Французька назва елемента (azote), яка прижилася і російською мовою, запропонував у 18 ст. Лавуазьє, утворивши його від грецької негативної приставки «а» і слова «зое» – життя (той самий корінь у словах зоологія та його похідних – зоопарк, зоогеографія тощо.), тобто. «Азот» означає «неживий», «що не підтримує життя». Того ж походження та німецька назва цього елемента Stickstoff – задушлива речовина. Корінь «азо» присутній і в хімічних термінах «азид», «азоз'єднання», «азин» та ін. так у давнину називали природний луг – соду, а пізніше – селітру. Назва «азот» не цілком вдала: хоча газоподібний азот і не придатний для дихання, для життя цей елемент необхідний. До складу всіх живих істот входить відносне невелике число елементів і одне з найважливіших їх – азот, в білках – близько 17% азоту. Входить азот і до складу молекул ДНК та РНК, що забезпечують спадковість.

Азоту Землі багато, але основні його запаси зосереджено у атмосфері. Однак через високу міцність потрійного зв'язку NєN (942 кДж/моль, що майже в 4 рази більше за енергію зв'язку Cl–Cl) молекула азоту дуже міцна, а її реакційна здатність низька. В результаті жодна тварина або рослина не здатні засвоїти газоподібний азот із повітря. Звідки вони отримують цей елемент, необхідний їм для синтезу білків та інших найважливіших компонентів організму? Тварини отримують азот у результаті поїдання рослин та інших тварин. Рослини вилучають азот разом з іншими поживними речовинами з ґрунту, і лише деякі бобові рослини можуть засвоювати азот з повітря - і то не самі, а завдяки бульбочковим бактеріям, що живуть на їхньому корінні.

Основне джерело азоту в грунті – біологічна азотофіксація, тобто зв'язування атмосферного азоту та переведення його мікроорганізмами у засвоювані рослинами форми. Мікроорганізми можуть жити в грунті самі по собі, а можуть перебувати в симбіозі («співдружності») з деякими рослинами, в основному, з бобовими – конюшиною, горохом, квасолею, люцерною та ін. бульбах; часто їх так і називають - бульбочкові бактерії. У цих мікроорганізмах міститься складний фермент нітрогеназу, здатний відновити азот до аміаку. Потім за допомогою інших ферментних систем аміак перетворюється на інші сполуки азоту, які засвоюються рослинами. бактерії, що вільно живуть, пов'язують до 50 кг азоту на рік у розрахунку на 1 га, а бульбочкові - ще 150 кг, а в особливо сприятливих умовах - до 500 кг!

Друге джерело природного азоту у ґрунті – це блискавки. Щомиті на Земній кулі спалахує в середньому 100 блискавок. І хоча кожна з них триває лише частки секунди, їхня загальна електрична потужність досягає 4 млрд. кіловат. Різке підвищення температури в каналі блискавки - до 20 000 ° С призводить до руйнування молекул азоту та кисню з утворенням оксиду азоту NO. Далі він окислюється атмосферним киснем у діоксид: 2NO + O 2  2NO 2 . Діоксид, реагуючи при надлишку кисню з атмосферною вологою, перетворюється на азотну кислоту: 4NO 2 + 2H 2 O + O 2  4HNO 3 . В результаті цих перетворень в атмосфері щодня утворюється приблизно 2 млн т азотної кислоти або більше 700 млн т на рік. Слабкий розчин азотної кислоти випадає на землю з дощами. Цю кількість «небесної кислоти» цікаво порівняти із її промисловим виробництвом; отримання азотної кислоти – одне з найбільш великотоннажних виробництв. Виявляється, тут людина далеко відстає від природи: світове виробництво азотної кислоти становить близько 30 млн. т. За рахунок розщеплення молекул азоту блискавками на кожен гектар земної поверхні, включаючи гори та пустелі, моря та океани, щорічно випадає близько 15 кг азотної кислоти. У грунті ця кислота перетворюється на її солі – нітрати, які чудово засвоюються рослинами.

Здавалося б, «грозовий азот» не такий важливий для посівів, проте конюшина та інші бобові покривають лише малу частину земної поверхні. Блискавки ж почали виблискувати в атмосфері мільярди років тому, задовго до появи бактерій, що азотфіксують. Отже, вони відіграли помітну роль у зв'язуванні атмосферного азоту. Наприклад, лише за останні два тисячоліття блискавки перевели до добрив 2 трильйони тонн азоту – приблизно 0,1% усієї його кількості у повітрі!

Лібіх проти Мальтуса. 1798 року англійський економіст Томас Мальтус (1766–1834) видав свою знамениту книгу Досвід про населення. У ньому він зазначив, що чисельність населення має тенденцію зростати у геометричній прогресії, тобто. як 1, 2, 4, 8, 16... У той самий час кошти існування за самі проміжки часу у найсприятливіших умовах можуть зростати лише у арифметичної прогресії, тобто. як 1, 2, 3, 4... Наприклад, з цієї теорії виробництво продуктів може зростати лише шляхом розширення сільськогосподарських угідь, кращої обробки орної землі тощо. З теорії Мальтуса випливало, що у майбутньому людству загрожує голод. У 1887 цей висновок підтвердив англійський учений Томас Гекслі (1825-1897), друг Чарлза Дарвіна та популяризатор його вчення.

Щоб уникнути «голодної смерті» людства, необхідно було різко збільшити продуктивність сільського господарства, а для цього треба було вирішити найважливіше питання харчування рослин. Ймовірно, перший досвід у цьому напрямку провів на початку 1630-х один із найбільших учених свого часу, голландський лікар та алхімік Ян Батіст ван Гельмонт (1579–1644). Він вирішив перевірити, звідки рослини одержують поживні речовини – з води чи з ґрунту. Ван Гельмонт взяв 200 фунтів (бл. 80 кг) сухої землі, насипав її у великий горщик, посадив у землю гілку верби і почав старанно поливати її дощовою водою. Гілка пустила коріння і почала рости, поступово перетворюючись на деревце. Цей досвід тривав рівно п'ять років. Виявилося, що за цей час рослина додала масою 164 фунти 3 унції (близько 66 кг), тоді як земля «схудла» всього на 3 унції, тобто. менше, ніж на 100 г. Отже, зробив висновок Ван Гельмонт, рослини беруть поживні речовини лише з води.

Наступні дослідження цей висновок начебто спростували: адже у воді немає вуглецю, який становить основну масу рослин! Звідси випливало, що рослини буквально «живляться повітрям», поглинаючи з нього вуглекислий газ – той самий, який відкрив Ван Гельмонт і навіть назвав його «лісовим повітрям». Така назва була дана газу зовсім не тому, що його багато в лісах, а лише тому, що він утворюється при горінні деревного вугілля.

Питання «повітряного живлення» рослин розвинув наприкінці 18 ст. швейцарський ботанік та фізіолог Жан Сенеб'є (1742–1809). Він експериментально довів, що у листі рослин відбувається розкладання вуглекислого газу, у своїй кисень виділяється, а вуглець залишається у рослині. Але деякі вчені різко заперечували проти цієї точки зору, відстоюючи «гумусову теорію», згідно з якою рослини харчуються в основному органічними речовинами, що витягуються з ґрунту. Це ніби підтверджувала вікова практика ведення сільського господарства: ґрунт, багатий на перегній, добре удобрений гноєм, давав підвищені врожаї.

Однак теорія гумусу не враховувала роль мінеральних речовин, які рослинам абсолютно необхідні. Ці речовини рослини витягають із ґрунту у великій кількості, і при збиранні врожаю вони виносяться з полів. Вперше на цю обставину, а також на необхідність повертати у ґрунт мінеральні речовини вказав німецький хімік Юстус Лібіх. У 1840 році він випустив книгу Органічна хімія у застосуванні до землеробства та фізіології, У якій, зокрема, писав: «Настане час, коли кожне полі, відповідно до рослиною, що у ньому розводитимуть, буде удобрюватися властивим добривом, приготовленому на хімічних заводах».

Спочатку ідеї Лібіха були прийняті в багнети. "Це найбезсоромніша книга з усіх, які коли-небудь потрапляли мені в руки", - писав про неї професор ботаніки Тюбінгенського університету Гуго Моль (1805-1872). "Цілком безглузда книга", - вторив йому відомий німецький письменник Фріц Рейтер (1810-1874), який деякий час займався сільським господарством. Німецькі газети почали поміщати образливі листи та карикатури на Лібіха та його теорію мінерального харчування рослин. Частково винний у цьому був і сам Лібіх, який спочатку помилково вважав, що мінеральні добрива повинні містити лише калій та фосфор, тоді як третій необхідний компонент азот – рослини самі можуть засвоювати з повітря.

