Elementin ranskalainen nimi (atsote), joka juurtui myös venäjäksi, ehdotettiin 1700-luvulla. Lavoisier, joka on muodostanut sen kreikkalaisesta negatiivisesta etuliitteestä "a" ja sanasta "zoe" - elämä (sama juuri sanoissa zoologia ja sen johdannaisten massa - eläintarha, eläingeografia jne.), ts. "typpi" tarkoittaa "elotonta", "ei tue elämää". Samaa alkuperää ja tämän elementin saksalainen nimi Stickstoff - tukehtuva aine. Juuri "azo" esiintyy myös kemiallisissa termeissä "atsidi", "atsoyhdiste", "atsiini" jne. Ja latinalainen nitrogenium ja englanninkielinen typpi ovat peräisin heprean sanasta "neter" (kreikaksi "nitron", latinaksi nitrum). ; joten muinaisina aikoina he kutsuivat luonnollista alkalia soodaksi ja myöhemmin salpetiksi. Nimi "typpi" ei ole aivan osuva: vaikka kaasumainen typpi ei sovellu hengittämiseen, tämä alkuaine on ehdottoman välttämätön elämälle. Kaikkien elävien olentojen koostumus sisältää suhteellisen pienen määrän alkuaineita, ja yksi tärkeimmistä niistä on typpi, proteiineissa - noin 17% typestä. Typpeä sisältyy myös DNA- ja RNA-molekyylien koostumukseen, mikä varmistaa perinnöllisyyden.

Maapallolla on paljon typpeä, mutta sen päävarat ovat keskittyneet ilmakehään. Kuitenkin johtuen NєN-kolmoissidoksen suuresta lujuudesta (942 kJ/mol, mikä on lähes 4 kertaa Cl–Cl-sidoksen energia), typpimolekyyli on erittäin vahva ja sen reaktiivisuus on alhainen. Tämän seurauksena mikään eläin tai kasvi ei pysty imemään typpikaasua ilmasta. Mistä he saavat tämän elementin, jota he tarvitsevat proteiinien ja muiden kehon olennaisten komponenttien synteesiin? Eläimet saavat typen syödessään kasveja ja muita eläimiä. Kasvit ottavat typpeä muiden ravinteiden ohella maaperästä, ja vain harvat palkokasvit pystyvät imemään typpeä ilmasta - eikä itsestään, vaan juurillaan elävien kyhmybakteerien ansiosta.

Pääasiallinen typen lähde maaperässä on biologinen typen sitoutuminen eli ilmakehän typen sitoutuminen ja sen muuntaminen mikro-organismien toimesta kasveille assimiloituviin muotoihin. Mikro-organismit voivat elää maaperässä yksinään tai olla symbioosissa ("yhteisö") joidenkin kasvien kanssa, pääasiassa palkokasvien kanssa - apila, herneet, pavut, sinimailas jne. Bakteerit "astuvat" näiden kasvien juurille - erityisissä kyhmyissä; niitä kutsutaan usein kyhmybakteeriksi. Nämä mikro-organismit sisältävät monimutkaisen entsyymin, nitrogenaasin, joka pystyy pelkistämään typen ammoniakiksi. Sitten ammoniakki muuttuu muiden entsyymijärjestelmien avulla muiksi typpiyhdisteiksi, jotka kasvit imevät. Vapaasti elävät bakteerit sitovat jopa 50 kg typpeä vuodessa 1 hehtaaria kohden ja kyhmybakteerit - vielä 150 kg ja erityisen suotuisissa olosuhteissa - jopa 500 kg!

Toinen luonnollisen typen lähde maaperässä on salama. Joka sekunti maapallolla välähtää keskimäärin 100 salamaa. Ja vaikka jokainen niistä kestää vain sekunnin murto-osan, niiden kokonaissähköteho on 4 miljardia kilowattia. Jyrkkä lämpötilan nousu salamakanavassa - jopa 20 000 ° C johtaa typpi- ja happimolekyylien tuhoutumiseen typpioksidin NO muodostumisen myötä. Sitten se hapetetaan ilmakehän hapen vaikutuksesta dioksidiksi: 2NO + O 2  2NO 2. Dioksidi, joka reagoi ylimääräisen hapen kanssa ilman kosteuden kanssa, muuttuu typpihapoksi: 4NO 2 + 2H 2 O + O 2  4HNO 3. Näiden muutosten seurauksena ilmakehässä muodostuu päivittäin noin 2 miljoonaa tonnia typpihappoa eli yli 700 miljoonaa tonnia vuodessa. Heikko typpihappoliuos putoaa maahan sateen mukana. Tätä "taivaallisen hapon" määrää on mielenkiintoista verrata sen teolliseen tuotantoon; typpihapon tuotanto on yksi suurimmista tuotantolaitoksista. Osoittautuu, että täällä ihminen on kaukana luonnosta: maailman typpihapon tuotanto on noin 30 miljoonaa tonnia.Typpimolekyylien salaman aiheuttaman halkeamisen vuoksi jokaiselle maanpinnan hehtaarille putoaa vuosittain noin 15 kg typpihappoa, mukaan lukien vuoret ja aavikot, meret ja valtameret. Maaperässä tämä happo muuttuu suoloiksi - nitraateiksi, jotka kasvit imeytyvät täydellisesti.

Vaikuttaa siltä, ​​​​että "ukkonen typpi" ei ole niin tärkeä viljelykasveille, mutta apila ja muut palkokasvit peittävät vain pienen osan maan pinnasta. Salama alkoi välkkyä ilmakehässä miljardeja vuosia sitten, kauan ennen typpeä sitovien bakteerien ilmestymistä. Joten niillä oli merkittävä rooli ilmakehän typen kiinnittymisessä. Esimerkiksi pelkästään viimeisen kahden vuosituhannen aikana salama on muuttanut 2 biljoonaa tonnia typpeä lannoitteeksi – noin 0,1 % sen kokonaismäärästä ilmassa!

Liebig vs. Malthus. Vuonna 1798 englantilainen taloustieteilijä Thomas Malthus (1766–1834) julkaisi kuuluisan kirjansa Kokemus väestöstä. Siinä hän huomautti, että väestöllä on taipumus kasvaa eksponentiaalisesti, ts. kuten 1, 2, 4, 8, 16... Samaan aikaan toimeentulovarat samojen ajanjaksojen ajaksi, jopa edullisimmissa olosuhteissa, voivat kasvaa vain aritmeettisessa progressiossa, ts. kuten 1, 2, 3, 4... Esimerkiksi tämän teorian mukaan elintarviketuotanto voi kasvaa vain laajentamalla maatalousmaata, paremmin viljelemällä peltoa ja niin edelleen. Malthuksen teoriasta seurasi, että ihmiskuntaa uhkaa tulevaisuudessa nälänhätä. Vuonna 1887 tämän päätelmän vahvisti englantilainen tiedemies Thomas Huxley (1825–1897), Charles Darwinin ystävä ja hänen opetustensa popularisoija.

Ihmiskunnan "nälänhädän" välttämiseksi oli tarpeen lisätä jyrkästi maatalouden tuottavuutta, ja tätä varten oli tarpeen ratkaista kasvien ravitsemuksen tärkein ongelma. Luultavasti ensimmäisen kokeen tähän suuntaan teki 1630-luvun alussa yksi aikansa suurimmista tiedemiehistä, hollantilainen lääkäri ja alkemisti Jan Baptiste van Helmont (1579–1644). Hän päätti tarkistaa, mistä kasvit saavat ravinteitaan - vedestä vai maaperästä. Van Helmont otti 200 puntaa (noin 80 kg) kuivaa maata, kaatoi sen suureen ruukkuun, istutti pajunoksan maahan ja alkoi kastella sitä ahkerasti sadevedellä. Oksa juurtui ja alkoi kasvaa, muuttuen vähitellen puuksi. Tämä kokemus kesti tasan viisi vuotta. Kävi ilmi, että tänä aikana kasvi nousi 164 paunaa 3 unssia (noin 66 kg), kun taas maa "menetti" vain 3 unssia, ts. alle 100 g. Siksi Van Helmont päätteli, että kasvit ottavat ravinteita vain vedestä.

Myöhemmät tutkimukset näyttävät kumonneen tämän päätelmän: loppujen lopuksi vedessä ei ole hiiltä, ​​joka muodostaa suurimman osan kasveista! Tästä seurasi, että kasvit kirjaimellisesti "ruokkivat ilmaa" absorboivat siitä hiilidioksidia - saman, jonka Van Helmont oli juuri löytänyt ja jopa kutsunut sitä "metsäilmaksi". Tämä nimi ei annettu kaasulle ollenkaan, koska sitä on paljon metsissä, vaan vain siksi, että se muodostuu hiilen palamisen aikana ...

Kysymys kasvien "ilmaravinnosta" kehitettiin 1700-luvun lopulla. Sveitsiläinen kasvitieteilijä ja fysiologi Jean Senebier (1742–1809). Hän osoitti kokeellisesti, että hiilidioksidi hajoaa kasvien lehdissä, kun taas happea vapautuu ja hiili jää kasviin. Mutta jotkut tutkijat vastustivat jyrkästi tätä näkökulmaa puolustaen "humusteoriaa", jonka mukaan kasvit syövät pääasiassa maaperästä uutettuja orgaanisia aineita. Tämän näytti vahvistavan ikivanha viljelykäytäntö: humusrikas maaperä, joka oli hyvin lannan lannoitettu, lisäsi satoa...

Humusteoriassa ei kuitenkaan otettu huomioon mineraalien roolia, jotka ovat kasveille ehdottoman välttämättömiä. Kasvit ottavat näitä aineita maaperästä suuria määriä, ja sadonkorjuun yhteydessä ne viedään pois pelloilta. Saksalainen kemisti Justus Liebig huomautti ensimmäistä kertaa tämän seikan, samoin kuin tarpeen palauttaa mineraaleja maaperään. Vuonna 1840 hän julkaisi kirjan Orgaaninen kemia sovellettuina maatalouteen ja fysiologiaan, jossa hän kirjoitti erityisesti: "Tulee aika, jolloin jokainen pelto, sille istutettavan kasvin mukaisesti, lannoitetaan omalla kemiantehtaissa valmistetulla lannoitteella."

Aluksi Liebigin ajatukset kohtasivat vihamielisyyttä. "Tämä on häpeämättömin kirja, joka on koskaan päätynyt käsiini", kirjoitti Tübingenin yliopiston kasvitieteen professori Hugo Mol (1805–1872). "Täysin merkityksetön kirja", toisti kuuluisa saksalainen kirjailija Fritz Reuter (1810–1874), joka harjoitti jonkin aikaa maataloutta. Saksalaiset sanomalehdet alkoivat julkaista loukkaavia kirjeitä ja sarjakuvia Liebigistä ja hänen teoriastaan ​​kasvien kivennäisravitsemuksesta. Liebig itse oli osittain syyllinen tähän, joka aluksi uskoi virheellisesti, että kivennäislannoitteiden tulisi sisältää vain kaliumia ja fosforia, kun taas kolmannen välttämättömän komponentin - typen - kasvit voivat itse imeä ilmasta.

Liebigin virhe johtui luultavasti kuuluisan ranskalaisen maatalouskemistin Jean Baptiste Boussingault'n (1802–1887) kokeiden väärästä tulkinnasta. Vuonna 1838 hän istutti joidenkin kasvien punnitut siemenet maaperään, joka ei sisältänyt typpilannoitteita, ja 3 kuukauden kuluttua hän punnitti ituja. Vehnässä ja kaulassa massa pysyi käytännössä ennallaan, kun taas apilalla ja herneellä se kasvoi merkittävästi (herneillä esim. 47 mg:sta 100 mg:aan). Tästä tehtiin virheellinen johtopäätös, että jotkut kasvit voivat imeä typpeä suoraan ilmasta. Tuohon aikaan palkokasvien juurissa elävistä ja ilmakehän typpeä vangitsevista kyhmybakteereista ei tiedetty mitään. Tämän seurauksena ensimmäiset yritykset levittää vain kaliumfosforilannoitteita kaikkialla antoivat negatiivisen tuloksen. Liebigillä oli rohkeutta myöntää avoimesti virheensä. Hänen teoriansa voitti lopulta. Tuloksena oli maatalouden käyttöönotto 1800-luvun jälkipuoliskolla. kemialliset lannoitteet ja laitosten rakentaminen niiden tuotantoa varten.

typpikriisi.

