntees on muutunud elemendi nr 7 loomuliku fikseerimise teiseks mudeliks. Tuletage meelde, et mikroorganismid seovad lämmastikku NH 3 -s. Kõigi Haber-Boschi protsessi eelistega näeb see loomulikuga võrreldes ebatäiuslik ja tülikas välja!

"Atmosfääri lämmastiku bioloogiline fikseerimine ... oli omamoodi paradoks, pidev väljakutse keemikutele, omamoodi demonstratsioon meie teadmiste ebapiisavuse kohta." Need sõnad kuuluvad nõukogude keemikutele M.E. Volpin ja A.E. Shilov, kes püüdis molekulaarset lämmastikku fikseerida kergetes tingimustes.

Alguses esines ebaõnnestumisi. Kuid 1964. aastal tehti NSV Liidu Teaduste Akadeemia Organoelementide Ühendite Instituudis Volpini laboris avastus: siirdemetallide - titaani, vanaadiumi, kroomi, molübdeeni ja raua - ühendite juuresolekul element nr. 7 aktiveerub ja moodustab normaalsetes tingimustes kompleksühendeid, mis lagunevad vee toimel ammoniaagiks. Just need metallid toimivad lämmastikku siduvates ensüümides lämmastiku sidumiskeskustena ja suurepärased katalüsaatorid ammoniaagi tootmisel.

Varsti pärast seda said Kanada teadlased A. Allen ja K. Zenof, uurides hüdrasiini N 2 H 2 reaktsiooni ruteeniumtrikloriidiga, keemilise kompleksi, milles jällegi pehmetes tingimustes osutus lämmastik seotuks. See tulemus oli nii vastuolus tavapäraste ideedega, et ajakirja, kuhu teadlased saatsid oma artikli sensatsioonilise sõnumiga, toimetajad keeldusid seda avaldamast. Hiljem õnnestus nõukogude teadlastel saada pehmetes tingimustes lämmastikku sisaldavaid orgaanilisi aineid. Õhulämmastiku pehme keemilise fikseerimise tööstuslikest meetoditest on veel vara rääkida, kuid tehtud edusammud võimaldavad meil ette näha eelseisvat revolutsiooni elemendi nr 7 fikseerimise tehnoloogias.

Kaasaegne teadus ei ole unustanud vanu meetodeid lämmastikuühendite saamiseks oksiidide kaudu. Siin on põhilised jõupingutused suunatud selliste tehnoloogiliste protsesside arendamisele, mis kiirendavad N 2 molekuli lõhenemist aatomiteks. Lämmastiku oksüdatsiooni kõige lootustandvamad valdkonnad on õhu põletamine spetsiaalsetes ahjudes, plasmapõletite kasutamine ja kiirendatud elektronkiire kasutamine nendel eesmärkidel.

Miks karta?

Tänapäeval pole põhjust karta, et inimkond kogeks kunagi lämmastikuühendite puudust. Elemendi #7 tööstuslik fikseerimine edeneb uskumatul kiirusel. Kui 60ndate lõpus oli fikseeritud lämmastiku toodang maailmas 30 miljonit tonni, siis järgmise sajandi alguseks ulatub see suure tõenäosusega miljardi tonnini!

Sellised õnnestumised ei ole mitte ainult julgustavad, vaid tekitavad ka muret. Fakt on see, et N 2 kunstlik fikseerimine ja tohutul hulgal lämmastikku sisaldavate ainete viimine pinnasesse on inimese kõige jämedam ja olulisem sekkumine ainete loomulikku ringlusse. Tänapäeval pole lämmastikväetised mitte ainult viljakust soodustavad ained, vaid ka keskkonna saasteained. Need uhutakse pinnasest välja jõgedesse ja järvedesse, põhjustavad veehoidlate kahjulikku õitsemist ja kanduvad õhuvoolude poolt pikkade vahemaade taha...

Mineraalväetistes sisalduvast lämmastikust läheb kuni 13% põhjavette. Lämmastikuühendid, eriti nitraadid, on inimestele kahjulikud ja võivad põhjustada mürgistust. Siin on teie jaoks lämmastiku söötja!

Maailma Terviseorganisatsioon (WHO) on võtnud vastu nitraatide maksimaalse lubatud kontsentratsiooni joogivees: 22 mg/l parasvöötme ja 10 mg/l troopilistes piirkondades. NSV Liidus reguleerivad sanitaarstandardid nitraatide sisaldust reservuaaride vees vastavalt "troopilistele" standarditele - mitte rohkem kui 10 mg / l. Selgub, et nitraadid on "kahe teraga" vahend ...

4. oktoobril 1957 sekkus inimkond taas elemendi nr 7 tsüklisse, saates kosmosesse lämmastikuga täidetud "palli" – esimese tehissatelliidi ...

