Duoti salietros – taip iš lotynų kalbos verčiamas žodis Nitrogenium. Taip vadinamas azotas – cheminis elementas, kurio atominis skaičius 7, ilgojoje periodinės lentelės versijoje užimantis 15-ąją grupę. Paprastos medžiagos pavidalu ji pasiskirsto Žemės oro apvalkale – atmosferoje. Įvairių azoto junginių yra žemės plutoje ir gyvuose organizmuose, jie plačiai naudojami pramonėje, kariniuose reikaluose, žemės ūkyje ir medicinoje.
Kodėl azotas buvo vadinamas „dusinančiu“ir „negyvu“
Kaip teigia chemijos istorikai, Henry Cavendish (1777) buvo pirmasis, kuris gavo šią paprastą medžiagą. Mokslininkas praleido orą per karštas anglis, naudodamas šarmą, kad absorbuotų reakcijos produktus. Eksperimento metu mokslininkas atrado bespalves, bekvapes dujas, kurios nereagavo su anglimi. Cavendishas tai pavadino „dusinančiu oru“, nes negalėjo kvėpuoti ir deginti.
Šiuolaikinis chemikas paaiškintų, kad deguonis reaguoja su anglimi ir susidaro anglies dioksidas. Likusią „dusinančią“oro dalį daugiausia sudarė N2 molekulės. Cavendish ir kiti mokslininkai tuo metu dar nežinojo apie šią medžiagą, nors azoto ir salietros junginiai tada buvo plačiai naudojami ekonomikoje. Mokslininkas apie neįprastas dujas pranešė panašius eksperimentus atlikusiam kolegai Josephui Priestley.
Tuo pačiu metu Karlas Scheele atkreipė dėmesį į nežinomą oro sudedamąją dalį, bet nesugebėjo teisingai paaiškinti jos kilmės. Tik Danielis Rutherfordas 1772 m. suprato, kad „dusinančios“„sugadintos“dujos, esančios eksperimentuose, buvo azotas. Kurį mokslininką reikėtų laikyti jo atradėju – dėl to mokslo istorikai vis dar ginčijasi.
15 metų po Rutherfordo eksperimentų garsus chemikas Antoine'as Lavoisier pasiūlė pakeisti terminą „sugadintas“oras, nurodant azotą, į kitą – Nitrogenium. Iki to laiko buvo įrodyta, kad ši medžiaga nedega, nepalaiko kvėpavimo. Tuo pačiu metu pasirodė rusiškas pavadinimas „azotas“, kuris interpretuojamas įvairiai. Dažniausiai sakoma, kad šis terminas reiškia „negyvas“. Vėlesni darbai paneigė plačiai paplitusią nuomonę apie materijos savybes. Azoto junginiai - b altymai - yra svarbiausios makromolekulės gyvų organizmų sudėtyje. Norėdami juos sukurti, augalai iš dirvožemio pasisavina būtinus mineralinės mitybos elementus – jonus NO32- ir NH4+.
Azotas yra cheminis elementas
Periodinė sistema (PS) padeda suprasti atomo struktūrą ir jo savybes. Pagal cheminio elemento padėtį periodinėje lentelėje galima nustatytibranduolio krūvis, protonų ir neutronų skaičius (masės skaičius). Būtina atkreipti dėmesį į atominės masės reikšmę – tai viena pagrindinių elemento charakteristikų. Laikotarpio skaičius atitinka energijos lygių skaičių. Trumpoje periodinės lentelės versijoje grupės numeris atitinka elektronų skaičių išoriniame energijos lygyje. Apibendrinkime visus duomenis apie bendrąsias azoto charakteristikas pagal jo vietą periodinėje sistemoje:
- Tai nemetalinis elementas, esantis viršutiniame dešiniajame PS kampe.
- Cheminis ženklas: N.
- Užsakymo numeris: 7.
- Santykinė atominė masė: 14.0067.
- Lakiojo vandenilio junginio formulė: NH3 (amoniakas).
- Gamia didžiausią oksidą N2O5, kuriame azoto valentingumas yra V.
Azoto atomo struktūra:
- Pagrindinis mokestis: +7.
- Protonų skaičius: 7; neutronų skaičius: 7.
- Energijos lygių skaičius: 2.
- Bendras elektronų skaičius: 7; elektroninė formulė: 1s22s22p3.