Fosfori- ja kaliumlannoitteiden kanssa ei ollut erityisiä ongelmia: kalium- ja fosforiyhdisteitä löytyy runsaasti maan suolistosta. Typen kanssa tilanne oli täysin erilainen: maatalouden tehostuessa, jonka piti ruokkia maapallon nopeasti kasvavaa väestöä, luonnolliset lähteet eivät enää pystyneet selviytymään maaperän typpivarantojen täydentämisestä. "Sitoutuneen" typen lähteitä oli kiireellisesti löydettävä. Kemistit pystyivät syntetisoimaan joitain yhdisteitä, esimerkiksi litiumnitridi Li 3 N, alkaen ilmakehän typestä. Mutta tällä tavalla oli mahdollista saada grammaa, parhaimmillaan kilogrammaa ainetta, kun taas tarvittiin miljoonia tonneja!

Useiden vuosisatojen ajan lähes ainoa sitoutuneen typen lähde oli suola. Tämä sana tulee latinan sanasta sal - suola ja nitrum, kirjaimellisesti - "emäksinen suola": niinä päivinä aineiden koostumusta ei tiedetty. Tällä hetkellä salaattia kutsutaan joiksikin typpihapon suoloiksi - nitraateiksi. Saltpeteriin liittyy useita dramaattisia virstanpylväitä ihmiskunnan historiassa. Muinaisista ajoista lähtien tunnettiin vain niin kutsuttu intialainen salpiteri - kaliumnitraatti KNO 3. Tämä harvinainen mineraali tuotiin Intiasta, kun taas Euroopassa ei ollut luonnollisia suolalähteitä. Intialaista salpietaria käytettiin yksinomaan ruudin valmistukseen. Ruutia tarvittiin yhä enemmän joka vuosisata, eikä tuontisalaattia ollut tarpeeksi, ja se oli erittäin kallista.

Ajan myötä he oppivat saamaan suolapisarat erityisissä "nitraateissa" erilaisista orgaanisista jäämistä, jotka sisältävät typpeä. Melko paljon typpeä esimerkiksi proteiineissa. Jos kuivat jäännökset yksinkertaisesti poltetaan, niiden sisältämä typpi hapettuu suurelta osin N2-kaasuksi. Mutta jos ne mätänevät, typpi muuttuu nitrifioivien bakteerien vaikutuksesta nitraateiksi, jotka huuhtoutuivat ennen vanhaan erityisiin kasoihin - kasoihin, ja salaattia kutsuttiin kasaksi. He tekivät sen näin. Sekoitettiin erilaisia ​​orgaanisia jätteitä - lantaa, eläinten sisälmyksiä, lietettä, suolietettä jne. Sinne lisättiin myös roskat, kalkki, tuhka. Tämä kauhea seos kaadettiin kuoppiin tai siitä tehtiin kasoja ja kaadettiin runsaasti virtsaa tai lietettä. Voitte kuvitella mikä tuoksu tästä tuotannosta tuli! Yhden tai kahden vuoden kuluessa tapahtuneiden hajoamisprosessien vuoksi 6 kg:sta epäpuhtauksista puhdistettua "saupaattimaata" saatiin 1 kg suolaa. Eniten suolaa saatiin Ranskassa: hallitus palkitsi anteliaasti ne, jotka osallistuivat tähän epämiellyttävään tuotantoon.

Liebigin ponnistelujen ansiosta kävi selväksi, että salaattia tarvittaisiin maataloudessa ja paljon suurempia määriä kuin ruudin valmistukseen. Vanha tapa hankkia se oli täysin sopimaton tähän.

Chilen salaatti.

Vuodesta 1830 lähtien Chilen salpeterin, rikkaimman luonnollisen typenlähteen, esiintymien kehitys alkoi. Chilessä on laajoja alueita, joilla ei koskaan sada, kuten Atacaman autiomaa, joka sijaitsee Cordilleran juurella noin 1000 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella. Kasvien ja eläinten orgaanisten jäänteiden (pääasiassa lintujen ulosteet - guano) vuosituhansia kestäneiden hajoamisprosessien seurauksena Atacamaan muodostui ainutlaatuisia salpeteriesiintymiä. Ne sijaitsevat 40–50 km päässä valtameren rannikolta. Kun näitä esiintymiä alettiin kehittää, ne venyivät noin 200 km pitkäksi ja 3 km leveäksi kaistaleeksi, jonka kerrospaksuus oli 30 cm - 3 m. Altaissa kerrokset paksuuntuivat merkittävästi ja muistuttivat kuivuneita järviä. Kuten analyysit ovat osoittaneet, chilen suola on natriumnitraattia, jossa on sulfaattia ja natriumkloridia, savea ja hiekkaa; joskus suolapisarista löytyy hajoamattomia guanon jäänteitä. Mielenkiintoinen ominaisuus chileläisessä salpetarissa on natriumjodaatti NaIO 3:n läsnäolo siinä.

Yleensä kivi oli pehmeää ja helposti poistettavaa maasta, mutta toisinaan salpetarikerrostumat olivat niin tiheitä, että niiden poistaminen vaati räjäytystyötä. Kun kivi oli liuennut kuumaan veteen, liuos suodatettiin ja jäähdytettiin. Samaan aikaan saostui puhdasta natriumnitraattia, joka myytiin lannoitteeksi. Jäljelle jääneestä liuoksesta uutettiin jodi. 1800-luvulla Chilestä tuli pääasiallinen salpeterin toimittaja. Esiintymien kehittäminen oli Chilen kaivosteollisuuden ensimmäinen paikka 1800-luvulla.

Kaliumnitraatin saamiseksi Chilen nitraatista käytettiin reaktiota NaNO 3 + KCl® NaCl + KNO 3. Tällainen reaktio on mahdollista, koska sen tuotteiden liukoisuus on jyrkkä eri lämpötiloissa. NaCl:n liukoisuus (grammoina 100 g:ssa vettä) muuttuu vain 39,8 g:sta 100 °C:ssa 35,7 g:aan 0 °C:ssa, kun taas KNO 3:n liukoisuus samoissa lämpötiloissa vaihtelee suuresti ja on 246 ja 13,3 G! Siksi, jos sekoitat kuumia väkeviä NaNO 3:n ja KCl:n liuoksia ja jäähdytät sitten seosta, merkittävä osa KNO 3:sta saostuu ja melkein kaikki NaCl jää liuokseen.

Chilen suola - luonnollinen natriumnitraatti - on vuosikymmeniä tyydyttänyt ihmisten tarpeet. Mutta heti kun tämän mineraalin ainutlaatuinen merkitys maailman maataloudelle paljastettiin, he alkoivat laskea, kuinka kauan tämä ainutlaatuinen luonnonlahja kestäisi ihmiskuntaa. Ensimmäiset arviot olivat varsin optimistisia - vuonna 1885 salpietarivarannon määräksi määriteltiin 90 miljoonaa tonnia. Kävi ilmi, ettei kasvien "typpinälkään" voitu murehtia vielä moneen vuoteen. Mutta näissä laskelmissa ei otettu huomioon väestön nopeaa kasvua ja maataloustuotannon tahtia ympäri maailmaa.

Malthuksen aikana Chilen salpeterin vienti oli vain 1000 tonnia vuodessa; vuonna 1887 se saavutti 500 tuhatta tonnia vuodessa ja 1900-luvun alussa. luku on miljoonia! Chilen salpietarivarastot loppuivat nopeasti, kun taas nitraattien kysyntä kasvoi poikkeuksellisen nopeasti. Tilannetta pahensi se, että myös sotateollisuus kulutti suuria määriä suolapihkaa; ruuti 1800-luvun lopulla sisälsi 74–75 % kaliumnitraattia. Oli tarpeen kehittää uusia menetelmiä typpilannoitteiden saamiseksi, ja vain ilmakehän ilma saattoi olla niiden lähde.

"typen nälän" voittaminen.

1900-luvun alussa teolliseen typen kiinnitykseen on ehdotettu syanamidimenetelmää. Ensin kalsiumkarbidia saatiin kuumentamalla kalkin ja hiilen seosta: CaO + 3C ® CaC 2 + CO. Korkeissa lämpötiloissa karbidi reagoi ilmakehän typen kanssa muodostaen kalsiumsyanamidia: CaC 2 + N 2 ® CaCN 2 + C. Tämä yhdiste osoittautui sopivaksi lannoitteeksi ei kaikille viljelykasveille, joten siitä saatiin ensin ammoniakkia. tulistetun vesihöyryn vaikutus: CaCN 2 + 3H 2 O ® CaCO 3 + 2NH 3, ja ammoniumsulfaattia saatiin jo ammoniakista ja rikkihaposta.

Norjalaiset kemistit menivät täysin eri tavalla, käyttämällä halpaa paikallissähköä (Norjassa on monia vesivoimaloita). Ne itse asiassa toistivat luonnollisen typen kiinnittymisprosessin johtamalla kosteaa ilmaa sähkökaaren läpi. Samaan aikaan ilmasta saatiin noin 1 % typpihappoa, joka muuttui kalsiumnitraatiksi Ca(NO 3) 2 vuorovaikutuksessa kalkin kanssa. Ei ole yllättävää, että tätä ainetta kutsuttiin norjalaiseksi salpetiksi.

Molemmat menetelmät olivat kuitenkin liian kalliita. Taloudellisimman menetelmän typen kiinnittämiseen kehitti vuosina 1907–1909 saksalainen kemisti Fritz Haber (1868–1934); tämä menetelmä muuttaa typen suoraan ammoniakiksi; ammoniakin muuttaminen nitraateiksi ja muiksi typpiyhdisteiksi ei ollut enää vaikeaa.

Tällä hetkellä typpilannoitteiden tuotanto on kymmeniä miljoonia tonneja vuodessa. Kemiallisesta koostumuksesta riippuen ne ovat erilaisia. Ammoniakki ja ammoniumlannoitteet sisältävät typpeä hapetustilassa -3. Tämä on nestemäistä ammoniakkia, sen vesiliuosta (ammoniumvesi), ammoniumsulfaattia. Nitrifioivien bakteerien vaikutuksesta ionit NH 4 + hapettuvat maaperässä nitraatti-ioneiksi, jotka kasvit imeytyvät hyvin. Nitraattilannoitteita ovat KNO 3 ja Ca(NO 3) 2 . Ammoniumnitraattilannoitteet sisältävät pääasiassa ammoniumnitraattia NH 4 NO 3:a, joka sisältää sekä ammoniakkia että nitraattityppeä. Tiivistetyin kiinteä typpilannoite on karbamidi (urea), joka sisältää 46 % typpeä. Luonnollisen suolan osuus maailman typpipitoisten yhdisteiden tuotannosta ei ylitä yhtä prosenttia.

Sovellus.

Uusien kasvilajikkeiden, myös muuntogeenisten, jalostus, parannetut maataloustekniikan menetelmät eivät poista keinolannoitteiden käyttöä. Jokaisella sadonkorjuulla pelloilta kuitenkin häviää merkittävä osa ravinteita, myös typpeä. Pitkäaikaisten havaintojen mukaan jokainen tonni typpeä typpilannoitteissa lisää vehnän satoa 12-25%, juurikkaiden - 120-160%, perunoiden - 120%. Maassamme viimeisen puolen vuosisadan aikana typpilannoitteiden tuotanto typpilannoitetehtailla on kymmenkertaistunut.

Ilja Leensonne

Kaikki tietävät, että typpi on inerttiä. Usein valitetaan tästä elementistä nro 7, mikä on luonnollista: joudumme maksamaan liian korkeaa hintaa sen suhteellisen inertsyydestä, joudumme käyttämään liikaa energiaa, vaivaa ja rahaa sen muuntamiseen elintärkeiksi yhdisteiksi.

