Սելիտրա տալը - լատիներենից այսպես է թարգմանվում Nitrogenium բառը։ Սա ազոտի անվանումն է՝ 7 ատոմային համարով քիմիական տարր, որը գլխավորում է 15-րդ խումբը պարբերական աղյուսակի երկար տարբերակում։ Պարզ նյութի տեսքով այն տարածվում է Երկրի օդային թաղանթում՝ մթնոլորտում։ Ազոտի մի շարք միացություններ հանդիպում են երկրակեղևում և կենդանի օրգանիզմներում և լայնորեն օգտագործվում են արդյունաբերության, ռազմական գործերում, գյուղատնտեսության և բժշկության մեջ:
Ինչու են ազոտը կոչվում «խեղդող» և «անկենդան»
Ինչպես առաջարկում են քիմիայի պատմաբանները, Հենրի Քավենդիշը (1777) առաջինն էր, ով ստացավ այս պարզ նյութը: Գիտնականը օդը փոխանցել է տաք ածուխների վրայով՝ օգտագործելով ալկալիներ՝ ռեակցիայի արտադրանքները կլանելու համար: Փորձի արդյունքում հետազոտողը հայտնաբերել է անգույն, առանց հոտի գազ, որը չի արձագանքում ածխի հետ։ Քավենդիշն այն անվանել է «խեղդող օդ», քանի որ չի կարողանում պահպանել շնչառությունը, ինչպես նաև այրվելը:
Ժամանակակից քիմիկոսը կբացատրի, որ թթվածինը փոխազդեց ածխածնի հետ՝ առաջացնելով ածխաթթու գազ:Օդի մնացած «խեղդող» մասը հիմնականում բաղկացած էր N2 մոլեկուլներից: Քավենդիշը և մյուս գիտնականներն այն ժամանակ դեռ չգիտեին այս նյութի մասին, թեև այն ժամանակ ազոտի և սելիտրա միացությունները լայնորեն օգտագործվում էին տնտեսության մեջ։ Գիտնականը արտասովոր գազի մասին զեկուցել է իր գործընկերոջը, ով նմանատիպ փորձեր է անցկացրել Ջոզեֆ Պրիստլիին:
Միևնույն ժամանակ, Կարլ Շելեն ուշադրություն հրավիրեց օդի անհայտ բաղադրիչի վրա, բայց չկարողացավ ճիշտ բացատրել դրա ծագումը: Միայն Դենիել Ռադերֆորդը 1772 թվականին հասկացավ, որ փորձարկումներում առկա «խեղդող» «փչացած» գազը ազոտն էր: Ո՞ր գիտնականին պետք է համարել նրա հայտնագործողը, այս մասին դեռևս վիճում են գիտության պատմաբանները։
Ռեզերֆորդի փորձերից 15 տարի անց հայտնի քիմիկոս Անտուան Լավուազյեն առաջարկեց փոխել «փչացած» օդ տերմինը՝ նկատի ունենալով ազոտը, մեկ այլ՝ Nitrogenium: Այդ ժամանակ արդեն ապացուցվել էր, որ այս նյութը չի այրվում, չի ապահովում շնչառությունը։ Միաժամանակ հայտնվեց ռուսերեն «ազոտ» անվանումը, որը տարբեր կերպ է մեկնաբանվում։ Տերմինը ամենից հաճախ ասում են, որ նշանակում է «անկենդան»: Հետագա աշխատանքները հերքեցին նյութի հատկությունների մասին տարածված կարծիքը։ Ազոտի միացությունները՝ սպիտակուցները, կենդանի օրգանիզմների բաղադրության ամենակարեւոր մակրոմոլեկուլներն են։ Դրանք կառուցելու համար բույսերը հողից կլանում են հանքային սնուցման անհրաժեշտ տարրերը՝ իոններ NO32- և NH4+.
Ազոտը քիմիական տարր է
Պարբերական համակարգը (PS) օգնում է հասկանալ ատոմի կառուցվածքը և նրա հատկությունները: Պարբերական աղյուսակում քիմիական տարրի դիրքով կարելի է որոշելմիջուկային լիցք, պրոտոնների և նեյտրոնների քանակը (զանգվածային թիվը): Պետք է ուշադրություն դարձնել ատոմային զանգվածի արժեքին՝ սա տարրի հիմնական բնութագրիչներից մեկն է։ Ժամանակահատվածի թիվը համապատասխանում է էներգիայի մակարդակների քանակին: Պարբերական աղյուսակի կարճ տարբերակում խմբի համարը համապատասխանում է արտաքին էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնների թվին։ Ամփոփենք ազոտի ընդհանուր բնութագրերի բոլոր տվյալները՝ ըստ նրա դիրքի պարբերական համակարգում՝
- Սա ոչ մետաղական տարր է, որը գտնվում է PS-ի վերին աջ անկյունում:
- Քիմիական նշան՝ N.