Помилка Лібіха, мабуть, пояснювалася неправильною інтерпретацією дослідів відомого французького агрохіміка Жана Батіста Буссенго (1802–1887). У 1838 він посадив зважене насіння деяких рослин у ґрунт, що не містить азотних добрив, а через 3 місяці зважив паростки. У пшениці та вівса маса практично не змінилася, тоді як у конюшини та гороху вона значно збільшилася (у гороху, наприклад, з 47 до 100 мг). Звідси було зроблено невірний висновок у тому, деякі рослини можуть засвоювати азот прямо з повітря. Про бульбочкові бактерії, що живуть на корінні бобових і вловлюють атмосферний азот, на той час нічого не знали. Через війну перші спроби застосувати лише калійно-фосфорні добрива повсюдно дали негативний результат. У Лібіха вистачило мужності відверто визнати свою помилку. Його теорія зрештою перемогла. Результатом було запровадження сільському господарстві з другої половини 19 в. хімічних добрив та будівництво заводів з їх виробництва.

Азотна криза.

З фосфорними та калійними добривами особливих проблем не було: у надрах землі сполуки калію та фосфору містяться удосталь. Зовсім інакше було з азотом: з інтенсифікацією сільського господарства, яке мало прогодувати зростаюче населення Землі, природні джерела перестали справлятися з поповненням запасів азоту грунті. Виникла нагальна потреба знайти джерела «пов'язаного» азоту. Хіміки вміли синтезувати деякі сполуки, наприклад нітрид літію Li 3 N, виходячи з атмосферного азоту. Але так можна було отримати грами, у кращому разі – кілограми речовини, тоді як були потрібні мільйони тонн!

Протягом багатьох століть практично єдиним джерелом зв'язаного азоту була селітра. Це слово походить від латинських sal – сіль та nitrum, дослівно – «лужна сіль»: на той час склад речовин був невідомий. Нині селітрою називають деякі солі азотної кислоти – нітрати. З селітрою пов'язані кілька драматичних віх історія людства. З давніх-давен була відома тільки так звана індійська селітра - нітрат калію KNO 3 . Цей рідкісний мінерал привозили з Індії, тоді як у Європі природних джерел селітри не було. Індійську селітру використовували виключно для пороху. Пороху з кожним століттям потрібно все більше, а привізної селітри не вистачало, і вона була дуже дорога.

Згодом селітру навчилися отримувати у спеціальних «селитряницях» із різних органічних залишків, що містять азот. Досить багато азоту, наприклад, у білках. Якщо сухі залишки просто спалити, азот, що міститься в них, в основному окислиться до газоподібного N 2 . Але якщо вони піддаються гниття, то під дією нітрифікуючих бактерій азот переходить у нітрати, які й вилуговували за старих часів у спеціальних купах – буртах, а селітру називали буртовою. Робили це так. Змішували різні органічні відходи – гній, нутрощі тварин, мул, болотяну жижу тощо. Туди ж додавали сміття, вапно, золу. Цю моторошну суміш засипали в ями або робили з неї купи і рясно поливали сечею або гноївкою. Можна уявити, який запах йшов від цього виробництва! За рахунок процесів розкладання протягом одного – двох років із 6 кг «селитрової землі» отримували 1 кг селітри, яку очищали від домішок. Найбільше селітри отримували у Франції: уряд щедро нагороджував тих, хто займався цим неприємним виробництвом.

Завдяки старанням Лібіха стало очевидним, що селітра знадобиться сільському господарству, причому у значно більших кількостях, ніж для виробництва пороху. Старий спосіб її отримання для цього не годився.

Чилійська селітра.

З 1830 почалася розробка покладів чилійської селітри – найбагатшого природного джерела азоту. У Чилі є великі простори, в яких ніколи не буває дощів, наприклад, пустеля Атакама, розташована в передгір'ях Кордильєр на висоті близько 1000 м над рівнем моря. Внаслідок тисячолітніх процесів розкладання рослинних та тварин органічних залишків (в основному пташиного посліду – гуано) в Атакамі утворилися унікальні поклади селітри. Вони розташовані за 40–50 км від берега океану. Коли ці поклади почали розробляти, вони тягнулися смугою довжиною близько 200 км і шириною 3 км при товщині пласта від 30 см до 3 м. У улоговинах пласти значно товщали і нагадували висохлі озера. Як показали аналізи, чилійська селітра – це нітрат натрію з домішками сульфату та хлориду натрію, глини та піску; іноді в селітрі знаходять залишки гуано, що не розклалися. Цікавою особливістю чилійської селітри є присутність у ній йодату натрію NaIO 3 .

Зазвичай порода була м'яка і легко витягувалась із землі, але іноді поклади селітри були такими щільними, що для їх вилучення були потрібні вибухові роботи. Після розчинення породи у гарячій воді розчин фільтрували та охолоджували. При цьому в осад випадав чистий нітрат натрію, який йшов продаж як добрива. З розчину, що залишився, видобували йод. У 19 ст. Чилі стало головним постачальником селітри. Розробка родовищ займала перше місце у гірничодобувній промисловості Чилі 19 ст.

Щоб отримати з чилійської селітри нітрат калію, використали реакцію NaNO 3 + KCl ® NaCl + KNO 3 . Така реакція можлива завдяки різкій відмінності розчинності її продуктів при різних температурах. Розчинність NaCl (у грамах на 100 г води) змінюється лише з 39,8 г при 100 ° С до 35,7 г при 0 ° С, тоді як розчинність KNO 3 при тих же температурах відрізняється дуже сильно і становить 246 і 13,3 г! Тому якщо змішати гарячі концентровані розчини NaNO 3 і KCl, а потім охолодити суміш, значна частина KNO 3 випаде в осад, а майже весь NaCl залишиться в розчині.

Протягом десятків років чилійська селітра – природний нітрат натрію задовольняв потреби людини. Але щойно виявилося унікальне значення цього мінералу для світового сільського господарства, стали підраховувати, скільки ж вистачить людству цього унікального дару природи. Перші підрахунки були досить оптимістичними - в 1885 запас селітри визначався в 90 млн. т. Виходило, що можна не турбуватися про "азотне голодування" рослин ще багато років. Але ці розрахунки не враховували швидке зростання населення та темпів сільськогосподарського виробництва у всьому світі.

За часів Мальтуса експорт чилійської селітри становив лише 1000 т на рік; в 1887 він досяг 500 тис. т на рік, а на початку 20 ст. обчислювався вже мільйонами тонн! Запаси чилійської селітри швидко виснажувалися, тоді як потреба у нітратах зростала винятково швидко. Становище посилювалося тим, що селітру у великій кількості споживала і військова промисловість; порох кінця 19 ст. містив 74-75% калієвої селітри. Потрібно розробити нові методи отримання азотних добрив, причому їх джерелом могло бути тільки атмосферне повітря.

Подолання «азотного голоду».

На початку 20 ст. для промислового зв'язування азоту було запропоновано ціанамідний метод. Спочатку розжарюванням суміші вапна та вугілля отримували карбід кальцію: СаО + 3С ® СаС 2 + СО. При високій температурі карбід реагує з азотом повітря з утворенням ціанаміду кальцію: CaC 2 + N 2 ® CaCN 2 + C. Ця сполука виявилася придатною як добрива не для всіх культур, тому з неї дією перегрітої водяної пари стали отримувати спочатку аміак: CaCN 2 + 3H 2 O ® CaCO 3 + 2NH 3 , а з аміаку та сірчаної кислоти отримували вже сульфат амонію.

Зовсім іншим способом пішли норвезькі хіміки, які використали дешеву місцеву електроенергію (у Норвегії багато гідроелектростанцій). Вони фактично відтворили природний процес зв'язування азоту, пропускаючи вологе повітря через електричну дугу. При цьому з повітря виходило близько 1% азотної кислоти, яку взаємодією з вапном переводили до нітрату кальцію Ca(NO 3) 2 . Не дивно, що цю речовину назвали норвезькою селітрою.

Проте обидва методи були надто дорогими. Найбільш економічний метод зв'язування азоту розробив у 1907-1909 німецький хімік Фріц Габер (1868-1934); за цим методом азот перетворюється безпосередньо на аміак; перетворити аміак на нітрати та інші сполуки азоту було вже нескладно.

Нині виробництво азотних добрив обчислюється десятками мільйонів тонн на рік. Залежно від хімічного складу бувають різних типів. Аміачні та амонійні добрива містять азот у ступені окислення –3. Це рідкий аміак, його водний розчин (аміачна вода), сульфат амонію. Іони NH 4 + під дією нітрифікуючих бактерій окислюються у ґрунті в нітрат-іони, які добре засвоюються рослинами. До нітратних добрив відносяться KNO3 і Ca(NO3)2. До амонійно-нітратних добрив належить насамперед аміачна селітра NH 4 NO 3 , що містить одночасно аміачний та нітратний азот. Найконцентрованіше тверде азотне добриво – карбамід (сечовина), що містить 46% азоту. Частка ж природної селітри у світовому виробництві азотовмісних сполук не перевищує 1%.

Застосування.

Виведення нових сортів рослин, у тому числі генетично модифікованих, удосконалені прийоми агротехніки не скасовують необхідності застосування штучних добрив. Адже з кожним урожаєм поля втрачають значну частку поживних речовин, зокрема й азоту. За даними багаторічних спостережень кожна тонна азоту в азотних добривах дає збільшення врожаю пшениці на 12–25%, буряків – на 120–160%, картоплі – на 120%. У нашій країні за останні півстоліття виробництво азотних добрив на азотно-тукових заводах збільшилося в десятки разів.

Ілля Леєнсонне

Усім відомо: азот інертний. Часто ми нарікаємо на елемент №7, що природно: занадто дорогою ціною доводиться розплачуватись за його відносну інертність, занадто багато енергії, сил і засобів доводиться витрачати на його перетворення на життєво необхідні з'єднання.

Але, з іншого боку, якби азот був такий інертний, в атмосфері відбулися б реакції азоту з киснем, і життя на пашій планеті в тих формах, в яких вона існує, стало б неможливим. Рослини, тварини, ми з вами буквально захлиналися б у потоках неприйнятних життям оксидів та кислот. І «при цьому» саме на оксиди і азотну кислоту ми прагнемо перетворити можливо більшу частину атмосферного азоту. Це один із парадоксів елемента №7. (Тут автор ризикує бути звинуваченим у тривіальності, бо парадоксальність азоту, вірніше його властивостей, стала притчею у язицех. І все-таки...)

Азот – елемент незвичайний. Часом здається, що чим більше ми про нього дізнаємося, тим незрозумілішим він стає. Суперечливість властивостей елемента №7 відбилася навіть у його назві, бо ввела в оману навіть такого блискучого хіміка, як Антуан Лоран Лавуазьє. Це Лавуазьє запропонував назвати азот азотом після того, як не першим і не останнім отримав і досліджував частину повітря, що не підтримує дихання і горіння. Згідно з Лавуазьє, «азот» означає «неживий», і слово це виготовлено від грецького «а» – заперечення та «зое» – життя.

Термін «азот» існував ще в лексиконі алхіміків, звідки і запозичив його французький учений. Означав він якийсь «філософський початок», свого роду кабалістичне заклинання. Знавці стверджують, що ключем до розшифровки слова «азот» служить заключна фраза з Апокаліпсису: «Я є альфа і омега, початок і кінець, перший і останній...» У середні віки особливо шанувалися три мови: латинська, грецька та давньоєврейська. І слово "азот" алхіміки склали з першої літери "а" (а, альфа, алеф) та останніх літер: "зет", "омега" та "тов" цих трьох алфавітів. Таким чином, це таємниче синтетичне слово означало "початок і кінець всіх початків".

Сучасник та співвітчизник Лавуазьє Ж. Шапталь, не мудруючи лукаво, запропонував назвати елемент №7 гібридним латино-грецьким ім'ям «нітрогеніум», що означає «селітру, що народжує». Селітри – азотнокислі солі, речовини, відомі з найдавніших часів. (Про них попереду.) Треба сказати, що термін «азот» укоренився тільки в російській та французькій мовах. Англійською елемент №7 – «Nitrogen», німецькою – «Stockton» (задушлива речовина). Хімічний символ N – данина шапталевскому нітрогеніуму.

Ким відкритий азот

Відкриття азоту приписують учню чудового шотландського вченого Джозефа Блека Даніелю Резерфорду, який у 1772 р. опублікував дисертацію «Про так зване фіксоване та мефітичне повітря». Блек прославився своїми дослідами із «фіксованим повітрям» – вуглекислим газом. Він виявив, що після фіксування вуглекислоти (зв'язування її лугом) залишається ще якесь «не фіксоване повітря», яке було назване «мефітичним» – зіпсованим – за те, що не підтримувало горіння та дихання. Дослідження цього «повітря» Блек і запропонував Резерфорду як дисертаційну роботу.

Приблизно в той же час азот був отриманий К. Шееле, Дж. Прістлі, Г. Кавендішем, причому останній, як випливало з його лабораторних записів, вивчав цей газ раніше Резерфорда, але, як завжди, не поспішав з публікацією результатів своєї праці. Однак усі ці видатні вчені мали дуже невиразне уявлення про природу відкритої ними речовини. Вони були переконаними прихильниками теорії флогістону та пов'язували властивості «мефітичного повітря» з цією уявною субстанцією. Тільки Лавуазьє, ведучи наступ на флогістон, переконався сам і переконав інших, що газ, який він назвав «млявим», – проста речовина, як і кисень.

Всесвітній каталізатор?

Можна лише здогадуватися, що означає «початок і кінець усіх початків» в алхімічному «азоті». Але про один із «початків», пов'язаних з елементом №7, можна говорити всерйоз. Азот та життя – поняття невіддільні. Принаймні, щоразу, коли біологи, хіміки, астрофізики намагаються осягнути «початок початку» життя, то неодмінно стикаються з азотом.

Атоми земних хімічних елементів народжені надрах зірок. Саме звідти, від нічних світил та денного світила, починаються витоки нашого земного життя. Ця обставина і мав на увазі англійський астрофізик У. Фаулер, говорячи, що «всі ми... є частинкою зоряного праху»...

Зоряний «прах» азоту виникає в найскладнішому ланцюгу термоядерних процесів, початкова стадія яких – перетворення водню на гелій. Це багатостадійна реакція, що йде, як припускають, двома шляхами. Один з них, який отримав назву вуглецево-азотного циклу, має безпосереднє відношення до елемента №7. Цей цикл починається, коли в зоряній речовині, крім ядер водню - протонів, вже є і вуглець. Ядро вуглецю-12, приєднавши ще один протон, перетворюється на ядро ​​нестабільного азоту-13:

12 6 C + 1 1 H → 13 7 N + γ.

Але, випустивши позитрон, азот знову стає вуглецем - утворюється важчий ізотоп 13 С:

13 7 N → 13 6 C + е + + γ.

Таке ядро, прийнявши зайвий протон, перетворюється на ядро ​​найпоширенішого в земній атмосфері ізотопу - 14 N.

13 6 C + 1 1 H → 14 7 N + γ.

На жаль, лише частина цього азоту вирушає у подорож Всесвітом. Під дією протонів азот-14 перетворюється на кисень-15, а той, у свою чергу, випустивши позитрон і гамма-квант, перетворюється на інший земний ізотоп азоту – 15 N:

14 7 N + 1 1 H → 15 8 O + γ;

15 8 O → 15 7 N + е + + γ.

Земний азот-15 стабільний, але й він у надрах зірки схильний до ядерного розпаду; після того, як ядро ​​15 N прийме ще один протон, відбудеться не тільки утворення кисню 16 О, але й інша ядерна реакція:

15 7 N + 1 1 H → 12 6 З + 4 2 He.

У цьому ланцюзі перетворень азот – одне із проміжних продуктів. Відомий англійський астрофізик Р.Дж. Тейлер пише: « 14 N – ізотоп, який важко побудувати. У вуглецево-азотному циклі утворюється азот, і, хоча згодом він знову перетворюється на вуглець, все ж таки якщо процес протікає стаціонарно, то азоту в речовині виявляється більше, ніж вуглецю. Це, мабуть, основне джерело 14 N»...

У помірно складному углеродно-азотном циклі простежуються цікаві закономірності. Вуглець 12 З грає у ньому роль своєрідного каталізатора. Судіть самі, зрештою немає зміни кількості ядер 12 З. Азот ж, з'являючись початку процесу, зникає наприкінці... І якщо вуглець у тому циклі – каталізатор, то азот явно – аутокаталізатор, тобто. продукт реакції, що каталізує її подальші проміжні стадії.

Ми не випадково завели тут про каталітичні властивості елемента №7. Але чи зберіг цю особливість зоряний азот та у живій речовині? Каталізатори життєвих процесів - ферменти, і всі вони, як і більшість гормонів і вітамінів, містять азот.

Азот в атмосфері Землі

Життя багатьом має азоту, а й азот, по крайнього заходу атмосферний, своїм походженням зобов'язаний й не так Сонцю, скільки життєвим процесам. Вражаюча невідповідність між вмістом елемента №7 у літосфері (0,01%) та в атмосфері (75,6% за масою або 78,09% за обсягом). Загалом, ми живемо в азотній атмосфері, рівномірно збагаченої киснем.

Тим часом ні на інших планетах сонячної системи, ні у складі комет чи інших холодних космічних об'єктів вільний азот не виявлений. Є його сполуки та радикали – CN*, NH*, NH*2, NH*3, а от азоту немає. Щоправда, в атмосфері Венери зафіксовано близько 2% азоту, але ця цифра ще потребує підтвердження. Вважають, що у первинної атмосфері Землі елемента №7 був. Звідки ж він у повітрі?

Очевидно, атмосфера нашої планети складалася спочатку з летких речовин, що утворилися в земних надрах: Н2, Н2О, СО2, СН4, NH3. Вільний азот якщо і виходив назовні як продукт вулканічної діяльності, то перетворювався на аміак. Умови для цього були найкращими: надлишок водню, підвищені температури – поверхня Землі ще не охолола. То що, отже, спочатку азот був у атмосфері як аміаку? Певне, так. Запам'ятаємо цю обставину.

Але виникло життя... Володимир Іванович Вернадський стверджував, що «земна газова оболонка, наше повітря, є створення життя». Саме життя запустило надзвичайний механізм фотосинтезу. Один із кінцевих продуктів цього процесу – вільний кисень почав активно з'єднуватися з аміаком, вивільняючи молекулярний азот:

CO 2 + 2Н 2 О → фотосинтез→ НСОН + Н 2 О + О 2;

4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6Н 2 О.