Mutta toisaalta, jos typpi ei olisi niin inerttiä, ilmakehässä tapahtuisi typen reaktioita hapen kanssa ja elämä planeetallamme tulisi mahdottomaksi sellaisissa muodoissa kuin se on. Kasvit, eläimet, sinä ja minä tukehtuisimme kirjaimellisesti oksidien ja happojen virtoihin, joita elämä ei voi hyväksyä. Ja "kaiken sen vuoksi" pyrimme muuntamaan suurimman mahdollisen osan ilmakehän typestä oksideiksi ja typpihapoksi. Tämä on yksi elementin #7 paradokseista. (Tässä on vaarana, että kirjoittajaa syytetään triviaalisuudesta, koska typen paradoksaalisuudesta tai pikemminkin sen ominaisuuksista on tullut sivusana. Ja silti...)

Typpi on poikkeuksellinen alkuaine. Joskus näyttää siltä, ​​että mitä enemmän opimme siitä, sitä käsittämättömämmäksi se tulee. Alkuaineen nro 7 ominaisuuksien epäjohdonmukaisuus näkyi jopa sen nimessä, sillä se vei harhaan jopa niin loistavan kemistin kuin Antoine Laurent Lavoisier. Lavoisier ehdotti typen kutsumista typeksi, kun hän ei ollut ensimmäinen eikä viimeinen, joka hankki ja tutki ilman osan, joka ei tue hengitystä ja palamista. Lavoisier'n mukaan "typpi" tarkoittaa "elotonta", ja sana on johdettu kreikan sanoista "a" - negaatio ja "zoe" - elämä.

Termi "typpi" oli olemassa alkemistien sanakirjassa, josta ranskalainen tiedemies lainasi sen. Se tarkoitti tiettyä "filosofista alkua", eräänlaista kabalistista loitsua. Asiantuntijat sanovat, että avain sanan "typpi" tulkitsemiseen on Apokalypsin viimeinen lause: "Olen alfa ja omega, alku ja loppu, ensimmäinen ja viimeinen..." Keskiajalla kolme kieltä ​Erityisesti arvostettuja: latina, kreikka ja heprea. Ja sana "typpi" koostui alkemistien ensimmäisestä kirjaimesta "a" (a, alfa, aleph) ja viimeisistä kirjaimista: "zet", "omega" ja "tov" näistä kolmesta aakkosesta. Näin ollen tämä salaperäinen synteettinen sana tarkoitti "kaikkien alkujen alkua ja loppua".

Lavoisier'n aikalainen ja maanmies J. Chaptal ehdotti ilman pitkiä puheita, että elementtiä nro 7 kutsuttaisiin latinalais-kreikkalaiseksi hybridinimeksi "nitrogenium", joka tarkoittaa "salpetterin synnyttämistä". Salpeter - nitraattisuolat, aineet, jotka tunnetaan muinaisista ajoista lähtien. (Puhumme niistä myöhemmin.) On sanottava, että termi "typpi" juurtui vain venäjäksi ja ranskaksi. Englanniksi elementti numero 7 on "Typpi", saksaksi - "Stockton" (tukeutuva aine). Kemiallinen symboli N on kunnianosoitus Shaptalin typelle.

Kuka löysi typen

Typen löytö johtuu merkittävän skotlantilaisen tiedemiehen Joseph Blackin opiskelijan Daniel Rutherfordin ansioista, joka vuonna 1772 julkaisi väitöskirjansa "Ns. kiinteästä ja mefiittisestä ilmasta". Musta tuli kuuluisaksi kokeistaan ​​"kiinteällä ilmalla" - hiilidioksidilla. Hän havaitsi, että hiilidioksidin kiinnittämisen (sitomisen alkalilla) jälkeen jäljelle jää "kiinnittymätöntä ilmaa", jota kutsuttiin "mefiittiseksi" - pilaantuneeksi - koska se ei tukenut palamista ja hengitystä. Tämän "ilman" Blackin tutkimus tarjosi Rutherfordille väitöskirjatyöksi.

Samoihin aikoihin typpeä hankkivat K. Scheele, J. Priestley, G. Cavendish, ja jälkimmäinen tutki tätä kaasua laboratoriotietojen perusteella ennen Rutherfordia, mutta kuten aina, hänellä ei ollut kiirettä julkaista työnsä tuloksia. Kaikilla näillä merkittävillä tiedemiehillä oli kuitenkin hyvin epämääräinen käsitys löytämänsä aineen luonteesta. He olivat flogistoniteorian vankkumattomia kannattajia ja liittivät "mefiittisen ilman" ominaisuudet tähän kuvitteelliseen aineeseen. Vain Lavoisier, joka johti hyökkäystä flogistoniin, vakuutti itsensä ja vakuutti muut, että kaasu, jota hän kutsui "elottomaksi", on yksinkertainen aine, kuten happi ...

Universaali katalyytti?

Voidaan vain arvata, mitä "kaikkien alkujen alku ja loppu" tarkoittaa alkemiallisessa "typessä". Mutta yksi elementtiin nro 7 liittyvistä "alkuista" voidaan ottaa vakavasti. Typpi ja elämä ovat erottamattomia käsitteitä. Ainakin aina kun biologit, kemistit, astrofyysikot yrittävät ymmärtää elämän "alkujen alkua", he varmasti kohtaavat typen.

Maan kemiallisten alkuaineiden atomit syntyvät tähtien syvyyksissä. Sieltä, yö- ja päivävalaisimista, maallisen elämämme alkuperä alkaa. Englantilainen astrofyysikko W. Fowler tarkoitti tätä seikkaa sanoessaan, että "me kaikki ... olemme palanen tähtien pölyä" ...

Typen tähtien "pöly" syntyy monimutkaisimmassa lämpöydinprosessien ketjussa, jonka alkuvaihe on vedyn muuntaminen heliumiksi. Tämä on monivaiheinen reaktio, jonka oletetaan etenevän kahdella tavalla. Yksi niistä, nimeltään hiili-typpikierto, liittyy suorimmin alkuaineeseen numero 7. Tämä sykli alkaa, kun tähtiaineessa on vetyytimien - protonien - lisäksi jo hiiltä. Hiili-12-ydin, lisättyään vielä yhden protonin, muuttuu epästabiiliksi typpi-13-ytimeksi:

12 6 C + 1 1 H → 13 7 N + y.

Mutta kun typpi on emittoinut positronia, siitä tulee jälleen hiiltä - muodostuu raskaampi isotooppi 13 C:

13 7 N → 13 6 C + e + + γ.

Tällainen ydin, joka on ottanut ylimääräisen protonin, muuttuu maapallon ilmakehän yleisimmän isotoopin ytimeksi - 14 N.

13 6 C + 1 1 H → 14 7 N + y.

Valitettavasti vain osa tästä typestä lähetetään matkalle maailmankaikkeuden läpi. Protonien vaikutuksesta typpi-14 muuttuu happi-15:ksi, ja se puolestaan ​​​​positronia ja gamma-kvanttia lähettäen muuttuu toiseksi maanpäälliseksi typen isotoopiksi - 15 N:

14 7 N + 1 1 H → 15 8 O + y;

15 8 O → 15 7 N + e + + γ.

Maan typpi-15 on stabiilia, mutta jopa tähden sisällä se on alttiina ydinhajoamiselle; sen jälkeen, kun 15 N:n ydin hyväksyy toisen protonin, ei tapahdu vain hapen 16O muodostumista, vaan myös toinen ydinreaktio:

15 7 N + 1 1 H → 12 6 C + 4 2 He.

Tässä muutosketjussa typpi on yksi välituotteista. Kuuluisa englantilainen astrofyysikko R.J. Theiler kirjoittaa: "14 N on isotooppi, jota ei ole helppo rakentaa. Typpi muodostuu hiili-typpikierrossa, ja vaikka se myöhemmin muuttuu takaisin hiileksi, niin jos prosessi etenee paikallaan, aineessa on enemmän typpeä kuin hiiltä. Tämä näyttää olevan 14 N:n päälähde...

Kummallisia kuvioita voidaan jäljittää kohtalaisen monimutkaisessa hiili-typpikierrossa. Hiili 12 C toimii siinä eräänlaisena katalyyttinä. Päättele itse, loppujen lopuksi 12C ytimien lukumäärässä ei ole muutosta. Prosessin alussa ilmaantuva typpi katoaa lopussa... Ja jos hiili tässä syklissä on katalysaattori, niin typpi on selvästi autokatalyytti, eli reaktion tuote, joka katalysoi sen muita välivaiheita.

Ei ole sattumaa, että aloimme täällä puhumaan elementin nro 7 katalyyttisistä ominaisuuksista. Mutta onko tähtien typpi säilyttänyt tämän ominaisuuden myös elävässä aineessa? Elinprosessien katalysaattoreita ovat entsyymit, ja ne kaikki, kuten myös useimmat hormonit ja vitamiinit, sisältävät typpeä.

Typpi maapallon ilmakehässä

Elämä on paljon velkaa typelle, mutta typpi, ainakin ilmakehän typpi, ei ole niinkään Auringon kuin elämänprosessien velkaa. Alkuaineen nro 7 pitoisuuden välillä litosfäärissä (0,01 %) ja ilmakehässä (75,6 massaprosenttia tai 78,09 tilavuusprosenttia) on silmiinpistävä ero. Yleensä elämme typpiilmakehässä, joka on kohtalaisesti rikastettu hapella.

Samaan aikaan ei muilta aurinkokunnan planeetoilta eikä komeettojen tai muiden kylmän avaruuden esineiden koostumuksesta ole löydetty vapaata typpeä. On sen yhdisteitä ja radikaaleja - CN *, NH *, NH * 2, NH * 3, mutta typpeä ei ole. Totta, noin 2% typestä on kirjattu Venuksen ilmakehään, mutta tämä luku on vielä vahvistettava. Uskotaan, ettei myöskään maapallon primaarisessa ilmakehässä ollut alkuainetta nro 7. Missä hän sitten on ilmassa?

Ilmeisesti planeettamme ilmakehä koostui alun perin haihtuvista aineista, jotka muodostuivat maan suolistossa: H 2, H 2 O, CO 2, CH 4, NH 3. Vapaa typpi, jos se tuli ulos tulivuoren toiminnan tuotteena, muuttui ammoniakiksi. Olosuhteet tähän olivat sopivimmat: vedyn ylimäärä, kohonneet lämpötilat - maan pinta ei ole vielä jäähtynyt. Mitä se tarkoittaa, että typpi oli ensin ilmakehässä ammoniakin muodossa? Ilmeisesti niin. Muistetaan tämä tosiasia.

Mutta sitten elämä syntyi... Vladimir Ivanovitš Vernadski väitti, että "maan kaasukuori, ilmamme, on elämän luonti". Se oli elämä, joka käynnisti hämmästyttävän fotosynteesin mekanismin. Yksi tämän prosessin lopputuotteista - vapaa happi alkoi aktiivisesti yhdistyä ammoniakin kanssa vapauttaen molekyylityppeä:

CO 2 + 2H 2O → fotosynteesi→ HSON + H20 + O2;

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H20.

Happi ja typpi, kuten tiedetään, eivät reagoi keskenään normaaleissa olosuhteissa, mikä antoi maapallon ilmalle mahdollisuuden säilyttää koostumuksen "status quo". Huomaa, että merkittävä osa ammoniakista on voinut liueta veteen hydrosfäärin muodostumisen aikana.

Nykyään pääasiallinen ilmakehään pääsevän N2:n lähde on vulkaaniset kaasut.

Jos katkaiset kolmoissidoksen...

Tuhottuaan ehtymättömät sitoutuneen aktiivisen typen varannot, villieläinten on kohdannut typen sitomisen ongelma. Vapaassa molekyylitilassa, kuten tiedämme, se osoittautui erittäin inertiksi. Syynä tähän on sen molekyylin kolmoiskemiallinen sidos: N≡N.

