Азот в организме человека. Азот - безжизненный газ, который так необходим для жизни

Азот бесцветный и нетоксичный, без запаха и вкуса. Азот существует в природе как невоспламеняющийся газ при нормальных температурах и давлении. Этот газ (азот) несколько легче воздуха, поэтому его концентрация с высотой повышается. При охлаждении до точки кипения азот превращается в бесцветную жидкость, которая при определенных давлении и температуре становится твердым бесцветным кристаллическим веществом. Азот слаборастворим в воде и большинстве других жидкостей, является плохим проводником электричества и тепла.

Большинство использований азота объясняется его инертными свойствами. Однако при высоких давлениях и температурах азот реагирует с некоторыми активными металлами, например с литием и магнием, образуя нитриды, а также с некоторыми газами, такими как кислород и водород.

Основные факты об азоте: история открытия и основные свойства

Азот (N2) - одно из самых распространённых веществ на Земле. Из него на 75% состоит атмосфера нашей планеты, тогда как доля кислорода в ней составляет всего 22%.

Как ни странно, учёные долгое время не знали о существовании этого газа. Лишь в 1772 году английский химик Дэниэл Резерфорд описал его как «испорченный воздух», неспособный поддерживать горение, не вступающий в реакцию со щелочами и непригодный для дыхания. Само слово «азот » (от греческого - «безжизненный») предложил 15 лет спустя Антуан Лавуазье.

При нормальных условиях это газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса, тяжелее воздуха и практически инертный. При температуре -195,8 °C он переходит в жидкое состояние; при -209,9 °C - кристаллизуется, напоминая снег.

Области применения азота

В настоящее время, азот нашел широкое применение во всех сферах человеческой деятельности.

Так, нефтегазовая промышленность использует его с целью регуляции уровня и давления в нефтяных скважинах, вытеснения кислорода из ёмкостей для хранения природного газа, продувки и тестирования трубопроводов. Химическая промышленность нуждается в нём для получения удобрений и синтеза аммиака, металлургия - для ряда технологических процессов. Благодаря тому, что азот вытесняет кислород , но не поддерживает горение, его применяют в пожаротушении. В пищевой промышленности упаковка продуктов в азотной атмосфере заменяет использование консервантов, препятствует окислению жиров и развитию микроорганизмов. Кроме того, это вещество используется в фармацевтике для получения различных препаратов и в лабораторной диагностике - для проведения ряда анализов.

Жидкий азот способен за считанные секунды заморозить всё, что угодно, без образования кристалликов льда. Поэтому медики применяют его в криотерапии для удаления отмерших клеток, а также в криосохранении сперматозоидов, яйцеклеток и образцов тканей.

Интересно, что:

• Мгновенное мороженое, приготовленное при помощи жидкого азота, изобрёл в 1998 году биолог Курт Джонс, дурачась с друзьями на кухне. Впоследствии он основал компанию по производству этого десерта, который пользуется спросом у американских сладкоежек.
• Мировая промышленность получает из земной атмосферы 1 млн тонн этого газа в год.
• Рука человека, погружённая в стакан с жидким азотом на 1-2 секунды, останется невредимой благодаря «перчатке» из пузырьков газа, который образуется при закипании жидкости в местах контакта с кожей.

АЗОТ, N (лат. Nitrogenium * а. nitrogen; н. Stickstoff; ф. azote, nitrogene; и. nitrogeno), — химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. Открыт в 1772 английским исследователем Д. Резерфордом.

Свойства азота

При обычных условиях азот — газ без цвета и запаха. Природный азот состоит из двух стабильных изотопов: 14 N (99,635%) и 15 N (0,365%). Молекула азота двухатомная; атомы связаны ковалентной тройной связью NN. Диаметр молекулы азота, определённый разными способами, 3,15-3,53 А. Молекула азота очень устойчива — энергия диссоциации 942,9 кДж/моль.

Молекулярный азот

Константы молекулярного азота: f плавления — 209,86°С, f кипения — 195,8°С; плотность газообразного азота 1,25 кг/ м 3 , жидкого — 808 кг/м 3 .

Характеристика азота

В твёрдом состоянии азот существует в двух модификациях: кубической а-форме с плотностью 1026,5 кг/м 3 и гексагональной b-форме с плотностью 879,2 кг/м 3 . Теплота плавления 25,5 кДж/кг, теплота испарения 200 кДж/кг. Поверхностное натяжение жидкого азота в контакте с воздухом 8,5.10 -3 Н/м; диэлектрическая проницаемость 1,000538. Растворимость азота в воде (см 3 на 100 мл Н 2 О): 2,33 (0°С), 1,42 (25°С) и 1,32 (60°С). Внешняя электронная оболочка атома азота состоит из 5 электронов. Степени окисления азота меняются от 5 (в N 2 О 5) до -3 (в NH 3).

Соединение азота

Азот при нормальных условиях может реагировать с соединениями переходных металлов (Ti, V, Mo и др.), образуя комплексы либо восстанавливаясь с образованием аммиака и гидразина. С такими активными металлами, как , азот взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С большинством других элементов азот реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения азота с : N 2 О, NO, N 2 О 5 . С азот соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов; при этом образуется аммиак NH 3 . С галогенами азот непосредственно не взаимодействует; поэтому все галогениды азота получают только косвенным путём, например фтористый азот NF 3 — при взаимодействии с аммиаком. С серой также не происходит непосредственного соединения азота. При взаимодействии раскалённого с азотом образуется циан (CN) 2 . При действии на обычный азот электрических разрядов, а также при электрических разрядах в воздухе может образоваться активный азот, представляющий собой смесь молекул и атомов азота, обладающих повышенным запасом энергии. Активный азот весьма энергично взаимодействует с кислородом, водородом, парами , и некоторыми металлами.