Кисень та азот, як відомо, у звичайних умовах між собою не реагують, що й дозволило земному повітрі зберегти «статус кво» складу. Зауважимо, що значна частина аміаку могла розчинитися у воді при утворенні гідросфери.

Нині основне джерело надходження N 2 у повітря – вулканічні гази.

Якщо розірвати потрійний зв'язок...

Зруйнувавши невичерпні запаси пов'язаного активного азоту, жива природа поставила перед проблемою: як зв'язати азот. У вільному, молекулярному стані він, як знаємо, виявився дуже інертним. Виною тому – потрійний хімічний зв'язок його молекули: N≡N.

Зазвичай зв'язки такої кратності малостійкі. Згадаймо класичний приклад ацетилену: НС = СН. Потрійний зв'язок його молекули дуже неміцний, чим і пояснюється неймовірна хімічна активність цього газу. А ось у азоту тут явна аномалія: його потрійний зв'язок утворює найстабільнішу з усіх відомих двоатомних молекул. Потрібно докласти колосальних зусиль, щоб зруйнувати цей зв'язок. Наприклад, промисловий синтез аміаку потребує тиску понад 200 атм. і температури понад 500°C, та ще й обов'язкової присутності каталізаторів... Вирішуючи проблему зв'язування азоту, природі довелося налагодити безперервне виробництво сполук азоту методом гроз.

Статистика стверджує, що в атмосфері нашої планети щорічно спалахують три з лишком мільярди блискавок. Потужність окремих розрядів досягає 200 млн. кіловат, а повітря при цьому розігрівається (локально, зрозуміло) до 20 тис. градусів. За такої жахливої ​​температури молекули кисню та азоту розпадаються на атоми, які, легко реагуючи один з одним, утворюють неміцний окис азоту:

N 2 + O 2 → 2NО.

Завдяки швидкому охолодженню (розряд блискавки триває десятитисячну частку секунди) окис азоту не розпадається і безперешкодно окислюється киснем повітря до стабільнішого двоокису:

2NO + Про 2 → 2NO 2 .

У присутності атмосферної вологи та крапель дощу двоокис азоту перетворюється на азотну кислоту:

3NO2+H2O → 2HNO3+NO.

Так, потрапивши під новий грозовий дощ, ми отримуємо можливість викупатися в слабкому розчині азотної кислоти. Проникаючи у ґрунт, атмосферна азотна кислота утворює з її речовинами різноманітні природні добрива. Азот фіксується в атмосфері та фотохімічним шляхом: поглинувши квант світла, молекула N 2 переходить у збуджений, активований стан і стає здатною з'єднуватися з киснем.

Бактерії та азот

З ґрунту сполуки азоту потрапляють у рослини. Далі: «коні є овес», а хижаки – травоїдних тварин. По харчовому ланцюгу йде кругообіг речовини, у тому числі й елемента №7. У цьому форма існування азоту змінюється, він входить у склад дедалі складніших і нерідко дуже активних сполук. Але не тільки «грозонароджений» азот подорожує харчовими ланцюгами.

Ще в давнину було помічено, що деякі рослини, зокрема бобові, здатні підвищувати родючість ґрунту.

«...Або, як зміниться рік, золоті засівай злаки
Там, де з поля зібрав урожай, стручками шумить,
Або де віка росла дрібноплідна з гірким лупином...»

Вчитайтеся: це ж травопольна система землеробства! Рядки ці взяті з поеми Вергілія, написаної близько двох тисяч років тому.

Мабуть, першим, хто задумався над тим, чому бобові дають збільшення врожаю зернових, був французький агрохімік Ж. Буссенго. У 1838 р. він встановив, що бобові збагачують ґрунт азотом. Зернові ж (і ще багато інших рослин) виснажують землю, забираючи, зокрема, той самий азот. Буссенго припустив, що листя бобових засвоює азот із повітря, але це було оманою. У той час неможливо було припустити, що справа не в самих рослинах, а в спеціальних мікроорганізмах, що викликають утворення бульбочок на їх корені. У симбіозі з бобовими ці організми фіксують азот атмосфери. Зараз це велика істина...

В наш час відомо досить багато різних азотфіксаторів: бактерії, актиноміцети, дріжджові та плісняві грибки, синьо-зелені водорості. І всі вони постачають азот рослинам. Але питання: яким чином без особливих енергетичних витрат розщеплюють інертну молекулу N 2 мікроорганізми? І чому одні з них мають цю корисну для всього живого здатність, а інші ні? Довгий час це залишалося загадкою. Тихий, без громів та блискавок механізм біологічної фіксації елемента №7 було розкрито лише недавно. Доведено, що шлях елементарного азоту в живу речовину став можливим завдяки відновлювальним процесам, під час яких азот перетворюється на аміак. Вирішальну роль у своїй грає фермент нитрогеназа. Його центри, що містять сполуки заліза та молібдену, активують азот для "стикування" з воднем, який попередньо активується іншим ферментом. Так, з інертного азоту виходить дуже активний аміак – перший стабільний продукт біологічної азотфіксації.

Ось як виходить! Спочатку процеси життєдіяльності перевели аміак первинної атмосфери на азот, а потім життя знову перетворило азот на аміак. Чи варто було природі у цьому «ламати списи»? Безумовно, тому що саме так і виник кругообіг елемента №7.

Поклади селітри та зростання населення

Природна фіксація азоту блискавками та ґрунтовими бактеріями щорічно дає близько 150 млн т сполук цього елемента. Однак не весь зв'язаний азот бере участь у кругообігу. Частина його виводиться із процесу і відкладається як покладів селітри. Найбагатшою такою коморою виявилася чилійська пустеля Атакама у передгір'ях Кордильєр. Тут роками немає дощів. Але зрідка на схили гір обрушуються сильні зливи, що вимивають ґрунтові з'єднання. Потоки води протягом тисячоліть виносили вниз розчинені солі, серед яких найбільше було селітри. Вода випаровувалась, солі залишалися... Так виникло найбільше у світі родовище азотних сполук.

Ще знаменитий німецький хімік Йоганн Рудольф Глаубер, який жив у XVII ст., наголосив на винятковій важливості азотних солей для розвитку рослин. У своїх творах, розмірковуючи про кругообіг азотистих речовин у природі, він вживав такі вирази, як «нітрозні соки ґрунту» та «селітра – сіль родючості».

Але природну селітру як добрива стали застосовувати лише на початку минулого століття, коли почали розробляти чилійські поклади. На той час це було єдине значне джерело зв'язаного азоту, від якого, здавалося, залежить добробут людства. Про азотної промисловості тоді не могло бути й мови.

У 1824 р. англійський священик Томас Мальтус проголосив свою сумнозвісну доктрину про те, що населення зростає набагато швидше, ніж виробництво продуктів харчування. У цей час вивіз чилійської селітри становив лише близько 1000 т на рік. У 1887 р. співвітчизник Мальтуса, відомий вчений Томас Гекслі передбачив швидкий кінець цивілізації через «азотний голод», який має настати після вироблення родовищ чилійської селітри (її видобуток на той час становив уже понад 500 тис. т на рік).

Через 11 років ще один знаменитий учений сер Вільям Крукс заявив у Британському суспільстві сприяння наукам, що не пройде й півстоліття, як настане продовольчий крах, якщо чисельність населення не скоротиться. Він також аргументував свій сумний прогноз тим, що «незабаром чекає повне виснаження покладів чилійської селітри» з усіма наслідками, що звідси випливають.

Ці пророцтва не виправдалися – людство не загинуло, а освоїло штучну фіксацію елемента №7. Більш того, сьогодні частка природної селітри – лише 1,5% від світового виробництва азотовмісних речовин.

Як зв'язували азот

Сполуки азоту люди вміли отримувати давно. Ту ж селітру готували в особливих сараях – селитряницях, але дуже примітивним був цей спосіб. «Виробляють селітру з куп гною, золи, посліду, шкребків шкір, крові, картопляного бадилля. Купи ці два роки поливають сечею і перевертають, після чого на них утворюється наліт селітри», – такий опис селітряного виробництва є в одній старовинній книзі.

Джерелом сполук азоту може бути і кам'яне вугілля, у якому до 3% азоту. Пов'язаного азоту! Цей азот стали виділяти при коксуванні вугілля, вловлюючи аміачну фракцію та пропускаючи її через сірчану кислоту.

Кінцевий продукт – сульфат амонію. Але і це, загалом, крихітки. Важко навіть уявити, якими шляхами розвивалася б наша цивілізація, якби вона не вирішила вчасно проблему промислово прийнятної фіксації атмосферного азоту.

Вперше атмосферний азот пов'язав ще Шееле. У 1775 р. він отримав ціаністий натрій, нагріваючи в атмосфері азоту соду з вугіллям:

Na 2 CO 3 + 4С + N 2 → 2NaCN + 3СО.

У 1780 р. Прістлі встановив, що обсяг повітря, укладений у посудині, перевернуті над водою, зменшується, якщо через нього пропускати електричну іскру, а вода набуває властивостей слабкої кислоти. Цей експеримент був, як ми знаємо (Прістлі цього не знав), моделлю природного механізму фіксації азоту. Через чотири роки Кавендіш, пропускаючи електричний розряд через повітря, укладений у скляній трубці з лугом, виявив там селітру.

І хоча ці експерименти було неможливо тоді вийти межі лабораторій, у яких видно прообраз промислових методів фіксації азоту – цианамидного і дугового, що виникли межі XIX...XX ст.

Ціанамідний спосіб був запатентований у 1895 р. німецькими дослідниками А. Франком та Н. Каро. За цим способом азот при нагріванні з карбідом кальцію зв'язувався в ціанамід кальцію:

CaC 2 + N 2 → Ca(CN) 2 .

У 1901 р. син Франка, подавши ідею про те, що ціанамід кальцію може бути хорошим добривом, по суті, започаткував виробництво цієї речовини. Зростанню промисловості пов'язаного азоту сприяло поява дешевої електроенергії. Найбільш перспективним способом фіксації атмосферного азоту наприкінці ХІХ ст. вважався дуговий, з допомогою електричного розряду. Незабаром після будівництва Ніагарської електростанції американці неподалік пустили (1902 р.) перший дуговий завод. Через три роки в Норвегії почала працювати дугова установка, розроблена теоретиком і фахівцем з вивчення північного сяйва X. Біркеландом і інженером-практиком С. Ейде. Заводи подібного типу набули широкого поширення; селітру, яку вони випускали, називали норвезькою. Однак витрата електроенергії при цьому процесі була надзвичайно великою і становила до 70 тис. кіловат/годину на тонну зв'язаного азоту, причому лише 3% цієї енергії використовувалося безпосередньо на фіксацію.

Через аміак

Перераховані вище методи фіксації азоту були лише підходами до способу, що виник незадовго до першої світової війни. Це про нього американський популяризатор науки Е. Слоссон дуже дотепно зауважив: «Завжди говорилося, що англійці панують на морі, а французи – на суші, а німцям залишається тільки повітря. До цього жарту німці поставилися начебто серйозно і почали використовувати повітряне царство для нападу на англійців і французів... Кайзер... мав цілий флот цепелінів і таким способом фіксації азоту, який не був відомий жодної іншої нації. Цепеліни розривалися, як мішки з повітрям, але заводи, що фіксують азот, продовжували працювати і зробили Німеччину незалежною від Чилі не тільки в роки війни, а й у мирний час»... Йдеться про синтез аміаку – основний процес сучасної індустрії зв'язаного азоту.

Слоссон був не зовсім правий, говорячи про те, що спосіб фіксації азоту в аміак не був відомий ніде, крім Німеччини. Теоретичні основи цього процесу було закладено французькими та англійськими вченими. Ще в 1784 р. знаменитий К. Бертолле встановив склад аміаку і висловив думку про хімічну рівновагу реакцій синтезу та розкладання цієї речовини. Через п'ять років англійцем У. Остіном була зроблена перша спроба синтезу NH 3 з азоту та водню. І, нарешті, французький хімік А. Ле Шательє, чітко сформулювавши принцип рухомої рівноваги, першим синтезував аміак. При цьому він застосував високий тиск та каталізатори – губчасту платину та залізо. У 1901 р. Ле Шательє запатентував цей метод.

Дослідження із синтезу аміаку на початку століття проводили також Е. Перман та Г. Аткінс в Англії. У своїх експериментах ці дослідники як каталізатори застосовували різні метали, зокрема мідь, нікель і кобальт.

Але налагодити синтез аміаку з водню та азоту у промислових масштабах вперше вдалося, справді, у Німеччині. У цьому вся заслуга відомого хіміка Фріца Габера . У 1918 р. він був удостоєний Нобелівської премії з хімії.

Технологія виробництва NH 3 розроблена німецьким ученим, дуже сильно відрізнялася від інших виробництв того часу. Тут вперше було застосовано принцип замкнутого циклу з безперервно діючою апаратурою та утилізацією енергії. Остаточну розробку технології синтезу аміаку завершив колега та друг Габера К. Бош, який у 1931 р. також був удостоєний Нобелівської премії – за розвиток методів хімічного синтезу за високих тисків.

По дорозі природи

Синтез аміаку став ще однією моделлю природної фіксації елемента №7. Нагадаємо, що мікроорганізми зв'язують азот саме NH 3 . За всіх переваг процесу Габера - Боша він виглядає недосконалим і громіздким в порівнянні з природним!

«Біологічна фіксація атмосферного азоту... була парадоксом, постійним викликом для хіміків, свого роду демонстрацією недостатності наших знань». Ці слова належать радянським хімікам М.Є. Вольпіну та А.Є. Шилову, які спробували фіксації молекулярного азоту в м'яких умовах.

Спочатку були невдачі. Але в 1964 р. в Інституті елементоорганічних сполук АН СРСР, в лабораторії Вольпіна, було зроблено відкриття: у присутності з'єднань перехідних металів – титану, ванадію, хрому, молібдену та заліза – елемент №7 активується і за звичайних умов утворює комплексні сполуки, що розкладаються. до аміаку. Саме ці метали є і центрами фіксації азоту в ферментах азотфіксаторів, і прекрасними каталізаторами у виробництві аміаку.

Незабаром після цього канадські вчені А. Аллен і К. Зеноф, досліджуючи реакцію гідразину N 2 H 2 з трихлористим рутенієм, отримали хімічний комплекс, в якому знову ж таки в м'яких умовах азот виявився пов'язаним. Цей результат настільки суперечив звичайним уявленням, що редакція журналу, куди дослідники надіслали свою статтю із сенсаційним повідомленням, відмовилася її друкувати. Надалі радянським ученим вдалося в м'яких умовах отримати і азотовмісні органічні речовини. Поки що рано говорити про промислові способи м'якої хімічної фіксації атмосферного азоту, однак, досягнуті успіхи дозволяють передбачити революцію, що насувається, у технології зв'язування елемента №7.

Сучасною наукою не забуті й старі методи отримання азотних сполук через оксиди. Тут основні зусилля спрямовані на розробку технологічних процесів, що прискорюють розщеплення молекули N2 на атоми. Найбільш перспективними напрямками окислення азоту вважають спалювання повітря у спеціальних печах, застосування плазмотронів, використання цих цілей пучка прискорених електронів.

Чого боятися?

Сьогодні немає підстав побоюватися, що людство будь-коли відчуватиме недолік у сполуках азоту. Промислова фіксація елемента №7 прогресує неймовірними темпами. Якщо наприкінці 60-х років світове виробництво зв'язаного азоту становило 30 млн т., то до початку майбутнього століття воно, ймовірно, досягне мільярда тонн!

Такі успіхи не лише тішать, а й викликають побоювання. Справа в тому, що штучна фіксація N 2 і внесення в ґрунт величезної кількості азотовмісних речовин - найгрубіше і значне втручання людини в природний кругообіг речовин. Нині азотні добрива як речовини родючості, а й забруднювачі довкілля. Вони вимиваються з ґрунту в річки та озера, викликають шкідливе цвітіння водойм, розносяться повітряними потоками на далекі відстані.

У підземні води йде до 13% азоту, що міститься у мінеральних добривах. Азотні сполуки, особливо нітрати, є шкідливими для людей і можуть бути причиною отруєнь. Ось вам і годувальник-азот!

Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) прийняла гранично допустиму концентрацію нітратів у питній воді: 22 мг/л для помірних широт та 10 мг/л для тропіків. У СРСР санітарні норми регламентують вміст нітратів у воді водойм за «тропічними» мірками – трохи більше 10 мг/л. Виходить, що нітрати засіб «обоюдогострий»...

4 жовтня 1957 р. людство ще раз втрутилося в кругообіг елемента №7, запустивши в космос «кульку», заповнений азотом, – перший штучний супутник.

Менделєєв про азот

«Хоча діяльну, тобто. найбільш легко і часто хімічно діючу частину навколишнього повітря, становить кисень, але найбільшу масу його, судячи як за обсягом, так і за вагою, утворює азот; а саме газоподібний азот становить більше 3/4, хоча і менше 4/5 об'єму повітря. Оскільки азот лише трохи легше кисню, то ваговий вміст азоту повітря становить близько 3 / 4 всієї його маси. Входячи в такій значній кількості до складу повітря, азот, мабуть, не відіграє особливо помітної ролі в атмосфері, хімічна дія якої визначається переважно вмістом у ній кисню. Але правильне уявлення про азот виходить тільки тоді, коли дізнаємося, що в чистому кисні тварини не можуть довго жити, навіть помирають, і що азот повітря, хоча лише повільно і помалу, утворює різноманітні сполуки, частина яких відіграє найважливішу роль у природі, особливо у житті організмів».

Де застосовують азот

Азот – найдешевший із усіх газів, хімічно інертних у звичайних умовах. Його широко застосовують у хімічній технології для створення неокислювальних середовищ. У лабораторіях в атмосфері азоту зберігають з'єднання, що легко окислюються. Видатні твори живопису іноді (у сховищах або під час транспортування) поміщають у герметичні футляри, заповнені азотом, – щоб захистити фарби від вологи та хімічно активних компонентів повітря.

Значною буває роль азоту в металургії та при металообробці. Різні метали у розплавленому стані реагують на присутність азоту по-різному. Мідь, наприклад, абсолютно інертна до азоту, тому вироби з міді часто зварюють у струмені цього газу. Магній, навпаки, при горінні повітря дає сполуки як з киснем, але й азотом. Так що для роботи з виробами з магнію за високих температур азотне середовище не застосовується. Насичення азотом поверхні титану надає металу великої міцності та зносостійкості – на ній утворюється дуже міцний і хімічно інертний нітрид титану. Ця реакція йде лише за високих температур.

При звичайній температурі азот активно реагує лише з одним металом – літієм.

Найбільше азоту йде виробництво аміаку.

Азотний наркоз

Поширена думка про фізіологічну інертність азоту не зовсім правильна. Азот фізіологічно інертний за звичайних умов.

При підвищеному тиску, наприклад, при зануренні водолазів, зростає концентрація розчиненого азоту в білкових і особливо жирових тканинах організму. Це призводить до так званого азотного наркозу. Водолаз наче п'яніє: порушується координація рухів, мутиться свідомість. У тому, що причина цього – азот, вчені остаточно переконалися після проведення експериментів, у яких замість звичайного повітря у скафандр водолаза подавалась геліо-киснева суміш. У цьому симптоми наркозу зникли.

Космічний аміак

Великі планети сонячної системи Сатурн і Юпітер складаються, як вважають астрономи, частково із твердого аміаку. Аміак замерзає при –78°C, а поверхні Юпітера, наприклад, середня температура – ​​138°C.

Аміак та амоній

У великій сім'ї азоту є дивна сполука – амоній NH 4 . У вільному вигляді він не зустрічається, а солях грає роль лужного металу. Назва «амоній» запропонував 1808 р. знаменитий англійський хімік Хемфрі Деві. Латинське слово ammonium колись означало: сіль із Аммонії. Амонія – область у Лівії. Там був храм єгипетського бога Аммона, на ім'я якого і називали всю область. В Аммонії здавна отримували амонійні солі (насамперед нашатир), спалюючи верблюжий гній. При розпаді солей виходив газ, який зараз називають аміаком.

З 1787 р. (у тому ж році, коли було прийнято термін «азот») комісія з хімічної номенклатури дала цьому газу ім'я ammoniaque (аммоніак). Російському хіміку Я.Д. Захарову ця назва здалася занадто довгою, і в 1801 він виключив з нього дві літери. Так вийшов аміак.

Звеселяючий газ

З п'яти оксидів азоту два – окис (NO) та двоокис (NO 2) – знайшли широке промислове застосування. Два інших – азотистий ангідрид (N 2 O 3) та азотний ангідрид (N 2 O 5) – не часто зустрінеш і в лабораторіях. П'ятий – закис азоту (N 2 O). Вона має дуже своєрідну фізіологічну дію, за яку її часто називають веселящим газом.

Видатний англійський хімік Хемфрі Деві за допомогою цього газу влаштовував спеціальні сеанси. Ось як описував дію закису азоту один із сучасників Деві: «Одні джентльмени стрибали по столах і стільцях, в інших розв'язалися мови, треті виявили надзвичайну схильність до бійки».

Свіфт сміявся даремно

Видатний письменник-сатирик Джонатан Свіфт охоче знущався з безпліддя сучасної йому науки. У «Подорожах Гулівера», в описі академії Лагадо, є таке місце: «У його розпорядженні були дві великі кімнати, захаращені найдивовижнішими дивами; п'ятдесят помічників працювало під його керівництвом. Одні згущували повітря в суху щільну речовину, витягаючи з неї селітру...»

Нині селітра з повітря – річ абсолютно реальна. Аміачну селітру NH 4 NO 3 справді роблять із повітря та води.

Бактерії зв'язують азот

Ідею у тому, деякі мікроорганізми можуть пов'язувати азот повітря, першим висловив російський фізик П. Коссович. Російському біохіміку С.М. Виноградському першому вдалося виділити із ґрунту один вид бактерій, що зв'язують азот.

Рослини перебірливі

Дмитро Миколайович Прянишніков встановив, що рослина, якщо їй надана можливість вибору, віддає перевагу аміачному азоту нітратному. (Нітрати – солі азотної кислоти).

Важливий окисник

Азотна кислота HNO 3 – один із найважливіших окислювачів, що застосовуються у хімічній промисловості. Першим її приготував, діючи сірчаною кислотою на селітру, один із найбільших хіміків XVII ст. Йоганн Рудольф Глаубер.

Серед сполук, одержуваних зараз за допомогою азотної кислоти, багато необхідних речовин: добрива, барвники, полімерні матеріали, вибухові речовини.

Подвійна роль

Деякі азотовмісні сполуки, що застосовуються в агрохімії, виконують подвійні функції. Наприклад, ціанамід кальцію хлопкороби застосовують як дефоліант - речовина, що викликає опадіння листя перед збиранням урожаю. Але це з'єднання одночасно є добривом.

Азот у отрутохімікатах

Не всі речовини, до складу яких входить азот, сприяють розвитку будь-яких рослин. Амінні солі феноксиоцтової та трихлорфеноксиоцтової кислот – гербіциди. Перша пригнічує зростання бур'янів на полях злакових культур, друга застосовується для очищення земель під ріллю – знищує дрібні дерева та чагарники.

Полімери: від біологічних до неорганічних

Атоми азоту входять до складу багатьох природних та синтетичних полімерів – від білка до капрону. З іншого боку, азот – найважливіший елемент безвуглецевих, неорганічних полімерів. Молекули неорганічного каучуку – поліфосфонітрилхлориду – це замкнені цикли, складені з атомів азоту і фосфору, що чергуються, в оточенні іонів хлору. До неорганічних полімерів відносяться і нітриди деяких металів, у тому числі і найтвердіша з усіх речовин - боразон.

Добрива – це найважливіша зброя садівника. Саме збагачуючи ґрунт різними складами, ми можемо розраховувати на отримання хорошого щорічного врожаю з однієї ділянки землі. Однак садові рослини вимагають повного набору мінеральних та органічних добавок, і садівнику доводиться досить добре орієнтуватися у цій різноманітності. Сьогодні нас цікавлять Які це групи, що вони являють собою і який вплив мають на ріст і розвиток рослин - все це ми докладно розглядатимемо.

Що таке азот

Насамперед вам важливо знати, що це один із найпоширеніших елементів на нашій планеті. Без нього неспроможна існувати жоден живий організм, причому це поширюється і рослини. Азот є важливою складовою білків та амінокислот, нуклеїнових кислот. Саме тому перша заповідь садівника свідчить, що вона має регулярно вносити азотні добрива. Які це? Про це ми розповімо нижче, а поки що - ще трохи теорії. Наявність достатньої кількості азоту у грунті підвищує врожайність, яке недолік різко її знижує. Саме тому садові ділянки, які експлуатуються щороку, потребують постійного внесення цих речовин. Однак слід також запам'ятати, що, незважаючи на очевидну корисність, застосовувати його потрібно дуже помірно. Справа в тому, що надлишок цієї речовини в ґрунті призводить до посиленого зростання вегетативної системи та практично повного припинення плодоношення.

Для чого азот рослинам

Ми вже знаємо, що хороший урожай неможливо отримати, використовуючи лише природні ресурси ґрунту. Тому дуже важливо постійно заповнювати запас поживних речовин. Чому важливо вносити саме азотні добрива? Які це будуть речовини - органічні або мінеральні - вирішує кожен садівник залежно від пори року та попередніх підживлень, нижче ми розглянемо оптимальний графік внесення підживлення. Але поки що мова не про це. Азот входить до складу хлорофілу, необхідного для засвоєння сонячної енергії. Також багаті азотом ліпоїди, алкалоїди та багато інших важливих для життя рослин речовини.

Особливо багаті азотом молоді стеблинки та листя навесні, у фазі активного росту самої рослини. При необхідності, при появі нових бруньок, листя і стебел спрямовуються до них. А вже після запилення переходять до репродуктивних органів, де накопичуються у вигляді білків. Тобто дуже важливо своєчасно внести в ґрунт азотні добрива. Які це речовини, ми вам докладно розповімо, а поки що зауважимо, що при дотриманні цього правила значно підвищується обсяг і якість урожаю. Зокрема, білок у плодах стає ціннішим, а самі городні культури зростають набагато швидше.

Види добрив

Ми плавно переходимо до класифікації, а значить, розповімо докладніше про азотні добрива. "Це які?", - Запитаєте ви? Насамперед досвідчений садівник, звичайно, згадає про мінеральні, і це не дивно. Адже саме їх зазвичай ми зустрічаємо у спеціалізованих магазинах, під відповідною вивіскою. Проте на цьому перелік не закінчується. Існують і органічні азотні добрива. Це насамперед поживні речовини рослинного та тваринного походження. Можливо, вам це стане відкриттям, але гній містить приблизно 1 % азоту. Існують інші азотні добрива. Це якісь, наприклад? Та ось хоча б компост, у якому при дебатуванні сміття і торфу досягається 1.5%-ная концентрація аналізованої нами речовини, а якщо в компостну яму міститься зелене листя, то згаданий вище показник зросте до 2.5%. Це чимало, проте є й інші органічні підживлення, які легко перекривають ці цифри. Це пташиний послід, який містить щонайменше 3 % азоту. Однак не можна забувати, що такі підживлення досить токсичні, а отже, захоплюватися ними не слід.

