აზოტი

აზოტი (< ; ქიმიური სიმბოლო — N) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეორე პერიოდის, მეთხუთმეტე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეხუთე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, Vა) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია — 7, ატომური მასა — 14.007. უფერული აირი, რომელსაც არ აქვს სუნი და გემო და ხელს არ უწყობს წვას; ჰაერის ერთ-ერთი ძირითადი შემადგენელი ნაწილია (78 %).
აღმოჩენის ისტორია
1772 წელს ჰენრი კავენდიშმა ჩაატარა შემდეგი ცდა: გახურებული ნახშირის თავზე მრავალჯერ გაატარა ჰაერი, ამის შემდეგ ამუშავებდა მას ტუტით, შედეგად იღებდა ნალექს, რომელსაც კავენდიშმა უწოდა მახრჩობელა ჰაერი. თანამედროვე ქიმიის პოზიციიდან ჩანს, რომ გახურებულ ნახშირზე ჰაერის ჟანგბადი რეაქციაში შედიოდა ნახშირორჟანგში, რომელიც შემდეგ რეაგირებდა ტუტესთან. ამასთან დარჩენილი აირს წარმოადგენდა უმთავრესად აზოტი. ასე რომ, კავენდიშმა გამოყო აზოტი, მაგრამ ვერ მიხვდა იმას რომ, ეს ახალი მარტივი ნივთიერება (ქიმიური ელემენტი) იყო. იმავე წელს კავენდიშმა ამ ცდის შესახებ შეატყობინა ჯოზეფ პრისტლის.
პრისტლი ამ დროს ატარებდა ექსპერიმენტების სერიას, რომელშიც ასევე ჰაერის ჟანგბადს უერთებდა და აცილებდა ნახშირორჟანგს, ანუ ასევე იღებდა აზოტს, მაგრამ, იმ დროს გაბატონებული ფლოგისტონის თეორიის მიხედვით, რომლის მომხრეც თვითონ იყო, სავსებით არასწორად განმარტა მიღებული შედეგები (მისი აზრით, პროცესი იყო საპირისპირო — მოწვით ჟანგბადი კი არ სცილდებოდა აირების ნარევს, არამედ ჰაერი იჯერებოდა ფლოგისტონით; დარჩენილ ჰაერს (აზოტი) მან უწოდა ფლოგისტონი, ანუ ფლოგისტირული). აშკარაა რომ პრესტლიმაც შეძლო აზოტის გამოყოფა, მაგრამ ვერ გაიგო თავისი აღმოჩენის არსი, ამიტომაც არ ითვლება აზოტის პირველ აღმომჩენად.
ერთდროულად მსგავს ცდებს ასეთივე შედეგებით ატარებდა კარლ ვილჰელმ შეელეც.
1772 წელს აზოტი (სახელწოდებით «გაფუჭებული ჰაერი»), როგორც მარტივი ნივთიერება, აღწერა დანიელ რეზერფორდმა, მან გამოაქვეყნა მაგისტრული დისერტაცია, სადაც აღნიშნა აზოტის ძირითადი თვისებები (არ რეაგირებს ტუტესთან, წვას არ უწყობს ხელს, არ ვარგა სუნთქვისათვის). ამიტომაც დანიელ რეზერფორდი ითვლება აზოტის აღმომჩენად.
შემდეგ კი აზოტი შეისწავლა ჰენრი კავენდიშმა (საინტერესოა ის ფაქტი რომ, მან შეძლო აზოტისა და ჟანგბადის დაკავშირება ელექტრო დენის განმუხტვებით, სადაც აზოტის ოქსიდის შთანთქმის შემდეგ დარჩა აირის მცირე რაოდენობა, რომელიც აბსოლუტურად ინერტული აირი იყო, მაგრამ როგორც აზოტის შემთხვევაში ვერ მიხვდა ცდის არსს, რომ გამოჰყო ახალი ქიმიური ელემენტები — ინერტული აირები). მაგრამ ვერც რეზერფორდმა გაიგო თუ რა აირები გამოჰყო ამ ცდისას (რეზერფორდიც ფლოგისტონური თეორიის მომხრე იყო).
დასახელების წარმომავლობა
აზოტ (უსიცოცხლო), წინა სახელწოდებებთან ერთად («ფლოგისტირული», «საზიანო» და «გაფუჭებული» ჰაერი) 1787 წ. ლავუაზიემ შესთავაზა, რომელიც იმ დროს სხვა ფრანგ მეცნიერებთან ერთად ამუშავებდა ქიმიური ნომენკლატურის პრინციპებს. როგორც ზემოთ არის აღნიშნული, იმ დროისათვის უკვე იყო ცნობილი, რომ აზოტი ხელს არ უწყობს არც წვას და არც სუნთქვას. ეს თვისებები ჩათვალეს ყველაზე მნიშვნელოვნად. მაგრამ შემდეგ ცნობილი გახდა, რომ აზოტი პირიქით, აუცილებელია ყველა ცოცხალი არსებისათვის, სახელწოდება შემორჩა ფრანგულ, რუსულ, უკრაინულ და ქართულ ენებში.