Азот — один из самых распространённых элементов на Земле, причём основная его масса (около 4.10 15 т) сосредоточена в свободном состоянии в . Ежегодно при вулканической деятельности в атмосферу выделяется 2.10 6 т азота. Незначительная часть азота концентрируется в (среднее содержание в литосфере 1,9.10 -3 %). Природные соединения азота — хлористый аммоний и различные нитраты (селитры). Нитриды азота могут образовываться только при высоких температурах и давлениях, что, по-видимому, имело место на самых ранних стадиях развития Земли. Крупные скопления селитры встречаются только в условиях сухого пустынного климата ( , и др.). Небольшие количества связанного азота находятся в (1-2,5%) и (0,02-1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах (0,1 %) и живых организмах (0,3%). Азот входит в состав белковых молекул и многих естественных органических соединений.

Круговорот азота в природе

В природе осуществляется круговорот азота, который включает цикл молекулярного атмосферного азота в биосфере, цикл в атмосфере химически связанного азота, круговорот захоронённого с органическим веществом поверхностного азота в литосфере с возвратом его обратно в атмосферу. Азот для промышленности ранее добывался целиком из месторождений природных селитр, число которых в мире весьма ограничено. Особенно крупные залежи азота в виде азотнокислого натрия находятся в Чили; добыча селитры в отдельные годы составляла более 3 млн. т.

Трудно говорить о химических свойствах элемента, который так мало активен, как азот.

В отличие от кислорода, который взаимодействует почти со всеми элементами, встречающимися в природе, газообразный азот при комнатной температуре соединяется с единственным элементом - литием, образуя при этом нитрид лития (N2 + 6Li = 2LiзN).

С другими химическими элементами азот вступает в реакцию только при высокой температуре, большом давлении и в присутствии катализатора.

С металлами, как в случае лития, азот дает нитриды, в которых он обычно бывает трехвалентным. Образование нитридов происходит при высокой температуре, при непосредственном взаимодействии элементарного азота с раскаленным металлом.

Существует реакция, протекание которой как будто бы опровергает малую активность азота. Это реакция образования нитрида алюминия из окиси алюминия и азота при высокой температуре (Аl2Оз + N2 + 3С = 2AlN + 3СО). Может показаться, что в этой реакции азот более активен, чем кислород, и что при высокой температуре ему удается отобрать алюминий у кислорода.

На самом же деле это не так. В отсутствии углерода азот не способен вытеснить кислород из окиси алюминия, так же как без азота нельзя получить окись углерода из окиси алюминия и угля. Дело в том, что в раскаленной смеси окиси алюминия с углем в присутствии азота создаются благоприятные условия для получения окиси углерода с одновременным образованием довольно устойчивого нитрида алюминия.

Если через нагретую смесь соды с углем пропустить азот, получается натриевая соль синильной кислоты или цианистый натрий и окись углерода

(Nа2СОз + 4С + +N2 = 2NaCN + 3СО).

Азот довольно легко поглощается раскаленным карбидом кальция (СаС2), образуя при этом важный технический продукт - цианамид кальция

(СаС2 + N2 = = Ca(CN)2 + С).

Существуют и другие реакции которые для азота кажутся необычными. При высокой температуре уран так бурно соединяется с азотом, что создается впечатление, будто бы уран горит в атмосфере азота так же, как железная проволока горит в кислороде. Так же бурно реагирует с азотом раскаленный цезий.

Нитриды металлов очень неустойчивы и разлагаются на гидраты металлов и аммиак (AlN + + 3Н2О = Аl (ОН)3 + NН3). Окись азота - бесцветный газ тяжелее воздуха, не растворяется в воде и представляет собой несолеобразующий оксид. С кислородом она сразу же вступает в реакцию и дает двуокись азота (2NO + 02 = 2N02).

В лаборатории окись азота получают действием азотной кислоты на медь. Если в колбу, наполненную разбавленной азотной кислотой опустить несколько кусочков меди, то сразу же начнут выделяться пузырьки бесцветного газа - окиси азота. Если собрать окись азота в цилиндр и оставить его открытым, то газ в цилиндре начнет буреть с поверхности и постепенно бурый слой будет увеличиваться, продвигаясь вглубь цилиндра. Это окись азота окисляется до двуокиси азота кислородом воздуха.

Аммиак (NН3) - простейшее соединение азота и водорода. Из всех химических соединений азота именно аммиак - наиболее важный промышленный продукт. В настоящее время самое широкое применение в промышленности находит аммиак, полученный непосредственно из газообразного азота и водорода (N2+3H2=2NНз).

Реакция эта, как видно из уравнения, обратима, т. е. может протекать как в сторону образования аммиака, так и в сторону его разложения на азот и водород. Чтобы заставить реакцию идти в сторону образования аммиака с нужной скоростью, необходимо подобрать наиболее выгодные условия. Такими условиями служат высокие температура и давление, и соответствующий катализатор.

Чрезвычайно важными химическими соединениями азота являются его кислородные соединения.

Известны пять различных окислов азота: закись азота, или веселящий газ (N20), где азот одновалентен; окись азота (NO), в которой азот двухвалентен; азотистый ангидрид, или трехокись азота (N2Оз),- в этом соединении азот трехвалентен; двуокись азота (N02), где азот четырехвалентен, и, наконец, азотный ангидрид, или пятиокись азота (N20s), в которой азот пятивалентен.

