نام فرانسوی عنصر (azote)، که در زبان روسی نیز ریشه داشت، در قرن 18 پیشنهاد شد. Lavoisier، با تشکیل آن از پیشوند منفی یونانی "a" و کلمه "zoe" - زندگی (همان ریشه در کلمات جانورشناسی و انبوه مشتقات آن - zoo، zoogeography و غیره)، یعنی. "نیتروژن" به معنای "بی جان"، "نداشتن زندگی" است. از همان منشاء و نام آلمانی این عنصر Stickstoff - ماده خفه کننده است. ریشه "azo" در اصطلاحات شیمیایی "آزید"، "ترکیب آزو"، "آزین" و غیره نیز وجود دارد. و نیتروژنیوم لاتین و نیتروژن انگلیسی از "neter" عبری (یونانی "nitron"، لاتین nitrum) آمده اند. ; بنابراین در زمان های قدیم آنها قلیایی طبیعی - سودا، و بعد - نمک نمک نامیده می شود. نام "نیتروژن" کاملاً مناسب نیست: اگرچه نیتروژن گازی برای تنفس مناسب نیست، اما این عنصر برای زندگی کاملا ضروری است. ترکیب همه موجودات زنده شامل تعداد نسبتاً کمی از عناصر است و یکی از مهمترین آنها نیتروژن است، در پروتئین ها - حدود 17٪ از نیتروژن. نیتروژن همچنین در ترکیب مولکول های DNA و RNA موجود است که وراثت را تضمین می کند.

نیتروژن زیادی روی زمین وجود دارد، اما ذخایر اصلی آن در جو متمرکز شده است. با این حال، به دلیل استحکام بالای پیوند سه گانه NєN (942 kJ/mol، که تقریباً 4 برابر انرژی پیوند Cl-Cl است)، مولکول نیتروژن بسیار قوی و واکنش پذیری آن کم است. در نتیجه هیچ حیوان یا گیاهی قادر به جذب گاز نیتروژن از هوا نیست. آنها این عنصر مورد نیاز برای سنتز پروتئین ها و سایر اجزای ضروری بدن را از کجا می گیرند؟ حیوانات نیتروژن خود را از خوردن گیاهان و حیوانات دیگر دریافت می کنند. گیاهان نیتروژن را به همراه سایر مواد مغذی از خاک استخراج می‌کنند و تنها تعداد کمی از حبوبات می‌توانند نیتروژن هوا را جذب کنند - و نه به تنهایی، بلکه به لطف باکتری‌های گره‌ای که روی ریشه‌هایشان زندگی می‌کنند.

منبع اصلی نیتروژن در خاک تثبیت بیولوژیکی نیتروژن است، یعنی اتصال نیتروژن اتمسفر و تبدیل آن توسط میکروارگانیسم ها به اشکال قابل جذب توسط گیاهان. میکروارگانیسم‌ها می‌توانند به تنهایی در خاک زندگی کنند، یا می‌توانند با برخی گیاهان، عمدتاً با حبوبات - شبدر، نخود، لوبیا، یونجه و غیره در همزیستی ("جامعه") باشند. در گره های خاص؛ آنها اغلب به عنوان باکتری ندول شناخته می شوند. این میکروارگانیسم ها حاوی آنزیم پیچیده ای به نام نیتروژناز هستند که قادر به کاهش نیتروژن به آمونیاک هستند. سپس با کمک سیستم های آنزیمی دیگر، آمونیاک به ترکیبات نیتروژن دیگری تبدیل می شود که توسط گیاهان جذب می شود. باکتری های آزاد تا 50 کیلوگرم نیتروژن در سال در هر 1 هکتار و باکتری های ندول - 150 کیلوگرم دیگر و در شرایط خاص مطلوب - تا 500 کیلوگرم در سال متصل می شوند!

دومین منبع نیتروژن طبیعی در خاک رعد و برق است. در هر ثانیه به طور متوسط ​​100 رعد و برق بر روی کره زمین می تابد. و اگرچه هر یک از آنها فقط کسری از ثانیه دوام می آورد، اما مجموع قدرت الکتریکی آنها به 4 میلیارد کیلووات می رسد. افزایش شدید دما در کانال رعد و برق - تا 20000 درجه سانتیگراد منجر به تخریب مولکول های نیتروژن و اکسیژن با تشکیل اکسید نیتریک NO می شود. سپس توسط اکسیژن اتمسفر به دی اکسید تبدیل می شود: 2NO + O 2  2NO 2. دی اکسید، در واکنش با اکسیژن اضافی با رطوبت اتمسفر، به اسید نیتریک تبدیل می شود: 4NO 2 + 2H 2 O + O 2  4HNO 3. در نتیجه این دگرگونی ها، روزانه تقریباً 2 میلیون تن اسید نیتریک یا بیش از 700 میلیون تن در سال در جو تولید می شود. محلول ضعیف اسید نیتریک با باران به زمین می افتد. مقایسه این مقدار «اسید آسمانی» با تولید صنعتی آن جالب است. تولید اسید نیتریک یکی از بزرگترین تاسیسات تولید است. معلوم می شود که در اینجا انسان از طبیعت بسیار عقب تر است: تولید جهانی اسید نیتریک حدود 30 میلیون تن است.به دلیل شکافتن مولکول های نیتروژن توسط صاعقه، سالانه حدود 15 کیلوگرم اسید نیتریک در هر هکتار از سطح زمین می ریزد. کوه ها و بیابان ها، دریاها و اقیانوس ها. در خاک، این اسید به نمک های آن - نیترات ها تبدیل می شود که کاملاً توسط گیاهان جذب می شوند.

به نظر می رسد که "نیتروژن رعد و برق" برای محصولات کشاورزی چندان مهم نیست، اما شبدر و سایر حبوبات فقط بخش کوچکی از سطح زمین را پوشش می دهند. رعد و برق میلیاردها سال پیش، مدت ها قبل از ظهور باکتری های تثبیت کننده نیتروژن، در جو شروع به درخشش کرد. بنابراین آنها نقش بسزایی در تثبیت نیتروژن اتمسفر داشتند. به عنوان مثال، تنها در دو هزاره اخیر، رعد و برق 2 تریلیون تن نیتروژن را به کود تبدیل کرده است - حدود 0.1٪ از کل مقدار آن در هوا!

لیبیگ در مقابل مالتوس. در سال 1798 اقتصاددان انگلیسی توماس مالتوس (1766-1834) کتاب معروف خود را منتشر کرد. تجربه جمعیت. در آن، او اشاره کرد که جمعیت به طور تصاعدی افزایش می یابد، یعنی. مانند 1، 2، 4، 8، 16... در عین حال، وسایل امرار معاش برای همان دوره های زمانی، حتی در مساعدترین شرایط، فقط می تواند در پیشرفت حسابی رشد کند، یعنی. مانند 1، 2، 3، 4... به عنوان مثال، طبق این نظریه، تولید مواد غذایی تنها از طریق گسترش زمین های کشاورزی، کشت بهتر زمین های زراعی و غیره می تواند رشد کند. از نظریه مالتوس نتیجه گرفت که در آینده بشریت با قحطی تهدید می شود. در سال 1887، این نتیجه توسط دانشمند انگلیسی توماس هاکسلی (1825-1897)، دوست چارلز داروین و محبوب کننده آموزه های او تأیید شد.

برای جلوگیری از "گرسنگی" بشر، لازم بود بهره وری کشاورزی به شدت افزایش یابد و برای این امر مهم ترین مشکل تغذیه گیاه حل شود. احتمالاً اولین آزمایش در این جهت در اوایل دهه 1630 توسط یکی از بزرگترین دانشمندان زمان خود، پزشک و کیمیاگر هلندی یان باپتیست ون هلمونت (1579-1644) انجام شد. او تصمیم گرفت بررسی کند که گیاهان مواد مغذی خود را از کجا می گیرند - از آب یا از خاک. ون هلمونت 200 پوند (حدود 80 کیلوگرم) زمین خشک برداشت، آن را در گلدان بزرگی ریخت، شاخه بید را در زمین کاشت و شروع به آبیاری مجدانه با آب باران کرد. شاخه ریشه زد و شروع به رشد کرد و کم کم به درخت تبدیل شد. این تجربه دقیقا پنج سال به طول انجامید. معلوم شد که در این مدت گیاه 164 پوند 3 اونس (حدود 66 کیلوگرم) وزن اضافه کرد، در حالی که زمین فقط 3 اونس "از دست داد"، یعنی. کمتر از 100 گرم بنابراین، ون هلمونت نتیجه گرفت، گیاهان مواد مغذی را فقط از آب دریافت می کنند.

به نظر می رسد مطالعات بعدی این نتیجه را رد کرده است: به هر حال، هیچ کربنی در آب وجود ندارد که بخش عمده گیاهان را تشکیل می دهد! از این نتیجه گرفت که گیاهان به معنای واقعی کلمه "از هوا تغذیه می کنند" و دی اکسید کربن را از آن جذب می کنند - همان چیزی که ون هلمونت به تازگی کشف کرده بود و حتی آن را "هوای جنگل" نامیده بود. این نام به گاز داده نشده است زیرا مقدار زیادی از آن در جنگل ها وجود دارد، بلکه فقط به دلیل این واقعیت است که در هنگام احتراق زغال چوب تشکیل می شود ...

مسئله "تغذیه هوا" گیاهان در اواخر قرن 18 مطرح شد. گیاه شناس و فیزیولوژیست سوئیسی ژان سنبیه (1742-1809). او به طور تجربی ثابت کرد که دی اکسید کربن در برگ های گیاهان تجزیه می شود، در حالی که اکسیژن آزاد می شود و کربن در گیاه باقی می ماند. اما برخی از دانشمندان به شدت با این دیدگاه مخالفت کردند و از "نظریه هوموس" دفاع کردند که طبق آن گیاهان عمدتاً از مواد آلی استخراج شده از خاک تغذیه می کنند. به نظر می‌رسد که این امر با روش قدیمی کشاورزی تأیید می‌شود: خاک غنی از هوموس، به خوبی با کود کود کوددهی شده است، محصول را افزایش می‌دهد...

با این حال، تئوری هوموس نقش مواد معدنی را که برای گیاهان کاملاً ضروری هستند، در نظر نگرفت. گیاهان این مواد را به مقدار زیاد از خاک استخراج می کنند و هنگام برداشت از مزارع دور می شوند. برای اولین بار، این شرایط، و همچنین نیاز به بازگشت مواد معدنی به خاک، توسط شیمیدان آلمانی Justus Liebig اشاره شد. در سال 1840 کتابی منتشر کرد شیمی آلی به عنوان کاربرد در کشاورزی و فیزیولوژی، که در آن به ویژه نوشته است: «زمانی فرا می رسد که هر مزرعه ای متناسب با گیاهی که روی آن کاشته می شود، با کود خود تهیه شده در کارخانه های شیمیایی کوددهی می شود».

در ابتدا، ایده های لیبیگ با خصومت مواجه شد. هوگو مول (1805-1872)، استاد گیاه شناسی در دانشگاه توبینگن، در مورد آن نوشت: «این بی شرم ترین کتابی است که تا به حال به دست من افتاده است». نویسنده مشهور آلمانی فریتز رویتر (1810-1874) که مدتی به کشاورزی مشغول بود، چنین می گوید: «کتابی کاملاً بی معنا». روزنامه های آلمانی شروع به انتشار نامه ها و کاریکاتورهای توهین آمیز درباره لیبیگ و نظریه او در مورد تغذیه معدنی گیاهان کردند. خود لیبیگ تا حدودی در این امر مقصر بود، که در ابتدا به اشتباه معتقد بود که کودهای معدنی باید فقط حاوی پتاسیم و فسفر باشند، در حالی که سومین جزء ضروری - نیتروژن - گیاهان می توانند از هوا جذب کنند.