Yleensä tällaiset sidokset ovat epävakaita. Muista klassinen esimerkki asetyleenista: HC = CH. Sen molekyylin kolmoissidos on erittäin hauras, mikä selittää tämän kaasun uskomattoman kemiallisen aktiivisuuden. Mutta typellä on tässä selvä poikkeama: sen kolmoissidos muodostaa stabiilimman kaikista tunnetuista diatomisista molekyyleistä. Tämän yhteyden katkaiseminen vaatii paljon vaivaa. Esimerkiksi ammoniakin teollinen synteesi vaatii yli 200 atm painetta. ja yli 500°C lämpötilat ja jopa pakollinen katalyyttien läsnäolo... Ratkaistiin typen kiinnittymisongelma, luonnon täytyi saada aikaan jatkuva typpiyhdisteiden tuotanto ukkosmyrskymenetelmällä.

Tilastojen mukaan planeettamme ilmakehään iskee vuosittain yli kolme miljardia salamaa. Yksittäisten purkausten teho saavuttaa 200 miljoonaa kilowattia, kun taas ilma lämmitetään (tietysti paikallisesti) 20 000 asteeseen. Tällaisessa hirveässä lämpötilassa hapen ja typen molekyylit hajoavat atomeiksi, jotka helposti reagoivat keskenään muodostavat hauraan typpioksidin:

N2 + O2 → 2NO.

Nopean jäähtymisen ansiosta (salamapurkaus kestää 10 tuhannesosaa) typpioksidi ei hajoa ja hapettuu vapaasti ilman hapen vaikutuksesta vakaammaksi dioksidiksi:

2NO + O 2 → 2NO 2.

Ilman kosteuden ja sadepisaroiden läsnä ollessa typpidioksidi muuttuu typpihapoksi:

3NO 2 + H 2O → 2HNO 3 + NO.

Joten, kun olemme pudonneet tuoreen ukkosen alle, saamme mahdollisuuden uida heikon typpihappoliuoksessa. Maaperään tunkeutuessaan ilmakehän typpihappo muodostaa aineineen erilaisia ​​luonnollisia lannoitteita. Typpi kiinnittyy myös ilmakehään fotokemiallisin keinoin: absorboituaan valokvantin N2-molekyyli siirtyy virittyneeseen, aktivoituun tilaan ja pystyy yhdistymään hapen kanssa ...

Bakteerit ja typpi

Maaperästä typpiyhdisteitä pääsee kasveihin. Lisäksi: "hevoset syövät kauraa" ja saalistajat syövät kasvinsyöjiä. Ravintoketju on aineen kiertokulku, johon kuuluu alkuaine numero 7. Samaan aikaan typen olemassaolon muoto muuttuu, se sisältyy yhä monimutkaisempien ja usein erittäin aktiivisten yhdisteiden koostumukseen. Mutta se ei ole vain "myrskyn synnyttämä" typpi, joka kulkee ravintoketjun läpi.

Jo antiikissa havaittiin, että jotkut kasvit, erityisesti palkokasvit, pystyvät lisäämään maaperän hedelmällisyyttä.

”... Tai vuoden vaihtuessa kylvä kultaviljaa
Siellä hän korjasi sadon pellolta, palkoista kahisen,
Tai missä kasvoi pienihedelmäinen virna katkeralla lupiinilla..."

Ota selvää: tämä on nurmiviljelyjärjestelmä! Nämä rivit ovat peräisin Vergiliusin runosta, joka on kirjoitettu noin kaksituhatta vuotta sitten.

Ehkä ensimmäinen, joka mietti sitä, miksi palkokasvit lisäävät viljasatoa, oli ranskalainen agrokemisti J. Bussingault. Vuonna 1838 hän havaitsi, että palkokasvit rikastavat maaperää typellä. Viljat (ja monet muut kasvit) kuluttavat maata ja ottavat erityisesti kaiken saman typen. Boussengo ehdotti, että palkokasvien lehdet imevät typpeä ilmasta, mutta tämä oli väärinkäsitys. Tuolloin oli mahdotonta olettaa, että asia ei olisi itse kasveissa, vaan erityisissä mikro-organismeissa, jotka aiheuttavat kyhmyjen muodostumisen niiden juurille. Symbioosissa palkokasvien kanssa nämä organismit sitovat ilmakehän typpeä. Tämä on nyt totuus...

Nykyään tunnetaan melko paljon erilaisia ​​typen kiinnittäjiä: bakteereja, aktinomykeettejä, hiiva- ja homesieniä, sinileviä. Ja ne kaikki toimittavat typpeä kasveille. Mutta kysymys kuuluu: kuinka mikro-organismit hajottavat inertin N2-molekyylin ilman erityisiä energiakustannuksia? Ja miksi joillakin heistä on tämä hyödyllisin kyky kaikille eläville olennoille, kun taas toisilla ei ole? Pitkään se pysyi mysteerinä. Hiljainen, ilman ukkosta ja salamaa, elementin nro 7 biologisen kiinnittymisen mekanismi löydettiin vasta äskettäin. On todistettu, että alkuainetypen polku elävään aineeseen tuli mahdolliseksi pelkistysprosessien ansiosta, jonka aikana typpi muuttuu ammoniakiksi. Avainroolissa on entsyymi typpigenaasi. Sen keskukset, jotka sisältävät raudan ja molybdeenin yhdisteitä, aktivoivat typen "telakoimiseksi" vedyn kanssa, joka on aiemmin aktivoitu toisella entsyymillä. Joten inertistä typestä saadaan erittäin aktiivista ammoniakkia - biologisen typen sitomisen ensimmäinen vakaa tuote.

Näin se käy! Ensin elämänprosessit muuttivat primaarisen ilmakehän ammoniakin typeksi, ja sitten elämä taas muutti typen ammoniakiksi. Oliko luonnon sen arvoista "murtaa keihää" tässä? Tietenkin, koska näin syntyi elementin nro 7 kierto.

Salpietariesiintymät ja väestönkasvu

Salaman ja maaperän bakteerien aiheuttama typen luonnollinen sitominen tuottaa vuosittain noin 150 miljoonaa tonnia tämän alkuaineen yhdisteitä. Kaikki sitoutunut typpi ei kuitenkaan ole mukana kierrossa. Osa siitä poistetaan prosessista ja kerrostetaan salaattiesiintyminä. Rikkain tällainen ruokakomero oli Chilen Atacaman autiomaa Cordilleran juurella. Täällä ei ole satanut vuosiin. Mutta toisinaan vuorten rinteille sataa rankkoja sateita, jotka huuhtelevat pois maaperän yhdisteet. Vuosituhansien ajan vesivirtaukset kuljettivat alas liuenneita suoloja, joista eniten oli suolaa. Vesi haihtui, suolat jäivät... Näin syntyi maailman suurin typpiyhdisteesiintymä.

Toinen kuuluisa saksalainen kemisti Johann Rudolf Glauber, joka eli 1600-luvulla, totesi typpisuolojen poikkeuksellisen merkityksen kasvien kehitykselle. Kirjoituksissaan pohtiessaan typpipitoisten aineiden kiertokulkua luonnossa hän käytti sellaisia ​​ilmaisuja kuin "typpipitoiset maaperämehut" ja "suolapippuri - hedelmällisyyden suola".

Mutta luonnollista salpetaria alettiin käyttää lannoitteena vasta viime vuosisadan alussa, kun Chilen esiintymiä alettiin kehittää. Se oli tuolloin ainoa merkittävä sitoutuneen typen lähde, josta ihmiskunnan hyvinvointi näytti riippuvan. Typpiteollisuus ei tuolloin tullut kysymykseenkään.

Vuonna 1824 englantilainen pappi Thomas Malthus julisti surullisen oppinsa, jonka mukaan väestö kasvaa paljon nopeammin kuin ruoan tuotanto. Tuolloin Chilen salpeterin vienti oli vain noin 1000 tonnia vuodessa. Vuonna 1887 Malthusin maanmies, kuuluisa tiedemies Thomas Huxley ennusti sivilisaation lähestyvän lopun "typen nälän" vuoksi, jonka pitäisi tulla Chilen salpietariesiintymien kehittymisen jälkeen (sen tuotanto oli siihen mennessä jo yli 500 tuhatta tonnia vuodessa).

Yksitoista vuotta myöhemmin toinen kuuluisa tiedemies, Sir William Crookes, kertoi British Society for the Advancement of Sciencelle, että alle puolen vuosisadan kuluttua tapahtuisi ruokaromahdus, jos väestö ei vähene. Hän perusteli myös surullista ennustettaan sillä tosiasialla, että "pian Chilen salpietariesiintymät loppuvat täydellisesti" kaikkine seurauksineen.

Nämä ennustukset eivät toteutuneet - ihmiskunta ei kuollut, vaan hallitsee elementin nro 7 keinotekoisen kiinnityksen. Lisäksi luonnollisen suolan osuus on nykyään vain 1,5 % maailman typpeä sisältävien aineiden tuotannosta.

Kuinka typpi sidottiin

Ihmiset ovat voineet saada typpiyhdisteitä jo pitkään. Samaa salaattia valmistettiin erityisissä vajaissa - salpietari, mutta tämä menetelmä oli hyvin alkeellinen. Salaattia valmistetaan kasoista lantaa, tuhkaa, jätöksiä, ihon raapuja, verta, perunan latvoja. Näiden kahden vuoden ajan kasoja kastellaan virtsalla ja käännetään ympäri, minkä jälkeen niihin muodostuu suolapinnoite, "sellainen kuvaus salaattituotannosta on eräässä vanhassa kirjassa.

Hiili, joka sisältää jopa 3 % typpeä, voi toimia myös typpiyhdisteiden lähteenä. Sitoutunut typpi! Tätä typpeä alettiin eristää hiilen koksauksen aikana, jolloin ammoniakkifraktio vangittiin ja se johdettiin rikkihapon läpi.

Lopputuote on ammoniumsulfaatti. Mutta tämä on yleensä murusia. On jopa vaikea kuvitella, kuinka sivilisaatiomme kehittyisi, jos se ei ratkaisisi teollisesti hyväksyttävää ilmakehän typen sitoutumisen ongelmaa ajoissa.

Scheele oli ensimmäinen, joka sitoi ilmakehän typpeä. Vuonna 1775 hän sai natriumsyanidia kuumentamalla soodaa hiilen kanssa typpiatmosfäärissä:

Na2CO3 + 4C + N2 → 2NaCN + 3CO.

Vuonna 1780 Priestley havaitsi, että veden päälle käännetyn astian sisältämän ilman tilavuus pienenee, jos sen läpi johdetaan sähkökipinä, ja vesi saa heikon hapon ominaisuudet. Tämä koe oli, kuten tiedämme (Priestley ei tiennyt), malli typen kiinnittymisen luonnollisesta mekanismista. Neljä vuotta myöhemmin Cavendish, joka kuljetti sähköpurkauksen lasiputkeen suljetun ilman läpi alkalilla, löysi sieltä salpeterin.

Ja vaikka kaikki nämä kokeet eivät voineet mennä tuolloin laboratorioiden ulkopuolelle, ne osoittavat prototyypin typen sitomiseen teollisista menetelmistä - syanamidista ja kaaresta, jotka ilmestyivät 1800-1900-luvun vaihteessa.

Syanamidimenetelmän patentoivat vuonna 1895 saksalaiset tutkijat A. Frank ja N. Caro. Tämän menetelmän mukaan typpi, kun sitä kuumennettiin kalsiumkarbidilla, sitoutui kalsiumsyanamidiin:

CaC 2 + N 2 → Ca(CN) 2.

Vuonna 1901 Frankin poika, joka esitti ajatuksen, että kalsiumsyanamidi voisi toimia hyvänä lannoitteena, loi olennaisesti perustan tämän aineen tuotannolle. Kiinteän typen teollisuuden kasvua edesauttoi halvan sähkön ilmaantuminen. Lupaavin tapa kiinnittää ilmakehän typpeä XIX vuosisadan lopussa. katsottiin kaareksi käyttämällä sähköpurkausta. Pian Niagaran voimalaitoksen rakentamisen jälkeen amerikkalaiset käynnistivät lähistöllä (vuonna 1902) ensimmäisen kaarivoimalan. Kolme vuotta myöhemmin Norjassa otettiin käyttöön kaariinstallaatio, jonka ovat kehittäneet teoreetikko ja revontulien tutkimuksen asiantuntija H. Birkeland ja käytännön insinööri S. Eide. Tämän tyyppiset kasvit ovat yleisiä; heidän tuottamaaan suolapippuria kutsuttiin norjalaiseksi. Energiankulutus tässä prosessissa oli kuitenkin erittäin korkea ja oli 70 tuhatta kilowattia/tunti sitoutunutta typpeä kohti, ja vain 3 % tästä energiasta käytettiin suoraan kiinnitykseen.