Рідкі види азотних добрив (аміачна група)

Ми продовжуємо розглядати азотні добрива. Назва хімічного елемента - "азот" - перекладається як "життя", з чого можна зробити висновок, що без таких речовин зростання та розвиток зелених посадок просто неможливі. Давайте спочатку поговоримо про рідкі форми цього добрива. Їхнє виробництво обходиться набагато дешевше, ніж випуск твердих аналогів, а значить, ви зможете суттєво заощадити при покупці. А існує їх лише три види, які доступні будь-якому дачнику: це безводний аміак, аміачна вода та аміакати. У всіх них різна концентрація, тому важливо заздалегідь уточнити, яке з азотних добрив більше за інших багате на азот. Це, безперечно, добавка проводиться шляхом зрідження аміаку під впливом високого тиску і містить не менше 82% основної речовини.

Особливості внесення в ґрунт рідкого азотного добрива

Є свої нюанси, які треба зважати. Вносити такі підживлення в ґрунт легко і просто, проте можуть виникати втрати азоту з низки причин. Насамперед - це випаровування вільного, безводного аміаку. Крім того, ґрунтові колоїди миттєво поглинають азот, а частина добрива вступає в реакцію з водою і перетворюється на гідроокис амонію. Найкраще вносити цей добрив у ґрунт восени, попередньо наситивши його гумусом, що у багато разів скоротить втрати.

Нітратна група

Рідку форму використовують досить часто невеликі садівничі господарства. Якщо говорити про промислові масштаби, то тут потрібно додатково подумати, які азотні добрива краще використовувати. Одним із найбільш популярних засобів є це універсальний продукт, який забезпечує швидкий ефект. Реалізується удобрення у вигляді біло-рожевих гранул. Вміст азоту в ньому досягає 35%, чого цілком достатньо, враховуючи високу безпеку активної речовини в грунті. Багато городників запевняють: достатньо придбати селітру, і ваша ділянка більше не відчуватиме браку в цьому елементі. Вносять у ґрунт її ранньою весною, адже вона необхідна саме для швидкого старту та гарного розвитку рослин. Приблизна витрата - від 25 до 30 г/1м 2 . Причому можна самостійно готувати рідкий розчин – для цього потрібно розвести 20 г на 10 літрів води.

А ще які добрива бувають?

Аміачно-нітратна група (сульфат амонію)

Це ще один популярний засіб, що має вигляд кристалізованої солі. Зміст азоту у ньому трохи нижче, близько 21%. Його можна вносити у ґрунт як навесні, так і восени, причому залежно від інтенсивності врожаю варіювати одноразове або дворазове збагачення землі за рік. З ґрунту добриво не вимивається, а отже, забезпечує стійкий ефект. Багато городників відзначали легке підкислення ґрунту при його регулярному використанні. Необхідно вносити в ґрунт по 40-50 г згаданої речовини на 1м2.

Амідні добрива

Найяскравіший представник – це карбамід. Це одне з основних азотовмісних добрив (концентрація азоту – 46 %). Як правило, використовується навесні, проте на найбільш важких ґрунтах може вноситися і восени. Для цього беруть 20 г на 1м2. А ось якщо потрібно зробити розчин для обприскування, можна розвести від 30 до 40 г на 10 літрів води.

Однак це ще не всі існуючі на сьогоднішній день азотні добрива. Список продовжують сечовина та ціанамід кальцію. При цьому слід зазначити, що найбільш цінним, недорогим та доступним засобом є саме сечовина. Це висококонцентроване добриво, яке може викликати опіки у рослин, тому треба бути дуже уважним при внесенні їх у ґрунт.

Застосування

Тепер ви зорієнтувалися, які добрива відносяться до азотних, і ми можемо трохи докладніше поговорити про те, як використовувати їх на своїй дачній ділянці. Не забувайте, що час і кількість прикорму безпосередньо залежить від виду ґрунту та нестачі азоту в ньому. Варто враховувати, що при використанні великої кількості добрива, що містить азот, цвітіння відбувається набагато пізніше, а плодоношення може і зовсім не наступити. Які рослини потрібно підживлювати азотом? Абсолютно все, крім люцерни та конюшини. Однак вимоги кожної культури до підгодівлі свої, і це необхідно враховувати.

Рослини з високими потребами у азотних добривах

Це культури, які кожному відомі та широко поширені на наших садових ділянках: капуста та картопля, гарбуз та кабачки, перець та баклажани, а також смачний ревінь. При їх вирощуванні необхідно вносити азот перед посадкою, так і в період вегетації. Рекомендується використовувати не менше 25 г аміачної селітри на 1 м2. Обов'язково потрібно знати, що таке азотні добрива, якщо ви збираєтеся вирощувати плодово-ягідні культури, такі як малина та ожина, суниця, вишня та злива. Дуже важливо використовувати ці добавки в повному обсязі, якщо ви збираєтеся висаджувати декоративний жоржин та флокси, півонії та цинію, фіалки та бузок.

Друга група: середня потреба в азоті

Це помідори та огірки, буряк та морква, часник, кукурудза та петрушка. Серед плодово-ягідних рослин можна відзначити смородину та аґрус, а також яблуню. До цієї групи можна віднести і більшість однорічних кольорів.

При вирощуванні цих культур достатньо внести азот один раз на рік – напровесні. Цього цілком вистачить для того, щоб рослини почувалися комфортно. Рекомендується вносити не більше 20 г селітри на 1 м2.

Третя група

Це рослини з помірними вимогами до вмісту азоту. Рекомендована доза – 15 г аміачної селітри на 1 м 2 . Сюди відносяться всі листові овочі, цибуля та редис, рання картопля. Яскравими представниками цієї групи є всі цибулинні декоративні рослини. Нарешті, найневимогливішими є бобові (досить лише 7 г добрива на 1 м 2 ). Це не тільки горох і квасоля, а й декоративні рослини, наприклад, азалія, верес та багато інших.

Способи внесення добрив

Щоб ці речовини вчасно подіяли, необхідно їх правильно, а найголовніше - вчасно внести. І тому використовуються різні методи. Найпершим є розкидання. Воно може виконуватися як вручну, так і за допомогою Застосовують цей метод перед засівом, так як добриву потрібно багато часу для того, щоб розчинитися. Другим є стрічковий спосіб, при якому аміачну селітру або інше мінеральне азотне добрива вносять вузькою стрічкою поблизу рослин на поверхні ґрунту або на невеликій глибині. При сильному дефіциті як екстрена міра використовується обприскування. Нарешті, добрива випускають у рідкому вигляді, тобто можна використовувати краплинний полив.

Як діагностувати нестачу азоту

Сподіваємося, тепер вас не поставить у глухий кут питання "азотні добрива - це які". Фото, представлені на сторінці, продемонструють з більшою наочністю всю різноманітність подібних підживлень. Проте дуже важливо розбиратися, коли настав час вносити їх у ґрунт, а коли причина поганого зростання криється зовсім в іншому. При нестачі азоту в першу чергу спостерігається пригнічення росту та пожовтіння всієї рослини, особливо його листя. Слід занепокоїтися і в тому випадку, якщо фарбування рослини стало блідо-жовтим. Найпершою ознакою, яка повинна вас насторожити, є пожовтіння країв старого листя. Потім вони засихають та опадають.

Ознаки надлишку азоту

Іноді складно відрізнити одне від одного, тобто недолік і надлишок поживних речовин. Тому потрібно відштовхуватися від того, що і в яких кількостях ви вносили в ґрунт, а також від спостережень за рослинами. Насамперед надлишок азоту виявляється в тому, що зелена частина рослини стає м'якою і пишною, прискорює свій ріст, а ось цвітіння і зав'язь зазвичай сильно відстають за термінами. Якщо надлишок азоту більш суттєвий, то спостерігаються опіки листя, а потім їхнє повне відмирання. Після цього гине і коренева система.

Підведемо підсумки

Таким чином, щоб оптимізувати харчування своїх рослин, можна використовувати органіку (гній або пташиний послід) або мінеральні добрива, що зазвичай зручніше. Це може бути аміачна селітра (вміст азоту – 34%) або сірчанокислий амоній (21%). Також вам може знадобитися кальцієва (15%) та (16%). Якщо рослини відчувають сильний дефіцит азоту або ви плануєте висаджувати ті культури, які найвибагливіші до нього, то найкраще взяти сечовину (46%). Використовуйте добрива у правильній пропорції і тоді, коли вони найбільш потрібні.

Азот – це хімічний елемент з атомним номером 7. Є газом без запаху, смаку та кольору.