اشتباه لیبیگ احتمالاً به دلیل تفسیر نادرست از آزمایشات شیمیدان کشاورزی معروف فرانسوی ژان باپتیست بوسینگو (1802-1887) بود. در سال 1838 بذر وزن شده برخی از گیاهان را در خاکی که کودهای نیتروژنی نداشت کاشت و بعد از 3 ماه جوانه ها را وزن کرد. در گندم و جو، جرم عملاً بدون تغییر باقی ماند، در حالی که در شبدر و نخود به طور قابل توجهی افزایش یافت (به عنوان مثال در نخود فرنگی، از 47 به 100 میلی گرم). از این نتیجه نادرست است که برخی از گیاهان می توانند نیتروژن را مستقیماً از هوا جذب کنند. در آن زمان، هیچ چیز در مورد باکتری های ندول که روی ریشه حبوبات زندگی می کنند و نیتروژن اتمسفر را به دام می اندازند، معلوم نبود. در نتیجه، اولین تلاش ها برای استفاده از کودهای پتاس-فسفر در همه جا نتیجه منفی داد. لیبیگ این شجاعت را داشت که آشکارا اشتباه خود را بپذیرد. نظریه او در نهایت برنده شد. نتیجه این بود که کشاورزی در نیمه دوم قرن نوزدهم معرفی شد. کودهای شیمیایی و ساخت گیاهان برای تولید آنها.

بحران نیتروژن

هیچ مشکل خاصی در مورد کودهای فسفر و پتاس وجود نداشت: ترکیبات پتاسیم و فسفر به وفور در روده های زمین یافت می شوند. وضعیت نیتروژن کاملاً متفاوت بود: با تشدید کشاورزی، که قرار بود جمعیت رو به رشد زمین را تغذیه کند، منابع طبیعی دیگر نمی توانستند با پر کردن ذخایر نیتروژن در خاک مقابله کنند. نیاز مبرمی به یافتن منابع نیتروژن "محدود" وجود داشت. شیمیدانان قادر به سنتز برخی از ترکیبات، به عنوان مثال، نیترید لیتیوم Li 3 N، با شروع از نیتروژن اتمسفر بودند. اما از این طریق می شد گرم و در بهترین حالت کیلوگرم یک ماده به دست آورد در حالی که میلیون ها تن نیاز بود!

برای چندین قرن، تقریباً تنها منبع نیتروژن محدود نمک نمک بود. این کلمه از سال لاتین - نمک و نیتروم، به معنای واقعی کلمه - "نمک قلیایی" آمده است: در آن روزها، ترکیب مواد ناشناخته بود. در حال حاضر، نمک نمک برخی از نمک های اسید نیتریک - نیترات نامیده می شود. نمک نمک با چندین نقطه عطف دراماتیک در تاریخ بشر مرتبط است. از زمان های قدیم، تنها به اصطلاح نمک هندی شناخته شده بود - نیترات پتاسیم KNO 3. این ماده معدنی کمیاب از هند آورده شد، در حالی که هیچ منبع طبیعی نمک نمک در اروپا وجود نداشت. نمک هندی منحصراً برای تولید باروت استفاده می شد. هر قرن باروت بیشتری مورد نیاز بود و نمک وارداتی به اندازه کافی وجود نداشت و بسیار گران بود.

با گذشت زمان، آنها یاد گرفتند که نمک نمک را در "نیترات" خاص از باقی مانده های آلی مختلف حاوی نیتروژن بدست آورند. مقدار زیادی نیتروژن، به عنوان مثال، در پروتئین ها. اگر بقایای خشک به سادگی سوزانده شوند، نیتروژن موجود در آنها تا حد زیادی به گاز N 2 اکسید می شود. اما اگر آنها پوسیده شوند، در نتیجه تحت تأثیر باکتری های نیتروژن، نیتروژن به نیترات تبدیل می شود که در زمان های قدیم در انبوه های مخصوص شسته می شد - شمع ها، و نمکدان را شمع می نامیدند. اینطوری کردند. ضایعات آلی مختلف مخلوط شدند - کود دامی، احشاء حیوانات، سیلت، دوغاب مرداب و غیره. زباله، آهک، خاکستر نیز به آنجا اضافه شد. این مخلوط وحشتناک را در گودال ها می ریختند یا به صورت کپه در می آوردند و به وفور با ادرار یا دوغاب می ریختند. می توانید تصور کنید که چه بویی از این تولید می آید! با توجه به فرآیندهای تجزیه در عرض یک تا دو سال، از 6 کیلوگرم "نمره خاکی" که از ناخالصی ها پاکسازی شد، 1 کیلوگرم نمک به دست آمد. بیشترین نمک نمک در فرانسه دریافت شد: دولت سخاوتمندانه به کسانی که در این تولید ناخوشایند مشغول بودند پاداش داد.

به لطف تلاش های لیبیگ، آشکار شد که نمک نمک برای کشاورزی و در مقادیر بسیار بیشتر از تولید باروت مورد نیاز است. روش قدیمی تهیه آن برای این کار کاملاً نامناسب بود.

نمک شیلیایی.

از سال 1830، توسعه ذخایر نمک شور شیلی، غنی ترین منبع طبیعی نیتروژن، آغاز شد. در شیلی، مناطق وسیعی وجود دارد که هرگز باران نمی بارد، مانند صحرای آتاکاما، که در دامنه کوه های کوردیلرا در ارتفاع حدود 1000 متری از سطح دریا قرار دارد. در نتیجه فرآیندهای هزار ساله تجزیه بقایای آلی گیاهی و حیوانی (عمدتاً فضولات پرندگان - گوانو)، رسوبات منحصر به فردی از نمک نمک در آتاکاما تشکیل شد. آنها در فاصله 40 تا 50 کیلومتری از ساحل اقیانوس قرار دارند. هنگامی که این نهشته ها شروع به توسعه کردند، در نواری به طول حدود 200 کیلومتر و عرض 3 کیلومتر با ضخامت لایه 30 سانتی متر تا 3 متر کشیده شدند. در حوضه ها، لایه ها به طور قابل توجهی ضخیم شده و شبیه دریاچه های خشک شده بودند. همانطور که تجزیه و تحلیل نشان داده است، نمک شیلی نیترات سدیم با ناخالصی های سولفات و کلرید سدیم، خاک رس و ماسه است. گاهی اوقات بقایای تجزیه نشده گوانو در نمکدان یافت می شود. یکی از ویژگی های جالب نمک نمک شیلی وجود سدیم یدات NaIO 3 در آن است.

معمولاً سنگ نرم بود و به راحتی از زمین جدا می شد، اما گاهی اوقات رسوبات نمکدان به قدری متراکم بود که برای استخراج آنها نیاز به انفجار بود. پس از حل شدن سنگ در آب داغ، محلول صاف و خنک شد. در همان زمان نیترات سدیم خالص رسوب کرد که به عنوان کود فروخته شد. ید از محلول باقی مانده استخراج شد. در قرن 19 شیلی به تامین کننده اصلی نمک نمک تبدیل شد. توسعه ذخایر اولین جایگاه را در صنعت معدن شیلی در قرن نوزدهم به خود اختصاص داد.

برای بدست آوردن نیترات پتاسیم از نیترات شیلی، از واکنش NaNO 3 + KCl ® NaCl + KNO 3 استفاده شد. چنین واکنشی به دلیل تفاوت شدید در حلالیت محصولات آن در دماهای مختلف امکان پذیر است. حلالیت NaCl (بر حسب گرم در 100 گرم آب) فقط از 39.8 گرم در 100 درجه سانتیگراد به 35.7 گرم در 0 درجه سانتیگراد تغییر می کند، در حالی که حلالیت KNO 3 در همان دماها بسیار متفاوت است و 246 و 13.3 G است! بنابراین، اگر محلول های غلیظ داغ NaNO 3 و KCl را مخلوط کنید و سپس مخلوط را خنک کنید، بخش قابل توجهی از KNO 3 رسوب می کند و تقریباً تمام NaCl در محلول باقی می ماند.

برای چندین دهه، نمک شیلی - نیترات سدیم طبیعی - نیازهای انسان را برآورده کرده است. اما به محض آشکار شدن اهمیت منحصر به فرد این ماده معدنی برای کشاورزی جهان، آنها شروع به محاسبه کردند که این هدیه منحصر به فرد طبیعت تا چه زمانی برای بشریت دوام می آورد. اولین تخمین ها کاملاً خوش بینانه بود - در سال 1885 ذخیره نمک نمک 90 میلیون تن تعیین شد. معلوم شد که نمی توان در مورد "گرسنگی نیتروژن" گیاهان برای سال های طولانی نگران بود. اما این محاسبات رشد سریع جمعیت و سرعت تولید محصولات کشاورزی در سراسر جهان را در نظر نگرفت.

در زمان مالتوس، صادرات نمک شیلی تنها 1000 تن در سال بود. در سال 1887 به 500 هزار تن در سال رسید و در آغاز قرن بیستم. به میلیون ها نفر می رسد! ذخایر نیترات شیلی به سرعت کاهش یافت، در حالی که تقاضا برای نیترات به سرعت رشد کرد. وضعیت با این واقعیت تشدید شد که نمک نمک نیز به مقدار زیادی توسط صنایع نظامی مصرف می شد. باروت اواخر قرن 19 حاوی 74 تا 75 درصد نیترات پتاسیم است. برای به دست آوردن کودهای نیتروژنی باید روش های جدیدی ابداع شود و تنها هوای جوی می تواند منبع آنها باشد.

غلبه بر "گرسنگی نیتروژن".

در آغاز قرن بیستم برای تثبیت نیتروژن صنعتی، روش سیانامید پیشنهاد شده است. ابتدا کاربید کلسیم با حرارت دادن مخلوط آهک و زغال سنگ بدست آمد: CaO + 3C ® CaC 2 + CO. در دماهای بالا، کاربید با نیتروژن اتمسفر واکنش می دهد و سیانامید کلسیم را تشکیل می دهد: CaC 2 + N 2 ® CaCN 2 + C. معلوم شد که این ترکیب به عنوان کود برای همه محصولات مناسب نیست، بنابراین ابتدا آمونیاک از آن به دست آمد. عملکرد بخار آب فوق گرم: CaCN 2 + 3H 2 O ® CaCO 3 + 2NH 3، و سولفات آمونیوم قبلاً از آمونیاک و اسید سولفوریک به دست آمده بود.

شیمیدانان نروژی با استفاده از برق محلی ارزان قیمت (نیروگاه های برق آبی زیادی در نروژ وجود دارد) به روشی کاملاً متفاوت پیش رفتند. آنها در واقع فرآیند طبیعی تثبیت نیتروژن را با عبور هوای مرطوب از یک قوس الکتریکی بازتولید کردند. در همان زمان، حدود 1٪ اسید نیتریک از هوا به دست آمد که در اثر متقابل با آهک به نیترات کلسیم Ca(NO 3) 2 تبدیل شد. جای تعجب نیست که این ماده نمک نروژی نامیده شد.

با این حال، هر دو روش بسیار گران بودند. مقرون به صرفه ترین روش تثبیت نیتروژن در سالهای 1907-1909 توسط شیمیدان آلمانی فریتز هابر (1868-1934) توسعه یافت. این روش نیتروژن را مستقیماً به آمونیاک تبدیل می کند. تبدیل آمونیاک به نیترات و سایر ترکیبات نیتروژن دیگر دشوار نبود.

در حال حاضر تولید کودهای نیتروژنی بالغ بر دهها میلیون تن در سال است. بسته به ترکیب شیمیایی، انواع مختلفی دارند. کودهای آمونیاک و آمونیوم حاوی نیتروژن در حالت اکسیداسیون -3 هستند. این آمونیاک مایع، محلول آبی آن (آب آمونیاک)، سولفات آمونیوم است. یون های NH 4 + تحت عمل باکتری های نیتریف کننده در خاک به یون های نیترات اکسید می شوند که به خوبی توسط گیاهان جذب می شوند. کودهای نیترات شامل KNO 3 و Ca(NO 3) 2 هستند. کودهای نیترات آمونیوم عمدتاً شامل نیترات آمونیوم NH 4 NO 3 هستند که حاوی آمونیاک و نیتروژن نیترات هستند. غلیظ ترین کود نیتروژن جامد کاربامید (اوره) است که حاوی 46 درصد نیتروژن است. سهم نمک طبیعی در تولید جهانی ترکیبات حاوی نیتروژن از 1٪ تجاوز نمی کند.

کاربرد.

اصلاح گونه های جدید گیاهان، از جمله انواع اصلاح شده ژنتیکی، روش های بهبود یافته فناوری کشاورزی، نیاز به استفاده از کودهای مصنوعی را برطرف نمی کند. از این گذشته، با هر برداشت، مزارع بخش قابل توجهی از مواد مغذی از جمله نیتروژن را از دست می دهند. طبق مشاهدات طولانی مدت، هر تن نیتروژن در کودهای نیتروژن باعث افزایش عملکرد گندم 12-25٪، چغندر - 120-160٪، سیب زمینی - 120٪ می شود. در کشور ما طی نیم قرن گذشته تولید کودهای ازته در کارخانه های کود نیتروژن ده برابر شده است.