Ammoniakin kautta

Edellä luetellut typensidontamenetelmät olivat vain lähestymistapoja menetelmälle, joka ilmestyi vähän ennen ensimmäistä maailmansotaa. Hänestä amerikkalainen tieteen popularisoija E. Slosson huomautti hyvin nokkelasti: "Aina on sanottu, että britit hallitsevat merta ja ranskalaiset maalla, kun taas saksalaisille jää vain ilma. Saksalaiset näyttivät ottavan tämän vitsin vakavasti ja alkoivat käyttää ilmavaltakuntaa hyökätäkseen brittejä ja ranskalaisia ​​vastaan... Keisarilla... hallussaan kokonainen zeppeliinilaivasto ja typen sitomismenetelmä, jota mikään muu kansa ei tuntenut. Zeppeliinit puhkesivat kuin turvatyynyt, mutta typen kiinnityslaitokset jatkoivat toimintaansa ja tekivät Saksasta riippumattoman Chilestä paitsi sotavuosina, myös rauhan aikana.

Slosson ei ollut aivan oikeassa sanoessaan, että menetelmää typen kiinnittämiseksi ammoniakiksi ei tunneta muualla kuin Saksassa. Tämän prosessin teoreettiset perustat loivat ranskalaiset ja brittiläiset tiedemiehet. Vuonna 1784 kuuluisa C. Berthollet määritti ammoniakin koostumuksen ja ehdotti tämän aineen synteesin ja hajoamisen reaktioiden kemiallista tasapainoa. Viisi vuotta myöhemmin englantilainen W. Austin teki ensimmäisen yrityksen syntetisoida NH 3:a typestä ja vedystä. Ja lopuksi ranskalainen kemisti A. Le Chatelier, joka muotoili selkeästi liikkuvan tasapainon periaatteen, oli ensimmäinen, joka syntetisoi ammoniakkia. Samaan aikaan hän käytti korkeaa painetta ja katalyyttejä - sienimäistä platinaa ja rautaa. Vuonna 1901 Le Chatelier patentoi tämän menetelmän.

Ammoniakin synteesiä tutkivat vuosisadan alussa myös E. Perman ja G. Atkins Englannissa. Nämä tutkijat käyttivät kokeissaan erilaisia ​​metalleja katalyytteinä, erityisesti kuparia, nikkeliä ja kobolttia ...

Mutta ammoniakin synteesin luominen vedystä ja typestä teollisessa mittakaavassa onnistui ensimmäistä kertaa Saksassa. Tämä on kuuluisan kemistin Fritz Haberin ansio. Vuonna 1918 hänelle myönnettiin kemian Nobelin palkinto.

Saksalaisen tiedemiehen kehittämä NH 3:n tuotantotekniikka oli hyvin erilainen kuin muut tuon ajan teollisuudenalat. Tässä sovellettiin ensimmäistä kertaa suljetun syklin periaatetta jatkuvasti toimivilla laitteilla ja energian talteenotolla. Ammoniakin synteesin teknologian lopullisen kehityksen sai päätökseen Haberin kollega ja ystävä K. Bosch, jolle myönnettiin myös Nobel-palkinto vuonna 1931 kemiallisten synteesimenetelmien kehittämisestä korkeissa paineissa.

Luonnon polulla

Ammoniakin synteesistä on tullut toinen malli elementin nro 7 luonnolliselle kiinnittymiselle. Muista, että mikro-organismit sitovat typpeä NH 3:ssa. Kaikilla Haber-Boschin prosessin eduilla se näyttää epätäydelliseltä ja hankalalta luonnolliseen prosessiin verrattuna!

"Ilmakehän typen biologinen kiinnittyminen... oli eräänlainen paradoksi, jatkuva haaste kemisteille, eräänlainen osoitus tietomme riittämättömyydestä." Nämä sanat kuuluvat Neuvostoliiton kemisteille M.E. Volpin ja A.E. Shilov, joka yritti kiinnittää molekyylin typpeä lievissä olosuhteissa.

Aluksi tuli epäonnistumisia. Mutta vuonna 1964 Neuvostoliiton tiedeakatemian organoelementtiyhdisteiden instituutissa Volpinin laboratoriossa tehtiin löytö: siirtymämetalliyhdisteiden - titaanin, vanadiinin, kromin, molybdeenin ja raudan - läsnäollessa - alkuaine nro. 7 aktivoituu ja muodostaa normaaleissa olosuhteissa monimutkaisia ​​yhdisteitä, jotka hajoavat veden vaikutuksesta ammoniakiksi. Juuri nämä metallit toimivat typen kiinnityskeskuksina typpeä sitovissa entsyymeissä ja erinomaisina katalyytteinä ammoniakin tuotannossa.

Pian sen jälkeen kanadalaiset tiedemiehet A. Allen ja K. Zenof, tutkiessaan hydratsiini N 2 H 2:n reaktiota ruteenitrikloridin kanssa, saivat kemiallisen kompleksin, jossa taas lievissä olosuhteissa typpi osoittautui sitoutuneeksi. Tämä tulos oli niin vastoin tavallisia ajatuksia, että lehden toimittajat, jonne tutkijat lähettivät artikkelinsa sensaatiomaisella viestillä, kieltäytyivät julkaisemasta sitä. Myöhemmin Neuvostoliiton tutkijat onnistuivat saamaan typpeä sisältäviä orgaanisia aineita lievissä olosuhteissa. On vielä liian aikaista puhua teollisista menetelmistä ilmakehän typen lievään kemialliseen kiinnittämiseen, mutta saavutettu edistys antaa meille mahdollisuuden ennakoida tulevaa vallankumousta kiinnityselementin nro 7 tekniikassa.

Nykyaikainen tiede ei ole unohtanut vanhoja menetelmiä typpiyhdisteiden saamiseksi oksidien kautta. Tässä pääasialliset ponnistelut kohdistuvat sellaisten teknisten prosessien kehittämiseen, jotka nopeuttavat N2-molekyylin hajoamista atomeiksi. Typen hapettumisen lupaavimpia alueita ovat ilman poltto erikoisuuneissa, plasmapolttimien käyttö ja kiihdytetyn elektronisuihkun käyttö näihin tarkoituksiin.

Miksi pelätä?

Nykyään ei ole mitään syytä pelätä, että ihmiskunta koskaan joutuisi kokemaan typpiyhdisteiden puutetta. Elementin #7 teollinen kiinnitys etenee uskomatonta vauhtia. Jos 60-luvun lopussa maailman kiinteän typen tuotanto oli 30 miljoonaa tonnia, niin ensi vuosisadan alkuun mennessä se nousee todennäköisesti miljardiin tonniin!

Tällaiset onnistumiset eivät ole vain rohkaisevia, vaan myös huolestuttavia. Tosiasia on, että N 2:n keinotekoinen kiinnittäminen ja valtavan määrän typpeä sisältävien aineiden vieminen maaperään on karkein ja merkittävin ihmisen puuttuminen aineiden luonnolliseen kiertoon. Nykyään typpilannoitteet eivät ole vain hedelmällisyyttä edistäviä aineita, vaan myös ympäristön saasteita. Ne huuhtoutuvat maaperästä jokiin ja järviin, aiheuttavat haitallista altaiden kukintaa ja kulkeutuvat ilmavirtojen mukana pitkiä matkoja...

Jopa 13 % kivennäislannoitteiden sisältämästä typestä menee pohjaveteen. Typpiyhdisteet, erityisesti nitraatit, ovat haitallisia ihmisille ja voivat aiheuttaa myrkytyksen. Tässä on typen syöttölaite sinulle!

Maailman terveysjärjestö (WHO) on hyväksynyt juomaveden suurimman sallitun nitraattipitoisuuden: 22 mg/l lauhkeilla leveysasteilla ja 10 mg/l tropiikissa. Neuvostoliitossa terveysstandardit säätelevät nitraattipitoisuutta altaiden vedessä "trooppisten" standardien mukaisesti - enintään 10 mg / l. Osoittautuu, että nitraatit ovat "kaksiteräinen" lääke ...

4. lokakuuta 1957 ihmiskunta puuttui jälleen elementin nro 7 kiertokulkuun laukaisemalla avaruuteen typellä täytetyn "pallon" - ensimmäisen keinotekoisen satelliitin ...

Mendelejev typestä

”Vaikka aktiivisin, ts. helpoin ja usein kemiallisesti aktiivisin osa ympäröivästä ilmasta on happi, mutta sen suurin massa sekä tilavuuden että painon perusteella on typpi; nimittäin kaasumainen typpi muodostaa yli 3/4, vaikkakin alle 4/5, ilman tilavuudesta. Ja koska typpi on vain hieman kevyempää kuin happi, ilmassa olevan typen painopitoisuus on noin 3/4 sen koko massasta. Ilmaan joutuessaan näin merkittävänä määränä typellä ei ilmeisesti ole erityisen näkyvää roolia ilmakehässä, jonka kemiallinen vaikutus määräytyy pääasiassa sen happipitoisuuden perusteella. Mutta oikea käsitys typestä saadaan vasta, kun opimme, että eläimet eivät voi elää pitkään puhtaassa hapessa, ne jopa kuolevat ja että ilman typpi, vaikkakin vain hitaasti ja pikkuhiljaa, muodostaa erilaisia ​​yhdisteitä, joista osa niillä on tärkeä rooli luonnossa, erityisesti organismien elämässä.

Missä typpeä käytetään?

Typpi on kaikista kaasuista halvin, kemiallisesti inertti normaaleissa olosuhteissa. Sitä käytetään laajalti kemiallisessa teknologiassa hapettamattomien ympäristöjen luomiseen. Helposti hapettuvia yhdisteitä varastoidaan laboratorioissa typpiatmosfäärissä. Erinomaiset maalaukset sijoitetaan joskus (varastointiin tai kuljetuksen aikana) typellä täytettyihin hermeettisiin koteloihin - suojaamaan maalia kosteudelta ja ilman kemiallisesti aktiivisilta komponenteilta.

Typellä on merkittävä rooli metallurgiassa ja metallintyöstyksessä. Eri metallit sulassa tilassa reagoivat eri tavalla typen läsnäoloon. Esimerkiksi kupari on täysin inerttiä typen suhteen, joten kuparituotteet usein hitsataan tämän kaasun suihkussa. Magnesium päinvastoin, kun se poltetaan ilmassa, se antaa yhdisteitä paitsi hapen, myös typen kanssa. Joten työskenneltäessä magnesiumtuotteiden kanssa korkeissa lämpötiloissa typpiympäristöä ei voida soveltaa. Titaanipinnan typpikyllästys antaa metallille lisää lujuutta ja kulutuskestävyyttä - se muodostaa erittäin vahvan ja kemiallisesti inertin titaaninitridin. Tämä reaktio tapahtuu vain korkeissa lämpötiloissa.

Tavallisissa lämpötiloissa typpi reagoi aktiivisesti vain yhden metallin, litiumin, kanssa.

Suurin määrä typpeä menee ammoniakin tuotantoon.

typpinarkoosi

Laajalle levinnyt mielipide typen fysiologisesta inertsyydestä ei ole täysin oikea. Typpi on fysiologisesti inerttiä normaaleissa olosuhteissa.

Paineen lisääntyessä esimerkiksi sukeltajien sukeltaessa liuenneen typen pitoisuus kehon proteiinissa ja erityisesti rasvakudoksissa kasvaa. Tämä johtaa niin kutsuttuun typpinarkoosiin. Sukeltaja näyttää humalassa: liikkeiden koordinaatio häiriintyy, tajunta hämmentyy. Siitä, että syynä tähän on typpi, tutkijat vakuuttuivat lopulta suoritettuaan kokeita, joissa sukeltajan pukuun syötettiin tavallisen ilman sijasta helium-happiseosta. Samalla anestesian oireet hävisivät.

tilaa ammoniakkia

Aurinkokunnan suuret planeetat Saturnus ja Jupiter koostuvat, kuten tähtitieteilijät uskovat, osittain kiinteästä ammoniakista. Ammoniakki jäätyy -78°C:ssa, kun taas esimerkiksi Jupiterin pinnalla keskilämpötila on 138°C.

