§ 29. Азот в природе. Применение азота и его соединений

Содержание азота в земной коре (включая и земную атмосферу) довольно велико - 0,01 весового процента. Однако, в отличие от кислорода, большая часть азота находится в свободном состоянии (рис. 20), что объясняется свойствами азота.

Рис. 20. Круговорот азота в природе

В составе каких же соединений встречается азот в природе?

В земной коре почти не обнаружено сколь-нибудь крупных месторождений азотных соединений. Исключением является узкая полоса земли в Чили, где уже более 150 лет добывается чилийская селитра - нитрат натрия. Небольшое количество азота в виде органических соединений входит в состав ископаемого топлива растительного и животного происхождения.

Из курса биологии известно, что азот играет огромную роль в жизни. Об азоте говорят: он более драгоценен, чем самые редкие из благородных металлов. Мы знаем, что он входит в состав белковых веществ - основы жизни (содержание азота в белках достигает 16-18%), а также в состав других органических соединений, в том числе хлорофилла. При недостатке азота рост растений задерживается, листья приобретают сначала бледно-зеленую окраску, затем желтеют и процесс фотосинтеза прекращается. Между тем растения не могут усваивать свободный азот из воздуха и азот органических веществ из почвы. Они извлекают азот из почвы в виде ионов аммония NH⁴⁺ и нитратных ионов NО₃^-. Эти ионы образуются при участии бактерий из органических соединений азота. Однако, некоторые бактерии переводят азот в свободное состояние.

Существуют виды бактерий, "как свободно живущих в почве, так и поселяющихся на корнях бобовых растений, которые усваивают свободный азот, переводя его в органические соединения.

Обогащение почвы азотом происходит также за счет азотной кислоты, содержащейся в дождевых каплях, выпадающих во время грозы. Эта азотная кислота превращается в почве в нитраты.

Так, процессам, при которых происходит извлечение связанного азота из почвы, противостоят в природе процессы, восполняющие убыль азота в почве. Происходит круговорот азота.

С сельскохозяйственными продуктами в современном хозяйстве уносится азота больше, чем восполняется естественными процессами и вносится в почву с навозом. По мере развития сельскохозяйственного производства проблема недостатка азота становится все острее. После того как в первой половине прошлого века была установлена необходимость минеральных азотных соединений для растений, в ряде стран стали применять как азотное удобрение чилийскую селитру. Но этот источник связанного азота не мог удовлетворить мировой потребности сельского хозяйства. Уже в конце XIX в. ученые очень остро поставили вопрос об использовании атмосферного азота - получении из него на заводах азотных удобрений. Эта проблема была решена всего только несколько десятков лет тому назад, а сейчас существует очень много таких заводов. Темпы роста производства азотных удобрений необычайно высоки.

Большие количества азотных соединений применяются также на химических заводах для получения продуктов органического синтеза - красителей, взрывчатых веществ и др. Общеизвестно применение аммиака в холодильных машинах. Инертность азота используется во всех тех случаях, когда надо исключить нежелательные химические реакции. Азотом наполняют электрические лампочки, его применяют для создания нейтральной атмосферы при хранении и перекачке огнеопасных жидкостей.

1. А. Лавуазье предложил название "азот", что в переводе с греческого означает "не поддерживающий жизни". Как, обращаясь к истории химии, объяснить происхождение названия? Ведь азот - основа жизни на Земле!
2. После А. Лавуазье было предложено для азота название нитрогениум, которое сохранилось до настоящего времени как международное (название "азот" применяется только в русском и французском языках). Попытайтесь объяснить происхождение этого слова.
3. Происхождение чилийской селитры до сих пор не получило общепризнанного объяснения. Зная химические свойства азота и его соединений и круговорот азота в природе, попытайтесь сформулировать свои предположения по этому вопросу.
4. На рисунке 20 круговорот азота в природе изображен несколько подробнее, чем в тексте. Какие процессы следует указать дополнительно?
5. Исходя из изученных вами химических свойств азота, укажите два возможных способа связывания атмосферного азота на химических заводах. Напишите уравнения реакций получения кальциевой селитры каждым из указанных вами двух способов.