Mendelejev lämmastiku kohta

“Kuigi kõige aktiivsem, s.o. meid ümbritseva õhu kõige kergemini ja sageli keemiliselt aktiivsem osa on hapnik, kuid selle suurim mass nii mahu kui kaalu järgi otsustades on lämmastik; nimelt moodustab gaasiline lämmastik rohkem kui 3/4, kuigi vähem kui 4/5 õhu mahust. Ja kuna lämmastik on hapnikust vaid veidi kergem, moodustab lämmastiku massisisaldus õhus umbes 3/4 kogu selle massist. Nii märkimisväärses koguses õhu koostisesse sattudes ei mängi lämmastik ilmselt atmosfääris erilist rolli, mille keemilise toime määrab peamiselt hapnikusisaldus selles. Õige ettekujutuse lämmastikust saab aga alles siis, kui saame teada, et loomad ei saa puhtas hapnikus kaua elada, nad isegi surevad ja et õhu lämmastik moodustab, kuigi aeglaselt ja vähehaaval, erinevaid ühendeid, millest osa mängivad olulist rolli looduses, eriti organismide elus.

Kus kasutatakse lämmastikku?

Lämmastik on kõigist gaasidest odavaim, tavatingimustes keemiliselt inertne. Seda kasutatakse laialdaselt keemiatehnoloogias mitteoksüdeeriva keskkonna loomiseks. Kergesti oksüdeeruvaid ühendeid hoitakse laborites lämmastiku atmosfääris. Silmapaistvad maalid asetatakse mõnikord (hoius või transportimise ajal) lämmastikuga täidetud hermeetilistesse ümbristesse, et kaitsta värvi niiskuse ja õhu keemiliselt aktiivsete komponentide eest.

Lämmastik mängib olulist rolli metallurgias ja metallitöötlemises. Erinevad sulas olekus metallid reageerivad lämmastiku olemasolule erinevalt. Näiteks vask on lämmastiku suhtes absoluutselt inertne, seetõttu keevitatakse vasktooted sageli selle gaasi joas. Magneesium, vastupidi, annab õhus põletamisel ühendeid mitte ainult hapniku, vaid ka lämmastikuga. Seega ei ole magneesiumitoodetega töötamiseks kõrgel temperatuuril lämmastikukeskkond kohaldatav. Titaanpinna küllastumine lämmastikuga annab metallile suurema tugevuse ja kulumiskindluse – see moodustab väga tugeva ja keemiliselt inertse titaannitriidi. See reaktsioon toimub ainult kõrgetel temperatuuridel.

Tavalistel temperatuuridel reageerib lämmastik aktiivselt ainult ühe metalli, liitiumiga.

Suurim kogus lämmastikku läheb ammoniaagi tootmiseks.

lämmastiku narkoos

Laialt levinud arvamus lämmastiku füsioloogilise inertsuse kohta ei ole täiesti õige. Lämmastik on normaalsetes tingimustes füsioloogiliselt inertne.

Suurenenud rõhu korral, näiteks sukeldumisel, suureneb lahustunud lämmastiku kontsentratsioon keha valkudes ja eriti rasvkudedes. See viib nn lämmastiku narkoosini. Sukelduja jääb justkui purju: liigutuste koordinatsioon on häiritud, teadvus on segaduses. Asjaolu, et selle põhjuseks on lämmastik, veendusid teadlased lõpuks pärast katseid, kus tuukriülikonda juhiti tavalise õhu asemel heeliumi-hapniku segu. Samal ajal kadusid ka anesteesia sümptomid.

ruumi ammoniaak

Päikesesüsteemi suured planeedid Saturn ja Jupiter koosnevad astronoomide arvates osaliselt tahkest ammoniaagist. Ammoniaak külmub -78°C juures, samas kui näiteks Jupiteri pinnal on keskmine temperatuur 138°C.

Ammoniaak ja ammoonium

Lämmastiku suures perekonnas on kummaline ühend - ammoonium NH 4. Vabal kujul ei leidu seda kuskil ja soolades mängib see leelismetalli rolli. Nime "ammoonium" pakkus 1808. aastal välja kuulus inglise keemik Humphrey Davy. Ladinakeelne sõna ammoonium tähendas kunagi: ammooniumi soola. Ammoniaak on piirkond Liibüas. Seal asus Egiptuse jumala Ammoni tempel, kelle järgi kutsuti kogu piirkonda. Ammoniaagis on ammooniumisoolasid (peamiselt ammoniaaki) ammu saadud kaamelisõnniku põletamisel. Soolade lagunemisel tekkis gaas, mida nüüd nimetatakse ammoniaagiks.

Alates 1787. aastast (samal aastal, mil võeti kasutusele termin "lämmastik") on keemilise nomenklatuuri komisjon andnud sellele gaasile nime ammoniaak (ammoniaak). Vene keemik Ya.D. See nimi tundus Zahharovile liiga pikk ja 1801. aastal jättis ta sellest kaks tähte välja. Nii tekkis ammoniaak.