არსებობს სხვა ვერსიაც. სიტყვა «აზოტი» არაა ლავუაზიეს მოგონილი და არც მისი კოლეგებისა ნომენკლატურული კომისიიდან; ის შევიდა ალქიმიურ ლიტერატურაში უკვე ადრე შუა საუკუნეებში და გამოიყენებოდა «ლითონების პირველადი მატერიის» აღსანიშნავად, რომელსაც თვლიდნენ ყველა არსებულის «ალფა და ომეგად». ეს გამოთქმა ნასესხებია აპოკალიფსიდან: «მე ვარ ალფა და ომეგა, დასაწყისი და დასასრული». სიტყვა შედგენილია სამი ენის ლათინურის, ბერძნულის და ძველებრაული ანბანის პირველ და ბოლო ასოებისაგან, — რომლებიც ითვლებოდა «წმინდა» ასოებად, რადგან, სახარების მიხედვით, ქრისტეს ჯვარცმისას ჯვარზე წარწერა იყო გაკეთებული ამ ენებზე (ა, ალფა, ალეფ და ზეტ, ომეგა, ტავ — AAAZOTH). ახალი ქიმიური ნომენკლატურის შემდგენლებმა კარგად იცოდნენ ამ სიტყვის არსებობის შესახებ; მისი შექმნის ინიციატორი ლუი ბერნარ გიტონ დე მორვო აღნიშნავდა თავის «მეთოდურ ენციკლოპედიაში»(1786) ტერმინის ალქიმიურ მნიშვნელობაზე.
ლათინურად აზოტს «nitrogenium» ეწოდება, ანუ «სელიტრის (ნიტრატის) გამჩენს»; ინგლისური სახელწოდება ლათინურიდან მოდის. გერმანულში გამოიყენება Stickstoff, რაც ნიშნავს «მახრობელა ნივთიერებას».
აზოტი ბუნებაში
იზოტოპები
ბუნებრივი აზოტი შედგება ორი სტაბილური იზოტოპოსაგანв 14N — 99,635 % და 15N — 0,365 %.
ხელოვნურად მიღებულია თოთხმეტი რადიოაქტიური აზოტის იზოტოპი მასური რიცხვებით 10-დან 13-მდე და 16-დან 25-მდე. ყველა ისინი არიან ძალიან მოკლე არსებობის მქონე იზოტოპები. ყველაზე სტაბილური მათ შორის არის 13N ნახევრად დაშლის პერიოდი 10 წთ-ს შეადგენს.
აზოტის სტაბილური იზოტოპის ბირთვის სპინი: 14N — 1; 15N — 1/2.
გავრცელება
დედამიწის გარეთ აზოტი აღმოჩენილია მზის ატმოსფეროს აიროვან ნისლში, პლანეტა ურანზე, ნეპტუნზე, ვარსკვლავთაშორისო გარემოში და სხვა. აზოტი — გავრცელების მიხედვით მეოთხე ელემენტია მზის სისტემაში (წყალბადის, ჰელიუმის და ჟანგბადის შემდეგ).
აზოტი, ორატომიანი მოლეკულის ფორმით N2 დედამიწის ატმოსფეროს უმეტეს ნაწილს 75,6 %-ს (მასით) და 78,084 % (მოცულობით) შეადგენს, ანუ მიახლოებით 3,87 ტ.
აზოტის შემცველობა დედამიწის ქერქში, სხვადასხვა ავტორების მონაცემით, შეადგენს (0,7—1,5) ტ (ამასთან ჰუმუსში — მმიახლოებით 6 ტ), დედამიწის მანტიაში — 1,3 ტ. მასების ასეთი შეფარდება იძლევა საშუალებას ვივარაუდოდ, რომ მანტიის ზედა ნაწილი აზოტის მთავარ წყაროს წარმოადგენს, საიდანაც ის ხვდება დედამიწის სხვა ფენაში ვულკანების ამოფრქვევების შედეგად.
ჰიდროსფეროში არსებული აზოტის წონა, იმის გათვალისწინებით, რომ ერთდროულად ხდება ატმოსფეროს აზოტის გახსნა წყალში და მისი გამოყოფა ატმოსფეროში, შეადგენს მიახლოებით 2 ტ, ამას გარდა მიახლოებით 7 ტ. აზოტი მდებარეობს ნაერთების სახით ჰიდროსფეროში.