Ammoniakki ja ammonium

Suuressa typen perheessä on outo yhdiste - ammonium NH 4. Vapaassa muodossa sitä ei löydy mistään, ja suoloissa sillä on alkalimetallin rooli. Nimen "ammonium" ehdotti vuonna 1808 kuuluisa englantilainen kemisti Humphrey Davy. Latinankielinen sana ammonium tarkoitti kerran: suolaa ammoniumista. Ammoniakki on alue Libyassa. Siellä oli egyptiläisen jumalan Ammonin temppeli, jonka mukaan koko alue kutsuttiin. Ammoniakissa ammoniumsuoloja (pääasiassa ammoniakkia) on jo pitkään saatu polttamalla kamelin lantaa. Suolojen hajoaminen tuotti kaasua, jota nykyään kutsutaan ammoniakiksi.

Vuodesta 1787 (sama vuosi, jolloin termi "typpi" otettiin käyttöön) kemikaalinimikkeistön komissio on antanut tälle kaasulle nimen ammoniakki (ammoniakki). Venäläinen kemisti Ya.D. Tämä nimi vaikutti Zakharovilta liian pitkältä, ja vuonna 1801 hän jätti siitä kaksi kirjainta pois. Näin syntyi ammoniakki.

Ilokaasu

Viidestä typen oksidista kaksi - oksidi (NO) ja dioksidi (NO 2) - ovat löytäneet laajan teollisen käytön. Kahta muuta - typpihappoanhydridiä (N 2 O 3) ja typpihappoanhydridiä (N 2 O 5) - ei usein löydy laboratorioista. Viides on typpioksiduuli (N 2 O). Sillä on hyvin erikoinen fysiologinen vaikutus, minkä vuoksi sitä usein kutsutaan naurukaasuksi.

Erinomainen englantilainen kemisti Humphrey Davy järjesti erikoisistuntoja tämän kaasun avulla. Näin yksi Davyn aikalaisista kuvaili dityppioksidin vaikutusta: "Jotkut herrat hyppäsivät pöydillä ja tuoleilla, toiset pääsivät kielensä irti, toiset osoittivat äärimmäistä taipumusta tappeluun."

Swift nauroi turhaan

Tunnettu satiiri Jonathan Swift pilkkasi mielellään nykytieteen hedelmättömyyttä. Teoksessa Gulliver's Travels, Lagado Academyn kuvauksessa, on tällainen paikka: ”Hänellä oli käytössään kaksi suurta huonetta, jotka olivat täynnä mitä hämmästyttävimmistä uteliaisuuksista; hänen alaisuudessaan työskenteli viisikymmentä avustajaa. Jotkut kondensoivat ilman kuivaksi tiheäksi aineeksi, uuttaen siitä salpeteria ... "

Nyt ilmasta saatu suola on täysin todellinen asia. Ammoniumnitraatti NH 4 NO 3 on todellakin valmistettu ilmasta ja vedestä.

Bakteerit sitovat typpeä

Ajatuksen siitä, että jotkut mikro-organismit voivat sitoa ilmakehän typpeä, ilmaisi ensimmäisenä venäläinen fyysikko P. Kossovich. Venäläinen biokemisti S.N. Winogradsky oli ensimmäinen, joka eristi yhden tyyppisiä typpeä sitovia bakteereja maaperästä.

Kasvit ovat nirsoja

Dmitri Nikolaevich Pryanishnikov havaitsi, että jos kasvi antaa mahdollisuuden valita, se suosii ammoniakkityppeä nitraatin sijaan. (Nitraatit ovat typpihapon suoloja).

Tärkeä hapetin

Typpihappo HNO 3 on yksi tärkeimmistä kemianteollisuuden hapettimista. Ensimmäinen, joka valmisti sen rikkihapolla suolapisaralla, oli yksi 1600-luvun suurimmista kemististä. Johann Rudolf Glauber.

Tällä hetkellä typpihapon avulla saatavien yhdisteiden joukossa on monia ehdottoman välttämättömiä aineita: lannoitteita, väriaineita, polymeerimateriaaleja, räjähteitä.

Kaksoisrooli

Joillakin maatalouskemiassa käytetyillä typpeä sisältävillä yhdisteillä on kaksi tehtävää. Esimerkiksi puuvillanviljelijät käyttävät kalsiumsyanamidia lehtienpoistoaineena, aineena, joka aiheuttaa lehtien putoamisen ennen sadonkorjuuta. Mutta tämä yhdiste toimii myös lannoitteena.

Typpi torjunta-aineissa

Kaikki aineet, mukaan lukien typpi, eivät edistä minkään kasvien kehitystä. Fenoksietikka- ja trikloorifenoksietikkahappojen amiinisuolat ovat rikkakasvien torjunta-aineita. Ensimmäinen estää rikkakasvien kasvua viljakasvien pelloilla, toista käytetään maan raivaamiseen peltoon - se tuhoaa pieniä puita ja pensaita.

Polymeerit: biologisista epäorgaanisiin

Typpiatomit ovat osa monia luonnollisia ja synteettisiä polymeerejä - proteiinista nailoniin. Lisäksi typpi on olennainen osa hiilettömiä, epäorgaanisia polymeerejä. Epäorgaanisen kumin - polyfosfonitriilikloridin - molekyylit ovat suljettuja syklejä, jotka koostuvat vuorottelevista typpi- ja fosforiatomeista, joita ympäröivät kloori-ionit. Epäorgaaniset polymeerit sisältävät myös joidenkin metallien nitridejä, mukaan lukien kovimmat kaikista aineista - boratsoni.

Aineenvaihdunta

Typpi on yksi organogeenisista alkuaineista (eli josta kaikki elimet ja kudokset koostuvat pääosin), jonka massaosuus ihmiskehossa on jopa 2,5 %. Typpi on olennainen osa aineita, kuten (ja siten peptidejä ja proteiineja), nukleotideja, hemoglobiinia, joitakin hormoneja ja välittäjäaineita.

Typen biologinen rooli

Puhtaalla (alkuaine)typellä ei sinänsä ole mitään biologista roolia. Typen biologinen rooli johtuu sen yhdisteistä. Joten aminohappojen koostumuksessa se muodostaa peptidejä ja (kaikkien elävien organismien tärkein komponentti); osana nukleotideja se muodostaa DNA:ta ja RNA:ta (jonka kautta kaikki tieto välittyy solun sisällä ja periytyvästi); osana hemoglobiinia se osallistuu hapen kuljettamiseen keuhkoista elimiin ja kudoksiin.

Jotkut hormonit ovat myös aminohappojen johdannaisia ​​ja sisältävät siksi myös typpeä (insuliini, glukagoni, tyroksiini, adrenaliini jne.). Jotkut välittäjät, joiden avulla hermosolut "kommunikoivat", sisältävät myös typpiatomin (asetyylikoliini).

Yhdisteet, kuten typpioksidi (II) ja sen lähteet (esimerkiksi nitroglyseriini - painetta alentava lääke) vaikuttavat verisuonten sileisiin lihaksiin varmistaen sen rentoutumisen ja verisuonten laajenemisen yleensä (johtaen paineen laskuun).

Ruokavalion typen lähteet

Huolimatta typen saatavuudesta eläville organismeille (se muodostaa lähes 80% planeettamme ilmakehästä), ihmiskeho ei pysty absorboimaan typpeä tässä (alkuaine)muodossa. Typpi tulee ihmiskehoon pääasiassa proteiinien, peptidien ja aminohappojen (kasvi- ja eläinperäisten) koostumuksessa sekä sellaisten typpeä sisältävien yhdisteiden koostumuksessa, kuten: nukleotidit, puriinit jne.

typen puute

Ilmiönä typen puutetta ei koskaan havaita. Koska elimistö ei tarvitse sitä perusmuodossaan, puutetta ei näin ollen koskaan esiinny. Toisin kuin itse typen, sitä sisältävien aineiden (ensisijaisesti proteiinien) puute on melko yleinen ilmiö.

Typen puutteen syyt

• Irrationaalinen ruokavalio, joka sisältää riittämättömän määrän proteiinia tai proteiinia, jonka aminohappokoostumus on viallinen (proteiinin nälkä);
• Proteiinien sulamisen rikkominen maha-suolikanavassa;
• Aminohappojen imeytymisen rikkominen suolistossa;
• Maksan dystrofia ja kirroosi;
• perinnölliset aineenvaihduntahäiriöt;
• Kudosproteiinien tehostettu hajoaminen;
• Typen aineenvaihdunnan säätelyn rikkominen.

Typen puutteen seuraukset

• Lukuisat häiriöt, jotka kuvastavat proteiinien, aminohappojen, typpeä sisältävien yhdisteiden ja typpeen liittyvien bioelementtien aineenvaihdunnan häiriöitä (dystrofia, turvotus, erilaiset immuunipuutokset, apatia, fyysinen toimettomuus, henkinen ja fyysinen jälkeenjääneisyys jne.).

ylimääräistä typpeä

Kuten puute, typen ylimäärää ilmiönä ei koskaan havaita - voidaan puhua vain sitä sisältävien aineiden ylimäärästä. Vaarallisin on, kun typpeä pääsee ihmiskehoon merkittäviä määriä osana myrkyllisiä aineita, kuten nitraatteja ja nitriittejä.

Ylimääräisen typen syyt

• Epätasapainoinen ruokavalio proteiinille ja aminohapoille (jälkimmäisen lisäämisen suuntaan);
• Typen saanti elintarvikkeiden myrkyllisten komponenttien kanssa (pääasiassa nitraatit ja nitriitit);
• Typen saanti eri alkuperää olevien myrkyllisten aineiden kanssa (oksidit, ammoniakki, typpihappo, syanidit jne.).

Ylimääräisen typen seuraukset

• Lisääntynyt munuaisten ja maksan kuormitus;
• vastenmielisyys proteiiniruokaa kohtaan;
• Kliiniset myrkytyksen merkit myrkyllisillä typpeä sisältävillä aineilla.

Materiaalin laati: Aleksei Stepanov, ekologi

Ennen kuin siirryt suoraan typpilannoitteisiin, sinun on ymmärrettävä se Kasvien ravinnon tärkein typen lähde on ennen kaikkea itse maaperä. Kasvien saanti maaperän typellä eri maaperä-ilmastoalueiden erityisolosuhteissa ei ole sama. Tältä osin maaperän typpivaroja on suuntautunut lisääntymään podzolic-vyöhykkeen köyhemmiltä maaperiltä suhteellisen typpeä sisältäviin paksuihin ja tavallisiin chernozemeihin. Kevyt hiekka- ja hiekkamaa on erittäin typpiköyhä.

Maaperän tärkeimmät typpivarastot ovat keskittyneet sen humukseen, joka sisältää noin 5 % typpeä. Siksi mitä korkeampi humuspitoisuus maaperässä ja mitä tehokkaampi sillä kyllästetty maakerros on, sitä parempi on typpisato. Humus on erittäin vakaa aine; ja sen hajoaminen mikro-organismien toimesta ja mineraalisuolojen vapautuminen etenee erittäin hitaasti. Siksi vain noin 1 % maaperän typestä sen kokonaispitoisuudesta on kasvien saatavilla olevien vesiliukoisten mineraaliyhdisteiden osuus.

Maaperän orgaaninen typpi on kasvien saatavilla vasta sen mineralisoitumisen jälkeen.- maaperän mikro-organismien suorittama prosessi käyttämällä maaperän orgaanista ainetta energialähteenä. Orgaanisen typen mineralisoitumisen intensiteetti riippuu myös maaperän fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista, kosteusolosuhteista, lämpötilasta, ilmastuksesta jne.