Naerugaas

Viiest lämmastikoksiidist on kaks – oksiid (NO) ja dioksiid (NO 2) – leidnud laialdast tööstuslikku kasutust. Ülejäänud kahte – dilämmastikanhüdriidi (N 2 O 3) ja lämmastikanhüdriidi (N 2 O 5) – laborites sageli ei leidu. Viies on dilämmastikoksiid (N 2 O). Sellel on väga omapärane füsioloogiline toime, mille pärast nimetatakse seda sageli naerugaasiks.

Silmapaistev inglise keemik Humphrey Davy korraldas selle gaasi abil eriseansse. Üks Davy kaasaegne kirjeldas dilämmastikoksiidi mõju järgmiselt: "Mõned härrad hüppasid laudadele ja toolidele, teised said keele lahti, teised näitasid üles äärmist kalduvust kaklema."

Swift naeris asjata

Väljapaistev satiirik Jonathan Swift irvitas meelsasti kaasaegse teaduse viljatuse üle. Gulliveri reisides on Lagado Akadeemia kirjelduses selline koht: „Tema käsutuses oli kaks suurt tuba, mis olid täis kõige hämmastavamaid kurioosumeid; tema alluvuses töötas viiskümmend abilist. Mõned kondenseerisid õhu kuivaks tihedaks aineks, eraldades sellest soola ... "

Nüüd on õhust saadav salpeet täiesti reaalne asi. Ammooniumnitraat NH 4 NO 3 on tõepoolest valmistatud õhust ja veest.

Bakterid seovad lämmastikku

Idee, et mõned mikroorganismid suudavad siduda õhulämmastikku, väljendas esmakordselt vene füüsik P. Kossovitš. Vene biokeemik S.N. Winogradsky oli esimene, kes eraldas mullast ühte tüüpi lämmastikku siduvaid baktereid.

Taimed on valivad

Dmitri Nikolajevitš Prjanišnikov leidis, et taim eelistab valikuvõimaluse korral ammoniaaklämmastikku nitraadile. (Nitraadid on lämmastikhappe soolad).

Oluline oksüdeerija

Lämmastikhape HNO 3 on üks olulisemaid keemiatööstuses kasutatavaid oksüdeerivaid aineid. Esimene, kes selle valmistas, toimides väävelhappega soolapeetriga, oli 17. sajandi üks suurimaid keemikuid. Johann Rudolf Glauber.

Praegu lämmastikhappe abil saadavate ühendite hulgas on palju hädavajalikke aineid: väetised, värvained, polümeersed materjalid, lõhkeained.

Kahekordne roll

Mõned põllumajanduskeemias kasutatavad lämmastikku sisaldavad ühendid täidavad kahekordset funktsiooni. Näiteks kaltsiumtsüaanamiidi kasutavad puuvillakasvatajad defoliantina – aine, mis põhjustab lehtede langemist enne saagikoristust. Kuid see ühend toimib ka väetisena.

Lämmastik pestitsiidides

Mitte kõik ained, sealhulgas lämmastik, ei aita kaasa ühegi taime arengule. Fenoksüäädik- ja triklorofenoksüäädikhappe amiinisoolad on herbitsiidid. Esimene pärsib umbrohu kasvu teraviljapõldudel, teist kasutatakse põllumaa puhastamiseks - see hävitab väikesed puud ja põõsad.

Polümeerid: bioloogilistest anorgaanilisteni

Lämmastikuaatomid on osa paljudest looduslikest ja sünteetilistest polümeeridest – valgust nailonini. Lisaks on lämmastik süsinikuvabade anorgaaniliste polümeeride oluline element. Anorgaanilise kummi – polüfosfonitriilkloriidi – molekulid on suletud tsüklid, mis koosnevad vahelduvatest lämmastiku- ja fosforiaatomitest, mida ümbritsevad klooriioonid. Anorgaaniliste polümeeride hulka kuuluvad ka mõnede metallide nitriidid, sealhulgas kõige kõvema aine - borasoon.

Väetised on aedniku kõige olulisem relv. Just mulda erinevate ühenditega rikastades saame loota samalt maatükilt hea aastasaagi saamisele. Aiataimed nõuavad aga tervet valikut mineraal- ja orgaanilisi lisandeid ning aednik peab selle sordiga päris hästi orienteeruma. Täna oleme huvitatud sellest, mis need rühmad on, mis need on ja milline on nende mõju taimede kasvule ja arengule - me käsitleme seda kõike üksikasjalikult.

Mis on lämmastik

Esiteks on teil oluline teada, et see on üks levinumaid elemente meie planeedil. Ilma selleta ei saa eksisteerida ühtegi elusorganismi ja see kehtib ka taimede kohta. Lämmastik on valkude ja aminohapete, nukleiinhapete oluline komponent. Sellepärast ütleb aedniku esimene käsk, et ta peab regulaarselt andma lämmastikväetisi. Mis see on? Me räägime sellest allpool, kuid praegu - natuke rohkem teooriat. Piisava koguse lämmastiku olemasolu mullas suurendab saaki ja selle puudumine vähendab seda järsult. Seetõttu vajavad igal aastal käitatavad aiamaad nende ainete pidevat kasutamist. Siiski tuleb ka meeles pidada, et hoolimata ilmsest kasulikkusest tuleks seda kasutada väga säästlikult. Fakt on see, et selle aine liig mullas põhjustab vegetatiivse süsteemi kasvu ja vilja peaaegu täieliku lakkamise.

Miks vajavad taimed lämmastikku?

Teame juba, et head saaki ei saa ainult mulla loodusvarasid kasutades. Seetõttu on äärmiselt oluline pidevalt täiendada toitainete varu. Miks on lämmastikväetis nii oluline? Millised ained see on - orgaaniline või mineraalne - otsustab iga aednik, olenevalt aastaajast ja eelmisest kastmisest, allpool vaatleme pealisväetamise optimaalset ajakava. Kuid kõne ajal mitte sellest. Lämmastik on osa klorofüllist, mis on vajalik päikeseenergia neelamiseks. Lämmastikurikkad on ka lipoidid, alkaloidid ja paljud teised taimeelu jaoks olulised ained.

Eriti lämmastikurikkad on noored varred ja lehed kevadel, taime enda aktiivse kasvu faasis. Vajadusel tormavad nad uute pungade, lehtede ja varte ilmumisel nende juurde. Ja pärast tolmeldamist lähevad nad reproduktiivorganitesse, kus nad kogunevad valkude kujul. See tähendab, et on äärmiselt oluline viia lämmastikväetisi mulda õigeaegselt. Me räägime teile üksikasjalikult, mis need ained on, kuid praegu märgime, et kui seda reeglit järgitakse, suureneb saagi maht ja kvaliteet märkimisväärselt. Eelkõige muutub väärtuslikumaks puuviljades leiduv valk ja aiakultuurid ise kasvavad palju kiiremini.

Väetiste tüübid

Liigume sujuvalt edasi klassifikatsiooni juurde, mis tähendab, et räägime lämmastikväetiste kohta lähemalt. "Mis need on?" küsite te? Esiteks mäletab kogenud aednik muidugi mineraali ja see pole üllatav. Lõppude lõpuks kohtame neid tavaliselt spetsialiseeritud kauplustes, vastava sildi all. Sellega loetelu aga ei lõpe. On ka orgaanilisi lämmastikväetisi. Need on peamiselt taimset ja loomset päritolu toitained. See võib olla teile ilmutus, kuid sõnnik sisaldab umbes 1% lämmastikku. Lämmastikväetisi on teisigi. Mis need näiteks on? Jah, vähemalt komposti, milles prügi ja turba debati käigus saavutatakse meie poolt vaadeldava aine kontsentratsioon 1,5% ja kui rohelist lehestikku panna kompostiauku, siis ülaltoodud näitaja tõuseb 2,5%ni. . Seda on palju, kuid on ka teisi orgaanilisi pealiskatteid, mis need numbrid kergesti katavad. See on lindude väljaheide, mis sisaldab vähemalt 3% lämmastikku. Kuid me ei tohi unustada, et sellised sidemed on üsna mürgised, mis tähendab, et neid ei tohiks kaasas kanda.

Vedelat tüüpi lämmastikväetised (ammoniaagirühm)

Jätkuvalt kaalume lämmastikväetisi. Keemilise elemendi nimi - "lämmastik" - tõlgitakse kui "elu", millest võime järeldada, et ilma selliste aineteta on roheliste istanduste kasv ja areng lihtsalt võimatu. Kõigepealt räägime selle väetise vedelatest vormidest. Nende tootmine on palju odavam kui tahkete analoogide tootmine, mis tähendab, et saate ostmisel palju säästa. Ja neid on igale suveelanikule saadaval ainult kolme tüüpi: need on veevaba ammoniaak, ammoniaagivesi ja ammoniaak. Kõik need on erineva kontsentratsiooniga, mistõttu on oluline eelnevalt selgeks teha, milline lämmastikväetis on teistest lämmastikurikkam. Tegemist on vaieldamatult lisandiga, mis on toodetud ammoniaagi veeldamisel kõrgsurve all ja sisaldab vähemalt 82% põhiainest.

Vedela lämmastikväetise pinnasesse kandmise omadused

On mõningaid nüansse, millega tuleb arvestada. Selliseid pealtväetisi on lihtne ja lihtne mullale kanda, kuid lämmastikukadusid võivad tekkida mitmel põhjusel. Esiteks on see vaba veevaba ammoniaagi aurustamine. Lisaks imavad mullakolloidid koheselt lämmastikku ning osa väetist reageerib veega ja muutub ammooniumhüdroksiidiks. Parim on seda väetist mullale kanda sügisel, pärast huumusega küllastamist, mis vähendab kahjusid mitu korda.