Elemento Nr.7 stabilieji izotopai buvo detaliai ištirti, jų masės skaičiai yra 14 ir 15. Iš jų žiebtuvėlio atomų kiekis yra 99,64%. Trumpaamžių radioaktyvių izotopų branduoliuose taip pat yra 7 protonai, o neutronų skaičius labai skiriasi: 4, 5, 6, 9, 10.
Azotas gamtoje
Žemės oro apvalkale yra paprastos medžiagos molekulių, kurių formulė yra N2. Dujinio azoto kiekis atmosferoje yra pagal tūrįapie 78,1 proc. Šio cheminio elemento neorganiniai junginiai žemės plutoje yra įvairios amonio druskos ir nitratai (nitratai). Junginių formulės ir kai kurių svarbiausių medžiagų pavadinimai:
- NH3, amoniakas.
- NO2, azoto dioksidas.
- NaNO3, natrio nitratas.
- (NH4)2SO4, amonio sulfatas.
Azoto valencija paskutiniuose dviejuose junginiuose – IV. Anglys, dirvožemis, gyvi organizmai taip pat turi surištų N atomų. Azotas yra neatskiriama aminorūgščių makromolekulių, DNR ir RNR nukleotidų, hormonų ir hemoglobino dalis. Bendras cheminio elemento kiekis žmogaus organizme siekia 2,5%.
Paprasta medžiaga
Diatominių molekulių pavidalo azotas yra didžiausia atmosferos oro dalis pagal tūrį ir masę. Medžiaga, kurios formulė yra N2, neturi kvapo, spalvos ar skonio. Šios dujos sudaro daugiau nei 2/3 Žemės oro apvalkalo. Skystas azotas yra bespalvė medžiaga, primenanti vandenį. Verda -195,8 °C temperatūroje. M (N2)=28 g/mol. Paprasta medžiaga azotas yra šiek tiek lengvesnis už deguonį, jo tankis ore yra artimas 1.
Atomai molekulėje tvirtai suriša 3 bendras elektronų poras. Junginys pasižymi dideliu cheminiu stabilumu, todėl jis skiriasi nuo deguonies ir daugelio kitų dujinių medžiagų. Kad azoto molekulė suirtų į ją sudarančius atomus, reikia išleisti 942,9 kJ / mol energijos. Trijų elektronų porų ryšys yra labai stiprus.sugenda kaitinant virš 2000 °C.
Įprastomis sąlygomis molekulių disociacija į atomus praktiškai nevyksta. Cheminis azoto inertiškumas taip pat atsiranda dėl visiško jo molekulių poliškumo nebuvimo. Jie labai silpnai sąveikauja vienas su kitu, dėl to susidaro dujinė medžiaga esant normaliam slėgiui ir temperatūrai, artimai kambario temperatūrai. Mažas molekulinio azoto reaktyvumas pritaikomas įvairiuose procesuose ir įrenginiuose, kur būtina sukurti inertišką aplinką.
Molekulių disociacija N2 gali įvykti veikiant saulės spinduliuotei viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Susidaro atominis azotas, kuris normaliomis sąlygomis reaguoja su kai kuriais metalais ir nemetalais (fosforu, siera, arsenu). Dėl to vyksta medžiagų, kurios netiesiogiai gaunamos sausumos sąlygomis, sintezė.
Azoto valentingumas
Išorinį atomo elektronų sluoksnį sudaro 2 s ir 3 p elektronai. Šios neigiamos azoto dalelės gali pasiduoti sąveikaudamos su kitais elementais, o tai atitinka jo redukcines savybes. Prijungus prie okteto trūkstamus 3 elektronus, atomas demonstruoja oksidacinius gebėjimus. Azoto elektronegatyvumas yra mažesnis, jo nemetalinės savybės yra mažiau ryškios nei fluoro, deguonies ir chloro. Sąveikaujant su šiais cheminiais elementais azotas atiduoda elektronus (oksiduojasi). Redukavimą iki neigiamų jonų lydi reakcijos su kitais nemetalais ir metalais.
Tipinis azoto valentingumas yra III. Tokiu atvejucheminiai ryšiai susidaro dėl išorinių p-elektronų pritraukimo ir bendrų (jungiamųjų) porų sukūrimo. Azotas gali sudaryti donoro-akceptoriaus ryšį dėl savo vienišų elektronų poros, kaip tai vyksta amonio jone NH4+.