ბიოლოგიური როლი
აზოტი წარმოადგენს აუცილებელ ელემენტს ცოცხალი არსებებისთვისა და მცენარეებისათვის, ის შედის ცილების (მასის 16—18 %), ამინომჟავების, ნუკლეინური მჟავების, ნუკლეოპროტეიდების, ქლოროფილების, ჰემოგლობინის და სხვათა შემადგენლობაში. ცოცხალი უჯრედების შემადგენლობაში აზოტის ატომების მიხედვით მიხლოებით 2%, მასური წილის - მიახლოებით 2,5 % (მეოთხე ადგილი წყალბადის, ნახშირბადის და ჟანგბადის შემდეგ). აქედან გამომდინარე დაკავშირებული აზოტის ატომების მნიშვნელოვანი ნაწილი არსებობს ცოცხალ ორგანიზმების შემადგენლობაში, «მკვდარ ორგანიკაში» და ოკენეებისა და ზღვების დისპერსულ ნივთიერებებში. ეს რაოდენობა მიახლოებით 1,9 ტ-ით განისაზღვრება. აზოტიანი ორგანიკის ლპობისა და გახრწნის შედეგად, ხელშემწყობი ფაქტორების არსებობისას შეიძლება წარმოიშვას ბუნებრივი წიაღისელის საბადოები რომლებიც აზოტს შეიცავენ, მაგალითად, «ჩილიური სელიტრა» (ნატრიუმის სელიტრა (ნატრიუმის ნიტრატი) სხვა ნაერთების მინარევებით), ნორვეგიული, ინდური სელიტრა.
აზოტის ციკლი
ატმოსფერული აზოტის ფიქსაცია ბუნებაში მიმდინარეობს ორი ძირითადი მიმართულებით — აბიოგენური და ბიოგენური. პირველი მიმართულება ძირითადად მოიცავს აზოტის რეაქციას ჟანგბადთან. რადგანაც აზოტი ქიმიურად საკმაოდ ინერტულია, მისი დაჟანგვისათვის საჭიროა ენერგიის დიდი რაოდენობა (მაღალი ტემპერატურა). ასეთი პირობები იქმნება ჭექა-ქუხილის დროს ელვის განმუხტვისას, როდესაც ტემპერატურა აღწევს 25000 °C. ამ დროს ხდება სხვადასხვა აზოტის ოქსიდების წარმოქმნა.
მაგრამ მოლეკულური აზოტის ძირითადი ნაწილი (მიახლოებით 1,4 ტ/წ.) ფიქსირდება ბიოტიკური გზით. დიდი დროის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ მოლეკულური აზოტის დაკავშირება შეუძლიათ მხოლოდ მიკროორგანიზმების სახეობების მცირე რაოდენობას (მაგრამ მიწის ზედაპირზე ფართოდ გავრცელებულებს): ბაქტერიები Azotobacter და Clostridium, ლობიოსებრთა მცენარეების ბოლქვების ბაქტერიები Rhizobium, ციანობაქტერიები Anabaena, Nostoc და სხვა. ახლა ცნობილია, რომ ასეთი თვისებები ახასიათებთ ბევრ სხვა ორგანიზმებს წყალში და ნიადაგში, მაგალითად, აქტინომიცეტები მურყანის ბოლქვებში და სხვა ხეებშიც (სულ 160 სახეობა). ყველა ისინი მოლეკულურ აზოტს გარდაქმნიან ამონიუმის ნაერთებად (NH4+). ეს პროცესი საჭიროებს ენერგიის საკმაო რაოდენობას (1 გ. ატმოსფერული აზოტის ფიქსაციისათვის ლობიოს ბოლქვის ბაქტერიები ხარჯავენ მიახლოებით 167,5 კჯ, ანუ ჟანგავენ მიახლოებით 10 გ. გლუკოზას). ასე რომ აშკარაა, ურთიერთ სარგებლიანობა სიმბიოზი მცენარისა და აზოტფიქსირებად ბაქტერიას შორის — პირველი აძლევს მეორეს «საცხოვრებელ ადგილს» და ამარაგებენ ფოტოსინთეზის შედეგად მიღებული «საწვავით» — გლუკოზით, მეორე კი უზრუნველყოფს მცენარისათვის საჭირო ათვისებადი ფორმის აზოტით.