Таким чином, людина не відчуває присутності азоту в земній атмосфері, тим часом як вона складається із цієї речовини на 78 відсотків. Азот відноситься до найпоширеніших речовин на нашій планеті. Часто можна чути, що без азоту не було б і це правда. Адже білкові сполуки, з яких складається все живе, обов'язково містять азот.

Азот у природі

Азот перебуває у атмосфері як молекул, що з двох атомів. Крім атмосфери, азот є в мантії Землі та в гумусному шарі ґрунту. Основне джерело азоту для промислового виробництва – це корисні копалини.

Проте останні десятиліття, коли запаси мінералів стали виснажуватися, виникла гостра необхідність виділення азоту з повітря на промислових масштабах. В даний час ця проблема вирішена, і величезні обсяги азоту для потреб промисловості видобуваються з атмосфери.

Роль азоту в біології, кругообіг азоту

На Землі азот зазнає ряду трансформацій, в яких беруть участь і біотичні (пов'язані з життям) та абіотичні фактори. З атмосфери та грунту азот надходить у рослини, причому не безпосередньо, а через мікроорганізми. Азотфіксуючі бактерії утримують і переробляють азот, перетворюючи його на форму, легко засвоювану рослинами. У організмі рослин азот перетворюється на склад складних сполук, зокрема – білків.

По харчовому ланцюгу ці речовини потрапляють у організми травоїдних, та був – хижаків. Після загибелі всього живого азот знову потрапляє у ґрунт, де піддається розкладу (амоніфікації та денітрифікації). Азот фіксується у ґрунті, мінералах, воді, потрапляє в атмосферу, і коло повторюється.

Застосування азоту

Після відкриття азоту (це сталося у 18-му столітті) були добре вивчені властивості самої речовини, його сполук, можливості використання в господарстві. Оскільки запаси азоту нашій планеті величезні, цей елемент став використовуватися вкрай активно.


Чистий азот застосовується у рідкому чи газоподібному вигляді. Рідкий азот має температуру мінус 196 градусів за Цельсієм і застосовується в наступних областях:

— у медицині.Рідкий азот є холодоагентом при процедурах кріотерапії, тобто лікування холодом. Миттєве заморожування застосовується для видалення різних новоутворень. У рідкому азоті зберігають зразки тканин та живі клітини (зокрема – сперматозоїди та яйцеклітини). Низька температура дозволяє зберегти біоматеріал протягом тривалого часу, а потім розморозити та використовувати.

Можливість зберігати в рідкому азоті цілі живі організми, а при необхідності розморожувати їх без жодної шкоди висловлена ​​письменниками-фантастами. Проте насправді освоїти цю технологію поки що не вдалося;

— у харчовій промисловостірідкий азот використовується при розливі рідин для створення інертного середовища в тарі.

Взагалі азот застосовується в тих областях, де необхідне газоподібне середовище без кисню, наприклад,

— у пожежогасінні. Азот витісняє кисень, без якого процеси горіння не підтримуються і вогонь згасає.

Газоподібний азот знайшов застосування у таких галузях:

— виробництво продуктів харчування. Азот використовується як інертне газове середовище для збереження свіжості продуктів в упаковці;

— у нафтовидобувній промисловості та гірничій справі. Азотом продувають трубопроводи та резервуари, його нагнітають у шахти для формування вибухобезпечного газового середовища;

— у літакобудуванніазотом накачують шини шасі.

Усе сказане вище відноситься до застосування чистого азоту, але не варто забувати, що цей елемент є вихідною сировиною для виробництва маси всіляких сполук:

- Аміак. Надзвичайно потрібна речовина з вмістом азоту. Аміак йде виробництво добрив, полімерів, соди, азотної кислоти. Сам по собі застосовується у медицині, виготовленні холодильної техніки;

- азотні добрива;

- вибухові речовини;

- Барвники і т.д.


Азот – як один із найпоширеніших хімічних елементів, а й дуже необхідний компонент, застосовуваний у багатьох галузях людської діяльності.

У дачно-городній справі азотні добрива є основною речовиною, яка забезпечує рослині гарне ущільнення коріння, поява нових листків, зростання квіток та розвиток плодів.

Азотне підживлення особливо важливе для плодово-ягідних культур. Вона забезпечує збільшення росту плодів та покращує їх смакові якості. Азот легко засвоюється в таких видах ґрунту, як підзолисті, торфовища, чорноземи.

Багато азоту міститься в органічних сполуках, однак, така його форма виступає своєрідною принадою для багатьох шкідників. Під впливом великої кількості комах рослина може не вижити. Тому дачники застосовують більш корисну для садово-городніх культур форму азотного добрива на основі мінералів.

При недостатній кількості азотистих добрив рослина дуже слабо росте, проходить повільний розвиток вегетативних органів, листя виростає невелике, їх зовнішній вигляд пофарбований жовтуватим відтінком, і незабаром вони передчасно обсипаються. Ці процеси згубно діють на рослину, і можуть призвести до переривання періоду цвітіння та скорочення плодоношення.

Вчасно та правильно внесені азотні мінеральні добрива, сприятиме здоровому розвитку рослини та отриманню бажаного результату для дачника.

Рідкі азотні добрива

Виробництво рідких добрив обходиться набагато дешевше, ніж жорсткі їм аналоги. Тому і рідкі добрива можна придбати за меншими цінами. Ефективність таких добрив залежить від їх природного стану.

Більшість дачників, які тільки починають садово-городню справу цікавляться, рідкі азотні добрива це які?

Існують три основні види азотних сполук, призначених для удобрення ґрунту:

• Безводний аміак;
• Аміячна вода;
• Аміакати.

Безводний аміак. Досить концентрований розчин, який має вигляд безбарвної рідини. Безводний аміак створюють у заводських умовах, внаслідок зрідження аміаку з газоподібного стану під впливом високого тиску. В отриманій рідині міститься 82,3% азоту.

Азотне добриво у рідкому стані зберігається у щільно закритих ємностях. Не можна зберігати його в посудинах із міді, цинку та подібних сплавів. Рекомендують використовувати залізну тару, або сталеву і чавунну. Безводний аміак необхідно зберігати у закритих ємностях, оскільки він має властивість швидко випаровуватися.

Аміячна вода. Концентрація азоту у цьому добриві становить близько 16,4% мінімум і до 20,5% максимум. Вона не справляє руйнівної дії на чорні метали. Аміачна вода має невеликий тиск, що дозволяє зберігати її в посудинах із вуглецевої сталі. Такий вид рідкого азотного добрива застосовувати на великих відстанях не вигідно і практично, оскільки азот має властивість швидко випаровуватися. Добриво на азотній основі втрачає частину своїх первісних властивостей саме під час транспортування.

Внесення азотного добрива в грунт відбувається досить просто, але можуть виникати також втрати азоту, в результаті процесу випаровування вільного, безводного аміаку. Ґрунтові колоїди миттєво поглинають азот. Невелика частина азотних добрив, в результаті вступу в реакцію з ґрунтовою вологою, перетворюється на гідроокис амонію.

У ґрунтах, насичених , у кілька разів підвищується ефективність азотного добрива. І тут втрати аміаку мінімальні.

У супісках та піщаних, нестійких ґрунтах з мінімальним насиченням гумусу, втрати аміаку в кілька разів підвищуються, відповідно, ефективність застосування падає.

За наявності великих обсягів землі, які потребують підживлення азотними добривами, існує спеціальна техніка. За її сприяння добриво вноситься на глибину до 12 см на легких грунтах. Це робиться для мінімізації втрат азоту та підвищення ефективності його дії. Поверхневе внесення у ґрунт не дасть жодного результату.

Добрива, що містять азот, також вносять у промерзлий ґрунт восени, або ж при культивуванні ґрунту перед проведенням посівної кампанії.

Аміакати. Виробництво аміакатів відбувається в результаті змішування водного аміаку та азотних добрив. Отриманий склад має близько 30–50% азоту. Він в аміакатах знаходиться в різних сполуках та пропорціях (нітратна та амідна форма)

Для садово-городніх культур аміакати у рідкому стані за властивостями не поступаються твердим видам азотних добрив.

Здійснювати підживлення ґрунту рідкими добривами слід у спеціальній уніформі, щоб запобігти попаданню його на шкірний покрив та дихальні шляхи, а також на слизові оболонки. Для захисту очей необхідно використовувати окуляри, а захисту дихання – маски чи респіратори.

Види азотних добрив та способи їх застосування

Азот є одним з основних складових комплексу для підживлення рослин. Його основною функцією в цьому комплексі є збільшення плодоносності садово-городніх культур.

Щодо доз для внесення у ґрунт, то для ягідних та плодових культур норма 9-12 г./1м 2 ґрунту. Для культур, які мають усередині кісточку, ці значення дорівнюють 4-6 гр./1м 2 ґрунту. При простому підживленні, для підтримки загального стану плодів, застосовується дозування до 4 гр/1м 2 площі.

Основні види азотних добрив:

Азотні добрива відіграють велику роль для розвитку садово-городніх культур. Головним завданням для дачника є своєчасне підживлення рослини цим видом добрива. Про те, як застосовувати азотні добрива, та в яких пропорціях докладно написано в інструкції на упаковках та в інформаційних джерелах.

Застосування азотних добрив для плодових дерев (відео)