- Պատվերի համարը՝ 7.
- Հարաբերական ատոմային զանգված՝ 14,0067.
- Ցնդող ջրածնի միացության բանաձև՝ NH3 (ամոնիակ).
- Արտադրում է ամենաբարձր օքսիդ N2O5, որում ազոտի վալենտությունը V.
է
Ազոտի ատոմի կառուցվածքը՝
- Հիմնական լիցքավորում՝ +7.
- Պրոտոնների թիվը՝ 7; նեյտրոնների թիվը՝ 7.
- Էներգիայի մակարդակների քանակը՝ 2.
- Էլեկտրոնների ընդհանուր թիվը՝ 7; էլեկտրոնային բանաձև՝ 1s22s22p3.
Մանրամասն ուսումնասիրված են թիվ 7 տարրի կայուն իզոտոպները, որոնց զանգվածային թիվը 14 և 15 է։ Դրանցից կրակայրիչի ատոմների պարունակությունը 99,64% է։ Կարճատև ռադիոակտիվ իզոտոպների միջուկներում կա նաև 7 պրոտոն, իսկ նեյտրոնների թիվը մեծապես տարբերվում է՝ 4, 5, 6, 9, 10:
Ազոտը բնության մեջ
Երկրի օդային թաղանթը պարունակում է պարզ նյութի մոլեկուլներ, որոնց բանաձևը N2 է: Մթնոլորտում գազային ազոտի պարունակությունը ծավալային էմոտ 78,1%։ Երկրակեղևի այս քիմիական տարրի անօրգանական միացությունները ամոնիումի տարբեր աղեր և նիտրատներ են (նիտրատներ): Միացությունների բանաձևերը և որոշ կարևորագույն նյութերի անվանումները.
- NH3, ամոնիակ.
- NO2, ազոտի երկօքսիդ.
- NaNO3, նատրիումի նիտրատ։
- (NH4)2SO4, ամոնիումի սուլֆատ:
Ազոտի վալենտությունը վերջին երկու միացություններում - IV. Ածուխը, հողը, կենդանի օրգանիզմները նույնպես պարունակում են կապված N ատոմներ։ Ազոտը ամինաթթուների մակրոմոլեկուլների, ԴՆԹ և ՌՆԹ նուկլեոտիդների, հորմոնների և հեմոգլոբինի անբաժանելի մասն է։ Մարդու օրգանիզմում քիմիական տարրի ընդհանուր պարունակությունը հասնում է 2,5%-ի։
Պարզ նյութ
Ազոտը երկատոմային մոլեկուլների տեսքով մթնոլորտային օդի ամենամեծ մասն է ըստ ծավալի և զանգվածի։ Նյութը, որի բանաձևը N2 է, չունի հոտ, գույն և համ: Այս գազը կազմում է Երկրի օդային ծրարի ավելի քան 2/3-ը։ Հեղուկ տեսքով ազոտը ջրի նմանվող անգույն նյութ է։ Եռում է -195,8 °C։ M (N2)=28 գ/մոլ: Ազոտ պարզ նյութը մի փոքր ավելի թեթև է, քան թթվածինը, նրա խտությունը օդում մոտ է 1-ին։
Ատոմները մոլեկուլում ամուր կապում են 3 ընդհանուր էլեկտրոնային զույգեր: Միացությունն ունի բարձր քիմիական կայունություն, որն այն տարբերում է թթվածնից և մի շարք այլ գազային նյութերից։ Որպեսզի ազոտի մոլեկուլը կազմալուծվի իր բաղկացուցիչ ատոմների մեջ, անհրաժեշտ է ծախսել 942,9 կՋ/մոլ էներգիա։ Երեք զույգ էլեկտրոնների կապը շատ ամուր է։քայքայվում է, երբ տաքացվում է 2000 °C-ից բարձր:
Նորմալ պայմաններում մոլեկուլների տարանջատումը ատոմների գործնականում տեղի չի ունենում: Ազոտի քիմիական իներտությունը պայմանավորված է նաև նրա մոլեկուլներում բևեռականության իսպառ բացակայությամբ։ Նրանք շատ թույլ են փոխազդում միմյանց հետ, ինչն էլ պայմանավորում է նյութի գազային վիճակի նորմալ ճնշման և սենյակային ջերմաստիճանին մոտ ջերմաստիճանի դեպքում։ Մոլեկուլային ազոտի ցածր ռեակտիվությունը կիրառվում է տարբեր գործընթացներում և սարքերում, որտեղ անհրաժեշտ է ստեղծել իներտ միջավայր:
Մոլեկուլների տարանջատում N2 կարող է տեղի ունենալ մթնոլորտի վերին հատվածում արեգակնային ճառագայթման ազդեցության տակ: Առաջանում է ատոմային ազոտ, որը նորմալ պայմաններում փոխազդում է որոշ մետաղների և ոչ մետաղների հետ (ֆոսֆոր, ծծումբ, մկնդեղ)։ Արդյունքում տեղի է ունենում նյութերի սինթեզ, որոնք անուղղակիորեն ստացվում են ցամաքային պայմաններում։
Ազոտի վալենտություն
Ատոմի արտաքին էլեկտրոնային շերտը ձևավորվում է 2 վ և 3 p էլեկտրոններով։ Ազոտի այս բացասական մասնիկները կարող են հրաժարվել այլ տարրերի հետ փոխազդեցության ժամանակ, ինչը համապատասխանում է դրա նվազեցնող հատկություններին: Օկտետին միացնելով բացակայող 3 էլեկտրոնները՝ ատոմը օքսիդացման կարողություններ է ցուցաբերում։ Ազոտի էլեկտրաբացասականությունն ավելի ցածր է, նրա ոչ մետաղական հատկությունները ավելի քիչ են արտահայտված, քան ֆտորինը, թթվածինը և քլորինը։ Այս քիմիական տարրերի հետ փոխազդեցության ժամանակ ազոտը տալիս է էլեկտրոններ (օքսիդանում): Բացասական իոնների կրճատումն ուղեկցվում է այլ ոչ մետաղների և մետաղների հետ ռեակցիաներով։
Ազոտի բնորոշ վալենտությունը III է: Այս դեպքումքիմիական կապերն առաջանում են արտաքին p-էլեկտրոնների ձգման և ընդհանուր (կապող) զույգերի ստեղծման շնորհիվ։ Ազոտն ընդունակ է ձևավորել դոնոր-ընդունիչ կապ՝ շնորհիվ իր միայնակ զույգ էլեկտրոնների, ինչպես դա տեղի է ունենում ամոնիումի իոնի NH4+.
Լաբորատոր և արդյունաբերական արտադրություն
Լաբորատոր մեթոդներից մեկը հիմնված է պղնձի օքսիդի օքսիդացնող հատկությունների վրա։ Օգտագործվում է ազոտ-ջրածին միացություն՝ ամոնիակ NH3: Այս գարշահոտ գազը փոխազդում է փոշիացված սև պղնձի օքսիդի հետ։ Ռեակցիայի արդյունքում ազատվում է ազոտը և առաջանում մետաղական պղինձ (կարմիր փոշի)։ Ջրի կաթիլները՝ ռեակցիայի մեկ այլ արդյունք, նստում են խողովակի պատերին։
Մեկ այլ լաբորատոր մեթոդ, որն օգտագործում է ազոտի համադրություն մետաղների հետ, ազիդն է, օրինակ՝ NaN3: Ստացվում է գազ, որը մաքրման կարիք չունի կեղտից։
Ամոնիումի նիտրիտը լաբորատոր պայմաններում քայքայվում է ազոտի և ջրի: Որպեսզի ռեակցիան սկսվի, տաքացում է պահանջվում, ապա գործընթացն ընթանում է ջերմության արտազատմամբ (էկզոթերմիկ)։ Ազոտը աղտոտված է կեղտերով, ուստի այն մաքրվում և չորանում է։
Ազոտի արտադրություն արդյունաբերության մեջ.
- հեղուկ օդի կոտորակային թորում - մեթոդ, որն օգտագործում է ազոտի և թթվածնի ֆիզիկական հատկությունները (տարբեր եռման կետեր);
- օդի քիմիական ռեակցիա շիկացած ածխի հետ;
- ադսորբցիոն գազի տարանջատում.
Փոխազդեցություն մետաղների և ջրածնի հետ. օքսիդացնող հատկություններ
Ուժեղ մոլեկուլների իներտությունթույլ չի տալիս ուղղակի սինթեզի միջոցով ստանալ որոշ ազոտային միացություններ. Ատոմների ակտիվացման համար անհրաժեշտ է նյութի ուժեղ տաքացում կամ ճառագայթում։ Ազոտը կարող է փոխազդել լիթիումի հետ սենյակային ջերմաստիճանում, մագնեզիումի, կալցիումի և նատրիումի հետ ռեակցիան տեղի է ունենում միայն տաքացնելիս։ Ձևավորվում են համապատասխան մետաղական նիտրիդներ։
Ազոտի փոխազդեցությունը ջրածնի հետ տեղի է ունենում բարձր ջերմաստիճաններում և ճնշումներում: Այս գործընթացը նույնպես պահանջում է կատալիզատոր: Պարզվում է՝ ամոնիակը քիմիական սինթեզի ամենակարևոր արտադրանքներից մեկն է։ Ազոտը, որպես օքսիդացնող նյութ, իր միացություններում ցուցադրում է երեք բացասական օքսիդացման վիճակ՝
- −3 (ամոնիակը և ազոտի այլ ջրածնային միացությունները նիտրիդներ են);
- −2 (հիդրազին N2H4);
- −1 (հիդրօքսիլամին NH2OH).
Ամենակարևոր նիտրիդը՝ ամոնիակը, արտադրվում է մեծ քանակությամբ արդյունաբերության մեջ։ Ազոտի քիմիական իներտությունը երկար ժամանակ մնում էր մեծ խնդիր։ Սելիտրը նրա հումքի աղբյուրն էր, սակայն հանքային պաշարները սկսեցին արագորեն նվազել, քանի որ արտադրությունը մեծացավ:
Քիմիական գիտության և պրակտիկայի մեծ ձեռքբերումը արդյունաբերական մասշտաբով ազոտի ամրագրման ամոնիակային մեթոդի ստեղծումն էր: Ուղղակի սինթեզն իրականացվում է հատուկ սյունակներում՝ օդից և ջրածնից ստացվող ազոտի միջև շրջելի գործընթաց: Երբ ստեղծելով օպտիմալ պայմաններ, որոնք փոխում են այս ռեակցիայի հավասարակշռությունը դեպի արտադրանքը, օգտագործելով կատալիզատոր, ամոնիակի ելքը հասնում է 97%-ի։
։
Փոխազդեցություն թթվածնի հետ. նվազեցնող հատկություններ
Ազոտի և թթվածնի ռեակցիան սկսելու համար անհրաժեշտ է ուժեղ տաքացում։ Էլեկտրական աղեղը և կայծակնային արտանետումը մթնոլորտում ունեն բավարար էներգիա: Ամենակարևոր անօրգանական միացությունները, որոնցում ազոտը գտնվում է իր դրական օքսիդացման վիճակներում՝
- +1 (ազոտի օքսիդ (I) N2O);
- +2 (ազոտի մոնօքսիդ NO);
- +3 (ազոտի օքսիդ (III) N2O3; ազոտական թթու HNO2, դրա աղերը նիտրիտներ են);
- +4 (ազոտի (IV) երկօքսիդ NO2);
- +5 (ազոտի պենտօքսիդ (V) N2O5, ազոտական թթու HNO3, նիտրատներ).
Իմաստը բնության մեջ
Բույսերը հողից կլանում են ամոնիումի իոնները և նիտրատ անիոնները, քիմիական ռեակցիաների համար օգտագործում են օրգանական մոլեկուլների սինթեզը, որոնք անընդհատ ընթանում են բջիջներում: Մթնոլորտային ազոտը կարող է կլանվել հանգույցային բակտերիաների կողմից՝ մանրադիտակային արարածներ, որոնք գոյացություններ են կազմում հատիկաընդեղենի արմատների վրա: Արդյունքում բույսերի այս խումբը ստանում է անհրաժեշտ սննդարար տարրը, դրանով հարստացնում հողը։
Արևադարձային անձրևների ժամանակ տեղի են ունենում մթնոլորտային ազոտի օքսիդացման ռեակցիաներ: Օքսիդները լուծվում են՝ առաջացնելով թթուներ, այդ ազոտային միացությունները ջրի մեջ մտնում են հող։ Բնության մեջ տարրի շրջանառության շնորհիվ նրա պաշարները երկրակեղևում և օդում անընդհատ համալրվում են։ Ազոտ պարունակող բարդ օրգանական մոլեկուլները մանրէների կողմից քայքայվում են անօրգանական բաղադրիչների։
Գործնական օգտագործում
Ամենակարևոր կապերըազոտը գյուղատնտեսության համար բարձր լուծվող աղեր են: Միզանյութը, սելիտրա (նատրիում, կալիում, կալցիում), ամոնիումի միացությունները (ամոնիակի, քլորիդի, սուլֆատի, ամոնիումի նիտրատի ջրային լուծույթ) յուրացվում են բույսերի կողմից.նիտրատներ։ Բուսական օրգանիզմի մասերը կարողանում են մակրոէլեմենտներ պահել «ապագայի համար», ինչը վատթարանում է արտադրանքի որակը։ Բանջարեղենի և մրգերի մեջ նիտրատների ավելցուկը կարող է մարդկանց մոտ առաջացնել թունավորումներ, չարորակ նորագոյացությունների աճ։ Բացի գյուղատնտեսությունից, ազոտային միացություններն օգտագործվում են նաև այլ ճյուղերում.