ایلیا لینسون

همه می دانند که نیتروژن بی اثر است. اغلب به این دلیل از عنصر شماره 7 شکایت می کنیم، که طبیعی است: باید بهای بسیار زیادی را برای بی اثر بودن نسبی آن بپردازیم، باید انرژی، تلاش و پول زیادی را صرف تبدیل آن به ترکیبات حیاتی کنیم.

اما، از سوی دیگر، اگر نیتروژن تا این حد بی اثر نبود، واکنش های نیتروژن با اکسیژن در اتمسفر رخ می داد و زندگی در سیاره ما به اشکالی که در آن وجود دارد غیرممکن می شد. گیاهان، حیوانات، من و شما به معنای واقعی کلمه در جریان اکسیدها و اسیدهای غیرقابل قبول برای زندگی خفه می شویم. و "با همه اینها"، این به اکسیدها و اسید نیتریک است که ما در تلاش برای تبدیل بزرگترین بخش ممکن از نیتروژن جو هستیم. این یکی از پارادوکس های عنصر #7 است. (در اینجا نویسنده این خطر را دارد که متهم به بی اهمیتی شود، زیرا ماهیت متناقض نیتروژن، یا بهتر است بگوییم خواص آن، تبدیل به کلمه ای شده است. و با این حال ...)

نیتروژن یک عنصر فوق العاده است. گاهی اوقات به نظر می رسد که هر چه بیشتر در مورد آن بیاموزیم، غیر قابل درک تر می شود. ناسازگاری خواص عنصر شماره 7 حتی در نام آن نیز منعکس شد، زیرا حتی شیمیدان برجسته ای مانند آنتوان لوران لاووازیه را گمراه کرد. این Lavoisier بود که پیشنهاد کرد نیتروژن را نیتروژن بنامیم، زیرا او نه اولین و نه آخرین کسی بود که بخشی از هوا را که از تنفس و احتراق پشتیبانی نمی کند به دست آورد و مطالعه کرد. به گفته لاووازیه، "نیتروژن" به معنای "بی جان" است و این کلمه از یونانی "a" - نفی و "zoe" - زندگی گرفته شده است.

اصطلاح "نیتروژن" در فرهنگ واژگان کیمیاگران وجود داشت، جایی که دانشمند فرانسوی آن را به عاریت گرفت. این به معنای «آغاز فلسفی» خاص، نوعی طلسم کابالیستی بود. کارشناسان می گویند که کلید رمزگشایی کلمه "نیتروژن" عبارت پایانی آخرالزمان است: "من آلفا و امگا هستم، آغاز و پایان، اولین و آخرین ..." در قرون وسطی سه زبان وجود داشت. به ویژه مورد احترام است: لاتین، یونانی و عبری. و کلمه «نیتروژن» را کیمیاگران از حرف اول «الف» (الف، الفا، الف) و حروف آخر: «زت»، «امگا» و «تو» از این سه الفبا ساخته اند. بنابراین، این کلمه مصنوعی مرموز به معنای "آغاز و پایان همه آغازها" بود.

J. Chaptal، معاصر و هموطن Lavoisier، بدون بحث بیشتر، پیشنهاد کرد که عنصر شماره 7 را یک نام ترکیبی لاتین-یونانی "nitrogenium" بنامیم که به معنای "تولد نمکدان" است. نمک نمک - نمک های نیترات، مواد شناخته شده از زمان های قدیم. (در ادامه در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.) باید گفت که اصطلاح "نیتروژن" فقط در زبان روسی و فرانسوی ریشه گرفت. در انگلیسی، عنصر شماره 7 "نیتروژن" است، در آلمانی - "Stockton" (ماده خفه کننده). نماد شیمیایی N ادای احترامی به نیتروژنیوم شپتال است.

چه کسی نیتروژن را کشف کرد

کشف نیتروژن به شاگرد دانشمند برجسته اسکاتلندی جوزف بلک، دانیل رادرفورد نسبت داده می شود که در سال 1772 پایان نامه خود را با عنوان "درباره هوای به اصطلاح ثابت و مفیتی" منتشر کرد. بلک به دلیل آزمایشات خود با "هوای ثابت" - دی اکسید کربن - مشهور شد. او کشف کرد که پس از تثبیت دی اکسید کربن (به هم پیوستن آن با قلیایی)، مقداری "هوای غیرقابل تثبیت" باقی می ماند که به آن "مفیتیک" - خراب - می گفتند زیرا از احتراق و تنفس پشتیبانی نمی کند. مطالعه این "هوا" بلک رادرفورد را به عنوان یک پایان نامه ارائه کرد.

تقریباً در همان زمان، نیتروژن توسط K. Scheele، J. Priestley، G. Cavendish به دست آمد، و دومی، همانطور که از سوابق آزمایشگاهی خود پیداست، این گاز را قبل از رادرفورد مطالعه کرد، اما، مانند همیشه، عجله ای برای انتشار این گاز نداشت. نتایج کار او با این حال، همه این دانشمندان برجسته تصور بسیار مبهمی از ماهیت ماده ای که کشف کردند داشتند. آنها از طرفداران سرسخت نظریه فلوژیستون بودند و خواص "هوای مفیتیک" را با این ماده خیالی مرتبط می کردند. فقط لاووازیه که حمله به فلوژیستون را رهبری می کرد، خود را متقاعد کرد و دیگران را متقاعد کرد که گازی که او آن را "بی جان" می نامید ماده ای ساده مانند اکسیژن است ...

کاتالیزور جهانی؟

فقط می توان حدس زد که "آغاز و پایان همه آغازها" در "نیتروژن" کیمیاگری به چه معناست. اما یکی از «آغاز» های مرتبط با عنصر شماره 7 را می توان جدی گرفت. نیتروژن و حیات مفاهیم جدایی ناپذیری هستند. حداقل، هر زمان که زیست شناسان، شیمی دانان، اخترفیزیکدانان تلاش می کنند تا "آغاز آغاز" زندگی را درک کنند، مطمئناً با نیتروژن مواجه خواهند شد.

اتم های عناصر شیمیایی زمین در اعماق ستاره ها متولد می شوند. از آنجا، از نورهای شب و نور روز است که سرچشمه زندگی زمینی ما آغاز می شود. منظور اخترفیزیکدان انگلیسی دبلیو فاولر این شرایط بود که می‌گفت: «همه ما تکه‌ای از غبار ستاره‌ای هستیم».

"غبار" ستاره ای نیتروژن در پیچیده ترین زنجیره فرآیندهای گرما هسته ای به وجود می آید که مرحله اولیه آن تبدیل هیدروژن به هلیوم است. این یک واکنش چند مرحله ای است که قرار است به دو صورت انجام شود. یکی از آنها که چرخه کربن-نیتروژن نام دارد، مستقیماً با عنصر شماره 7 مرتبط است. این چرخه زمانی شروع می شود که در ماده ستاره ای، علاوه بر هسته های هیدروژن - پروتون ها، کربن از قبل وجود داشته باشد. هسته کربن 12 با افزودن یک پروتون دیگر به یک هسته نیتروژن 13 ناپایدار تبدیل می شود:

12 6 C + 1 1 H → 13 7 N + γ.

اما با انتشار یک پوزیترون، نیتروژن دوباره به کربن تبدیل می شود - ایزوتوپ سنگین تر 13 C تشکیل می شود:

13 7 N → 13 6 C + e + + γ.

چنین هسته ای با گرفتن یک پروتون اضافی به هسته رایج ترین ایزوتوپ در جو زمین تبدیل می شود - 14 N.

13 6 C + 1 1 H → 14 7 N + γ.

افسوس که تنها بخشی از این نیتروژن به سفری در جهان فرستاده می شود. تحت تأثیر پروتون ها، نیتروژن-14 به اکسیژن-15 تبدیل می شود و به نوبه خود، با انتشار یک پوزیترون و یک کوانتوم گاما، به یک ایزوتوپ نیتروژن زمینی دیگر - 15 N تبدیل می شود:

14 7 N + 1 1 H → 15 8 O + γ;

15 8 O → 15 7 N + e + + γ.

نیتروژن-15 زمینی پایدار است، اما حتی در داخل یک ستاره نیز در معرض فروپاشی هسته ای است. پس از اینکه هسته 15 N پروتون دیگری را پذیرفت، نه تنها اکسیژن 16 O تشکیل می شود، بلکه یک واکنش هسته ای دیگر نیز رخ می دهد:

15 7 N + 1 1 H → 12 6 C + 4 2 He.

در این زنجیره تبدیل، نیتروژن یکی از محصولات میانی است. اخترفیزیکدان مشهور انگلیسی R.J. تیلر می نویسد: «14 N ایزوتوپی است که ساختن آن آسان نیست. نیتروژن در چرخه کربن-نیتروژن تشکیل می شود، و اگرچه متعاقباً به کربن تبدیل می شود، اگر فرآیند ثابت پیش رود، نیتروژن در ماده بیشتر از کربن است. به نظر می رسد این منبع اصلی 14 N اینچ باشد...

الگوهای عجیب و غریب را می توان در یک چرخه کربن-نیتروژن نسبتاً پیچیده ردیابی کرد. کربن 12 C نقش نوعی کاتالیزور را در آن ایفا می کند. خودتان قضاوت کنید، در نهایت هیچ تغییری در تعداد 12 هسته C وجود ندارد. نیتروژن، که در ابتدای فرآیند ظاهر می شود، در پایان ناپدید می شود ... و اگر کربن در این چرخه یک کاتالیزور باشد، نیتروژن به وضوح یک اتوکاتالیست است. ، یعنی محصول واکنشی است که مراحل میانی بعدی آن را کاتالیز می کند.

تصادفی نیست که در اینجا شروع به صحبت در مورد خواص کاتالیزوری عنصر شماره 7 کردیم. اما آیا نیتروژن ستاره ای این ویژگی را در ماده زنده نیز حفظ کرده است؟ کاتالیزورهای فرآیندهای زندگی آنزیم ها هستند و همه آنها و همچنین اکثر هورمون ها و ویتامین ها حاوی نیتروژن هستند.

نیتروژن در جو زمین

زندگی تا حد زیادی مدیون نیتروژن است، اما نیتروژن، حداقل نیتروژن اتمسفر، منشأ خود را نه آنقدر به خورشید که به فرآیندهای زندگی مدیون است. تفاوت قابل توجهی بین محتوای عنصر شماره 7 در لیتوسفر (0.01٪) و در اتمسفر (75.6٪ از نظر جرم یا 78.09٪ از نظر حجم) وجود دارد. به طور کلی، ما در یک جو نیتروژن زندگی می کنیم که به طور متوسط ​​با اکسیژن غنی شده است.

در این میان، نه در سیارات دیگر منظومه شمسی، نه در ترکیب دنباله دارها یا دیگر اجرام فضایی سرد، نیتروژن آزاد یافت نشده است. ترکیبات و رادیکال های آن وجود دارد - CN *، NH *، NH * 2، NH * 3، اما نیتروژن وجود ندارد. درست است که حدود 2 درصد نیتروژن در جو زهره ثبت شده است، اما این رقم هنوز باید تایید شود. اعتقاد بر این است که عنصر شماره 7 در جو اولیه زمین نیز وجود نداشته است. پس کجاست او در هوا؟

ظاهراً جو سیاره ما در ابتدا از مواد فرار تشکیل شده در روده های زمین تشکیل شده است: H 2، H 2 O، CO 2، CH 4، NH 3. نیتروژن آزاد اگر به عنوان محصول فعالیت آتشفشانی بیرون می آمد به آمونیاک تبدیل می شد. شرایط برای این مناسب ترین بود: بیش از حد هیدروژن، درجه حرارت بالا - سطح زمین هنوز خنک نشده است. بنابراین معنی آن چیست که نیتروژن برای اولین بار در جو به شکل آمونیاک وجود داشت؟ ظاهرا همینطور است. بیایید این واقعیت را به خاطر بسپاریم.

اما پس از آن زندگی به وجود آمد... ولادیمیر ایوانوویچ ورنادسکی استدلال کرد که "پوسته گاز زمین، هوای ما، آفرینش حیات است." این زندگی بود که مکانیسم شگفت انگیز فتوسنتز را راه اندازی کرد. یکی از محصولات نهایی این فرآیند - اکسیژن آزاد شروع به ترکیب فعال با آمونیاک کرد و نیتروژن مولکولی آزاد کرد:

CO 2 + 2H 2 O → فتوسنتز→ HSON + H 2 O + O 2;

4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O.