Закись азота (N20) не может быть получена из газообразного кислорода и азота, она образуется из азотнокислой соли аммония, которая при осторожном нагревании разлагается на закись азота и воду (NН4NОз = = N20 + 2Н2О).

Закись азота - бесцветный газ, имеет сладковатый вкус и слабый, приятный запах. Свойства этого газа были изучены английским химиком г. Дэви. В 1799 году. Интересуясь действием различных газов на организм человека, Дэви обычно, испытывал их на себе. При вдыхании закиси азота, он пришел в возбужденное состояние, сопровождаемое смехом. За эти свойства закись азота была названа, им веселящим газом. В дальнейшем было установлено, что при более длительном вдыхании закиси азота наступает потеря сознания.

Окись азота (NO) получается соединением азота с кислородом при очень высокой температуре в электрической искре (N2 +02 = 2NO). Реакция эта идет обратимо, то есть наряду с образованием окиси азота идет ее разложение. В электрической искре можно получить сравнительно небольшое количество окиси азота. В природе, также в небольших количествах, окись азота образуется из кислорода и азота воздуха во время грозы.

Окись азота - бесцветный газ тяжелее воздуха, не растворяется в воде и представляет собой несолеобразующий окисел. С кислородом она сразу же вступает в реакцию и дает двуокись азота (2NO + 02 = 2N02).

В лаборатории окись азота получают действием азотной кислоты на медь. Если в колбу, наполненную разбавленной азотной кислотой, .опустить несколько кусочков меди, то сразу же начнут выделяться пузырьки бесцветного газа - окиси азота. Если собрать окись азота в цилиндр и оставить его открытым, то газ в цилиндре начнет буреть с поверхности и постепенно бурый слой будет увеличиваться, продвигаясь вглубь цилиндра. Это окись азота окисляется до двуокиси азота кислородом воздуха.

Двуокись азота (N02) - газ в полтора раза тяжелее воздуха. При охлаждении ниже нуля переходит в жидкость желтоватого цвета, а при температуре - 10° образует бесцветную кристаллическую массу. Двуокись азота хорошо растворяется в воде, и, реагируя с ней, дает азотную и азотистую кислоты (2N02 + Н2О = НNОз + HN02). Азотистый ангидрид, или трехокись азота (N2Оз), при комнатной температуре и атмосферном давлении малоустойчивое газообразное соединение, которое распадается на окись и двуокись азота. Но азотистый ангидрид распадается не до конца: между тремя газообразными веществами устанавливается равновесие, при котором остается 10,5 процента нераспавшейся трехокиси азота.

Азотный ангидрид (N20s) существует только при температуре выше 450-500. Ниже этой температуры он сжижается, а при 300 затвердевает, образуя бесцветные кристаллы.

Аммиак - одно из соединений, важность которого для,неорганической и органической областей химии чрезвычайно велика. Достаточно сказать, что подавляющая часть азотсодержащих соединений получается при участий аммиака. Благодаря способности отдельных видов бактерий и, вероятно, растений превращать азот воздуха в аммиак, на Земле появилась существующая форма жизни.

По некоторым своим свойствам аммиак похож на воду. Правда, при обычной комнатной температуре это бесцветный едкий газ (вспомните запах нашатырного спирта), но ведь и вода может быть газообразной.

Аммиак легко превратить в жидкость. Для этого достаточно его вынести на тридцатипятиградусный мороз.

Получение, аммиака, Подавляющая чacть NНз получается так:

N2+3H2=2NH3+92 кДж

Гидразин. Молекула гидразина - N2H4 является продуктом замещения атома водорода в аммиаке группой NH2:

2NНз+ NaOCl=N2H4+NaCl+ Н2О

Это основание более слабое, чем аммиак.

Безводный гидразин - бесцветная дымящаяся жидкость затвердевающая при 20 С.

Довольно устойчив и лишь при 350 ОС спокойно разлагается на N2 и NH3. С водой смешивается в любых соотношениях, присоединяя молекулу воды, образует гидрат гидразина.

Интерес к гидразину и его значение сразу возросли, когда оказалось, что он может служить жидким ракетным топливом. Горит он в кислороде красивым фиолетовым пламенем

N2H4+02=2H20+N2+Q

На этой реакции основано использование гидразина для ракетных двигателей.

Восстановительные функции гидразина очень сильны. Окислительные свойства у N2H4 почти, отсутствуют. Только сильнейшие восстановители могут превратить гидразин в аммиак, например водород в момент выделения:

Азотистоводородная кислота по своим свойствам резко отличается от аммиака и гидразина, хотя и содержит только атомы водорода и азота

По силе азотистоводородная кислота близка к уксусной, но соли ее растворимы так же хорошо, как и соли соляной кислоты. Сама кислота представляет собой бесцветную летучую жидкость с резким неприятным запахом.

Практически получают кислоту и ее соли при реакции амида натрия с оксиом азота (1).

Азот - он же в таблице Менделеева N (он же - первая буква в аббревиатуре NPK на многочисленных упаковках с удобрениями).

Прежде чем подробно разобрать роль и формы азота в удобрениях, нужно напомнить, что он относится к группе МАКРОэлементов . Это категория жизненно необходимых абсолютно всем растениям элементов, куда помимо азота входит фосфор P и калий K. МИКРОэлементы (железо, сера, цинк, марганец и другие) также играют важную роль, но они необходимы в дозировках в сотни раз меньше, чем макроэлементы (отсюда и название «микро»). Азот как и фосфор и калий напрямую участвуют в формировании основных тканей растения, отвечают за фазы развития (рост, вегетация, цветение, плодоношение) и скорость роста.

Зачем растению азот?