Myös typpeä voi tulla ilmakehästä sateen mukana ja suoraan ilmasta ns. typen kiinnitysaineiden avulla: joidenkin bakteerien, sienten ja levien avulla. Mutta tätä typpeä on suhteellisen vähän, ja sillä voi olla rooli typen ravitsemuksessa monien vuosien ajan kertymisen seurauksena peltomaille ja neitseellisille maille.

Typpi kasveissa

Kaikki kasvien orgaaninen aines ei sisällä typpeä. Sitä ei ole esimerkiksi yleisimmässä yhdisteessä - kuidussa, se puuttuu sokereista, tärkkelyksestä, öljyistä, joita kasvi syntetisoi. Mutta aminohappojen ja niistä muodostuvien proteiinien koostumuksessa typpeä on välttämättä läsnä. Se sisältyy myös nukleiinihappoihin, minkä tahansa elävän solun toiseksi tärkeimpiin aineisiin, jotka ovat erityisen tärkeitä proteiinien rakentamiselle ja kantavat kehon perinnöllisiä ominaisuuksia. Elävät katalyytit - entsyymit - ovat myös proteiinikappaleita. Klorofylli sisältää typpeä, jota ilman kasvit eivät pysty absorboimaan aurinkoenergiaa. Typpi sisältyy lipoideihin, alkaloideihin ja moniin muihin kasveissa esiintyviin orgaanisiin yhdisteisiin.

Kasvuelimistä nuorissa lehdissä on eniten typpeä, mutta ikääntyessään typpi siirtyy juuri esiin nouseviin nuoriin lehtiin ja versoihin. Tulevaisuudessa kukkien ja hedelmien pölytyksen jälkeen typpiyhdisteet siirtyvät yhä selvemmin lisääntymiselimiin, joissa ne kerääntyvät proteiineina. Siementen kypsyessä kasvulliset elimet ovat huomattavasti tyhjentyneet typessä.

Mutta jos kasvit saavat ylimääräistä typpiravintoa, se kerääntyy paljon kaikkiin elimiin; Samalla havaitaan kasvullisen massan nopeaa kehitystä, mikä viivästyttää kypsymistä ja voi vähentää haluttujen tuotteiden osuutta viljellyn sadon kokonaissadosta.

Normaali typpiravinto ei ainoastaan ​​lisää satoa, vaan myös parantaa sen laatua. Tämä ilmaistaan ​​proteiinipitoisuuden ja arvokkaampien proteiinien pitoisuuden kasvuna.

Typpipitoiset kasvit kasvavat tavallisesti nopeasti, niiden lehdet erottuvat voimakkaasta tummanvihreästä väristä ja suuresta koosta. Päinvastoin, typen puute hidastaa kasvin kaikkien elinten kasvua, lehdet ovat väriltään vaaleanvihreitä (klorofylliä on vähän, mikä ei muodostu kasvin heikon typen saannin vuoksi) ja ovat usein pieniä. . Sato laskee, siementen proteiinipitoisuus vähenee. Siksi, koska maaperässä ei ole orgaanista typpeä, tarve varmistaa kasvien normaali typen ravinto lannoitteiden avulla on erittäin tärkeä tehtävä maataloudelle.

Typpilannoitteiden levitys ja levitysmäärät

Typpilannoitteiden käyttöönoton myötä lähes kaikkien kasvien sato kasvaa. Typpilannoitteita maataloudessa ja puutarhataloudessa käytetään kaikkialla: vihanneskasveille, hedelmä- ja marjakasveille, hedelmäpuille, pensaille, viinirypäleille, mansikoille, koristekasveille, kukille (, pioneille, tulppaaneille jne.), niitä käytetään myös taimet ja nurmikot.

Hakemushinnat

• Hedelmätarhoissa ja hedelmätarhoissa perunoiden, vihannesten, hedelmien ja marjojen sekä kukkakasvien pääkäytön keskimääräiseksi annokseksi tulee katsoa 0,6-0,9 kg typpeä 100 m²:tä kohti.
• Pintakäsittelyssä perunalle, vihannes- ja kukkakasveille - 0,15-0,2 kg typpeä 100 m²:lle, hedelmä- ja marjakasveille - 0,2-0,3 kg typpeä 100 m²:lle.
• Liuoksen valmistamiseksi otetaan 15-30 g typpeä 10 litraa vettä kohden, kun liuosta jaetaan 10².
• Lehtipintakäsittelyssä käytetään 0,25-5 % liuoksia (25-50 g/10 litraa vettä), kun ne levitetään 100-200 m²:lle.

Kaikki arvot on annettu ottamatta huomioon typen prosenttiosuutta kussakin lannoitetyypissä, jotta se muutetaan lannoitteeksi, se on jaettava lannoitteen typen prosenttiosuudella ja kerrottava 100:lla.

Typpilannoitteita ovat mineraali- ja orgaaniset lannoitteet, harkitse ensin mineraalityppilannoitteita.

Mineraalityppilannoitteiden tyypit

Koko typpilannoitteiden tuotantovalikoima voidaan yhdistää kolmeen ryhmään:

1. Ammoniakkilannoitteet (esim. ammoniumsulfaatti, ammoniumkloridi);
2. Nitraattilannoitteet (esim. kalsium- tai natriumnitraatti);
3. Amidilannoitteet (esim. urea).

Lisäksi valmistetaan lannoitteita, jotka sisältävät typpeä samanaikaisesti ammoniakin ja nitraattien muodossa (esim. ammoniumnitraatti).

Typpilannoitteiden tuotannon pääalue:

Typpilannoitteen tyyppi	Typpipitoisuus
Ammoniakki
Ammoniakki vedetön	82,3%
ammoniakkivettä	20,5%
Ammoniumsulfaatti	20,5-21,0%
Ammoniumkloridi	24-25%
Nitraatti
natriumnitraatti	16,4%
kalsiumnitraatti	13,5-15,5%
Ammoniumnitraatti
Ammoniumnitraatti	34-35%
Kalkkiammoniumnitraatti	20,5%
Ammoniumnitraattiin perustuva ammoniakki	34,4-41,0%
Kalsiumnitraattipohjainen ammoniakki	30,5-31,6%
ammoniumsulfonitraatti	25,5-26,5%
amidi
kalsiumsyanamidi	18-21%
Urea	42,0-46,2%
Urea-formaldehydi ja metyleeni-urea (hidasvaikutteinen)	38-42%
Ureapohjaiset ammoniaatit	37-40%

Typpi-fosfori-kaliumlannoitteet

Typpilannoitteiden käyttö on usein välttämätöntä yhdessä fosforin ja lannoitteiden kanssa. Esimerkiksi ammoniumnitraatin, superfosfaatin ja luu- tai dolomiittijauhojen seos. Kasvin kehityksen eri vaiheissa se tarvitsee kuitenkin erilaisia ​​lannoitesuhteita. Esimerkiksi, kukinnan aikana ylimääräinen typpi voi vain huonontaa lopullista satoa. Luonnollisesti kasvi tarvitsee nämä kolme tärkeintä ravintoainetta, mutta kasvin optimaaliseen kehitykseen tarvitaan muitakin makro- ja mikroravinteita. Joten typpi-fosfori-kaliumlannoitteet eivät ole ihmelääke.

Alla on mineraalityppilannoitteiden luokitus:

Ammoniakki ja ammoniumnitraattilannoitteet

Ammoniumnitraatti

(NH4NO3) korkean suorituskyvyn lannoite, sisältää noin 34-35 % typpeä. Sitä voidaan käyttää sekä pääesittelyyn että pintasidoksiin. Ammoniumnitraatti on painolastiton lannoite, joka on erityisen tehokas huonosti kostutetuilla alueilla, kun maaperän liuospitoisuus on suuri. Vesistöillä alueilla ammoniumnitraatti on vähemmän tehokas, se on mahdollista huuhdella pohjaveteen sateen mukana. Kevyillä hiekkamailla lannoitetta ei tule levittää syksyllä.

Hienokiteinen ammoniumnitraatti paakkuuntuu nopeasti, joten se on säilytettävä sisätiloissa, kosteuden ulottumattomissa ja vedenpitävässä astiassa. On tarpeen jauhaa ennen maahan levittämistä, jotta ei muodostu taskuja, joissa lannoitepitoisuus on lisääntynyt.

Kun sekoitetaan, on tarpeen lisätä seokseen noin 15% neutraloivaa ainetta, sellainen aine voi olla liitu, hieno kalkki, dolomiitti. Seosta valmistettaessa superfosfaattiin on ensin lisättävä neutraloiva aine.

Ammoniumnitraatti itsessään lisää toimintansa ansiosta maaperän happamuutta. Vaikutus käytön alussa ei ehkä ole havaittavissa, mutta pitkällä aikavälillä happamuus lisääntyy. Siksi suosittelemme lisäämään ammoniumnitraattiin neutraloivaa ainetta per 1 kg noin 0,7 kg neutraloivaa ainetta, kuten liitua, kalkkia, dolomiittia, jälkimmäinen on erityisen hyvä kevyellä hiekkamaalla, koska se sisältää magnesiumia.

Tällä hetkellä puhdasta ammoniumnitraattia ei löydy vähittäiskaupasta, mutta valmiita seoksia löytyy. Edellä olevan perusteella 60 % ammoniumnitraatin ja 40 % neutralointiaineen seos on hyvä vaihtoehto, sellaisessa seoksessa saadaan noin 20 % typpeä.

Ammoniumsulfaatti

Ammoniumsulfaatti (NH4)2SO4 sisältää noin 20,5 % typpeä.

Ammoniumsulfaattityppi on kasvien saatavilla ja kiinnittyy hyvin maaperään, koska se sisältää typpeä kationina, joka on vähemmän liikkuvaa maaliuoksessa. Siksi tätä lannoitetta voidaan levittää myös syksyllä ilman pelkoa suurista typen menetyksistä, jotka johtuvat huuhtoutumisesta alempaan horisonttiin tai pohjaveteen. Sopii hyvin pääkäyttöön, mutta sopii myös pintakäsittelyyn.

Sillä on happamoittava vaikutus, joten, kuten ammoniumnitraatin tapauksessa, on tarpeen lisätä 1,15 kg neutraloivaa ainetta 1 kg:aa kohti: liitu, hieno kalkki, dolomiitti kevyellä hiekkamaalla.

Ammoniumnitraattiin verrattuna se on hieman kostutettu, vähemmän vaativa säilytysolosuhteissa. Sitä ei kuitenkaan saa sekoittaa emäksisiin lannoitteisiin, kuten lentotuhkaan, jätekuonaan, sammutettuun kalkkiin, koska typpihäviöt ovat mahdollisia.

Tieteellisten tutkimusten mukaan ammoniumsulfaatti antaa erinomaisia ​​tuloksia käytettäessä perunoiden alla.

ammoniumsulfonitraatti

Ammoniumsulfonitraatti on ammoniumnitraattilannoite, joka sisältää noin 26 % typpeä, 18 % ammoniakkia ja 8 % nitraattimuodossa. Ammoniumnitraatin ja ammoniumsulfaatin seos. Mahdollinen happamuus on korkea. Podzolipitoisella maaperällä vaaditaan samoja varotoimia kuin ammoniumnitraatin tapauksessa.

Ammoniumkloridi

Ammoniumkloridi (NH4Cl) - valkoinen tai keltainen jauhe, hienojakoinen, sisältää noin 25 % typpeä. Ammoniumkloridilla on hyvät fysikaaliset ominaisuudet: ei käytännössä paakkuuntu, haihtuu hyvin ja kiinnittyy maaperään. Ammoniumkloridityppi on helposti kasvien saatavilla.

Tällä lannoitteella on kuitenkin yksi merkittävä haittapuoli: 100 kg typpeä kohden noin 250 kg klooria pääsee maaperään mikä on haitallista kasveille. Siksi tätä lannoitetta voidaan levittää vain päätavalla ja syksyllä, jotta haitallinen kloori laskeutuu taustalla oleviin horisontteihin, mutta tällä menetelmällä typen häviöt ovat joka tapauksessa väistämättömiä. Ammoniumkloridia suositellaan käytettäväksi maaperässä, jossa on runsaasti emäksiä.