აზოტი ამიაკის ფორმით და ამონიუმის ნაერთები, რომლებიც მიიღება ბიოგენური აზოტფიქსაციის პროცესში, მალე იჟანგებიან ნიტრატებამდე და ნიტრიტებამდე (ამ პროცესს ნიტროფიკაციას უწოდებენ). ისინი, მცენარის ნაჭრებისაგან თავისუფალნი (და შემდეგ საკვები ჯაჭვის მიხედვით ჯერ ბალახის მძოველ და შემდეგ მტაცებელ ცხოველებში გადადიან), დიდი ხნით რჩებიან ნიადაგში. ნიტრატებისა და ნიტრიტების უმრავლესობა კარგად ხსნადია, ამიტომაც წყლით ირეცხებიან და საბოლოოდ ხვდებიაბ მსოფლიო ოკეანეში (ეს ნაკადი შეფასებულია 2,5—8 ტ/წ.).
აზოტი, რომელიც მცენარისა და ცხოველის შემადგენლობაშია, მათი სიკვდილის შემდეგ ამონიფიკაციას განიცდიან (აზოტის შემცველი რთული შენაერთების დაშლით ამიაკისა და ამონიუმის იონების გამოყოფით) და დენიტრიფიკაციას ანუ ატომური აზოტის და ასევე მისი ოქსიდების გამოყოფას განიცდიან. ეს პროცესები მთლიანად მიკროორგანიზმების დახმარებით ხდება, აერობულ და ანაერობულ პირობებში.
ადამიანის ჩაურევლობის დროს აზოტის დაკავშირების და ნიტრიფიკაციის პროცესები პრაქტიკულად მთლიანად გაწონასწორებულია დენიტრიფიკაციის საპირისპირო რეაქციებით. აზოტის ნაწილი ხვდება ატმოსფეროში მანტიიდან ვულკანების ამოფრქვევის დროს, ნაწილი კი მკვიდრად ფიქსირდება ნიადაგებში და მინერალებში, ამას გარდა ყოველთვის ხდება აზოტის გაჟონვა ატმოსფეროს ზედა ფენებიდან პლანეტათშორისო სივრცეში.
აზოტის ტოქსიკოლოგია და მისი ნაერთები
თვითონ ატმოსფერული აზოტი საკმაოდ ინერტულია, რომ მოახდინოს ზეგავლენა ადამიანისა და ცხოველის ორგანიზმზე. მიუხედავად ამისა, მაღალი წნევის დროს ის იწვევს ნარკოზს, სიმთვრალეს ან გაგუდვას (ჟანგბადის უკმარისობის დროს); წნევის სწრაფი დაწევის დროს აზოტი იწვევს კესონურ დაავადებას.
აზოტის ბევრი ნაერთი ძალიან აქტიურები არიან და ხშირად ტოქსიკურნიც არიან.
მიღება
ლაბორატორიებში ის შეიძლება მივიღოთ ამონიუმის ნიტრატის დაშლის რეაქციით:
NH4NO2 → N2↑ + 2H2O
რეაქცია ეგზოთერმულია, მიმდინარეობს 80 კკალ (335 კჯ) ენერგიის გამოყოფით, ამიტომაც საჭიროებს ჭურჭელის გაცივებას რეაქციის დროს (ხოლო რეაქციის დასაწყისში საჭიროებს ამონიუმის ნიტრატის გახურებას).
პრაქტიკულად ამ რეაქციას ასრულებენ, გახურებულ ამონიუმის სულფატის გაჯერებულ ხსნარში წვეთებით უმატებენ ნატრიუმის ნიტრატის გაჯერებულ ხსნარს, ამასთან მიმოცვლის რეაქციის შედეგად მიღებული ამონიუმის ნიტრიტი მყისიერად იშლება.
ამ დროს გამოყოფილი აირი დაბინძურებულია ამიაკით, აზოტის ოქსიდით (I) და ჟანგბადით, რისგანაც მას წმინდავენ, თანმიმდევრობით მას უშვებენ ჯერ გოგირდმჟავას ხსნარში, შემდეგ რკინის სულფატში (II) და გახურებული სპილენძის თავზე. შემდეგ აზოტს აშრობენ.
კიდევ ერთი ლაბორატორიული მეთოდი აზოტის მიღებისა — კალიუმის დიქრომატისა და ამონიუმის სულფატის ნარევის გახურებით (შეფარდებით 2:1 მასის მიხედვით). რეაქცია მიმდინარეობს შემდეგი ფორმულით:
K2Cr2O7 + (NH4)2SO4 = (NH4)2Cr2O7 + K2SO4
(NH4)2Cr2O7 →(t) Cr2O3 + N2↑ + 4H2O
ყველაზე სუფთა აზოტი შეიძლება მივიღოთ ლითონების აზიდების დაშლით:
2NaN3 →(t) 2Na + 3N2↑
ეგრეთ წოდებული «ჰაეროვანი», ან «ატმოსფერული» აზოტი, ანუ აზოტისა და კეთილშობილური აირების ნარევს, იღებენ ჰაერის რეაქციით გახურებულ კოქსთან:
O2+ 4N2 + 2C → 2CO + 4N2
ამ დრო მიიღება ეგრეთ წოდებული «გენერატორული», ან «ჰაეროვანი», აირი — ნედლეული ქიმიური სინთეზისათვის და საწვავისათვის. საჭიროებისას აქედან შეიძლება აზოტის გამოყოფა, ნახშირბადის მონოქსიდის შთანთვით.