Если бы художник захотел нарисовать картинку благоухающего сада из элементов таблицы Менделеева, то вместо зелени листвы, стеблей и молодых побегов была бы буква N - азот. Именно этот летучий газ участвует через различные соединения в формировании хлорофилла - того самого белка, который принимает участие в фотосинтезе и дыхании растения. Если азота достаточно - листва имеет насыщенный изумрудный цвет, который вкупе с хорошим поливом может отливать глянцем. Как только азота становится мало, растение бледнеет вплоть до чахлой желтизны, а новые побеги растут медленно или практически прекращают рост.
НА ФОТО: Разница между растениями, получавшими азот в процессе выращивания и теми, что росли на бедных почвах - очевидна

Также принято считать, что за плодоношение отвечает фосфор, и именно его присутствие будет влиять на урожай. Это действительно так, но в большей степени в вопросе качества урожая. За количество будет отвечать азот. Чем больше вегетативной массы наберет растение, тем больше цветочных почек появится на стеблях или в пазухах. У некоторых растений азот напрямую влияет на формирование цветочных почек, особенно у двудомных с женскими и мужскими цветками (конопля, ива, лимонник, облепиха и многие другие).

Как понять, что растению не хватает азота?

Первый признак нехватки азота - чахлый, желтушный, вплоть до бледно-желтого, цвет листвы. Пожелтение начинается с краев листа по направлению к центру. При этом листовая пластинка утончается, становится мягкой, даже если соблюдается полив. Очень похожие симптомы наблюдаются при нехватке серы (S), однако в случае с азотом нижние листья желтеют первыми. В запущенных случаях они высыхают и опадают - растение «вытягивает» все питательные вещества из них, чтобы отдать верхним побегам или плодам, если они имеются. При нехватке серы опадения листвы снизу не наблюдается.

Причин нехватки может быть, как правило, две: или растение забыли подкормить (когда и как подкармливать - ниже) или грунт сильно закислен, и кислая реакция среды нарушает всасываемость азота. Также в кислой среде нехватка азота может мимикрировать под хлороз - недостаток железа или магния. Однако в данном случае это непринципиально - грунт требует решительной замены или обновления.

Какой азот продают в магазинах и какой из них лучше?

Для каждого садовода этот вопрос, пожалуй, самый главный. Однако давайте для начала разберемся, а какой в принципе азот бывает? Без этого будет трудно понять, что написано на упаковке.

Аммиачный или аммонийный азот (NH 4)

Этот азот еще называют органическим азотом. Его действительно много в органических остатках разлагающегося вещества будто то навоз или опавшая листва. Растения очень любят аммоний, так как он легко проникает в корни и в них же может превращаться с аминокислоты, которые и будут формировать листья и побеги растения. Однако есть существенный минус: несмотря на все механизмы сопротивления, аммоний может проникать в клетку растения и оказывать на нее токсичный эффект.

В природе передозировка аммонием довольно редка, т.к. он довольно быстро «преобразуется» бактериями до нитратов NO 3 (процесс нитрификации) и далее до нитритов (NO 2) и вплоть до чистого азота, который быстро улетучивается из почвы. В саду или огороде аммиачный азот также быстро покидает почву, если только владелец участка не применил чистый, свежий навоз в большом количестве. В этом случае и происходит т.н. «сжигание» корней или всего растения. В комнатных условиях органический азот следует использовать по-минимуму, т.к. проконтролировать нужную дозировку довольно сложно.

ВАЖНО : на упаковках удобрений для комнатных растений аммиачный азот крайне редко указывается формулой (NH 4) или формулировкой. Как правило, используется органическая форма: некий экстракт (например, экстракт водорослей) или жидкая форма чистого органического удобрения («биогумус»), или гелеобразная масса («сапропель» - донный ил) и т.д.

Для сада и огорода применяется минеральная форма - сульфат аммония (NH 4) 2 SO 4 . Большое преимущество этого удобрения в том, что оно также содержит серу. Вместе с азотом она участвует в синтезе важных аминокислот, включая незаменимые. Сульфат аммония входит в состав популярной сегодня марки удобрения «Акварин» (номера 6 и 7 подходят для сада и огорода). Это удобрение содержит приблизительно 25% аммонийного и 75% нитратного азота.

Нитратный азот (NO 3)

Если органический азот растение старается сразу пустить в дело, не затрачивая энергии, то с нитратом картина совершенно противоположная. Практически любая культура жадно запасает нитраты в тканях в количествах порой превышающих допустимые пределы! А всему виной - высокая подвижность азота в биосфере. Сегодня коровка плюхнула лепешку, на нее тут же набрасываются бактерии (а чуть позже и насекомые), которые переводят азот из органической в минеральную форму NO 3 . Но и эта форма долго не задерживается: то, что не успели забрать растения, уже другие бактерии доводят до нитритной NO 2 формы, а потом и до азота. Плюс нитрата - безвредность для растения. Минус - необходимость света и тепла, благодаря которым нитрат в листьях восстанавливается до аммония (точнее различных аминов NH 2) и далее - до аминокислот и белков. Как итог: в неблагоприятных условиях растение будет стремиться накапливать нитраты, чтобы использовать их, когда ситуация наладится.

В комнатных условиях нитратный азот - настоящее решение. Он указывается формулой на упаковке NO 3 и сопровождается соответствующим текстом. Дозировки рассчитаны заранее для периодов покоя и активного роста. Ошибиться невозможно.