Nitraattilannoitteet

natriumnitraatti

Natriumnitraatti (NaNO3) on erittäin tehokas lannoite, se on läpinäkyviä kiteitä, typpipitoisuus on noin 16%. Natriumnitraatti imeytyy erittäin hyvin kasveihin, emäksinen lannoite, joka antaa etua ammoniakkityyppisiin lannoitteisiin verrattuna, kun sitä käytetään happamassa maaperässä. Et voi tehdä natriumnitraattia syksyllä, koska siellä tapahtuu merkittävää typen huuhtoutumista lannoitteesta pohjaveteen. Natriumnitraatti sopii erittäin hyvin pintakäsittelyyn ja kylvökäyttöön. Tieteelliset tutkimukset osoittavat, että natriumnitraatti antaa erinomaisia ​​tuloksia, kun sitä käytetään punajuurille.

kalsiumnitraatti

Kalsiumnitraatti (Ca(NO3)2) - sisältää suhteellisen vähän typpeä, noin 15%. Erinomainen ei-chernozem-vyöhykkeen maaperille, koska se on emäksistä. Kalsiumnitraatin systemaattisella käytöllä happaman podtsoliperäisen maaperän ominaisuudet paranevat. Lannoite on vaativaa varastointia varten, se kostuttaa ja paakkuuntuu nopeasti, se on tarpeen murskata ennen käyttöä.

Amidilannoitteet

Urea

(CO(NH2)2) on erittäin tehokas painolastiton lannoite, joka sisältää 46 % typpeä. Voit törmätä sellaiseen nimeen kuin urea - tämä on urean toinen nimi. Urea hajoaa maaperässä vähitellen, mutta se on melko liikkuvaa, eikä sitä suositella sulkemaan syksyllä. Mahdollinen happamuus on lähellä ammoniumnitraatin happamuutta, joten happamaan maaperään levitettäessä on käytettävä neutraloivia aineita. Urea hajoaa maaperässä ureaasientsyymin vaikutuksesta, jota on riittävästi lähes kaikissa maaperissä. Jos kuitenkin käytät mineraalilannoitteita yhdessä orgaanisten lannoitteiden kanssa, tätä ongelmaa ei esiinny.

Urea on erinomainen lehtilannoite. Ammoniumnitraattiin verrattuna se ei polta lehtiä ja antaa erinomaisia ​​tuloksia. Kevään pääkäyttöön ja pintakäsittelyyn urea on myös täydellinen, mutta 1 kg ureatypen hinta on yli 1 kg ammoniumnitraattityppeä.

Rakeistetun karbamidin tuotannossa ilmestyy kasveille haitallinen aine - biureetti. Sen pitoisuus ei saa ylittää 3%.

Nestemäiset typpilannoitteet

Nestemäisten lannoitteiden edut ovat:

• Pienemmät kustannukset typpiyksikköä kohti;
• Kasvien parempi sulavuus;
• Pidempi kesto;
• Mahdollisuus tasaiseen jakeluun.

Nestemäisten lannoitteiden haitat:

• Vaikeudet varastoinnissa (ei pidä säilyttää kotona) ja kuljetuksessa;
• Kun se osuu lehtiin, ne aiheuttavat palovammoja;
• Valmistukseen tarvitaan erikoistyökaluja.

Nestemäinen ammoniakki (NH3) on pistävä hajuinen kaasu, joka sisältää noin 82 % typpeä. Haihtuu nopeasti joutuessaan kosketuksiin muiden kehojen kanssa, jäähdyttää niitä. Siinä on voimakas höyrynpaine. Onnistunut levitys on tarpeen upottaa maaperään vähintään 8 cm:n syvyyteen. jotta lannoite ei haihtu. On myös ammoniakkivettä - nestemäisen ammoniakin liukenemisen tulos veteen. Sisältää noin 20 % typpeä.

Orgaaniset typpilannoitteet

Typpeä on pieni määrä (0,5-1 %) kaikenlaisessa lannassa, eniten (1-2,5 %) ankan-, kanan- ja kyyhkysten jätöksissä, mutta se on myös myrkyllisintä.

Luonnollisia orgaanisia typpilannoitteita voi valmistaa myös omin käsin: kompostikasat (etenkin päällä) sisältävät jonkin verran typpeä (jopa 1,5 %), kotitalousjätekomposti myös jopa 1,5 % typpeä. Vihreä massa (lupiini, makea apila, virna, apila) sisältää typpeä noin 0,4-0,7 %, vihreät lehdet 1-1,2 %, järviliete (1,7-2,5 %).

mutta orgaanisten lannoitteiden käyttö ainoana typen lähteenä on järjetöntä, koska tämä voi heikentää maaperän laatua, esimerkiksi happamoittaa sitä, eikä luo tarvittavaa typpiravintoa kasveille. Järkevää on kuitenkin mineraalityppilannoitteiden ja orgaanisten lannoitteiden kompleksin käyttö.

Orgaanisten lannoitteiden typpeä on pieni määrä. 0,5-1 % typpeä sisältää kaikenlaisia ​​lantaa. Lintujen ulosteet 1-2,5 % typpeä. Suurin prosenttiosuus typpeä löytyy ankan, kanan ja kyyhkysten lannasta, mutta se on myös myrkyllisintä. Typen enimmäismäärä sisältää vermikompostia enintään 3 %.

Luonnollisia orgaanisia typpilannoitteita voi valmistaa myös omin käsin: kompostikasat (erityisesti turvepohjaiset) sisältävät tietyn määrän typpeä (enintään 1,5 %), myös kotitalousjätteen komposti sisältää typpeä jopa 1,5 %. Vihreä massa (lupiini, makea apila, virna, apila) sisältää typpeä noin 0,4-0,7 %, vihreät lehdet 1-1,2 %, järviliete (1,7-2,5 %).

Kompostin "parannukseen" on suositeltavaa käyttää useita kasveja, jotka sisältävät aineita, jotka estävät mädäntymisprosessien kehittymistä. Näitä ovat lehtisinappi, erilaiset minttut, nokkoset, raunioyrtti (se sisältää runsaasti liukoista kaliumia), piparjuuri.

Mulleinista voidaan valmistaa korkean typpipitoisuuden omaava orgaaninen lannoite. Tätä varten laita mullein tynnyriin täyttäen tynnyri kolmanneksella, täytä se vedellä ja anna sen käydä 1-2 viikkoa. Laimenna sitten vedellä 3-4 kertaa ja kastele kasvit. Esikastelu. Sinä pystyt tähän. Minkä tahansa lannoitteen lisääminen happamoi maaperää, joten on tarpeen tehdä tuhkaa, dolomiittijauhoja, kalkkia.

Mutta ei ole suositeltavaa suorittaa typpilannoitteita tuhkan kanssa samanaikaisesti. Koska tällä yhdistelmällä typpi muuttuu ammoniakiksi ja haihtuu nopeasti.

Joten mikä on orgaaninen typpi kasvien ravinnoksi?

Luonnolliset typpilannoitteet ja niiden typpipitoisuus.

• lanta - jopa 1% (hevonen - 0,3-0,8%, sianliha - 0,3-1,0%, mullein - 0,1-0,7%);
• biohumus eli vermikomposti - jopa 3 %
• humus - jopa 1%;
• ulosteet (lintu, kyyhkynen, ankka) - jopa 2,5%;
• komposti turpeella - jopa 1,5%;
• kotitalousjätteet - jopa 1,5%;
• vihreä lehdet - jopa 1,2%;
• vihreä massa - jopa 0,7%;
• järviliete - jopa 2,5%.

Orgaaniset typpilannoitteet estävät nitraattien kertymistä maaperään, mutta niitä tulee käyttää varoen. Lannan (kompostin) maahantuloon liittyy typen vapautuminen jopa 2 g/kg 3-4 kuukauden kuluessa. Kasvit imevät sen helposti.

Lisää tilastoja, yksi tonni puolihajoanutta lannoitetta sisältää 15 kg ammoniumnitraattia, 12,5 kg kaliumkloridia ja saman määrän superfosfaattia.

Joka vuosi jopa 40 gr. sitoutunut typpi. Lisäksi ilmakehän typpeä käsittelevä maaperän mikrofloora pystyy rikastamaan maaperää typellä 50-100 grammaa sataa neliömetriä kohden. Vain erityiset typpeä sitovat kasvit voivat tarjota enemmän sitoutunutta typpeä maaperään.

Luonnollinen orgaanisen typen lähde voivat olla peittokasveina käytettävät typpeä sitovat kasvit. Tietyt kasvit, kuten pavut ja apila, lupiinit, sinimailas ja monet muut, varastoivat typpeä juurikyhmyihinsä. Nämä kyhmyt vapauttavat typpeä maaperään vähitellen kasvin elinkaaren aikana, ja kun kasvi kuolee, jäljelle jäävä typpi lisää maaperän kokonaishedelmällisyyttä. Tällaisia ​​kasveja kutsutaan viherlantaksi ja yleisesti.

Sivustollesi istutettujen herneiden tai papujen kudonta vuodessa pystyy keräämään 700 grammaa typpeä maaperään. Kudonta-apila - 130 grammaa. Lupiini - 170 grammaa ja sinimailas - 280 grammaa.

Näiden kasvien kylväminen sadonkorjuun jälkeen ja kasvijätteen poistaminen paikalta rikastaa maaperää typellä.

Maitohera orgaanisena typen, fosforin ja kaliumin lähteenä.

Kasveille saatavilla oleva typpilannoite on hera. Sen sisältämän proteiinipitoisuuden vuoksi, joka kastettaessa kasveja heraa lisäämällä, joutuu maaperään. Ja siellä, maaperän mikroflooran vaikutuksesta, vapautuu typpeä, joka tulee kasvien saataville. Eli kasvien typpilannoitus suoritetaan tällä tavalla.

Tällaisen ruokinnan suorittamiseksi on tarpeen laimentaa 1 litra heraa 10 litraan vettä. Ja kastele kasveja 1 litralla seerumia laimennettuna 10 kertaa kasvia kohti.

Jos lisäät ensin 40 ml apteekin ammoniakkia 1 litraan seerumia. Tämä ammoniakki reagoi maitohapon kanssa, mikä johtaa ammoniumlaktaattiin.

Käyttämällä samanlaista ratkaisua säännöllisesti emme voi vaikuttaa maaperän happamuuteen, mikä on erittäin hyvä. Koska jos emme lisäisi ammoniakkia heraan. Silloin kun heraa käytetään usein kasvien juuriruokinnassa, maaperän happamuus lisääntyisi väistämättä.

Lisäksi hera itsessään sisältää suuren määrän mineraaleja. Jokainen 100 grammaa heraa sisältää:

• 78 milligrammaa fosforia;
• 143 milligrammaa kaliumia;
• 103 milligrammaa kalsiumia.

Se sisältää myös pieniä määriä magnesiumia ja natriumia.

Comfrey officinalis

Luonnolliset typpilannoitteet, jotka on saatu teollisella käsittelyllä.

Verijauho on kuivatusta verestä valmistettu luomutuote, joka sisältää 13 prosenttia kokonaistyppeä. Tämä on erittäin korkea typpiprosentti lannoitteessa. Voit käyttää verijauhoa typpilannoitteena ripottelemalla sitä maan pinnalle ja kaatamalla vettä pinnalle verijauhon imeytymisen helpottamiseksi. Voit myös sekoittaa verijauhon suoraan veteen ja käyttää sitä nestemäisenä lannoitteena.

Verijauho on erityisen hyvä typen lähde hedelmällisen maan ystäville, kuten salaatille ja maissille, koska se vaikuttaa nopeasti.
Verijauhoa voidaan käyttää kompostin komponenttina tai kiihdyttimenä muiden orgaanisten aineiden hajoamiseen, koska se katalysoi hajoamisprosesseja.

Soijajauho on typpiravinteen lähde maaperän mikro-organismeille. Kun soijajauho hajoaa maaperän mikroflooran vaikutuksesta, mineralisoitunut typpi tulee kasvien saataville. Sitä voidaan käyttää myös kompostin ainesosana kalajauhon kanssa. Josta mineralisaation jälkeen tulee paitsi typen lähde, myös useita hivenaineita.

Typpilannoitteet Video: