Azot

Azot (N, ) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 7, niemetal z grupy 15 (azotowców) układu okresowego. W warunkach normalnych jest bezbarwnym, bezzapachowym gazem. Został odkryty w 1772 roku przez Daniela Rutherforda.

Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości), a jego zawartość w litosferze Ziemi wynosi 50 ppm. Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotyny oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka, alkaloidy i wiele innych).

Stabilnymi izotopami azotu są 14N i 15N. W stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce te dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym.

Historia 
Czysty azot otrzymał z powietrza Daniel Rutherford, usuwając z niego tlen przez spalanie substancji w zamkniętej przestrzeni. Powstały dwutlenek węgla usunął przez absorpcję w roztworze wodorotlenku potasu.

Łacińska nazwa powstała z połączenia łacińskiego nitrum (saletra) i greckiego genes (tworzący). Jako pierwszy polską nazwę – azot – zaproponował Filip Walter (1844). Używano też nazwy dusień i saletroród.

Otrzymywanie 
Azot o wysokiej czystości można uzyskać poprzez termiczny rozkład azotynu amonu, jednak taki azot zawiera małe ilości tlenków azotu:
 NH4NO2 → N2↑ + 2H2O

Najczystszy azot otrzymuje się przez rozkład termiczny w próżni azydku sodowego.

W laboratorium można otrzymać azot w wyniku łagodnego ogrzewania mieszaniny chlorku amonu (salmiaku) i azotynu sodu:
 NH4Cl + NaNO2 → N2↑ + NaCl + 2H2O

W przemysłowej metodzie otrzymywania azotu skrapla się powietrze, stosując odpowiednie ciśnienie i temperaturę. W tych warunkach azot i wszystkie gazy znajdujące się nad nim na skali temperatur wrzenia skraplają się i są w otrzymanej cieczy. Trzy pierwiastki znajdujące się pod azotem: neon, wodór i hel pozostają w stanie gazowym i są przekazywane do oddzielnego procesu. Następny etap to frakcjonowanie poprzez podwyższenie temperatury (lub obniżenie ciśnienia), powodujące odparowanie ciekłego azotu. Odprowadzony azot jest powtórnie skraplany, przechowywany i transportowany w tzw. naczyniach Dewara lub w formie gazowej w temperaturze otoczenia w stalowych butlach.

Wybrane związki azotu 
Nieorganiczne:
 Tlenki azotu: tlenek diazotu (N2O), tlenek azotu (NO), tritlenek diazotu (N2O3), dwutlenek azotu (NO2), tetratlenek diazotu (N2O4), pentatlenek diazotu (N2O5)
 Związki z wodorem: amoniak, hydrazyna i azotowodór
 Kwasy: kwas azotowy i kwas azotawy
 Sole: azotany i azotyny, sole amonowe
 azotki

Organiczne:
 aminy
 amidy

Właściwości 
W warunkach normalnych jest bezbarwnym i bezwonnym gazem. W temperaturze  skrapla się pod normalnym ciśnieniem dając również bezbarwny ciekły azot, a po dalszym schłodzeniu ,do , zestala się.

Jest bierny chemicznie, co spowodowane jest bardzo wysoką energią wiązania potrójnego w cząsteczce N2, wynosi ona 945,33 ± 0,59 kJ·mol−1. Stopień dysocjacji w temperaturze 4000 K wynosi niecałe 3%. W podwyższonej temperaturze reaguje z metalami dając azotki, a także z innymi pierwiastkami, np. z wodorem tworzy amoniak, a z tlenem tlenki azotu, np.:
 N2 + 3H2 ⇌ 2NH3      ΔG −22,0 kcal (0 °C)
 N2 + O2 ⇌ 2NO      ΔG 43,2 kcal
Procesy te (współcześnie zwłaszcza synteza amoniaku) wykorzystywane są przemysłowo do wiązania azotu atmosferycznego w celu produkcji licznych związków azotu. Innym wysokotemperaturowym procesem przemysłowym wiązania azotu jest reakcja azotu z karbidem prowadząca do cyjanamidu wapnia:
 CaC2 + N2 → CaCN2 + C
Naturalnie azot wiązany jest głównie przez bakterie azotowe w brodawkach roślin motylkowych oraz w trakcie wyładowań atmosferycznych.

Odmiany alotropowe 
W fazie stałej występuje w trzech odmianach alotropowych. Dwie pierwsze to α o regularnej strukturze krystalicznej, która w  przechodzi w heksagonalną formę β. Ponadto w 2020 r. uzyskano nową, wysokociśnieniową i wysokotemperaturową odmianę alotropową, której nadano nazwę azot czarny. Powstaje on pod ciśnieniem 1,4 mln atm. i w temp. ok.  (dla uzyskania takiego ciśnienia stosuje się prasę wyposażoną w diamentowe kowadła, natomiast odpowiednio wysoką temperaturę zapewnia wiązka lasera). W warunkach tych otrzymano monokryształy tej formy pierwiastka i zbadano je za pomocą synchrotronowej rentgenografii strukturalnej oraz spektroskopii Ramana. Azot czarny ma strukturę polimeryczną, analogiczną do struktury fosforu czarnego. Atomy azotu tworzą pofałdowane warstwy, w których odległości międzyatomowe wynoszą 1,34 i 1,43 Å (dla porównania, odległość między atomami diazotu  wynosi 1,10 Å, natomiast wiązanie  w hydrazynie ma 1,45 Å), natomiast minimalna odległość między atomami sąsiednich warstw to 2,33 Å, co wyklucza powstawanie wiązań kowalencyjnych między warstwami.