В саду и огороде нитратный азот используется сразу после начала сокодвижения (что соответствует температуре почвы около +15°С). Важно не упустить этот момент и обеспечить растение элементом, из которого уже в самые ближайшие дни начнут строиться новые побеги и листья. Заканчивают применение азотных удобрений в июле, а точнее - сразу после завершения периода вегетации (деревья и кустарники замедляют рост, начинается плодоношение). В зиму сад отправляют без азотной подкормки или делают это поздней осенью, перед заморозками и органической формой, которая задержится в почве подольше. Также не забываем, что зимы в последнее время теплеют, что не лучшим образом сказывается на удержании азота в почве.

В обиходе нитратный азот известен как селитра , из которой наиболее популярна в России - калийная (или «калиевая») селитра. Эта форма нитратного азота подходит как для садовых, так и для комнатных растений. Обеспечивает легкоусвояемым азотом и калием.

Амидный азот CO(NH 2) 2 , карбамид или просто мочевина

Богатое, биогенное (то есть полученное в том числе органическим путем) удобрение, которое может содержать до 46% азота. Для использования в грунте в последнее время используется редко, т.к. вездесущие «уреазные» бактерии быстро переводят драгоценную мочевину в карбонат аммония более известный в пищевой промышленности как разрыхлитель теста. Вот таким «разрыхлителем» в советские годы «удобряли» поля, пока не осознали потери азота. Сегодня мочевина используется в растворах для опрыскивания. Разумеется, лучшее ее применение – на полях и в больших садах. В частной практике применяется редко, поэтому и на полках обычных магазинов практически не встречается.

Мочевина - прекрасное средство против парши и некоторых других патогенных грибков.

Подведем итог

1. Азот - один из важнейших элементов, который постоянно необходим растению для здорового роста и развития.
2. В комнатной культуре азотные удобрения добавляют в период активного роста. За месяц-полтора до покоя азотное питание прекращают, чтобы не вызвать избыточный рост и нарушение периода покоя.
3. В садовой и огородной культуре азот добавляют весной, как только температура прогреется до +15°С (корни начинают впитывать влагу). Конец периода применения: середина лета; начало августа - только в случае холодной весны/лета.
4. В комнатной культуре необходимо использовать нитратный азот: на упаковке будет написано NO 3 , возможно встретится только слово «нитрат».
5. В садовой культуре, как правило, используются готовые марки удобрений, в которых смешаны нитратные и аммонийные формы азота. Оба указываются на упаковке формулами сульфата аммония и нитрата калия (чаще всего).
6. Если вам попадется мочевина (карбамид), то используйте ее для опрыскивания растений. Период использования аналогичен другим формам азота.

АЗОТ (Nitrogenium, N) - химический элемент V группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, атом, номер 7, атомная масса 14,0067. Открыт Резерфордом (D. Rutherford) в 1772 году. Известны следующие изотопы азота (табл.).

В различных соединениях азота обладает переменной валентностью, которая может быть равна - 3, +1, +2, +3, +4 и +5.

Распространение в природе. Общее содержание азота в земной коре составляет около 0,016 вес. %. Основная его масса находится в воздухе в свободном, молекулярном виде - N 2 . Сухой воздух содержит в среднем 78,09% по объему (или 75,6% по весу) свободного азота. В относительно малых количествах свободный азот находится в растворенном состоянии в водах океанов. Азот в виде соединений с другими элементами (связанный азот) входит в состав всех растительных и животных организмов.

Жизнь неразрывно связана со свойствами легко изменяющихся сложных азотистых веществ - белков. В состав белков в среднем входит 15-17% азота. При отмирании организмов сложные азотистые соединения их в процессе круговорота азота превращаются в более простые соединения: аммиак, аммонийные соли, нитриты и нитраты. Все соединения азота, как органические, так и неорганические, содержащиеся в почве, объединяются под названием «азот почвы».

Получение азота

В лабораториях чистый азот получают обычно нагреванием концентрированного водного раствора азотисто-кислого аммония или раствора смеси хлористого аммония с азотистокислым натрием:

NH 4 Cl + NaNO 2 = N 2 + NaCl + 2H 2 O.

В технике азота с примесью до 3% аргона получают фракционированной перегонкой жидкого воздуха.

Свойства азота

В свободном состоянии азот представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса, состоящий из двухатомных молекул - N 2 . Вес 1 л его при t° 0° и давлении 760 мм рт. ст. равен 1,2506 г, t° кип - 195,8°, t° пл - 209,86°; плотность жидкого А. 0,808 (при t° - 195,8°), твердого - 1,026 (при t ° - 255°). В 1 мл воды при t° 0°, 20° и 38° и парциальном давлении азота, равном 760 мм, растворяется соответственно 0,0235, 0,0154 и 0,0122 мл азота.

Растворимость азота в крови меньше; она составляет при t° 38° 0,0110 мл А. При малых парциальных давлениях азота его растворимость в крови несколько больше, чем в воде.

В обычных условиях азот физиологически инертен, но при вдыхании воздуха, сжатого до 2-2,5 атм, наступает состояние, называемое азотным наркозом, сходное с опьянением алкоголем. Это явление может иметь место при водолазных работах (см.) на глубине нескольких десятков метров. Для предупреждения возникновения подобного состояния иногда пользуются искусственными газовыми смесями, в которых азот заменен гелием или каким-либо другим инертным газом. При резком и значительном снижении парциального давления азота растворимость его в крови и тканях настолько снижается, что часть его выделяется в виде пузырьков, что является одной из причин возникновения кессонной болезни, наблюдающейся у водолазов при быстром их подъеме на поверхность и у летчиков при больших скоростях взлета самолетов в верхние слои атмосферы (см. Декомпрессионная болезнь).