Nitraatide rühm

Vedelat vormi kasutavad väikesed aiandustalud üsna sageli. Kui me räägime tööstuslikust mastaabist, siis siin peate lisaks mõtlema, milliseid lämmastikväetisi on parem kasutada. Üks populaarsemaid vahendeid on See on mitmekülgne toode, mis annab kiire efekti. Väetist müüakse valge-roosade graanulite kujul. Lämmastikusisaldus selles ulatub 35% -ni, mis on täiesti piisav, arvestades toimeaine kõrget säilivust pinnases. Paljud aednikud kinnitavad: piisab soolapeetri ostmisest ja teie saidil ei teki sellest elemendist enam puudust. See viiakse mulda varakevadel, sest see on vajalik just taimede kiireks alguseks ja heaks arenguks. Ligikaudne tarbimine - 25 kuni 30 g / 1 m 2. Lisaks saate iseseisvalt valmistada vedelat lahust - selleks peate lahjendama 20 g 10 liitri vee kohta.

Milliseid lämmastikväetisi veel on?

Ammooniumnitraadi rühm (ammooniumsulfaat)

See on veel üks populaarne vahend, mis näeb välja nagu kristalliseerunud sool. Lämmastikusisaldus selles on mõnevõrra madalam, umbes 21%. Seda võib mulda panna nii kevadel kui sügisel ning olenevalt saagi intensiivsusest võib varieerida ühe- või kahekordset maa rikastamist aastas. Väetist ei uhu mullast välja, mis tähendab, et see annab püsiva toime. Paljud aednikud on märganud mulla kerget hapestumist selle regulaarsel kasutamisel. Mulda on vaja viia 40-50 g nimetatud ainet 1 m 2 kohta.

Amiidväetised

Eredaim esindaja on karbamiid. See on üks peamisi lämmastikku sisaldavaid väetisi (lämmastiku kontsentratsioon - 46%). Reeglina kasutatakse seda kevadel, kuid kõige raskematel muldadel võib seda kasutada ka sügisel. Selleks võtke 20 g 1 m 2 kohta. Kuid kui peate pihustamiseks lahuse valmistama, võite lahjendada 30–40 g 10 liitri vee kohta.

Kuid see pole veel kõik tänapäeval eksisteerivad lämmastikväetised. Loetelu jätkub uurea ja kaltsiumtsüaanamiidiga. Tuleb märkida, et kõige väärtuslikum, odavam ja taskukohasem vahend on karbamiid. See on väga kontsentreeritud väetis, mis võib põhjustada taimedele põletushaavu, seega peate selle pinnasesse kandmisel olema eriti ettevaatlik.

Rakendus

Nüüd olete välja mõelnud, millised väetised on lämmastikku sisaldavad, ja saame rääkida veidi lähemalt, kuidas neid oma suvilas kasutada. Ärge unustage, et söötmise aeg ja kogus sõltuvad otseselt mulla tüübist ja lämmastiku puudumisest selles. Tuleb meeles pidada, et suure koguse lämmastikku sisaldava väetise kasutamisel toimub õitsemine palju hiljem ja vilja ei pruugi üldse tekkida. Milliseid taimi tuleb toita lämmastikuga? Absoluutselt kõike peale lutserni ja ristiku. Igal kultuuril on aga oma toitumisvajadused ja sellega tuleb arvestada.

Taimed, millel on kõrged nõudmised lämmastikväetistele

Need on kõigile teada ja meie aiamaadel laialt levinud kultuurid: kapsas ja kartul, kõrvits ja suvikõrvits, paprika ja baklažaan, aga ka maitsev rabarber. Nende kasvatamisel on vaja anda lämmastikku nii enne istutamist kui ka kasvuperioodil. Soovitatav on kasutada ammooniumnitraati vähemalt 25 g 1 m2 kohta. Kui kavatsete kasvatada puuviljakultuure, nagu vaarikad ja murakad, maasikad, kirsid ja ploomid, on hädavajalik teada, mis on lämmastikväetised. Kui kavatsete istutada dekoratiivseid daaliaid ja flokse, pojengeid ja tsinniasid, kannikesi ja sireleid, on nende lisandite täielik kasutamine väga oluline.

Teine rühm: keskmine lämmastikuvajadus

Need on tomatid ja kurgid, peet ja porgand, küüslauk, mais ja petersell. Puu- ja marjataimedest võib esile tõsta sõstraid ja karusmarju, aga ka õunapuid. Enamikku üheaastaseid lilli võib omistada samale rühmale.

Nende põllukultuuride kasvatamisel piisab lämmastiku andmisest üks kord aastas - varakevadel. Sellest piisab, et taimed tunneksid end mugavalt. Soovitatav on kasutada mitte rohkem kui 20 g soola 1 m 2 kohta.