მრეწველობაში მოლეკულურ აზოტს მიიღებენ თხევადი ჰაერის ფრაქციული გამოხდით. ამ მეთოთ შეიძლება «ატმოსფერული აზოტის» მიღება. ასევე ფართოდ გამოიყენება აზოტური დანადგარები, სადაც გამოიყენება ადსორბციული და მემბრანული აირის გაგამოყოფა.
ერთ-ერთი ლაბორატორიული მეთოდი — სპილენძის ოქსიდზე (II) ამიაკის გატარება ~700°С ტემპერატურაზე:
2NH3 + 3CuO → N2↑ + 3H2O + 3Cu
ამიაკს იღებენ მისი გაჯერებული ხსნარის გახურებისას. CuO -ის რაოდენობა 2-ჯერ მეტია ვიდრე გათვლებით. გამოყენების წინ აზოტს წმენდენ ჟანგბადისა და ამიაკის მინარევებისაგან სპილენძზე და მის ოქსიდზე (II) გატარებით (ასევე ~700 °C), შემდეგ აშრობენ კონცენტრირებული გოგირდმჟავათი და მშრალი ტუტეთი. პროცესი საკმაოდ ნელა მიმდინარეობს, მაგრამ ის ღირს რადგან აზოტი აირი მიიღება საკმაოდ სუფთა.
თვისებები
ფიზიკური თვისებები
ნორმალურ პირობებში აზოტი არის უფერო აირი, არ გააჩნია სუნი, წყალში მცირედ იხსნება (2,3 მლ/100გ 0 °C -ზე, 0,8 მლ/100 გ 80 °C-ზე), სიმკვრივე 1,2506 კგ/მ³ (ნ.პ. დროს).
თხევად მდგომარეობაში (დუღილის ტემპ. -195,8 °C) – უფერო, მოძრავი, როგორც წყალი - სითხე. თხევადი აზოტის სიმკვრივეა 808 კგ/მ³. ჰაერთან კონტაქტის დროს შთანთქავს იქიდან ჟანგბადს.
-209,86 °C დროს აზოტი გადადის მყარ მდგომარეობაში თოვლისმაგვარ მასაში ან თეთრ კრისტალებში. ჰაერთან კონტაქტის დროს შთანთქავს მისგან ჟანგბადს და ამ დროს დნება, აზოტში ჟანგბადის ხსნარის წარმოქმნით.
ცნობილია მყარი აზოტის სამი კრისტალური მოდიფიკაცია. ინტერვალით 36,61 – 63,29 К არსებობს ფაზა β-N2 ჰექსაგონალური მჭიდრო შეფუთვით, სივრცობრივი ჯგუფი P63/mmc, ბადის პარამეტრებია a=3,93 Å და c=6,50 Å. 36,61 К ტემპერატურაზე ქვემოთ მდგრადი ფაზა α-N2 კუბური ბადით, რომელსაც აქვს სივრცობრივი ჯგუფი Pa3 ან P213 და პერიოდი a=5,660 Å. 3500 ატმოსფერო წნევის ქვეშ და ტემპერატურა 83 K-ზე დაბალი წარმოიქმნება ჰექსაგონალური ფაზა γ-N2.
ქიმიური თვისებები, მოლეკულის აღნაგობა
აზოტი თავისუფალ მდგომარეობაში არსებობს ორ ატომიანი მოლეკულის N2 ფორმით, რომლის ელექტრონული კონფიგურაცია აისახება ფორმულით σs²σs*2πx, y4σz², რაც შეესაბამება აზოტის მოლეკულებს შორის სამმაგ კავშირს N≡N (კავშირის სიგრძე dN≡N = 0,1095 ნმ). ამის შედეგად აზოტის მოლეკულა საკმაოდ მტკიცეა, დისოციაციის რეაქციისთვის N2 ↔ 2N წარმოქმნის კუთრი ენტალპია ΔH°298=945 კჯ, რეაქციის სიჩქარის კონსტანტა К298=10−120, ანუ აზოტის მოლეკულის დისოციაცია ნორმალუს პირობებში პრაქტიკულად არ მიმდინარეობს (წონასწორობა პრაქტიკულად გადახრილია მარცხნივ). აზოტის მოლეკულა არაპოლარულია და სუსტად პოლარიზდება, მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალა ძალიან სუსტია, ამიტომაც ჩვეულებრივ პირობებში აზოტი აიროვან მდგომარეობაშია.