Laboratorinė ir pramoninė gamyba
Vienas iš laboratorinių metodų yra pagrįstas vario oksido oksidacinėmis savybėmis. Naudojamas azoto-vandenilio junginys - amoniakas NH3. Šios nemalonaus kvapo dujos reaguoja su juodojo vario oksido milteliais. Dėl reakcijos išsiskiria azotas ir atsiranda metalinis varis (raudoni milteliai). Vandens lašai, kitas reakcijos produktas, nusėda ant vamzdelio sienelių.
Kitas laboratorinis metodas, kai naudojamas azoto ir metalų derinys, yra azidas, pvz., NaN3. Pasirodo, dujos, kurių nereikia valyti nuo priemaišų.
Amonio nitritas laboratorijoje skaidomas į azotą ir vandenį. Kad reakcija prasidėtų, reikia kaitinti, tada procesas vyksta išskiriant šilumą (egzoterminis). Azotas yra užterštas priemaišomis, todėl išvalomas ir išdžiovinamas.
Azoto gamyba pramonėje:
- skysto oro frakcinis distiliavimas – metodas, kuriame naudojamos fizinės azoto ir deguonies savybės (skirtingos virimo temperatūros);
- cheminė oro reakcija su įkaitusia anglimi;
- adsorbcinis dujų atskyrimas.
Sąveika su metalais ir vandeniliu – oksidacinės savybės
Stiprių molekulių inertiškumasneleidžia gauti kai kurių azoto junginių tiesioginės sintezės būdu. Norint suaktyvinti atomus, būtina stipriai kaitinti arba apšvitinti medžiagą. Azotas gali reaguoti su ličiu kambario temperatūroje, su magniu, kalciu ir natriu reakcija vyksta tik kaitinant. Susidaro atitinkami metalo nitridai.
Azoto sąveika su vandeniliu vyksta esant aukštai temperatūrai ir slėgiui. Šiam procesui taip pat reikalingas katalizatorius. Pasirodo, amoniakas – vienas svarbiausių cheminės sintezės produktų. Azotas, kaip oksidatorius, savo junginiuose turi tris neigiamas oksidacijos būsenas:
- −3 (amoniakas ir kiti vandenilio azoto junginiai yra nitridai);
- −2 (hidrazinas N2H4);
- −1 (hidroksilaminas NH2OH).
Svarbiausias nitridas – amoniakas – pramonėje gaminamas dideliais kiekiais. Cheminis azoto inertiškumas išliko didelė problema ilgą laiką. Druska buvo jo žaliavų š altinis, tačiau mineralų atsargos pradėjo sparčiai mažėti, kai gamyba padidėjo.
Puikus chemijos mokslo ir praktikos laimėjimas buvo amoniako azoto fiksavimo metodo sukūrimas pramoniniu mastu. Tiesioginė sintezė atliekama specialiose kolonėlėse – grįžtamasis procesas tarp azoto, gaunamo iš oro, ir vandenilio. Kuriant optimalias sąlygas, kurios perkelia šios reakcijos pusiausvyrą produkto link, naudojant katalizatorių, amoniako išeiga pasiekia 97%.
Sąveika su deguonimi – mažinančios savybės
Norint pradėti azoto ir deguonies reakciją, būtinas stiprus kaitinimas. Elektros lankas ir žaibo išlydis atmosferoje turi pakankamai energijos. Svarbiausi neorganiniai junginiai, kuriuose azotas yra teigiamos oksidacijos būsenos:
- +1 (azoto oksidas (I) N2O);
- +2 (azoto monoksido NO);
- +3 (azoto oksidas (III) N2O3; azoto rūgštis HNO2, jo druskos yra nitritai);
- +4 (azoto (IV) dioksidas NO2);
- +5 (azoto pentoksidas (V) N2O5, azoto rūgštis HNO3, nitratai).
Prasmė gamtoje
Augalai sugeria amonio jonus ir nitratų anijonus iš dirvožemio, cheminėms reakcijoms naudoja organinių molekulių sintezę, nuolat vykstančią ląstelėse. Atmosferos azotą gali absorbuoti mazginės bakterijos – mikroskopinės būtybės, formuojančios ataugas ant ankštinių augalų šaknų. Dėl to ši augalų grupė gauna reikiamą maistinių medžiagų elementą, praturtina juo dirvą.
Atogrąžų liūčių metu vyksta atmosferos azoto oksidacijos reakcijos. Oksidai ištirpsta ir susidaro rūgštys, šie vandenyje esantys azoto junginiai patenka į dirvą. Dėl stichijos cirkuliacijos gamtoje jos atsargos žemės plutoje ir ore nuolat pildomos. Sudėtingas organines molekules, kuriose yra azoto, bakterijos skaido į neorganinius komponentus.