Kolmas rühm

Need on mõõduka lämmastikuvajadusega taimed. Soovitatav annus on 15 g ammooniumnitraati 1 m 2 kohta. See hõlmab kõiki lehtköögivilju, sibulaid ja rediseid ning varajast kartulit. Selle rühma heledad esindajad on kõik sibulakujulised dekoratiivtaimed. Lõpuks on kõige vähenõudlikumad kaunviljad (piisab vaid 7 g väetist 1 m 2 kohta). See pole ainult herned ja oad, vaid ka dekoratiivtaimed, nagu asalea, kanarbik ja paljud teised.

Väetamise meetodid

Nende ainete õigeaegseks toimimiseks on vaja neid õigesti peale kanda ja mis kõige tähtsam – õigeaegselt lisada. Selleks kasutatakse erinevaid meetodeid. Kõige esimene levib. Seda saab teha nii käsitsi kui ka selle meetodi abil.Seda meetodit kasutatakse enne külvi, kuna väetise lahustumine võtab kaua aega. Teine on teipmeetod, mille puhul ammooniumnitraati või muud mineraalset lämmastikväetist kantakse kitsa lindina taimede lähedusse mullapinnale või madalale sügavusele. Tugeva puuduse korral kasutatakse pritsimist erakorralise abinõuna. Lõpuks on väetised vedelal kujul, mis tähendab, et võite kasutada tilguti niisutamist.

Kuidas diagnoosida lämmastikupuudust

Loodame, et nüüd ei sega teid küsimus "lämmastikväetised - mis need on?" Lehel esitatud fotod näitavad selgemalt kogu selliste sidemete mitmekesisust. Väga oluline on aga aru saada, millal on kätte jõudnud aeg need mulda tuua ja millal on kehva kasvu põhjus hoopis teine. Lämmastikupuuduse korral täheldatakse peamiselt kogu taime, eriti selle lehtede kasvu pärssimist ja kollasust. Muretsema peaks ka siis, kui taime värvus on muutunud kahvatukollaseks. Esimene märk, mis peaks teid hoiatama, on vanade lehtede servade kollaseks muutumine. Siis nad kuivavad ja kukuvad maha.

Märgid liigsest lämmastikust

Mõnikord on raske üht teisest eristada, see tähendab toitainete puudus ja üleküllus. Seetõttu peate alustama sellest, mida ja millistes kogustes mulda kandsite, samuti oma taimede vaatlustest. Eelkõige väljendub lämmastiku liig selles, et taime roheline osa muutub pehmeks ja lopsakaks, kiirendab selle kasvu, kuid õitsemine ja munasarjad jäävad enamasti ajas kaugele maha. Kui lämmastiku liig on olulisem, täheldatakse lehtede põletusi ja seejärel nende täielikku surma. Pärast seda sureb ka juurestik.

Summeerida

Seega võite oma taimede toitumise optimeerimiseks kasutada orgaanilist ainet (sõnnik või lindude väljaheited) või mineraalväetisi, mis on tavaliselt mugavam. See võib olla ammooniumnitraat (lämmastikusisaldus - 34%) või ammooniumsulfaat (21%). Samuti võite vajada kaltsiumi (15%) ja (16%). Kui taimedel on suur lämmastikupuudus või kui kavatsete istutada kõige nõudlikumaid kultuure, on kõige parem võtta karbamiid (46%). Kasutage väetisi õiges vahekorras ja täpselt siis, kui neid kõige rohkem vaja on.

Lämmastik on keemiline element aatomnumbriga 7. See on lõhnatu, maitsetu ja värvitu gaas.


Seega ei tunne inimene maakera atmosfääris lämmastiku olemasolu, samas kui see koosneb sellest ainest 78 protsendi ulatuses. Lämmastik on üks levinumaid aineid meie planeedil. Tihti võib kuulda, et ilma lämmastikuta polekski ja see on tõsi. Kõik elusolendid moodustavad valguühendid sisaldavad ju tingimata lämmastikku.

lämmastik looduses

Lämmastikku leidub atmosfääris kahest aatomist koosnevate molekulide kujul. Lisaks atmosfäärile leidub lämmastikku Maa vahevöös ja mulla huumuskihis. Tööstusliku tootmise peamine lämmastikuallikas on mineraalid.

Viimastel aastakümnetel, mil maavaravarud hakkasid aga ammenduma, tekkis tungiv vajadus õhust lämmastikku tööstuslikus mahus ammutada. Praeguseks on see probleem lahendatud ja atmosfäärist ammutatakse tohutul hulgal lämmastikku tööstuse vajadusteks.

Lämmastiku roll bioloogias, lämmastiku ringkäik

Maal läbib lämmastik mitmeid muutusi, mis hõlmavad nii biootilisi (eluga seotud) kui ka abiootilisi tegureid. Atmosfäärist ja pinnasest satub lämmastik taimedesse mitte otse, vaid mikroorganismide kaudu. Lämmastikku siduvad bakterid hoiavad ja töötlevad lämmastikku, muutes selle taimedele kergesti omastatavaks vormiks. Taimede kehas läheb lämmastik keerukate ühendite, eriti valkude koostisse.

