Где применяют азот

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 — N₂. 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:

NH₄Cl + NaNO₂ = N₂ + NaCl + 2H₂O.

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 — N₂. 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.
о 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:

1. Аммиак (см.). Азот, входящий в состав аммиака, принято называть аммиачным азотом. В санитарно-гигиенической практике определение аммиачного азота производят при исследовании питьевых вод, при изучении процессов гниения белковых веществ (в частности, мяса и рыбы) и так далее.

2. Гидразин (N₂H₄) — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость. С кислотами образует соли гидразина, например, с соляной кислотой — хлористый гидразоний (N₂H₄-HCl). Применяется как сильный восстановитель. Органические соединения гидразина имеют важное значение для характеристики Сахаров (см. Углеводы).

3. Азотистоводородная кислота (HN₃) — 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(N₃)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 (N₂O), — бесцветный газ, получают при нагревании (выше 190°) азотнокислого аммония:

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O. 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:

8HNO₃ + 3Cu = 2NO + 3Cu (NO₃)₂ + 4H₂O, 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 (NO₂) — красно-бурый газ, имеющий характерный запах и состоящий из собственно двуокиси А. и ее бесцветного полимера — четырехокиси азота (N₂O₄) — 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:

2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃.

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 (N₂O₃), — 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 (N₂O₅), — 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, Mg₃N₂, AlN и др. Многие из них разлагаются водой с образованием аммиака, например

Mg₃N₂ + 6H₂O = 2NH₃ + 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:

N₂ + 3H₂ <-> 2NH₃

(см. Аммиак).

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.

Содержание азота в его кислородных соединениях определяют, переводя эти соединения в окись азота, например в нитрометре Лунге. В органических соединениях азота обычно определяют по методу Кьельдаля (см. Кьельдаля метод).

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.
тивными 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 N₂ в NH₃ 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.
ганический 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.

Источник: xn--90aw5c.xn--c1avg

Источник: chzmek.ru

Металлургия

• При отжиге, спекании порошковым металлом.
• При нейтральной закалке, пайке твердым припоем.
• При цианировании (азот необходим для защиты черных и цветных металлов).
• Азот также играет важную роль в работе загрузочного устройства в доменной печи, машины для огневой зачистки металлов.
• На коксохимическом производстве.

Химия, газ, нефть

• Азот газообразный применяется при освоении скважин. С его помощью снижают уровень воды в скважинах. Данный метод является весьма перспективным, характеризуется он надежностью, а также простотой контроля и регулирования процесса в широком диапазоне значений давлений и расходов. С помощью газообразного азота быстро осуществляется опорожнение глубоких скважин, быстрое и резкое, либо медленное и плавное снижение в скважине давления. Азот обеспечивает дренирование пласта и подпитку сжатым газом, что необходимо для фонтанирования жидкости.
• Азот применяют при создании инертной среды в различных емкостях во время разгрузочно-погрузочных работ. Также азот применяется при тушении пожаров, во время испытаний и продувки трубопровода.
• Азот в чистом виде используется в целях синтеза аммиака, при производстве удобрений азотного типа, а также при переработке сопутствующих газов и конверсии метана.
• Азот применяется для сокращения отложений на заводах по переработке нефти, для переработки компонентов с высоким октановым числом для увеличения производительности заводов по крекингу нефти.

Пожаротушение

• Азот обладает инертными свойствами, за счет которых возможно вытеснение кислорода и предотвращение реакции окисления. Горение является, по сути, быстрым окислением, за счет наличия в атмосфере кислорода и источника горения, которым может послужить искра, электрическая дуга или просто химическая реакция с большим количеством выделяемого тепла. Благодаря использованию азота, можно избежать такой ситуации. Если в среде концентрация азота составит 90%, то возгорание не произойдет.
• Как стационарные азотные установки, так и мобильные станции для производства азота, могут эффективно предотвратить возгорание. С их помощью очаг возгорания может также быть успешно потушен.

Медицина

• В исследованиях в лабораториях, для больничных анализов. 

Горнодобывающая промышленность

• В угледобывающих шахтах азот также нужен для пожаротушения.

Фармацевтика 

• Азот используется для упаковки, транспортировки и вытеснения кислорода из разнообразных резервуаров с продуктом.

Пищевая промышленность

• Азот необходим для перевалки, хранения, упаковки продуктов питания (особенно сыров и масложировых продуктов, которые очень быстро окисляются кислородом), для увеличения срока их хранения, а также для сохранения вкусовых качеств этих продуктов.
• Смесь азота и диоксида углерода позволяет остановить размножение бактерий.
• Азот, создавая инертную среду, позволяет защитить продукты питания от вредоносных насекомых.
• Азот выступает в качестве разбавителя для создания газовой смеси.

Целлюлозно-бумажная отрасль промышленности

• Азот используется в процессах обработки катодным лучом бумаги, картона, и даже некоторых предметов из дерева, с целью полимеризовать лаковые покрытия. Такой способ позволяет понизить затраты на фотоинициаторы, а также снизить уровень выброса летучих соединений и повысить уровень качества обработки.

Таким образом, существует множество отраслей, где используют азот. И все это доказывает его универсальность и востребованность.

Назад в раздел

Источник: azotnaya.ru

Источником получения азота служит воздух или соединения азота с другими элементами.
Технические способы получения азота из воздуха основаны на использовании физических или химических свойств отдельных составных частей воздуха: например, температуры кипения жидкого азота , кислорода и аргона или окислительных свойств кислорода.
Способ Линде состоит в том, что воздух, предварительно очищенные от случайных примесей и и охлажденнный до , с помощью аммиачно-холодильной машины (причем пары воды осаждаются на стенках холодильника в виде снега) сгущается в жидкость в колонном аппарате. Смесь жидких азота, кислорода и аргона затем подвергается фракционной перегоне. Аппарат Линде дает возможность получить свыше 2000 — 99,6% азота в час.
По способу Клода и по способк Грисгейма, кроме азота, можно выделить из воздуха благородные газы и кислород (99,5%-ной чистоты).
Метод получения азота из воздуха по способу Брина основан на поглощении кислорода воздуха окисью бария. После поглощения кислорода остается смеь азота и инертных газов.
В небольших количествах азот употребляется для консервирования пищевых продуктов, для наполнения термометров (как используют азот), наполнения автомобильных шин, наполнения сосудов с легко воспламеняющимися жидкостями и т.д.
В больших количествах азот применяется для синтеза аммиака, для получения азотной кислоты, нитридов, цианамида кальция и цианидов металлов.

Источник: ru.solverbook.com