3000 °C დროსაც კი თერმული დისოციაციის ხარისხი N2 შეადგენს სულ რაღაც 0,1 %, და მხოლოდ 5000 °C დროს აღწევს რამდენიმე პროცენტს (ნორმალური წნევის დროს). ატმოსფეროს მაღალ ფენებში მიმდინარეობს მოლეკულების ფოტოქიმიური დისოციაცია N2. ლაბორატორულ პირობებში შესაძლებელია ატომალური აზოტი, თუკი აიროვან N2 გავატარებთ ძლიერი უარყოფითი წნევით, მაღალ სიხშირიან ელექტრონულ განმუხტვაში. ატომარული აზოტი უფრო აქტიურია ვიდრე მოლეკულური: კერძოდ, ჩვეულებრივი ტემპერატურისას ის რეაგირებს გოგირდთან, ფოსფორთან, დარიშხანთან და ლითონების რიგთან, მაგალითად, ვერცხლისწყალთან.
აზოტის მოლეკულის მაღალი სიმტკიცის გამო ბევრი მისი შენაერთები ენდოთერმულია, მათი წარმოქმნის ენტალპია უარყოფითია, ხოლო აზოტის ნაერთები თერმულად ნაკლებად სტაბილურები არიან და გახურებისას საკმაოდ ადვილად იშლებიან. ამიტომაც აზოტი დედამიწაზე უმეტესწილად თავისუფალ მდგომარეობაშია.
თავისი ინერტულობის გამო აზოტი ჩვეულებრივ პირობებში რეაგირებს მხოლოდ ლითიუმთან:
6Li + N2 → 2Li3N,
გახურებისას ის რეაგირებს რამდენიმე ლითონთან და არალითონთან ნიტრიდების წარმოქმნით:
3Mg + N2 → Mg3N2,
2B + N2 →2BN,
ყველაზე პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს წყალბადის ნიტრიდს (ამიაკი):
ატმოსფერული აზოტის სამრეწველო დაკავშირება
აზოტის ნაერთები ფართოდ გამოიყენება ქიმიაში, შეუძლებელია ჩამოითვალოს ყველა ის დარგი და მიმართულება სადაც გამოიყენება აზოტის შემცველი ნივთიერებები: ეს არის სასუქების წარმოება, ასფეთქებელი ნივთიერებები, საღებავები, წამლები და სხვა. მიუხედავად იმისა რომ აზოტის შემცველობა ჰაერში საკმაოდ დიდია და ხელმისაწვდომია, ზემოთ აღწერილი მოლეკულის N2 სიმტკიცის გამო დიდი ხნის განმავლობაში გადაუწყვეტელი იყო ეს ამოცანა - აზოტის ნაერთების მიღება ჰაერიდან; აზოტის ნაერთების უდიდეს ნაწილს იღებდნენ მისი მინერალებიდან, როგორებიცაა ჩილიური სელიტრა (ნიტრატი). მაგრამ მათი მარაგის შემცირებისა და მოთხოვნის ზრდამ გამოიწვია ამ ამოცანაზე მუშაბის ფორსირება.
ყველაზე გავრცელებულია ატმოსფერული აზოტის დაკავშირების ამიაკური ხერხი. ამიაკის სინთეზის შექცევადი რეაქცია:
3H2 + N2 ↔ 2NH3 ეგზოთერმულია (თერმული ეფექტი 92 კჯ) და მიმდინარეობს მოცულობის შემცირებით, ამიტომაც წონასწორობის გადახრისათვის მარჯვნივ ლე შატალიე - ბრაუნის პრინციპის შესაბამისად საჭიროა ნარევის გაცივება და მაღალი წნევა. მაგრამ კინეტიკური თვალსაზრისით ტემპერატურის დაწევა არახელსაყრელია, რადგან ამ დროს უკვე 700 °C დროს ძლიერ მცირდება რეაქციის სიჩქარე, და შეუძლებელია მისი პრაქტიკული გამოყენება.