Mööda toiduahelat satuvad need ained taimtoiduliste ja seejärel kiskjate organismidesse. Pärast kõigi elusolendite surma satub lämmastik uuesti pinnasesse, kus see laguneb (ammonifikatsioon ja denitrifikatsioon). Lämmastik fikseeritakse pinnases, mineraalides, vees, siseneb atmosfääri ja ring kordub.

Lämmastiku kasutamine

Pärast lämmastiku avastamist (see juhtus 18. sajandil) uuriti põhjalikult aine enda, selle ühendite omadusi ja selle kasutamise võimalust majanduses. Kuna meie planeedi lämmastikuvarud on tohutud, on seda elementi kasutatud äärmiselt aktiivselt.


Puhast lämmastikku kasutatakse vedelal või gaasilisel kujul. Vedela lämmastiku temperatuur on miinus 196 kraadi Celsiuse järgi ja seda kasutatakse järgmistes piirkondades:

— meditsiinis. Vedelat lämmastikku kasutatakse külmutusagensina krüoteraapia protseduurides ehk külmravis. Erinevate neoplasmide eemaldamiseks kasutatakse kiirkülmutamist. Koeproovid ja elusrakud (eriti spermatosoidid ja munad) säilitatakse vedelas lämmastikus. Madal temperatuur võimaldab teil biomaterjali pikka aega säästa ning seejärel sulatada ja kasutada.

Ulmekirjanikud väljendasid võimet säilitada terveid elusorganisme vedelas lämmastikus ja vajadusel neid kahjustamata sulatada. Kuid tegelikkuses pole seda tehnoloogiat veel valdatud;

— toiduainetööstuses vedelat lämmastikku kasutatakse vedelike täitmisel inertse atmosfääri tekitamiseks anumates.

Üldiselt kasutatakse lämmastikku rakendustes, kus on vaja hapnikuta gaasilist keskkonda, näiteks

— tuletõrjes. Lämmastik tõrjub välja hapnikku, ilma milleta põlemisprotsesse ei toetata ja tuli kustub.

Gaasiline lämmastik on leidnud rakendust järgmistes tööstusharudes:

— toiduainete tootmine. Lämmastikku kasutatakse pakendatud toiduainete värskena hoidmiseks inertgaasina;

— naftatööstuses ja kaevandustes. Torujuhtmed ja mahutid puhastatakse lämmastikuga, see juhitakse kaevandustesse, et moodustada plahvatuskindel gaasikeskkond;

— lennukiehitusesšassii rehvid on pumbatud lämmastikuga.

Kõik ülaltoodu kehtib puhta lämmastiku kasutamise kohta, kuid ärge unustage, et see element on lähteaine mitmesuguste ühendite massi tootmiseks:

- ammoniaak. Äärmiselt nõutud lämmastikusisaldusega aine. Ammoniaaki kasutatakse väetiste, polümeeride, sooda, lämmastikhappe tootmiseks. Iseenesest kasutatakse seda meditsiinis, külmutusseadmete valmistamisel;

— lämmastikväetised;

- lõhkeained;

- värvained jne.


Lämmastik pole mitte ainult üks levinumaid keemilisi elemente, vaid ka väga vajalik komponent, mida kasutatakse paljudes inimtegevuse harudes.

Suvila- ja aiaäris on lämmastikväetised peamine aine, mis tagab taimele hea juurte tihenemise, uute lehtede ilmumise, lillede kasvu ja viljade arengu.

Lämmastiku lisamine on eriti oluline puuvilja- ja marjakultuuride puhul. See suurendab puuviljade kasvu ja parandab nende maitseomadusi. Lämmastik on kergesti omastatav sellist tüüpi pinnases nagu podzolic, turbarabad, tšernozemid.

Orgaanilised ühendid sisaldavad palju lämmastikku, kuid see vorm toimib omamoodi söödana paljudele kahjuritele. Suure hulga putukate mõjul ei pruugi taim ellu jääda. Seetõttu kasutavad suvised elanikud mineraalipõhist lämmastikväetist, mis on aiakultuuride jaoks kasulikum.

Ebapiisava lämmastikväetiste koguse korral kasvab taim väga nõrgalt, vegetatiivsed organid arenevad aeglaselt, lehed ei kasva suureks, nende välimus on kollaka varjundiga ja varsti murenevad nad enneaegselt. Need protsessid avaldavad taimele kahjulikku mõju ja võivad põhjustada õitsemisperioodi katkemise ja viljade vähenemise.

Õigeaegselt ja õigesti manustatud lämmastik-mineraalväetised aitavad kaasa taime tervislikule arengule ja suvise elaniku soovitud tulemuse saavutamisele.