همانطور که مشخص است، اکسیژن و نیتروژن در شرایط عادی با یکدیگر واکنش نشان نمی دهند، که به هوای زمین اجازه می دهد تا "وضعیت موجود" ترکیب را حفظ کند. توجه داشته باشید که بخش قابل توجهی از آمونیاک می تواند در طول تشکیل هیدروسفر در آب حل شده باشد.

امروزه منبع اصلی N 2 که وارد جو می شود گازهای آتشفشانی است.

اگر پیوند سه گانه را بشکنید...

حیات وحش با از بین بردن ذخایر پایان ناپذیر نیتروژن فعال محدود، با مشکل نحوه اتصال نیتروژن مواجه شده است. همانطور که می دانیم، در حالت آزاد و مولکولی، بسیار بی اثر بود. دلیل این امر پیوند شیمیایی سه گانه مولکول آن است: N≡N.

معمولاً پیوندهایی با چنین تعددی ناپایدار هستند. مثال کلاسیک استیلن را به یاد بیاورید: HC = CH. پیوند سه گانه مولکول آن بسیار شکننده است که فعالیت شیمیایی باورنکردنی این گاز را توضیح می دهد. اما نیتروژن در اینجا یک ناهنجاری واضح دارد: پیوند سه گانه آن پایدارترین مولکول دو اتمی شناخته شده را تشکیل می دهد. برای از بین بردن این ارتباط، تلاش زیادی لازم است. به عنوان مثال، سنتز صنعتی آمونیاک به فشار بیش از 200 اتمسفر نیاز دارد. و دمای بالای 500 درجه سانتیگراد و حتی وجود اجباری کاتالیزورها... حل مشکل تثبیت نیتروژن، طبیعت مجبور شد تولید مداوم ترکیبات نیتروژن را به روش رعد و برق برقرار کند.

آمار می گوید سالانه بیش از سه میلیارد رعد و برق در جو سیاره ما برخورد می کند. قدرت تخلیه های فردی به 200 میلیون کیلووات می رسد، در حالی که هوا (البته به صورت محلی) تا 20 هزار درجه گرم می شود. در چنین دمای هیولایی، مولکول های اکسیژن و نیتروژن به اتم ها تجزیه می شوند، که به راحتی با یکدیگر واکنش می دهند، اکسید نیتریک شکننده را تشکیل می دهند:

N 2 + O 2 → 2NO.

به دلیل خنک شدن سریع (تخلیه رعد و برق یک ده هزارم ثانیه طول می کشد)، اکسید نیتریک تجزیه نمی شود و آزادانه توسط اکسیژن هوا اکسید می شود و به دی اکسید پایدارتری تبدیل می شود:

2NO + O 2 → 2NO 2.

در حضور رطوبت اتمسفر و قطرات باران، دی اکسید نیتروژن به اسید نیتریک تبدیل می شود:

3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + NO.

بنابراین، با افتادن زیر یک باران رعد و برق تازه، ما این فرصت را داریم که در محلول ضعیف اسید نیتریک شنا کنیم. اسید نیتریک اتمسفر با نفوذ به خاک، کودهای طبیعی مختلفی را با مواد خود تشکیل می دهد. نیتروژن همچنین در جو توسط ابزارهای فتوشیمیایی تثبیت می شود: مولکول N 2 با جذب کوانتومی نور به حالت برانگیخته و فعال می رود و می تواند با اکسیژن ترکیب شود.

باکتری و نیتروژن

از خاک، ترکیبات نیتروژن وارد گیاهان می شود. علاوه بر این: "اسب ها جو می خورند" و شکارچیان گیاهخواران را می خورند. زنجیره غذایی چرخه ای از ماده است که عنصر شماره 7 را نیز شامل می شود. در عین حال، شکل وجود نیتروژن تغییر می کند، آن را در ترکیب ترکیبات پیچیده تر و اغلب بسیار فعال قرار می دهد. اما این فقط نیتروژن «طوفانی» نیست که در زنجیره غذایی حرکت می کند.

حتی در دوران باستان، مشاهده شد که برخی از گیاهان، به ویژه حبوبات، قادر به افزایش حاصلخیزی خاک هستند.

«... یا با تغییر سال، غلات طلا بکارید
جایی که او از مزرعه درو می کرد و با غلاف ها خش خش می کرد،
یا جایی که ماشک کوچک میوه با لوپین تلخ رشد کرد ... "

درک کنید: این یک سیستم کشاورزی در زمین چمن است! این سطرها برگرفته از شعری از ویرژیل است که حدود دو هزار سال پیش سروده شده است.

شاید اولین کسی که به این فکر کرد که چرا حبوبات باعث افزایش عملکرد دانه می‌شوند، شیمی‌دان کشاورزی فرانسوی J. Bussingault بود. او در سال 1838 متوجه شد که حبوبات خاک را با نیتروژن غنی می کنند. غلات (و بسیاری از گیاهان دیگر) زمین را تخلیه می کنند و به ویژه نیتروژن یکسان را مصرف می کنند. بوسنگو پیشنهاد کرد که برگ‌های حبوبات نیتروژن هوا را جذب می‌کنند، اما این یک تصور اشتباه بود. در آن زمان نمی‌توان تصور کرد که این ماده در خود گیاهان نیست، بلکه در میکروارگانیسم‌های خاصی است که باعث ایجاد گره‌هایی روی ریشه‌های آنها می‌شود. در همزیستی با حبوبات، این موجودات نیتروژن اتمسفر را تثبیت می کنند. حالا این حقیقت است...

امروزه تعداد زیادی ثابت کننده نیتروژن شناخته شده است: باکتری ها، اکتینومیست ها، قارچ های مخمر و کپک، جلبک های سبز آبی. و همه آنها نیتروژن را برای گیاهان تامین می کنند. اما سوال اینجاست: چگونه میکروارگانیسم ها مولکول N 2 بی اثر را بدون هزینه انرژی خاص تجزیه می کنند؟ و چرا برخی از آنها این مفیدترین توانایی را برای همه موجودات زنده دارند، در حالی که برخی دیگر ندارند؟ برای مدت طولانی این یک راز باقی ماند. آرام، بدون رعد و برق و رعد و برق، مکانیسم تثبیت بیولوژیکی عنصر شماره 7 به تازگی کشف شده است. ثابت شده است که مسیر نیتروژن عنصری به ماده زنده به دلیل فرآیندهای کاهشی امکان پذیر شده است که طی آن نیتروژن به آمونیاک تبدیل می شود. نقش کلیدی را آنزیم نیتروژناز ایفا می کند. مراکز آن که حاوی ترکیبات آهن و مولیبدن است، نیتروژن را برای اتصال به هیدروژن فعال می کند، که قبلاً توسط آنزیم دیگری فعال شده بود. بنابراین، از نیتروژن بی اثر، آمونیاک بسیار فعال به دست می آید - اولین محصول پایدار تثبیت بیولوژیکی نیتروژن.

در اینجا چگونه معلوم می شود! ابتدا فرآیندهای حیات آمونیاک جو اولیه را به نیتروژن تبدیل کردند و سپس حیات دوباره نیتروژن را به آمونیاک تبدیل کرد. آیا ارزش این را داشت که طبیعت در این مورد "نیه ها را بشکند"؟ البته چون چرخه عنصر شماره 7 اینگونه به وجود آمد.

ذخایر نمک نمک و رشد جمعیت

تثبیت طبیعی نیتروژن توسط رعد و برق و باکتری های خاک سالانه حدود 150 میلیون تن از ترکیبات این عنصر را به دست می دهد. با این حال، تمام نیتروژن محدود در چرخه درگیر نیست. بخشی از آن از فرآیند خارج می شود و به عنوان رسوبات نمکدان ته نشین می شود. ثروتمندترین چنین انباری، صحرای آتاکامای شیلی در دامنه‌های کوردیلرا بود. سالهاست اینجا باران نباریده است. اما گاهی باران های شدید در دامنه کوه ها می بارد و ترکیبات خاک را از بین می برد. برای هزاران سال، جریان آب نمک‌های محلول را به سمت پایین می‌برد، که در میان آن‌ها نمک نمک بیشترین میزان را داشت. آب تبخیر شد، املاح باقی ماند... اینگونه بود که بزرگترین ذخایر ترکیبات نیتروژن در جهان پدید آمد.

یکی دیگر از شیمیدان مشهور آلمانی، یوهان رودولف گلابر، که در قرن هفدهم زندگی می کرد، به اهمیت استثنایی نمک های نیتروژن برای رشد گیاهان اشاره کرد. او در نوشته های خود، با تأمل در چرخه مواد نیتروژن دار در طبیعت، از عباراتی مانند "آب خاک نیتروژن" و "نمک نمک باروری" استفاده کرد.

اما نمک طبیعی به عنوان یک کود فقط در آغاز قرن گذشته، زمانی که ذخایر شیلی شروع به توسعه کردند، استفاده شد. در آن زمان، این تنها منبع مهم نیتروژن محدود بود که به نظر می رسید رفاه بشر به آن بستگی دارد. در آن زمان صنعت نیتروژن مطرح نبود.

در سال 1824، کشیش انگلیسی توماس مالتوس دکترین بدنام خود را اعلام کرد که رشد جمعیت بسیار سریعتر از تولید مواد غذایی است. در آن زمان، صادرات نمک شور شیلی تنها حدود 1000 تن در سال بود. در سال 1887، یکی از هموطنان مالتوس، دانشمند معروف توماس هاکسلی، پایان قریب الوقوع تمدن را به دلیل "گرسنگی نیتروژن" که باید پس از توسعه ذخایر نمک شور شیلی رخ دهد، پیش بینی کرد (تولید آن در آن زمان بیش از 500 هزار تن بود. در سال).

یازده سال بعد، دانشمند مشهور دیگری به نام سر ویلیام کروکس به انجمن پیشرفت علم بریتانیا گفت که در کمتر از نیم قرن، اگر جمعیت کاهش نیابد، سقوط مواد غذایی رخ خواهد داد. او همچنین پیش بینی غم انگیز خود را با این واقعیت استدلال کرد که "به زودی ذخایر نمکی شیلی به طور کامل تخلیه خواهد شد" با تمام عواقب بعدی.

این پیشگویی ها به حقیقت نپیوستند - بشریت نمرد، اما تثبیت مصنوعی عنصر شماره 7 را به دست آورد. علاوه بر این، امروزه سهم نمک طبیعی تنها 1.5 درصد از تولید جهانی مواد حاوی نیتروژن است.

نحوه اتصال نیتروژن

مردم برای مدت طولانی توانسته اند ترکیبات نیتروژنی را بدست آورند. همین نمکدان را در سوله های مخصوص - نمکدان تهیه می کردند، اما این روش بسیار ابتدایی بود. نمک نمک از انبوهی از کود، خاکستر، فضولات، خراش های پوست، خون، رویه سیب زمینی تهیه می شود. برای این دو سال، کپه ها با ادرار آبیاری می شوند و برمی گردانند، پس از آن یک پوشش نمکی روی آنها تشکیل می شود، "در یک کتاب قدیمی چنین توصیفی از تولید نمکدان وجود دارد.

زغال سنگ که حاوی حداکثر 3 درصد نیتروژن است، می تواند به عنوان منبع ترکیبات نیتروژن نیز عمل کند. نیتروژن مقید! این نیتروژن در طی کک سازی زغال سنگ شروع به جداسازی کرد و بخش آمونیاک را گرفت و از اسید سولفوریک عبور داد.

محصول نهایی سولفات آمونیوم است. اما این، به طور کلی، خرده نان. حتی دشوار است تصور کنیم که اگر تمدن ما مشکل تثبیت نیتروژن اتمسفر را به موقع حل نکند، چگونه توسعه می یابد.

Scheele اولین کسی بود که نیتروژن اتمسفر را متصل کرد. در سال 1775، سیانید سدیم را با حرارت دادن سودا با زغال سنگ در جو نیتروژن به دست آورد:

Na 2 CO 3 + 4C + N 2 → 2NaCN + 3CO.

در سال 1780، پریستلی متوجه شد که حجم هوای موجود در یک ظرف معکوس روی آب، اگر جرقه الکتریکی از آن عبور کند، کاهش می‌یابد و آب خاصیت اسید ضعیفی پیدا می‌کند. این آزمایش همانطور که می دانیم (پریستلی نمی دانست) مدلی از مکانیسم طبیعی تثبیت نیتروژن بود. چهار سال بعد، کاوندیش، با عبور دادن تخلیه الکتریکی از هوای محصور در یک لوله شیشه ای با قلیایی، نمک نمک را در آنجا کشف کرد.

و اگرچه تمام این آزمایشات در آن زمان نمی توانست فراتر از آزمایشگاه ها باشد، آنها نمونه اولیه روش های صنعتی تثبیت نیتروژن - سیانامید و قوس را نشان می دهند که در اواخر قرن 19 ... 20 ظاهر شد.

روش سیانامید در سال 1895 توسط محققان آلمانی A. Frank و N. Caro به ثبت رسید. بر اساس این روش، نیتروژن، هنگامی که با کاربید کلسیم گرم می شود، به سیانامید کلسیم متصل می شود:

CaC 2 + N 2 → Ca(CN) 2.

در سال 1901، پسر فرانک، با ارائه این ایده که سیانامید کلسیم می تواند به عنوان یک کود خوب عمل کند، اساساً پایه و اساس تولید این ماده را ایجاد کرد. رشد صنعت نیتروژن ثابت با ظهور برق ارزان قیمت تسهیل شد. امیدوار کننده ترین راه برای رفع نیتروژن جو در پایان قرن نوزدهم. با استفاده از یک تخلیه الکتریکی قوس در نظر گرفته شد. اندکی پس از ساخت نیروگاه نیاگارا، آمریکایی ها در همان نزدیکی (در سال 1902) اولین نیروگاه قوس الکتریکی را راه اندازی کردند. سه سال بعد، یک نصب قوس در نروژ به بهره برداری رسید که توسط نظریه پرداز و متخصص در مطالعه شفق شمالی H. Birkeland و مهندس عملی S. Eide توسعه یافت. گیاهان این نوع گسترده هستند. نمکدانی که آنها تولید می کردند، نروژی نامیده می شد. این در حالی است که مصرف انرژی در این فرآیند بسیار بالا بوده و به میزان 70 هزار کیلووات بر ساعت در هر تن نیتروژن متصل بوده و تنها 3 درصد از این انرژی مستقیماً برای تثبیت استفاده می شود.

از طریق آمونیاک

روش‌های تثبیت نیتروژن که در بالا ذکر شد، تنها رویکردی به روشی بود که کمی قبل از جنگ جهانی اول ظاهر شد. در مورد او بود که محبوب آمریکایی علم E. Slosson بسیار زیرکانه اظهار داشت: "همیشه گفته شده است که انگلیسی ها بر دریا تسلط دارند و فرانسوی ها در خشکی ، در حالی که آلمان ها فقط هوا دارند. به نظر می‌رسید که آلمانی‌ها این شوخی را جدی گرفتند و شروع به استفاده از قلمرو هوایی برای حمله به بریتانیایی‌ها و فرانسوی‌ها کردند... قیصر... دارای ناوگان کامل زپلین‌ها و روشی برای تثبیت نیتروژن بود که برای هیچ ملت دیگری شناخته شده نبود. زپلین ها مانند کیسه های هوا ترکیدند، اما کارخانه های تثبیت نیتروژن به کار خود ادامه دادند و آلمان را نه تنها در سال های جنگ، بلکه در زمان صلح نیز از شیلی مستقل کردند.

اسلوسون کاملاً درست نمی گفت که روش تثبیت نیتروژن به آمونیاک در هیچ کجا به جز آلمان شناخته شده نیست. مبانی نظری این فرآیند توسط دانشمندان فرانسوی و انگلیسی پی ریزی شد. در سال 1784، C. Berthollet معروف ترکیب آمونیاک را ایجاد کرد و تعادل شیمیایی واکنش های سنتز و تجزیه این ماده را پیشنهاد کرد. پنج سال بعد، انگلیسی W. Austin اولین تلاش را برای سنتز NH 3 از نیتروژن و هیدروژن انجام داد. و سرانجام، شیمیدان فرانسوی A. Le Chatelier که به وضوح اصل تعادل متحرک را فرموله کرد، اولین کسی بود که آمونیاک را سنتز کرد. در همان زمان، او فشار بالا و کاتالیزورها - پلاتین اسفنجی و آهن را اعمال کرد. در سال 1901، Le Chatelier این روش را به ثبت رساند.

تحقیقات در مورد سنتز آمونیاک در آغاز قرن نیز توسط E. Perman و G. Atkins در انگلستان انجام شد. این محققان در آزمایشات خود از فلزات مختلفی به عنوان کاتالیزور استفاده کردند، به ویژه مس، نیکل و کبالت.

اما ایجاد سنتز آمونیاک از هیدروژن و نیتروژن در مقیاس صنعتی برای اولین بار در آلمان موفق شد. این شایستگی شیمیدان معروف فریتز هابر است. در سال 1918 جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد.

فناوری تولید NH 3 که توسط یک دانشمند آلمانی توسعه یافته بود، بسیار متفاوت از سایر صنایع آن زمان بود. در اینجا، برای اولین بار، اصل یک چرخه بسته با تجهیزات مداوم و بازیابی انرژی اعمال شد. توسعه نهایی فناوری برای سنتز آمونیاک توسط همکار و دوست هابر، K. Bosch، که همچنین در سال 1931 جایزه نوبل را برای توسعه روش های سنتز شیمیایی در فشارهای بالا دریافت کرد، تکمیل شد.

در مسیر طبیعت

سنتز آمونیاک به مدل دیگری برای تثبیت طبیعی عنصر شماره 7 تبدیل شده است. به یاد بیاورید که میکروارگانیسم ها نیتروژن را در NH 3 متصل می کنند. با تمام مزایای فرآیند Haber-Bosch، در مقایسه با فرآیند طبیعی ناقص و دست و پا گیر به نظر می رسد!

"تثبیت بیولوژیکی نیتروژن اتمسفر... نوعی پارادوکس بود، چالشی همیشگی برای شیمیدانان، نوعی نشان دادن ناکافی بودن دانش ما." این کلمات متعلق به شیمیدانان شوروی M.E. ولپین و A.E. شیلوف، که تلاش کرد نیتروژن مولکولی را در شرایط ملایم تثبیت کند.

در ابتدا شکست هایی وجود داشت. اما در سال 1964، در مؤسسه ترکیبات ارگانو عنصری آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، در آزمایشگاه ولپین، کشفی انجام شد: در حضور ترکیبات فلزات واسطه - تیتانیوم، وانادیم، کروم، مولیبدن و آهن - عنصر شماره 7 وجود دارد. فعال می شود و در شرایط عادی ترکیبات پیچیده ای را تشکیل می دهد که توسط آب به آمونیاک تجزیه می شود. این فلزات هستند که به عنوان مراکز تثبیت نیتروژن در آنزیم های تثبیت کننده نیتروژن و کاتالیزورهای عالی در تولید آمونیاک عمل می کنند.

اندکی پس از آن، دانشمندان کانادایی A. Allen و K. Zenof، با مطالعه واکنش هیدرازین N 2 H 2 با تری کلرید روتنیم، یک مجتمع شیمیایی به دست آوردند که در آن، دوباره در شرایط ملایم، نیتروژن مشخص شد که در آن متصل شده است. این نتیجه به قدری بر خلاف تصورات معمول بود که سردبیران مجله، جایی که محققان مقاله خود را با پیامی هیجان انگیز ارسال کردند، از انتشار آن خودداری کردند. بعدها، دانشمندان شوروی موفق به بدست آوردن مواد آلی حاوی نیتروژن در شرایط ملایم شدند. هنوز خیلی زود است که در مورد روش های صنعتی تثبیت شیمیایی خفیف نیتروژن اتمسفر صحبت کنیم، با این حال، پیشرفت به دست آمده به ما امکان می دهد انقلابی قریب الوقوع را در فناوری تثبیت عنصر شماره 7 پیش بینی کنیم.

علم مدرن روش های قدیمی بدست آوردن ترکیبات نیتروژن از طریق اکسیدها را فراموش نکرده است. در اینجا، تلاش های اصلی به سمت توسعه فرآیندهای تکنولوژیکی است که تقسیم مولکول N 2 به اتم ها را تسریع می کند. نویدبخش ترین مناطق اکسیداسیون نیتروژن عبارتند از احتراق هوا در کوره های ویژه، استفاده از مشعل های پلاسما و استفاده از پرتو الکترونی شتاب دهنده برای این اهداف.

چرا ترسید؟

امروزه هیچ دلیلی برای ترس از کمبود ترکیبات نیتروژن برای بشر وجود ندارد. تثبیت صنعتی عنصر شماره 7 با سرعتی باورنکردنی در حال پیشرفت است. اگر در پایان دهه 60 تولید جهانی نیتروژن ثابت 30 میلیون تن بود، در آغاز قرن آینده به احتمال زیاد به یک میلیارد تن خواهد رسید!

چنین موفقیت هایی نه تنها دلگرم کننده هستند، بلکه باعث نگرانی نیز می شوند. واقعیت این است که تثبیت مصنوعی N 2 و وارد کردن مقدار زیادی از مواد حاوی نیتروژن به خاک، ناخالص ترین و قابل توجه ترین دخالت انسان در گردش طبیعی مواد است. امروزه کودهای نیتروژنی نه تنها مواد باروری هستند، بلکه آلاینده های محیطی نیز هستند. آنها از خاک به رودخانه ها و دریاچه ها شسته می شوند، باعث گلدهی مضر مخازن می شوند و توسط جریان هوا در فواصل طولانی حمل می شوند.

تا 13 درصد از نیتروژن موجود در کودهای معدنی وارد آب های زیرزمینی می شود. ترکیبات نیتروژن به ویژه نیترات ها برای انسان مضر هستند و می توانند باعث مسمومیت شوند. در اینجا تغذیه کننده نیتروژن برای شماست!

سازمان جهانی بهداشت (WHO) حداکثر غلظت مجاز نیترات در آب آشامیدنی را اتخاذ کرده است: 22 میلی گرم در لیتر برای عرض های جغرافیایی معتدل و 10 میلی گرم در لیتر برای مناطق استوایی. در اتحاد جماهیر شوروی، استانداردهای بهداشتی محتوای نیترات در آب مخازن را با توجه به استانداردهای "گرمسیری" تنظیم می کند - بیش از 10 میلی گرم در لیتر. به نظر می رسد که نیترات ها یک داروی "دو لبه" هستند ...

در 4 اکتبر 1957، بشر بار دیگر با پرتاب یک "توپ" پر از نیتروژن به فضا در چرخه عنصر شماره 7 مداخله کرد - اولین ماهواره مصنوعی...

مندلیف در مورد نیتروژن

«اگرچه فعال ترین، یعنی. راحت ترین و اغلب از نظر شیمیایی فعال ترین بخش هوای اطراف ما اکسیژن است، اما بزرگترین جرم آن، از نظر حجم و وزن، نیتروژن است. یعنی نیتروژن گازی بیش از 3/4، هرچند کمتر از 4/5 حجم هوا را تشکیل می دهد. و از آنجایی که نیتروژن فقط کمی سبکتر از اکسیژن است، وزن نیتروژن در هوا حدود 3/4 کل جرم آن است. ورود نیتروژن در چنین مقدار قابل توجهی در ترکیب هوا، ظاهراً نقش برجسته ای در اتمسفر ندارد، که اثر شیمیایی آن عمدتاً با محتوای اکسیژن موجود در آن تعیین می شود. اما تصور درستی از نیتروژن تنها زمانی به دست می‌آید که بدانیم حیوانات نمی‌توانند طولانی در اکسیژن خالص زندگی کنند، حتی می‌میرند، و نیتروژن هوا، اگرچه به آرامی و کم کم، ترکیبات مختلفی را تشکیل می‌دهد که برخی از آنها نقش مهمی در طبیعت به ویژه در زندگی موجودات دارد.

نیتروژن در کجا استفاده می شود؟

نیتروژن ارزان ترین گاز در بین همه گازها است که در شرایط عادی از نظر شیمیایی بی اثر است. این به طور گسترده ای در فناوری شیمیایی برای ایجاد محیط های غیر اکسید کننده استفاده می شود. ترکیباتی که به راحتی اکسید می شوند در آزمایشگاه ها در فضای نیتروژن ذخیره می شوند. آثار برجسته نقاشی گاهی اوقات (در انبار یا در حین حمل و نقل) در جعبه های هرمتیک پر از نیتروژن قرار می گیرند - برای محافظت از رنگ در برابر رطوبت و اجزای شیمیایی فعال هوا.