Praktinis naudojimas
Svarbiausi ryšiaiazotas, skirtas žemės ūkiui, yra labai tirpios druskos. Karbamidas, salietra (natris, kalis, kalcis), amonio junginiai (vandeninis amoniako tirpalas, chloridas, sulfatas, amonio nitratas) pasisavinami augalų.nitratai. Augalų organizmo dalys geba kaupti makroelementus „ateičiai“, o tai blogina produktų kokybę. Nitratų perteklius daržovėse ir vaisiuose gali sukelti žmonių apsinuodijimą, piktybinių navikų augimą. Be žemės ūkio, azoto junginiai naudojami ir kitose pramonės šakose:
- gauti vaistus;
- cheminei stambiamolekulinių junginių sintezei;
- gaminant sprogmenis iš trinitrotolueno (TNT);
- dažiklių gamybai.
Chirurgijoje nenaudojamas NO oksidas, medžiaga turi analgetinį poveikį. Pojūčių praradimą įkvėpus šių dujų pastebėjo net pirmieji azoto cheminių savybių tyrinėtojai. Taip atsirado trivialus pavadinimas „juoko dujos“.
Nitratų problema žemės ūkio produktuose
Azoto rūgšties druskos – nitratai – turi vieną krūvį turintį anijoną NO3-. Iki šiol buvo naudojamas senasis šios medžiagų grupės pavadinimas – salietra. Nitratais tręšiami laukai, šiltnamiuose, soduose. Jie naudojami anksti pavasarį prieš sėją, vasarą - skystų tvarsčių pavidalu. Pačios medžiagos didelio pavojaus žmogui nekelia, betorganizme jie virsta nitritais, vėliau – nitrozaminais. Nitrito jonai NO2- yra toksiškos dalelės, jos sukelia hemoglobino molekulėse esančios juodosios geležies oksidaciją į trivalečius jonus. Esant tokiai būsenai, pagrindinė žmonių ir gyvūnų kraujo medžiaga negali pernešti deguonies ir pašalinti iš audinių anglies dvideginio.
Koks maisto užteršimo nitratais pavojus žmonių sveikatai:
- piktybiniai navikai, atsirandantys, kai nitratai paverčiami nitrozaminais (kancerogenais);
- opinio kolito išsivystymas,
- hipotenzija arba hipertenzija;
- širdies nepakankamumas;
- kraujo krešėjimo sutrikimas
- kepenys, kasa, diabeto vystymasis;
- inkstų nepakankamumo išsivystymas;
- anemija, susilpnėjusi atmintis, dėmesys, intelektas.
Vienu metu vartojant įvairius maisto produktus, kuriuose yra didelės nitratų dozės, atsiranda ūminis apsinuodijimas. Š altiniai gali būti augalai, geriamasis vanduo, paruošti mėsos patiekalai. Mirkymas švariame vandenyje ir gaminimas gali sumažinti nitratų kiekį maisto produktuose. Tyrėjai nustatė, kad nesubrendusiuose ir šiltnamio efektą sukeliančiuose augalų produktuose buvo aptiktos didesnės pavojingų junginių dozės.
Fosforas yra azoto pogrupio elementas
Cheminių elementų atomai, esantys toje pačioje vertikalioje periodinės sistemos stulpelyje, pasižymi bendromis savybėmis. Fosforas yra trečiajame periode, priklauso 15 grupei, kaip ir azotas. Atomų sandaraelementai yra panašūs, tačiau skiriasi savybės. Azoto ir fosforo junginių su metalais ir vandeniliu oksidacijos būsena ir III valentingumas yra neigiami.
Daugelis fosforo reakcijų vyksta įprastoje temperatūroje, tai yra chemiškai aktyvus elementas. Jis sąveikauja su deguonimi, sudarydamas aukštesnį oksidą P2O5. Šios medžiagos vandeninis tirpalas turi rūgšties (metafosforo) savybių. Kaitinant, gaunama ortofosforo rūgštis. Jis sudaro kelių rūšių druskas, iš kurių daugelis naudojamos kaip mineralinės trąšos, pavyzdžiui, superfosfatai. Azoto ir fosforo junginiai yra svarbi mūsų planetos medžiagų ir energijos ciklo dalis, jie naudojami pramonės, žemės ūkio ir kitose veiklos srityse.