Применение азота

Свободный азот как химически неактивный газ применяется в лабораторной практике и технике во всех случаях, когда наличие в окружающей атмосфере кислорода недопустимо или нежелательно, например при проведении биологического эксперимента в анаэробных условиях, при переливании больших количеств горючих жидкостей (для предотвращения пожаров) и так далее. Основная же масса свободного азота используется в промышленности для синтеза аммиака, цианамида кальция и азотной кислоты, которые являются исходными веществами для получения азотных удобрений, взрывчатых веществ, красок, лаков, фармацевтических препаратов и другое.

Соединения азота

Свободный азот при обычных температурах химически инертен; при высокой температуре вступает в соединение со многими элементами.

С водородом азот образует ряд соединений, основными из которых являются следующие:

3. Азотистоводородная кислота (HN 3) - бесцветная, кипящая при t° 37° жидкость с резким запахом. Взрывается с большой силой при нагревании. В водных растворах устойчива и проявляет свойства слабой кислоты. Соли ее - азиды - неустойчивы и взрываются при нагревании или ударе. Азид свинца Pb(N 3) 2 применяется в качестве детонатора. Вдыхание паров HN3 вызывает сильную головную боль и раздражение слизистых оболочек.

С кислородом азот образует пять окислов.

1. Закись азота, или веселящий газ (N 2 O), - бесцветный газ, получают при нагревании (выше 190°) азотнокислого аммония:

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O. В смеси с кислородом закись азота применяют как слабый наркотик, вызывающий состояние опьянения, эйфории, притупление болевой чувствительности. Применяется для ингаляционного наркоза (см.).

2. Окись азота (NO) - бесцветный газ, плохо растворимый в воде; в лабораториях получают действием азотной кислоты средней концентрации на медь:

8HNO 3 + 3Cu = 2NO + 3Cu (NO 3) 2 + 4H 2 O, в технике - продуванием воздуха через пламя электрической дуги. На воздухе мгновенно окисляется, образуя красно-бурые пары двуокиси азота; вместе с последней вызывает отравления организма (см. ниже - Профессиональные вредности соединений азота).

3. Двуокись азота (NO 2) - красно-бурый газ, имеющий характерный запах и состоящий из собственно двуокиси А. и ее бесцветного полимера - четырехокиси азота (N 2 O 4) - азотноватого ангидрида. Двуокись азота легко сгущается в красно-бурую жидкость, кипящую при t° 22,4° и затвердевающую при t° - 11° в бесцветные кристаллы. Растворяется в воде с образованием азотистой и азотной кислот:

2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3 .

Является сильным окислителем и опасным ядом. Двуокись азота образуется при получении азотной кислоты, при реакциях нитрования, травлении металлов и тому подобное и поэтому представляет собой профессиональный яд.

4. Трехокись азота, ангидрид азотистой к-ты (N 2 O 3), - темно-синяя жидкость, затвердевающая при t° - 103° в голубые кристаллы. Устойчива лишь при низких температурах. С водой образует слабую и непрочную азотистую кислоту, со щелочами - соли азотистой кислоты - нитриты.

5. Пятиокись азота, ангидрид азотной к-ты (N 2 O 5), - бесцветные призматические кристаллы, имеющие плотность 1,63, плавящиеся при t° 30° в желтую, слегка разлагающуюся жидкость; разложение усиливается при нагревании и при действии света. Температура кипения около 50°. С водой образует сильную, довольно устойчивую азотную кислоту, со щелочами - соли этой кислоты - нитраты.

При нагревании азот непосредственно соединяется со многими металлами, образуя нитриды металлов, например Li3N, Mg 3 N 2 , AlN и др. Многие из них разлагаются водой с образованием аммиака, например

Mg 3 N 2 + 6H 2 O = 2NH 3 + 3Mg(OH) 2 .

Азот входит в состав большого числа органических соединений, среди которых особое значение имеют алкалоиды, аминокислоты, амины, нитросоединения, цианистые соединения и наиболее сложные природные соединения - белки.

Фиксация атмосферного азота. В течение долгого времени исходными веществами для получения разнообразных соединений азота, необходимых для сельского хозяйства, промышленности и военного дела, служили природная чилийская селитра и аммиак, получаемый при сухой перегонке каменного угля. С истощением залежей чилийской селитры человечеству грозил «азотный голод». Проблема азотного голода была разрешена в конце 19 и начале 20 века путем разработки ряда промышленных методов фиксации атмосферного азота. Наиболее важным из них является синтез аммиака по схеме:

Определение азота

Для определения свободного азота анализируемый газ приводят в контакт с нагретым магнием; при наличии азота образуется нитрид магния, который с водой дает аммиак.

Круговорот азота

Азот является важнейшим биогенным элементом, необходимым для построения белков и нуклеиновых кислот. Однако азот атмосферы недоступен для животных и большей части растений. Поэтому в круговороте азота первостепенное значение имеет процесс его биологической фиксации (фиксация молекулярного азота атмосферы). Азотфиксация осуществляется азотфиксирующими микроорганизмами, например бактериями из рода Rhizobium, или клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе (см.) с бобовыми растениями (горох, люцерна, соя, люпин и другие), на корнях которых образуются клубеньки, содержащие бактерии, способные усваивать молекулярный азот. К симбиотическим азотфиксаторам относятся также некоторые актиномицеты, живущие в корневых клубеньках ольхи, лоха, облепихи и так далее. Активными азотфиксаторами являются также некоторые свободноживущие микроорганизмы, обитающие в почве, пресных и соленых водоемах. Это анаэробная спороносная бактерия клостридиум (Clostridium pasteurianum), открытая С. Н. Виноградским, аэробная бактерия - азотобактер (см. Azotobacter). Способностью усваивать молекулярный азот обладают, кроме того, микобактерии, некоторые виды сине-зеленых водорослей (Nostoc, Anabaena и др.), а также фотосинтезирующие бактерии.