نیتروژن در متالورژی و فلزکاری نقش بسزایی دارد. فلزات مختلف در حالت مذاب نسبت به حضور نیتروژن واکنش متفاوتی نشان می دهند. به عنوان مثال، مس نسبت به نیتروژن کاملا بی اثر است، بنابراین محصولات مسی اغلب در جت این گاز جوش داده می شوند. منیزیم، برعکس، هنگامی که در هوا می سوزد، ترکیباتی را نه تنها با اکسیژن، بلکه با نیتروژن نیز می دهد. بنابراین، برای کار با محصولات منیزیم در دماهای بالا، محیط نیتروژن قابل استفاده نیست. اشباع نیتروژن سطح تیتانیوم به فلز استحکام و مقاومت بیشتری در برابر سایش می دهد - نیترید تیتانیوم بسیار قوی و بی اثر شیمیایی را تشکیل می دهد. این واکنش فقط در دماهای بالا انجام می شود.

در دماهای معمولی، نیتروژن به طور فعال تنها با یک فلز، لیتیوم، واکنش می دهد.

بیشترین مقدار نیتروژن به تولید آمونیاک می رسد.

نارکوز نیتروژن

نظر گسترده در مورد بی اثر بودن فیزیولوژیکی نیتروژن کاملاً صحیح نیست. نیتروژن در شرایط عادی از نظر فیزیولوژیکی بی اثر است.

با افزایش فشار، به عنوان مثال، هنگام غواصی غواصان، غلظت نیتروژن محلول در پروتئین و به خصوص بافت های چربی بدن افزایش می یابد. این منجر به به اصطلاح نارکوز نیتروژن می شود. غواص به نظر مست می شود: هماهنگی حرکات مختل شده است، هوشیاری گیج شده است. این واقعیت که دلیل این امر نیتروژن است، دانشمندان سرانجام پس از انجام آزمایشاتی که در آن به جای هوای معمولی، مخلوط هلیوم و اکسیژن به لباس غواص داده می شد، متقاعد شدند. در همان زمان، علائم بیهوشی ناپدید شد.

آمونیاک فضایی

سیارات بزرگ منظومه شمسی زحل و مشتری، همانطور که ستاره شناسان معتقدند، تا حدی از آمونیاک جامد تشکیل شده اند. آمونیاک در 78- درجه سانتیگراد یخ می زند، در حالی که برای مثال در سطح مشتری دمای متوسط ​​​​138 درجه سانتیگراد است.

آمونیاک و آمونیوم

در خانواده بزرگ نیتروژن یک ترکیب عجیب وجود دارد - آمونیوم NH 4. به صورت آزاد در هیچ کجا یافت نمی شود و در نمک ها نقش یک فلز قلیایی را بازی می کند. نام "آمونیوم" در سال 1808 توسط شیمیدان مشهور انگلیسی همفری دیوی پیشنهاد شد. کلمه لاتین آمونیوم زمانی به معنای نمک از آمونیوم بود. آمونیاک منطقه ای در لیبی است. معبدی از خدای مصری آمون وجود داشت که تمام منطقه به نام او نامیده می شد. در آمونیاک، نمک های آمونیوم (عمدتاً آمونیاک) از دیرباز با سوزاندن سرگین شتر به دست می آمده است. از تجزیه نمک ها گازی تولید می شود که امروزه به آن آمونیاک می گویند.

از سال 1787 (همان سالی که اصطلاح "نیتروژن" پذیرفته شد)، کمیسیون نامگذاری شیمیایی نام این گاز را آمونیاک (آمونیاک) گذاشته است. شیمیدان روسی Ya.D. این نام برای زاخاروف بسیار طولانی به نظر می رسید و در سال 1801 دو حرف را از آن حذف کرد. آمونیاک اینگونه به وجود آمد.

گاز خنده

از پنج اکسید نیتروژن، دو اکسید (NO) و دی اکسید (NO 2) - کاربرد صنعتی گسترده ای پیدا کرده اند. دو مورد دیگر - انیدرید نیتروژن (N 2 O 3 ) و انیدرید نیتریک ( N 2 O 5 ) - اغلب در آزمایشگاه ها یافت نمی شوند. پنجمین اکسید نیتروژن (N 2 O) است. این یک اثر فیزیولوژیکی بسیار عجیب و غریب دارد که اغلب به آن گاز خنده می گویند.

همفری دیوی شیمیدان برجسته انگلیسی جلسات ویژه ای را با کمک این گاز ترتیب داد. در اینجا یکی از معاصران دیوی تأثیر اکسید نیتروژن را توصیف می کند: "بعضی از آقایان روی میز و صندلی می پریدند، برخی دیگر زبانشان شل می شود و برخی دیگر تمایل شدیدی به نزاع نشان می دهند."

سویفت بیهوده خندید

طنزپرداز برجسته جاناتان سوئیفت با کمال میل بی حاصل بودن علم معاصر را به سخره گرفت. در سفرهای گالیور، در توصیف آکادمی لاگادو، چنین مکانی وجود دارد: «او دو اتاق بزرگ در اختیار داشت، مملو از شگفت‌انگیزترین کنجکاوی‌ها. پنجاه دستیار زیر نظر او کار می کردند. برخی هوا را به یک ماده متراکم خشک متراکم کردند و نمک نمک را از آن استخراج کردند ... "

در حال حاضر نمک نمک از هوا یک چیز کاملا واقعی است. نیترات آمونیوم NH 4 NO 3 در واقع از هوا و آب ساخته شده است.

باکتری ها نیتروژن را تثبیت می کنند

این ایده که برخی از میکروارگانیسم ها می توانند نیتروژن اتمسفر را به هم متصل کنند اولین بار توسط فیزیکدان روسی P. Kossovich بیان شد. بیوشیمیست روسی S.N. وینوگرادسکی اولین کسی بود که یک نوع باکتری اتصال دهنده نیتروژن را از خاک جدا کرد.

گیاهان حساس هستند

دیمیتری نیکولاویچ پریانیشنیکوف دریافت که گیاه، اگر فرصت انتخاب داده شود، نیتروژن آمونیاکی را به نیترات ترجیح می دهد. (نیترات ها نمک های اسید نیتریک هستند).

عامل اکسید کننده مهم

اسید نیتریک HNO 3 یکی از مهمترین عوامل اکسید کننده مورد استفاده در صنایع شیمیایی است. اولین کسی که آن را با اثر اسید سولفوریک روی نمکدان تهیه کرد، یکی از بزرگترین شیمیدانان قرن هفدهم بود. یوهان رودولف گلوبر.

در میان ترکیباتی که در حال حاضر با کمک اسید نیتریک به دست می آیند، بسیاری از مواد کاملا ضروری وجود دارد: کودها، رنگ ها، مواد پلیمری، مواد منفجره.

نقش دوگانه

برخی از ترکیبات حاوی نیتروژن که در شیمی کشاورزی استفاده می شوند عملکرد دوگانه ای دارند. به عنوان مثال، سیانامید کلسیم توسط پرورش دهندگان پنبه به عنوان یک لایه بردار استفاده می شود، ماده ای که باعث ریزش برگ قبل از برداشت می شود. اما این ترکیب به عنوان کود نیز عمل می کند.

نیتروژن در آفت کش ها

همه مواد، که شامل نیتروژن هستند، به رشد هر گیاهی کمک نمی کنند. نمک های آمین اسیدهای فنوکسی استیک و تری کلروفنوکسی استیک علف کش هستند. اولی رشد علف های هرز را در مزارع غلات سرکوب می کند، دومی برای پاکسازی زمین برای زمین های زراعی استفاده می شود - درختان و درختچه های کوچک را از بین می برد.

پلیمرها: از بیولوژیکی تا غیر آلی

اتم های نیتروژن بخشی از بسیاری از پلیمرهای طبیعی و مصنوعی هستند - از پروتئین گرفته تا نایلون. علاوه بر این، نیتروژن یک عنصر ضروری پلیمرهای غیر آلی و بدون کربن است. مولکول های لاستیک معدنی - پلی فسفونیتریل کلرید - چرخه های بسته ای هستند که از اتم های متناوب نیتروژن و فسفر تشکیل شده و توسط یون های کلر احاطه شده اند. پلیمرهای معدنی همچنین شامل نیتریدهای برخی از فلزات، از جمله سخت ترین مواد - برازون است.

کودها مهمترین سلاح باغبان هستند. با غنی سازی خاک با ترکیبات مختلف است که می توانیم روی برداشت سالانه خوب از همان قطعه زمین حساب کنیم. با این حال، گیاهان باغ به طیف کاملی از مواد افزودنی معدنی و ارگانیک نیاز دارند و باغبان باید به خوبی از این تنوع عبور کند. امروز ما علاقه مندیم که این گروه ها چه هستند، چه هستند و چه تأثیری بر رشد و نمو گیاهان دارند - همه اینها را با جزئیات در نظر خواهیم گرفت.

نیتروژن چیست؟

اول از همه، برای شما مهم است که بدانید این یکی از رایج ترین عناصر در سیاره ما است. بدون آن، هیچ موجود زنده ای نمی تواند وجود داشته باشد، و این در مورد گیاهان نیز صدق می کند. نیتروژن جزء مهم پروتئین ها و اسیدهای آمینه، اسیدهای نوکلئیک است. به همین دلیل است که اولین فرمان باغبان می گوید که باید مرتب کودهای نیتروژنی مصرف کند. چیست؟ ما در زیر در مورد این صحبت خواهیم کرد، اما در حال حاضر - یک نظریه کمی بیشتر. وجود مقدار کافی نیتروژن در خاک باعث افزایش عملکرد و کمبود آن به شدت آن را کاهش می دهد. به همین دلیل است که زمین های باغی که هر ساله مورد بهره برداری قرار می گیرند نیاز به استفاده مداوم از این مواد دارند. با این حال، همچنین باید به خاطر داشت که، با وجود سودمندی آشکار، باید بسیار کم استفاده شود. واقعیت این است که بیش از حد این ماده در خاک منجر به افزایش رشد سیستم رویشی و توقف تقریباً کامل باردهی می شود.

چرا گیاهان به نیتروژن نیاز دارند؟

ما قبلاً می دانیم که فقط با استفاده از منابع طبیعی خاک نمی توان برداشت خوبی به دست آورد. بنابراین، بسیار مهم است که به طور مداوم منبع مواد مغذی را دوباره پر کنید. چرا لقاح نیتروژن بسیار مهم است؟ این که چه موادی خواهد بود - آلی یا معدنی - هر باغبان بسته به زمان سال و پانسمان قبلی قبلی تصمیم می گیرد، در زیر برنامه بهینه برای پانسمان بالا را در نظر خواهیم گرفت. اما در حالی که سخنرانی در مورد آن نیست. نیتروژن بخشی از کلروفیل لازم برای جذب انرژی خورشیدی است. لیپوئیدها، آلکالوئیدها و بسیاری از مواد دیگر که برای زندگی گیاهان مهم هستند نیز سرشار از نیتروژن هستند.

ساقه ها و برگ های جوان به ویژه در فصل بهار، در مرحله رشد فعال خود گیاه، سرشار از نیتروژن هستند. در صورت نیاز، هنگامی که جوانه ها، برگ ها و ساقه های جدید ظاهر می شوند، به سمت آنها می شتابند. و پس از گرده افشانی به اندام های تناسلی منتقل می شوند و در آنجا به شکل پروتئین تجمع می یابند. یعنی وارد کردن به موقع کودهای نیتروژن به خاک بسیار مهم است. ما به طور مفصل به شما خواهیم گفت که این مواد چیست، اما در حال حاضر، توجه می کنیم که در صورت رعایت این قانون، حجم و کیفیت محصول به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. به ویژه، پروتئین موجود در میوه ها ارزشمندتر می شود و خود محصولات باغی بسیار سریعتر رشد می کنند.