Znaczenie biologiczne azotu 

Należy do pierwiastków o bardzo dużym znaczeniu biologicznym. Wchodzi w skład wielu biocząsteczek, takich jak aminokwasy i białka, nukleotydy i kwasy nukleinowe. Większość organizmów nie jest zdolna do przyswajania azotu pierwiastkowego, z wyjątkiem bakterii azotowych wiążących wolny azot z powietrza, żyjących swobodnie w glebie lub symbiotycznych z roślinami bobowatymi (daw. motylkowatymi) bakterii brodawkowych. Dopiero w związkach, takich jak azotany, azotyny lub sole amonowe, jest przyswajalny przez rośliny.

Wpływ azotu na organizm

Azot atmosferyczny 
:
 przy ciśnieniu 4 atm
 euforia, skłonność do śmiechu, gadulstwo
 spowolnienie reakcji na bodźce
 przy ciśnieniu 10 atm
 ostre zaburzenia pracy mięśni, koordynacji ruchów
 zawroty głowy
 zaburzenia świadomości
 przy ciśnieniu powyżej 10 atm
 po kilku minutach następuje utrata świadomości i śpiączka

Związki azotu w pożywieniu i wodzie pitnej 
 Ich obecność w glebie i wodzie pitnej jest jednak znikoma. Dość niebezpieczne dla środowiska jest składowanie związku azotu np. nawozów w zbiornikach z blachy ocynkowanej ze strony wewnętrznej, gdyż związki azotu wchodzą w reakcje ze związkami cynku i żelaza, a po zastosowaniu takiego nawozu powstałe związki przedostają się do wód gruntowych.

Azot w glebie 
Azot wolny z atmosfery nie jest przyjmowany przez rośliny, ponieważ wymagają one związków, dodatkowo 99% azotu glebowego pozostaje w związkach organicznych o zbyt złożonej budowie, by mogła je przyjąć większość gatunków roślin. Azotu, który może zostać przyjęty przez roślinny wyższe, jest przeciętnie mniej niż 34 kg/ha, a azotu w związkach – około 3385 kg/ha. Ilość azotu przyjmowanego może wynieść nawet do 112,5 kg/ha.

Wpływ azotu na wzrost roślin 
Azot jest potrzebny roślinom głównie w fazie wzrostu, ze względu na możliwość akumulacji azotu przez roślinę, przy wysokim stężeniu azotu w glebie, absorpcja tego pierwiastka jest znacznie szybsza niż wzrost rośliny.

Przy niedoborze azotu rośliny rosną wolno, są słabe, bledsze oraz następuje zahamowanie kwitnienia. Kolor ten jest związany z deficytem chlorofilu, który bierze udział w procesie fotosyntezy. Skrajny niedobór azotu może powodować żółtawobrązowe zabarwienie fragmentów liści. Niedobór azotu w glebie może zostać uzupełniony przez nawożenie nawozami azotowymi lub poprzez zmianę uprawy na potrzebującą mniej azotu.

Nadmiar azotu nie jest w zasadzie szkodliwy dla rośliny, gdyż rośliny mogą sobie go akumulować, jednakże nadmiar związków azotu może powodować nadmierny wzrost rośliny i brak możliwości przyjmowania innych pierwiastków niezbędnych roślinie. Groźny jest za to nadmiar azotu połączony z niedoborem fosforu, potasu lub wody. Nadmiar azotu może szkodzić jakości i wielkości plonów. Nadmiar azotu jest szkodliwy dla drzew w przypadku mrozów. Rośliny mające za dużo azotu są ciemnozielone, wyglądają aż nazbyt dorodnie. Gleba posiadająca za dużo azotu powinna być nawożona nawozami zawierającymi potas i fosfor.

Objawy niedoboru azotu u zwierząt i człowieka 
Zaburzenie bilansu azotowego może powodować utratę masy ciała oraz obrzęki. W przypadku długotrwałego niedoboru może występować martwica lub marskość wątroby.

Zastosowanie azotu 
Ciekły azot jest stosowany jako środek chłodzący do uzyskiwania temperatur poniżej −100 °C. W postaci gazowej azot wykorzystywany jest jako najtańsza z dostępnych atmosfer ochronnych w wielu procesach przemysłowych, a także jako gaz roboczy w niektórych układach pneumatycznych.

Z azotu otrzymuje się amoniak oraz tlenki azotu wykorzystywane w produkcji kwasu azotowego, związki o dużym znaczeniu przemysłowym. Ponadto szeroko wykorzystuje się azotany, azotyny, hydrazynę, hydroksyloaminę i in. związki zawierające azot.

Zobacz też 
 ciekły azot
 azot ogólny
 Pierwiastki biofilne

Uwagi

Przypisy

Bibliografia 
 

 
Pierwiastki chemiczne
Alotropia