Наибольшее значение в обогащении почвы азотом имеют клубеньковые бактерии. В результате деятельности этих бактерий в почву вносится 100-250 кг/га за сезон; сине-зеленые водоросли на рисовых полях фиксируют до 200 кг/га азота в год. Свободноживущие азотфиксирующие бактерии связывают несколько десятков килограммов азота на один гектар почвы.

С. Н. Виноградский впервые (1894) высказал предположение о том, что первоначальным продуктом процесса биологической азотфиксации является аммиак. В настоящее время это предположение полностью подтверждено. Доказано, что превращение N 2 в NH 3 представляет собой ферментативный процесс. Фермент, осуществляющий этот процесс (нитрогеназа), состоит из двух белковых компонентов, активен только в отсутствие кислорода, а сам процесс происходит за счет энергии аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Растения, а также микроорганизмы затем превращают неорганический аммонийный азот в его органические соединения (аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты и так далее), и в таком виде он становится доступным для животных и человека, включаясь в обменные процессы, протекающие в их организмах. Органический азот животных и растений попадает в почву (с выделениями животных или продуктами их разложения) и перерабатывается обитающими там различными червями, моллюсками, нематодами, насекомыми, а также микроорганизмами. Микроорганизмы почвы - аммонификаторы (гнилостные бактерии, некоторые актиномицеты и грибы) - минерализуют в свою очередь органический азот почвы (тела животных и растений, органические удобрения, гумус) до аммония. Аммонификация - комплекс ферментативных процессов, протекающих в основном в два этапа: гидролиз белков и нуклеиновых кислот до аминокислот и азотистых оснований и последующее разложение этих соединений до аммиака. Образовавшийся аммиак нейтрализуется, реагируя с содержащимися в почве органическими и неорганическими кислотами. При этом происходит образование аммонийных солей. Аммонийные соли и аммиак в свою очередь подвергаются нитрификации под воздействием нитрифицирующих бактерий (открытых в 1890 году С. Н. Виноградским) с образованием нитратов и нитритов.

Процессы нитрификации и аммонификации обеспечивают растения легко усваиваемыми соединениями азота. Аммонийные соли и нитраты усваиваются растениями и микроорганизмами, превращаясь в азотные органических соединений. Однако часть азота превращается в почве в молекулярный азот в результате процесса денитрификации, осуществляемого живущими в почве микроорганизмами - денитрификаторами (рис.). Денитрифицирующие бактерии широко распространены в природе, встречаясь в большом количестве в почве, навозе и в меньшем - в воде рек, озер и морей. Наиболее типичные денитрификаторы - подвижные, грамотрицательные палочки. К ним относятся Bacterium fluorescens, В. denitrificans, В. pyocyaneum и другое.

Процесс денитрификации приводит к потере доступного растениям азота, однако постоянно идущий процесс азотфиксации в какой-то степени компенсирует эти потери, а в известных условиях (в частности, при богатстве почвы безазотистыми органическими веществами) и значительно обогащает почву связанным азотом.

В целом совокупное действие процессов азотфиксации, нитрификации и денитрификации имеет большое биогеохимическое значение, способствуя сохранению динамического равновесия между содержанием молекулярного азота в атмосфере и связанного азота почвы, растительного и животного мира.

Круговорот азота, таким образом, играет важнейшую роль в поддержании жизни на Земле.

Профессиональные вредности соединений азота

К числу наиболее вредных в профессиональном отношении соединений азота относятся азотная кислота (см.), аммиак (см.), аминосоединения (см. Амины) и амидосоединения (см. Амиды), а также смеси окислов азота, или нитрогазов (N 2 O, NO, NO 2 , N 2 O 4 и N 2 O 5). Последние образуются при производстве и применении азотной кислоты (в процессе взаимодействия ее с различными металлами или органическими веществами), в процессе термического окисления азота воздуха при электро- и газосварке, работе дизельных и карбюраторных двигателей, сжигании топлива в мощных котельных, а также при взрывных работах и так далее. Общий характер действия нитрогазов на организм зависит от содержания в газовой смеси различных окислов азота. В основном отравление протекает по раздражающему, или нитритному,типу действия. При контакте окислов азота с влажной поверхностью легких образуются азотная и азотистая кислоты, которые поражают легочную ткань, вызывая отек легких. Одновременно в крови образуются нитраты (см.) и нитриты (см.), непосредственно действующие на кровеносные сосуды, расширяя их и вызывая снижение кровяного давления. Нитриты, взаимодействуя с оксигемоглобином, превращают его в метгемоглобин, вызывая метгемоглобинемию (см.). Общим следствием действия окислов азота является кислородная недостаточность.

В производственных условиях возможны случаи воздействия отдельных окислов азота (см. ниже).

Закись азота. Большие ее концентрации вызывают шум в ушах, асфиксию, потерю сознания. Смерть наступает от паралича дыхательного центра.

Окись азота действует на центральную нервную систему, воздействует на гемоглобин (переводит оксигемоглобин в метгемоглобин).

При легком отравлении окисью азота наблюдается общая слабость, сонливость, головокружение (симптомы обратимы).