انواع کود

ما به آرامی در حال حرکت به طبقه بندی هستیم، به این معنی که در مورد کودهای نیتروژن بیشتر به شما خواهیم گفت. می پرسی "اینها چیست؟" اول از همه، یک باغبان باتجربه، البته، این ماده معدنی را به یاد می آورد، و این تعجب آور نیست. از این گذشته ، این آنها هستند که ما معمولاً در فروشگاه های تخصصی با علامت مناسب ملاقات می کنیم. با این حال، فهرست به همین جا ختم نمی شود. کودهای آلی نیتروژن نیز وجود دارد. اینها در درجه اول مواد مغذی با منشا گیاهی و حیوانی هستند. ممکن است برای شما مکاشفه باشد، اما کود حاوی حدود 1 درصد نیتروژن است. کودهای نیتروژن دیگری نیز وجود دارد. مثلا اینا چی هستن؟ بله حداقل کمپوست که در بحث زباله و ذغال سنگ نارس به غلظت 1.5 درصد از ماده مورد نظر ما می رسد و در صورت قرار دادن شاخ و برگ سبز در گودال کمپوست رقم فوق به 2.5 درصد افزایش می یابد. . این مقدار زیادی است، اما پانسمان های ارگانیک دیگری نیز وجود دارند که به راحتی این اعداد را پوشش می دهند. این مدفوع پرندگان است که حاوی حداقل 3 درصد نیتروژن است. با این حال، ما نباید فراموش کنیم که چنین پانسمان هایی کاملا سمی هستند، به این معنی که آنها را نباید دور برد.

انواع کودهای نیتروژنی مایع (گروه آمونیاکی)

ما همچنان کودهای نیتروژنی را در نظر می گیریم. نام عنصر شیمیایی - "نیتروژن" - به عنوان "زندگی" ترجمه شده است، که از آن می توان نتیجه گرفت که بدون چنین موادی رشد و توسعه کاشت های سبز به سادگی غیرممکن است. اجازه دهید ابتدا در مورد اشکال مایع این کود صحبت کنیم. تولید آنها بسیار ارزان تر از تولید آنالوگ های جامد است، به این معنی که هنگام خرید می توانید مقدار زیادی صرفه جویی کنید. و تنها سه نوع از آنها وجود دارد که برای هر ساکن تابستانی در دسترس است: اینها آمونیاک بی آب، آب آمونیاک و آمونیاک هستند. همه آنها غلظت های متفاوتی دارند، بنابراین مهم است که از قبل مشخص شود که کدام یک از کودهای نیتروژن غنی تر از بقیه هستند. بدون شک این ماده افزودنی است که از طریق مایع کردن آمونیاک تحت فشار بالا تولید می شود و حاوی حداقل 82 درصد از ماده اصلی است.

ویژگی های استفاده از کود نیتروژن مایع به خاک

برخی از تفاوت های ظریف وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. استفاده از چنین پانسمان های بالایی روی خاک آسان و ساده است، با این حال، از دست دادن نیتروژن ممکن است به دلایلی رخ دهد. اول از همه، این تبخیر آمونیاک آزاد و بدون آب است. علاوه بر این، کلوئیدهای خاک فوراً نیتروژن را جذب می کنند و بخشی از کود با آب واکنش داده و به هیدروکسید آمونیوم تبدیل می شود. بهتر است این کود پس از اشباع خاک با هوموس در پاییز به خاک بمالید که باعث کاهش چند برابری تلفات می شود.

گروه نیترات

شکل مایع اغلب توسط مزارع باغبانی کوچک استفاده می شود. اگر در مورد مقیاس صنعتی صحبت می کنیم، در اینجا باید علاوه بر این فکر کنید که از کدام کودهای نیتروژن بهتر است استفاده کنید. یکی از محبوب ترین وسایل این است که یک محصول همه کاره است که جلوه سریعی را ارائه می دهد. کود به صورت گرانول سفید صورتی فروخته می شود. محتوای نیتروژن در آن به 35٪ می رسد که با توجه به حفظ بالای ماده فعال در خاک کاملاً کافی است. بسیاری از باغبانان اطمینان می دهند: کافی است نمک نمک بخرید و سایت شما دیگر کمبود این عنصر را تجربه نخواهد کرد. در اوایل بهار وارد خاک می شود، زیرا دقیقاً برای شروع سریع و رشد خوب گیاهان ضروری است. مصرف تقریبی - از 25 تا 30 گرم / 1 متر مربع. علاوه بر این، می توانید به طور مستقل یک محلول مایع تهیه کنید - برای این کار باید 20 گرم در هر 10 لیتر آب رقیق کنید.

چه کودهای نیتروژن دیگری وجود دارد؟

گروه نیترات آمونیوم (سولفات آمونیوم)

این یکی دیگر از داروهای محبوب است که شبیه نمک متبلور است. محتوای نیتروژن در آن تا حدودی کمتر است، حدود 21٪. هم در بهار و هم در پاییز می توان آن را روی خاک اعمال کرد و بسته به شدت محصول می توان یک یا دو برابر غنی سازی زمین در سال تغییر کرد. کود از خاک شسته نمی شود، به این معنی که اثر ماندگاری دارد. بسیاری از باغبانان به اسیدی شدن خفیف خاک با استفاده منظم از آن اشاره کرده اند. لازم است در هر متر مربع 40-50 گرم از ماده مذکور به خاک وارد شود.

کودهای آمیدی

درخشان ترین نماینده اوره است. این یکی از اصلی ترین کودهای حاوی نیتروژن است (غلظت نیتروژن - 46٪). به عنوان یک قاعده، در بهار استفاده می شود، اما در سنگین ترین خاک ها می توان آن را در پاییز نیز استفاده کرد. برای انجام این کار، 20 گرم در هر 1 متر مربع مصرف کنید. اما اگر نیاز به تهیه محلولی برای اسپری دارید، می توانید از 30 تا 40 گرم در هر 10 لیتر آب رقیق کنید.

با این حال، این همه کودهای نیتروژنی نیست که امروزه وجود دارد. این لیست با اوره و سیانامید کلسیم ادامه می یابد. لازم به ذکر است که با ارزش ترین، ارزان ترین و مقرون به صرفه ترین وسیله اوره است. این یک کود بسیار غلیظ است که می تواند باعث سوختگی گیاهان شود، بنابراین هنگام استفاده از آن به خاک باید بسیار مراقب باشید.

کاربرد

اکنون متوجه شده اید که کدام کودهای نیتروژن دار هستند و می توانیم کمی بیشتر در مورد نحوه استفاده از آنها در کلبه تابستانی خود صحبت کنیم. فراموش نکنید که زمان و میزان تغذیه مستقیماً به نوع خاک و کمبود نیتروژن در آن بستگی دارد. باید در نظر داشت که هنگام استفاده از مقدار زیادی کود حاوی نیتروژن، گلدهی بسیار دیرتر اتفاق می افتد و ممکن است اصلاً باردهی رخ ندهد. چه گیاهانی باید با نیتروژن تغذیه شوند؟ کاملاً همه چیز به جز یونجه و شبدر. با این حال، هر فرهنگ نیازهای تغذیه ای خاص خود را دارد و این باید در نظر گرفته شود.

گیاهان با نیاز بالا به کودهای نیتروژنی

اینها محصولاتی هستند که برای همه شناخته شده اند و به طور گسترده در زمین های باغ ما توزیع می شوند: کلم و سیب زمینی، کدو تنبل و کدو سبز، فلفل و بادمجان، و همچنین ریواس خوشمزه. هنگام رشد آنها لازم است از نیتروژن هم قبل از کاشت و هم در طول فصل رشد استفاده شود. استفاده از حداقل 25 گرم نیترات آمونیوم در هر متر مربع توصیه می شود. اگر می خواهید محصولات میوه ای مانند تمشک و تمشک، توت فرنگی، گیلاس و آلو را پرورش دهید، دانستن کودهای نیتروژنی ضروری است. اگر قصد کاشت گل محمدی و فلوکس تزئینی، گل صد تومانی و زینیا، بنفشه و یاس بنفشه را دارید، استفاده کامل از این افزودنی ها بسیار مهم است.

گروه دوم: نیاز متوسط ​​به نیتروژن

اینها گوجه فرنگی و خیار، چغندر و هویج، سیر، ذرت و جعفری هستند. در میان گیاهان میوه و توت، مویز و انگور فرنگی و همچنین درختان سیب را می توان اشاره کرد. بیشتر گلهای یکساله را می توان به همین گروه نسبت داد.

هنگام رشد این محصولات، استفاده از نیتروژن یک بار در سال - در اوایل بهار کافی است. این برای ایجاد احساس راحتی در گیاهان کافی است. توصیه می شود بیش از 20 گرم نمک نمک در هر 1 متر مربع استفاده شود.

گروه سوم

اینها گیاهانی هستند که نیاز به نیتروژن متوسطی دارند. دوز توصیه شده 15 گرم نیترات آمونیوم در هر 1 متر مربع است. این شامل همه سبزیجات برگ دار، پیاز و تربچه و سیب زمینی زودرس می شود. نمایندگان روشن این گروه همه گیاهان زینتی پیازی هستند. در نهایت، بی نیازترین ها حبوبات هستند (فقط 7 گرم کود در هر 1 متر مربع کافی است). این نه تنها نخود و لوبیا، بلکه گیاهان زینتی مانند آزالیا، هدر و بسیاری دیگر است.

روش های لقاح

برای اینکه این مواد به موقع عمل کنند باید به درستی از آنها استفاده کرد و مهمتر از همه به موقع اضافه کرد. برای این کار از روش های مختلفی استفاده می شود. اولین مورد در حال گسترش است. هم به صورت دستی و هم به کمک این روش قابل انجام است.این روش قبل از کاشت بذر استفاده می شود، زیرا زمان زیادی برای حل شدن کود نیاز دارد. روش دوم روش نواری است که در آن نیترات آمونیوم یا سایر کودهای معدنی نیتروژن در یک نوار باریک در نزدیکی گیاهان روی سطح خاک یا در عمق کم استفاده می شود. با کمبود شدید، سمپاشی به عنوان یک اقدام اضطراری استفاده می شود. در نهایت، کودها به صورت مایع در می آیند، یعنی می توانید از آبیاری قطره ای استفاده کنید.

نحوه تشخیص کمبود نیتروژن

ما امیدواریم که اکنون با سوال "کودهای نیتروژن - آنها چیست" متحیر نشوید؟ عکس های ارائه شده در صفحه با وضوح بیشتری کل تنوع چنین پانسمان ها را نشان می دهد. با این حال، بسیار مهم است که بدانیم چه زمانی زمان ورود آنها به خاک فرا رسیده است و چه زمانی دلیل رشد ضعیف کاملاً متفاوت است. با کمبود نیتروژن، در درجه اول مهار رشد و زرد شدن کل گیاه، به ویژه برگ های آن مشاهده می شود. همچنین باید نگران باشید که رنگ گیاه زرد کم رنگ شده است. اولین نشانه ای که باید به شما هشدار دهد زرد شدن لبه های برگ های پیر است. سپس خشک می شوند و می افتند.

علائم نیتروژن اضافی

گاهی اوقات تشخیص یکی از دیگری دشوار است، یعنی کمبود و فراوانی مواد مغذی. بنابراین، باید از مقدار و مقداری که روی خاک اعمال کردید و همچنین از مشاهدات خود از گیاهان شروع کنید. اول از همه، بیش از حد نیتروژن خود را در این واقعیت نشان می دهد که قسمت سبز گیاه نرم و شاداب می شود، رشد آن را تسریع می کند، اما گلدهی و تخمدان معمولاً از نظر زمان بسیار عقب هستند. اگر مقدار نیتروژن بیش از حد قابل توجه باشد، سوختگی برگها و سپس مرگ کامل آنها مشاهده می شود. به دنبال این، سیستم ریشه نیز می میرد.

جمع بندی

بنابراین، برای بهینه‌سازی تغذیه گیاهان خود، می‌توانید از مواد آلی (کود یا فضولات پرندگان) یا کودهای معدنی استفاده کنید که معمولاً راحت‌تر است. این می تواند نیترات آمونیوم (میزان نیتروژن - 34٪) یا سولفات آمونیوم (21٪) باشد. همچنین ممکن است به کلسیم (15%) و (16%) نیاز داشته باشید. اگر گیاهان دچار کمبود شدید نیتروژن هستند، یا اگر قصد دارید محصولاتی را بکارید که بیشترین تقاضا را دارند، بهتر است اوره (46٪) مصرف کنید. از کودها به نسبت مناسب و دقیقاً زمانی که بیشتر مورد نیاز است استفاده کنید.