Vedelad lämmastikväetised

Vedelväetiste tootmine on palju odavam kui nende tahkete väetiste tootmine. Seetõttu saab vedelväetisi osta soodsama hinnaga. Selliste väetiste efektiivsus ei sõltu nende loomulikust olekust.

Enamik suviseid elanikke, kes alles alustavad aiatööd, on huvitatud sellest, millised on vedelad lämmastikväetised?

Muldade väetamiseks on kolm peamist tüüpi lämmastikuühendeid:

• veevaba ammoniaak;
• ammoniaagi vesi;
• Ammoniaak.

Veevaba ammoniaak. Päris kontsentreeritud lahus, mis on värvitu vedeliku välimusega. Veevaba ammoniaak tekib tehases kõrge rõhu all gaasilisest olekust ammoniaagi vedeldamise tulemusena. Saadud vedelik sisaldab 82,3% lämmastikku.

Vedelas olekus lämmastikväetist hoitakse tihedalt suletud anumates. Ärge hoidke seda vasest, tsingist ja sarnastest sulamitest valmistatud anumates. Soovitatav on kasutada raudkonteinereid või terast ja malmi. Veevaba ammoniaaki tuleb hoida suletud anumates, kuna see kipub kiiresti aurustuma.

Ammoniaagi vesi. Lämmastiku kontsentratsioon selles väetises on minimaalselt umbes 16,4% ja maksimaalselt kuni 20,5%. See ei avalda mustmetallidele hävitavat mõju. Ammoniaagiveel on madal rõhk, mis võimaldab seda hoida süsinikterasest anumates. Seda tüüpi vedelat lämmastikväetist ei ole kasumlik ega otstarbekas pikkade vahemaade tagant kasutada, kuna lämmastik kipub kiiresti aurustuma. Lämmastikupõhine väetis kaotab transportimisel osa oma esialgsetest omadustest.

Lämmastikväetise pinnasesse kandmine on üsna lihtne, kuid lämmastikukadusid võib tekkida ka vaba veevaba ammoniaagi aurustumisprotsessi tulemusena. Mullakolloidid imavad koheselt lämmastikku. Väike osa lämmastikväetistest muutub mulla niiskusega reageerimisel ammooniumhüdroksiidiks.

Küllastunud muldades suureneb lämmastikväetise efektiivsus mitu korda. Sel juhul on ammoniaagi kadu minimaalne.

Liivsavi ja liivases ebastabiilsetes ja minimaalse huumuseküllastusega muldades suurenevad ammoniaagikaod vastavalt mitu korda, kasutamise efektiivsus väheneb.

Lämmastikväetistega väetamist vajavate suurte maamahtude korral on olemas spetsiaalne tehnika. Tema abiga kantakse kergetel muldadel väetist kuni 12 cm sügavusele. Seda tehakse lämmastikukadude minimeerimiseks ja selle toime tõhususe suurendamiseks. Pinnapealne pealekandmine pinnasele ei anna tulemust.

Lämmastikku sisaldavaid väetisi antakse ka külmunud pinnasele sügisel või enne külvitööd mullaharimisel.

Ammoniaak. Ammoniaaki toodetakse ammoniaagi vesilahuse ja lämmastikväetiste segamisel. Saadud kompositsioonis on umbes 30-50% lämmastikku. Seda leidub ammoniaagis erinevates ühendites ja vahekordades (nitraadi ja amiidi kujul)

Aiakultuuride puhul ei jää vedelas olekus ammoniaak omadustelt alla tahkete lämmastikväetiste omadele.

Mulda tuleks toita spetsiaalses vormiriietuses vedelväetistega, et vältida selle sattumist nahale ja hingamisteedesse, samuti limaskestadele. Silmade kaitsmiseks tuleb kasutada kaitseprille, hingamisteede kaitseks maske või respiraatoreid.

Lämmastikväetiste liigid ja nende kasutusviisid

Lämmastik on üks taimede toitumiskompleksi põhikomponente. Selle põhiülesanne selles kompleksis on aiakultuuride viljakuse suurendamine.

Mis puutub pinnasesse kandmise annustesse, siis marja- ja puuviljakultuuride puhul on norm 9-12 g / 1 m 2 pinnast. Põllukultuuride puhul, mille sees on luu, on need väärtused 4–6 g / 1 m 2 pinnase kohta. Lihtsa pealisväetamise korral kasutatakse puuviljade üldise seisundi säilitamiseks kuni 4 g / 1 m 2 pindala.

Peamised lämmastikväetiste tüübid:

Lämmastikväetistel on suur roll aiakultuuride heas arengus. Suveelaniku peamine ülesanne on taime õigeaegne söötmine seda tüüpi väetistega. Kuidas lämmastikväetisi anda ja millistes vahekordades, on üksikasjalikult kirjeldatud pakenditel olevates juhistes ja teabeallikates.

Lämmastikväetiste kasutamine viljapuude jaoks (video)