При более тяжелом отравлении начальные симптомы усиливаются, к ним присоединяется тошнота, иногда рвота, наступает полуобморочное состояние. При отравлениях средней тяжести резкая слабость и головокружение продолжаются много часов, нередко наблюдается синюшность слизистых оболочек и кожи, учащение пульса. При тяжелых отравлениях начальные явления нередко стихают, но после 1-3-дневной ремиссии появляются слабость и головокружение, наблюдаются снижение кровяного давления, серо-синяя окраска слизистых оболочек и кожи, увеличение и болезненность печени; границы сердца расширены, тоны глухие, пульс замедлен. Возникают полиневриты, полиневралгии. Кровь шоколадно-бурого цвета, повышенной вязкости. Последствия тяжелого отравления могут длиться более года: нарушение ассоциативных способностей, ослабление памяти и мышечной силы, общая слабость, головная боль, головокружение, быстрая утомляемость.

Двуокись азота. Острое отравление начинается с легкого кашля, в более тяжелых случаях - с сильного кашля, чувства стеснения в груди, головной боли, иногда рвоты, саливации. Период относительно удовлетворительного состояния длится 2-18 час. Затем появляются признаки нарастающего отека легких: сильная слабость, увеличивающийся кашель, боли в груди, цианоз, в легких много влажных хрипов, учащенное сердцебиение, иногда озноб, повышение температуры. Нередки значительные расстройства со стороны желудочно-кишечного тракта: тошнота, рвота, понос, сильные боли в верхней части живота. Отек легких характеризуется тяжелым состоянием (резкий цианоз, сильная одышка, учащенный пульс, кашель с пенистой мокротой, иногда с кровью). Кровяное давление в норме, в крови - увеличение количества эритроцитов и гемоглобина, лейкоцитоз, замедленная РОЭ. Рентгенологически - пониженная прозрачность легочных полей, в обоих легких большое количество хлопьевидных затемнений различной величины. Токсический отек легких сопровождается «синим» типом гипоксемии, при осложнении коллапсом наблюдается «серый» тип (см. Гипоксия). Нередки осложнения пневмонией. Возможен смертельный исход. На секции - отек легких, кровоизлияния в них, темная жидкая кровь в сердце и сосудах. Состояние отравленных и прогноз ухудшается, если пострадавшие до отравления страдали заболеваниями сердца или легких.

При хронических отравлениях - хронические воспалительные заболевания верхних дыхательных путей, хронические бронхиты, эмфизема, понижение кровяного давления, зеленоватый налет на зубах, разрушение коронок резцов.

Ангидрид азотистой кислоты действует на организм аналогично окиси азота и другим низшим его окислам.

Первая помощь при отравлениях соединениями азота - перенести пострадавшего на свежий воздух; обеспечить полный покой, вдыхание кислорода. По показаниям - сердечные средства, при остановке дыхания - лобелин. Затем обязательная транспортировка пострадавшего в лежачем положении в стационар. При признаках начинающегося отека легких - внутривенно 10-20 мл 10% раствора хлорида кальция, 20 мл 40% раствора глюкозы с аскорбиновой к-той (500 мг), кислородная терапия.

Лечение развившегося отека легких зависит от типа гипоксемии. При «синем» типе - прерывистое введение кислорода (карбоген противопоказан), кровопускание (200-300 мл), при необходимости - повторение его через 6-8 час.; рекомендуются средства, понижающие кровяное давление, сердечные средства. При «сером» типе аноксемии - стимуляция дыхательного и вазомоторного центра путем прерывистого вдыхания карбогена, кофеин, эфедрин, внутривенно 50-100 мл 40% раствора глюкозы. Кровопускание противопоказано.

В целях профилактики и лечения пневмоний - раннее назначение сульфаниламидов и антибиотиков.

Профилактика: индивидуальная защита - фильтрующие противогазы марок В, М, KB, кислотозащитные перчатки и сапоги, герметичные очки, специальная одежда. Необходима полная герметизация производственного оборудования, где могут образоваться и выделяться нитрогазы, укрытие фиксированных источников выделения этих газов, местная вентиляционная система.

Предельно допустимая концентрация для окислов азота в воздухе рабочих помещений 5 мг/м 3 (в пересчете на NО 2), в атмосферном воздухе населенных пунктов 0,085 мг/м 3 или 0,4 мг/м 3 (для азотной кислоты).

Определение в воздухе окислов азота основано на поглощении двуокиси и четырехокиси азота раствором йодида калия и колориметрическом определении образовавшейся азотистой кислоты с реактивом Грисса-Илошваи.

Библиография: Некрасов Б. В. Основы общей химии, т. 1, с. 377, М., 1969; Реми Г. Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, с. 560, М., 1972.

Круговорот А. - Виноградский С. Н. Микробиология почвы, М., 1952; Кретович В. Л. Обмен азота в растениях, М., 1972, библиогр.; Мишустин Е. Н. и Шильникова В. К. Биологическая фиксация атмосферного азота, М., 1968, библиогр.

Профессиональные вредности соединений А. - Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, ч. 2, с. 136, Л., 1971; Гигиена труда в химической промышленности, под ред. З. А. Волковой и др., с. 373, М., 1967; Гуртовой Ю. А. Отравление парами азотной кислоты, Суд.-мед. экспертиза, т. 12, № 3, с. 45, 1969; Неймарк Е. З. и Зингер Ф. X. Профессиональные отравления рабочих угольных шахт, их лечение и профилактика, с. 34, М., 1961; Перегуд Е. А., Быховская М. С. и Гернет Е. В. Быстрые методы определения вредных веществ в воздухе, с. 67, М., 1970; Сафронов В. А. Особенности клинического течения отека легких при комбинированных поражениях азотной кислотой, Воен.-мед. журн., № 7, с. 32, 1966; Air quality criteria for nitrogen oxides, Washington, 1971, bibliogr.

В. П. Мишин; З. Г. Евстигнеева, В. Л. Кретович (круговорот А.); Е. Н. Марченко (проф.).