ასეთ შემთხვევებში გამოიყენება კატალიზი, რადგანაც შესაბამისი კატალიზატორი აჩქარებს რეაქციას წონასწორობის გადახრის გარეშე. შესაბამისი კატალიზატორის ძებნის პროცესში გამოცდილი იქნა მიახლოებით ოცი ათასი სხვადასხვა შენაერთი. თავისი საერთო თვისებების (კატალიტიკური აქტიურობა, მოწამლისადმი მდგრადობა, ღირებულება) ყველაზე დიდი გამოყენება ჰპოვა კატალიზატორებმა - ლითონური რკინის საფუძველზე, რკინასთან ერთად ალუმინისა და კალიუმის ოქსიდების ნარევებმა. პროცესი მიმდინარეობს 400—600°С ტემპერატურის და 10—1000 ატმოსფერო წნევის პირობებში.
საჭიროა აღინიშნოს, რომ 2000 ატმოსფეროზე მაღალი წნევის დროს წყალბადისა და აზოტის ნარევიდან ამიაკის სინთეზი კატალიზატორის გარეშეც მიმდინარეობს მაღალი სიჩქარით. მაგალითად, 850 °C და 4500 ატმ. დროს პროდუქტის გამოსავალია 97 %.
არსებობს კიდევ ერთი, ნაკლებად გავრცელებული ხერხი — ციანამიდნური მეთოდი, აზოტის და კალციუმის კარბიდის რეაქციის საფუძველზე, რომელიც 1000 °C პირობებში მიმდინარეობს. რეაქციის ფორმულაა:
CaC2 + N2 → CaCN2 + C.
რეაქცია ეგზოთერმულია, მისი თერმული ეფეკტია 293 კჯ.
ყოველწლიურად ატმოსფეროდან საწარმოო გზით იღებენ და მოიხმარენ მიახლოებით 1 ტ. აზოტს.
აზოტის შენაერთები
აზოტის დაჟანგვის ხარისხი შენაერთებში არის −3, −2, −1, +1, +2, +3, +4, +5.
აზოტის შენაერთები დაჟანგვის ხარისხით −3 წარმოდგენილია ნიტრიდებით, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია ამიაკი;
აზოტის შენაერთები დაჟანგვის ხარისხით −2 ნაკლებად ახასიათებს, წარმოდგენილია პერნიტრიდებით, რომელთაგან მნიშვნელოვანია წყალბადის პერნიტრიდი N2H4 ან ჰიდრაზინი (არსებობს ასევე ძალიან არამდგრადი წყალბადის პერნიტრიდი N2H2, დიიმიდი);
აზოტის შენაერთები დაჟანგვის ხარისხით −1 NH2OH (ჰიდროქსილამინი) — არამდგრადი ფუძე, გამოიყენება ჰიდროქსილამონის მარილებთან ერთად ორგანულ სინთეზში;
აზოტის შენაერთები დაჟანგვის ხარისხით +1 აზოტის ოქსიდი (I) N2O (მამხიარულებელი აირი);
აზოტის შენაერთები დაჟანგვის ხარისხით +2 აზოტის ოქსიდი (II) NO (აზოტის მონოქსიდი);
აზოტის შენაერთები დაჟანგვის ხარისხით +3 აზოტის ოქსიდი (III) N2O3, აზოტური მჟავა, ანიონის წარმოებულები NO2−, აზოტის ტრიფტორიდი (NF3);
აზოტის შენაერთები დაჟანგვის ხარისხით +4 აზოტის ოქსიდი (IV) NO2 (აზოტის დიოქსიდი, ყავისფერი აირი);
აზოტის შენაერთები დაჟანგვის ხარისხით +5 აზოტის ოქსიდი (V) N2O5, აზოტმჟავა და მისი მარილები — ნიტრატები და სხვა.
გამოყენება
თხევადი აზოტი გამოიყენება კრიოთერაპიისთვის.
აიროვანი აზოტის გამოყენება მრეწველობაში განპირობებულია მისი ინერტობით. აიროვანი აზოტი ხანძარ-საწინააღმდეგო და არააფეთგებად საშიში თვისებებით ხასიათდება, ხელს უშლის ჟანგვასა და ლპობას. ნავთობქიმიაში გამოიყენება რეზერვუარებისა და მილების ჩასაბერად, მილსადენების სამუშაოების შესამოწმებლად მაღალი წნევის ქვეშ. ქვანახშირის მოპოვებისას აზოტი გამოიყენება ფეთქებადსაწინააღმდეგო გარემოს შესაქმნელად, ქანების პლასტების გასაწევად. ელექტრონიკის წარმოებაში გამოიყენება განყოფილებების ჩასაბერად, დამჟანგავი ჟანგბადის დაუშვებლობისას. თუ კი პროცესის დროს, რომელიც მიმდინარეობს ჰაერის გამოყენებით, ჟანგვა და ლპობა, გახრწნა არის ნეგატიური ფაქტორი — აზოტს შეუძლია წარმატებით შეცვალოს ჰაერი.