نیتروژن یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 7 و گازی بی بو، بی مزه و بی رنگ است.


بنابراین، فرد وجود نیتروژن را در جو زمین احساس نمی کند، در حالی که 78 درصد از این ماده تشکیل شده است. نیتروژن یکی از رایج ترین مواد در سیاره ما است. اغلب می توانید بشنوید که بدون نیتروژن وجود ندارد و این درست است. از این گذشته، ترکیبات پروتئینی که همه موجودات زنده را تشکیل می دهند، لزوماً حاوی نیتروژن هستند.

نیتروژن در طبیعت

نیتروژن در جو به شکل مولکول هایی متشکل از دو اتم یافت می شود. علاوه بر جو، نیتروژن در گوشته زمین و در لایه هوموسی خاک یافت می شود. منبع اصلی نیتروژن برای تولید صنعتی مواد معدنی است.

با این حال، در دهه های اخیر، زمانی که ذخایر معدنی شروع به تخلیه کرد، نیاز فوری به استخراج نیتروژن از هوا در مقیاس صنعتی وجود داشت. در حال حاضر این مشکل حل شده است و حجم عظیمی از نیتروژن برای نیاز صنعت از جو استخراج می شود.

نقش نیتروژن در زیست شناسی، چرخه نیتروژن

بر روی زمین، نیتروژن دستخوش یک سری دگرگونی‌ها می‌شود که شامل عوامل زنده (مرتبط با حیات) و غیر زنده است. از جو و خاک، نیتروژن نه مستقیم، بلکه از طریق میکروارگانیسم ها وارد گیاهان می شود. باکتری های تثبیت کننده نیتروژن نیتروژن را حفظ و پردازش می کنند و آن را به شکلی تبدیل می کنند که به راحتی توسط گیاهان جذب می شود. در بدن گیاهان، نیتروژن به ترکیب ترکیبات پیچیده، به ویژه پروتئین ها وارد می شود.

این مواد در طول زنجیره غذایی وارد موجودات گیاهخواران و سپس شکارچیان می شوند. پس از مرگ همه موجودات زنده، نیتروژن دوباره وارد خاک می شود و در آنجا تجزیه می شود (آمونیفیکاسیون و نیترات زدایی). نیتروژن در خاک ثابت می شود، مواد معدنی، آب وارد جو می شود و دایره تکرار می شود.

کاربرد نیتروژن

پس از کشف نیتروژن (این اتفاق در قرن هجدهم رخ داد)، خواص خود ماده، ترکیبات آن و امکان استفاده از آن در اقتصاد به خوبی مورد مطالعه قرار گرفت. از آنجایی که ذخایر نیتروژن در سیاره ما بسیار زیاد است، از این عنصر بسیار فعال استفاده شده است.


نیتروژن خالص به صورت مایع یا گاز استفاده می شود. نیتروژن مایع دارای دمای منفی 196 درجه سانتیگراد است و در مناطق زیر استفاده می شود:

— در پزشکینیتروژن مایع به عنوان مبرد در روش های سرما درمانی، به عنوان مثال در درمان سرما استفاده می شود. فلاش انجماد برای حذف نئوپلاسم های مختلف استفاده می شود. نمونه‌های بافتی و سلول‌های زنده (به ویژه اسپرم‌ها و تخمک‌ها) در نیتروژن مایع ذخیره می‌شوند. دمای پایین به شما امکان می دهد مواد زیستی را برای مدت طولانی ذخیره کنید و سپس یخ زدایی و استفاده کنید.

توانایی ذخیره کل موجودات زنده در نیتروژن مایع و در صورت لزوم یخ زدایی آنها بدون هیچ آسیبی توسط نویسندگان علمی تخیلی بیان شده است. با این حال، در واقعیت، این فناوری هنوز تسلط پیدا نکرده است.

— در صنایع غذاییاز نیتروژن مایع در پر کردن مایعات برای ایجاد یک فضای بی اثر در ظروف استفاده می شود.

به طور کلی، نیتروژن در کاربردهایی استفاده می شود که در آن به یک محیط گازی بدون اکسیژن نیاز است، به عنوان مثال،

— در آتش نشانی. نیتروژن اکسیژن را جابجا می کند، بدون آن فرآیندهای احتراق پشتیبانی نمی شوند و آتش خاموش می شود.

نیتروژن گازی در صنایع زیر کاربرد دارد:

— تولید غذا. نیتروژن به عنوان یک گاز بی اثر برای تازه نگه داشتن غذاهای بسته بندی شده استفاده می شود.

— در صنعت نفت و معدن. خطوط لوله و مخازن با نیتروژن پاک می شوند، برای تشکیل یک محیط گاز ضد انفجار به معادن تزریق می شود.

— در ساخت هواپیمالاستیک های شاسی با نیتروژن باد می شوند.

همه موارد فوق در مورد استفاده از نیتروژن خالص صدق می کند، اما فراموش نکنید که این عنصر ماده اولیه برای تولید توده ای از ترکیبات مختلف است:

- آمونیاک ماده بسیار مورد نیاز با محتوای نیتروژن. آمونیاک برای تولید کودها، پلیمرها، سودا، اسید نیتریک استفاده می شود. به خودی خود در پزشکی، ساخت تجهیزات تبرید استفاده می شود.

- کودهای نیتروژن؛

- مواد منفجره؛

- رنگ و غیره


نیتروژن نه تنها یکی از رایج ترین عناصر شیمیایی است، بلکه یک جزء بسیار ضروری است که در بسیاری از شاخه های فعالیت های انسانی مورد استفاده قرار می گیرد.

در تجارت ویلا و باغ، کودهای نیتروژن ماده اصلی هستند که به گیاه فشردگی خوب ریشه، ظهور برگ های جدید، رشد گل ها و رشد میوه ها را می دهند.

مکمل نیتروژن به ویژه برای محصولات میوه و توت مهم است. رشد میوه ها را افزایش می دهد و طعم آنها را بهبود می بخشد. نیتروژن به راحتی در انواع خاک مانند پودزولیک، باتلاق ذغال سنگ نارس، چرنوزم جذب می شود.

مقدار زیادی نیتروژن در ترکیبات آلی وجود دارد، اما این شکل از آن به عنوان طعمه ای برای بسیاری از آفات عمل می کند. تحت تأثیر تعداد زیادی از حشرات، گیاه ممکن است زنده بماند. بنابراین تابستان نشینان از نوعی کود نیتروژن بر پایه معدنی استفاده می کنند که برای محصولات باغی مفیدتر است.

با مقدار ناکافی کودهای نیتروژن دار، گیاه بسیار ضعیف رشد می کند، اندام های رویشی به آرامی رشد می کنند، برگ ها بزرگ نمی شوند، ظاهر آنها با رنگ زرد رنگ می شود و به زودی زود از موعد فرو می ریزند. این فرآیندها تأثیر مخربی روی گیاه دارند و می توانند منجر به قطع دوره گلدهی و کاهش باردهی شوند.

استفاده به موقع و صحیح از کودهای معدنی نیتروژن به رشد سالم گیاه و به دست آوردن نتیجه مطلوب برای ساکنان تابستانی کمک می کند.

کودهای نیتروژن مایع

تولید کودهای مایع بسیار ارزانتر از همتایان جامد آنهاست. بنابراین می توان کودهای مایع را با قیمت کمتری خریداری کرد. اثربخشی چنین کودهایی به وضعیت طبیعی آنها بستگی ندارد.

اکثر ساکنان تابستانی که تازه باغبانی را شروع کرده اند به این موضوع علاقه دارند که کودهای نیتروژن مایع چیست؟

سه نوع اصلی از ترکیبات نیتروژنی در نظر گرفته شده برای کوددهی خاک وجود دارد:

• آمونیاک بدون آب؛
• آب آمونیاک؛
• آمونیاک

آمونیاک بی آب محلول بسیار غلیظی که ظاهری مایع بی رنگ دارد. آمونیاک بی آب در کارخانه در نتیجه مایع شدن آمونیاک از حالت گازی تحت فشار بالا ایجاد می شود. مایع حاصل حاوی 82.3 درصد نیتروژن است.

کود نیتروژن در حالت مایع در ظروف محکم در بسته نگهداری می شود. آن را در ظروف ساخته شده از مس، روی و آلیاژهای مشابه نگهداری نکنید. استفاده از ظروف آهنی، یا فولادی و چدنی توصیه می شود. آمونیاک بدون آب باید در ظروف در بسته نگهداری شود زیرا تمایل به تبخیر سریع دارد.

آب آمونیاک. غلظت نیتروژن در این کود حدود 16.4 درصد حداقل و حداکثر تا 20.5 درصد است. اثر مخربی روی فلزات آهنی ایجاد نمی کند. آب آمونیاک دارای فشار کم است که امکان ذخیره آن را در مخازن فولاد کربنی فراهم می کند. این نوع کود نیتروژن مایع برای استفاده در فواصل طولانی سودآور نیست و عملی نیست، زیرا نیتروژن به سرعت تبخیر می شود. کود مبتنی بر نیتروژن برخی از خواص اولیه خود را در طول حمل و نقل از دست می دهد.

استفاده از کود نیتروژن به خاک بسیار ساده است، اما از دست دادن نیتروژن نیز می تواند در نتیجه فرآیند تبخیر آمونیاک آزاد و بی آب رخ دهد. کلوئیدهای خاک فوراً نیتروژن را جذب می کنند. قسمت کوچکی از کودهای نیتروژنی در نتیجه واکنش با رطوبت خاک به هیدروکسید آمونیوم تبدیل می شود.

در خاک های اشباع، راندمان کود نیتروژن چندین برابر افزایش می یابد. در این مورد، از دست دادن آمونیاک حداقل است.

در خاک‌های لومی شنی و خاک‌های شنی ناپایدار با حداقل اشباع هوموسی، تلفات آمونیاک به ترتیب چندین برابر افزایش می‌یابد و راندمان کاربرد کاهش می‌یابد.

در صورت وجود حجم زیاد زمینی که نیاز به کوددهی با کودهای نیتروژنی دارند، تکنیک خاصی وجود دارد. با کمک او، کود تا عمق 12 سانتی متر در خاک های سبک اعمال می شود. این کار برای به حداقل رساندن تلفات نیتروژن و افزایش راندمان عمل آن انجام می شود. اعمال سطحی به خاک هیچ نتیجه ای نخواهد داشت.

کودهای حاوی نیتروژن نیز در پاییز یا هنگام کشت خاک قبل از عملیات کاشت به خاک یخ زده اعمال می شود.

آمونیاک آمونیاک از اختلاط کودهای آمونیاک آبی و نیتروژن تولید می شود. ترکیب حاصل حدود 30-50 درصد نیتروژن دارد. در آمونیاک در ترکیبات و نسبت های مختلف (نیترات و آمید) یافت می شود.

برای محصولات باغبانی، آمونیاک در حالت مایع نسبت به انواع جامد کودهای نیتروژنی از نظر خصوصیات کم‌تر نیست.

خاک باید با کودهای مایع در لباس فرم مخصوص تغذیه شود تا از نفوذ آن به پوست و مجاری تنفسی و همچنین بر روی غشاهای مخاطی جلوگیری شود. برای محافظت از چشم باید از عینک و برای محافظت از تنفس از ماسک یا ماسک تنفسی استفاده شود.

انواع کودهای نیتروژن و روش مصرف آنها

نیتروژن یکی از اجزای اصلی مجموعه تغذیه گیاه است. کارکرد اصلی آن در این مجموعه افزایش باردهی محصولات باغی است.

در مورد دوزهای کاربرد در خاک، برای محصولات توت و میوه، هنجار 9-12 گرم / 1 متر مربع خاک است. برای محصولاتی که در داخل آنها استخوان وجود دارد، این مقادیر برابر با 4-6 گرم / 1 متر مربع خاک است. با پانسمان ساده رویه، برای حفظ وضعیت عمومی میوه، دوز تا 4 گرم / 1 متر مربع از سطح استفاده می شود.

انواع اصلی کودهای نیتروژنی:

کودهای نیتروژن نقش زیادی در توسعه خوب محصولات باغی دارند. وظیفه اصلی ساکنان تابستانی تغذیه به موقع گیاه با این نوع کود است. نحوه استفاده از کودهای نیتروژن و به چه نسبت در دستورالعمل روی بسته ها و در منابع اطلاعاتی به تفصیل توضیح داده شده است.

استفاده از کودهای نیتروژنی برای درختان میوه (فیلم)