აზოტის გამოყენების მნიშვნელოვან მიმართულებას წარმოადგენს მისი შემდგომი სინთეზი სხვადასხვაგვარი შენაერთების მისაღებად, როგორებიცაა ამიაკი, აზოტიანი სასუქები, ასაფეთქებელი ნივთიერებები, საღებავები და სხვა.
აზოტის დიდი რაოდენობა გამოიყენება კოქსიის წარმოებაში («კოქსის მშრალი ქრობა») კოქსის ბატარეიდან კოქსის გადმოტვირთვისას, ასევე საწვავის «გადატუმბვისას» ტანკებიდან ტუმბებში და ძრავებში რაკეტებში.
კვების მრეწველობაში აზოტი დარეგისტრირებულია როგორც საკვები დანამატი E941, როგორც აიროვანი გარემო შეფითვისათვის და შენახვისათვის, მაცივარი საშუალება, თხევადი აზოტი გამოიყენება ზეთის და არაგაზირებული სასმელების ჩამოსხმისას, ზედმეტი წნევისა და ინერტული გარემოს შესაქმნელად რბილ ტარაში .
თხევადი აზოტის დემონსტრირება ხდება როგორც ნივთიერების რომლითაც შეიძლება დიდი სხეულებია მყისიერი გაყინვა ეს ფართოდ გავრცელებული არასწორი წარმოდგენაა. ყვავილის გასაყინათაც საკმაოდ დიდი დროა საჭირო . ეს დაკავშირებულია აზოტის მატად დაბალი თბიტევადობაზე.
1 ლიტრი თხევადი აზოტი, აორთქლებისა და გახურებისას 20 °C-მდე, წარმოქმნის 700 ლიტრ აირს. ამიტომაც თხევად აზოტს ინახავენ სპეციალურ დიურერის ჭურჭელში ღია ტიპის ვაკუუმური იზოლაციით ან კრიოგენურ ჭურჭლებში წნევის ქვეშ. ამ ფაქტზეა დაფუძნებული ხანძრის ქრობაც თხევადი აზოტით. აორთქლებისას, აზოტი აძევებს ჟანგბადს, რომელიც საჭიროა წვისთვის, და ხანძარიც ქრება. რადგანაც აზოტი მხოლოდ ორთქლდება წყლისაგან განსხვავებით ქრობის დროს ის უფრო ეფექტურია.
ცოცხალი არსებების გაყინვა თხევადი აზოტით შემდეგი მათი დნობით პრობლემატურია. პრობლემა ისაა რომ შეუძლებელია მათი ჩქარი გაყინვა და გალღვობა.
ბალონების მარკირება
აზოტიანი ბალონები შეღებილია შავ ფერად, უნდა ჰქონდეთ ყვითელი ფერის წარწერა და ყავისფერი ზოლი.
იხილეთ აგრეთვე
აზოტის ოქსიდები;
ამიაკი;
აზოტოვანი მჟავა;
ჰიდრაზინი;
ამონიუმის ჰიდროქსიდი;
სელიტრა;
ნიტრატები.
აზოტური წესები
ქიმიურ ელემენტთა პერიოდული სისტემა
ლიტერატურა
ნეკრასოვი ბ. ვ., საერთო ქიმიის საფუძვლები, ტ. 1, მ.: «ქიმია», 1973;
ქიმია: საძ. გამ./ვ. შრეტერი, კ.-ხ. ლაუტენშლეგერი, ხ. ბიბრაკი და სხვა: თარგ. გერმ. 2-ე გამოც., სტერეოტიპ. — მ.: ქიმია, 2000 ISBN 5-7245-0360-3 (რუს.), ISBN 3-343-00208-9 (გერმ.);
ახმეტოვი ნ.ს., საერთო და არაორგანული ქიმია. 5-ე გამ., გასწ. — მ.: უმაღლესი სკოლა, 2003 ISBN 5-06-003363-5;
გუსაკოვა ნ.ვ., გარემოს ქიმია. სერია «უმაღლესი განათლება». დონის როსტოვი: ფენიქსი, 2004 ISBN 5-222-05386-5;
ისიდოროვი ვ. ა., ეკოლოგიური ქიმია. სპბ:ხიმიზდატი, 2001 ISBN 5-7245-1068-5;
ტრიფონოვი დ. ნ., ტრიფონოვი ვ. დ., როგორ იქნა აღმოჩენილი ქიმიური ელემენტები — მ.: პროსვიშენიე, 1980
ქიმიკოსის ცნობარი, 2-ე გამ., ტ. 1, მ.: «ქიმია», 1966;
რესურსები ინტერნეტში
აზოტი Webelements-ზე
აზოტი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში
სქოლიო