- դեղորայք ստանալու համար;
- մակրոմոլեկուլային միացությունների քիմիական սինթեզի համար;
- տրինիտրոտոլուենից (TNT) պայթուցիկ նյութերի արտադրության մեջ;
- ներկանյութերի արտադրության համար.
NO օքսիդ օգտագործվում է վիրաբուժության մեջ, նյութն ունի անալգետիկ ազդեցություն։ Այս գազը ներշնչելիս զգացողությունների կորուստը նկատել են նույնիսկ ազոտի քիմիական հատկությունների առաջին հետազոտողները։ Ահա թե ինչպես է առաջացել «ծիծաղի գազ» տրիվիալ անվանումը։
Նիտրատների խնդիրը գյուղատնտեսական մթերքներում
Ազոտական թթուների աղերը՝ նիտրատները, պարունակում են միայնակ լիցքավորված անիոն NO3-: Մինչ այժմ օգտագործվում է այս խմբի նյութերի հին անվանումը՝ սելիտրա։ Նիտրատներն օգտագործվում են դաշտերը պարարտացնելու համար, ջերմոցներում, այգիներում։ Դրանք կիրառվում են վաղ գարնանը՝ ցանքսից առաջ, ամռանը՝ հեղուկ վիրակապերի տեսքով։ Նյութերն իրենք մեծ վտանգ չեն ներկայացնում մարդկանց համար, բայցօրգանիզմում դրանք վերածվում են նիտրիտների, ապա՝ նիտրոզամինների։ Նիտրիտների իոնները NO2- թունավոր մասնիկներ են, դրանք առաջացնում են հեմոգլոբինի մոլեկուլներում առկա սեւ երկաթի օքսիդացումը եռարժեք իոնների: Այս վիճակում մարդկանց և կենդանիների արյան հիմնական նյութը ի վիճակի չէ թթվածին տեղափոխել և հյուսվածքներից հեռացնել ածխաթթու գազը։
Ո՞րն է սննդամթերքի նիտրատային աղտոտման վտանգը մարդու առողջության համար.
- չարորակ ուռուցքներ, որոնք առաջանում են, երբ նիտրատները վերածվում են նիտրոզամինների (քաղցկեղածինների);
- խոցային կոլիտի զարգացում,
- հիպոթենզիա կամ հիպերտոնիա;
- սրտի անբավարարություն;
- արյան մակարդման խանգարում
- լյարդ, ենթաստամոքսային գեղձ, շաքարախտի զարգացում;
- երիկամային անբավարարության զարգացում;
- անեմիա, թուլացած հիշողություն, ուշադրություն, ինտելեկտ.
Նիտրատների բարձր չափաբաժիններով տարբեր մթերքների միաժամանակյա օգտագործումը հանգեցնում է սուր թունավորման։ Աղբյուրները կարող են լինել բույսերը, խմելու ջուրը, պատրաստված մսային ուտեստները։ Մաքուր ջրի մեջ թրջվելը և եփելը կարող է նվազեցնել սննդամթերքի նիտրատի պարունակությունը: Հետազոտողները պարզել են, որ վտանգավոր միացությունների ավելի մեծ չափաբաժիններ են հայտնաբերվել ոչ հասուն և ջերմոցային բույսերի արտադրանքներում:
Ֆոսֆորը ազոտի ենթախմբի տարր է
Քիմիական տարրերի ատոմները, որոնք գտնվում են պարբերական համակարգի նույն ուղղահայաց սյունակում, ունեն ընդհանուր հատկություններ: Ֆոսֆորը գտնվում է երրորդ շրջանում, պատկանում է 15-րդ խմբին, ինչպես ազոտը։ Ատոմների կառուցվածքըտարրերը նման են, բայց կան տարբերություններ հատկությունների մեջ: Ազոտը և ֆոսֆորը մետաղների և ջրածնի հետ իրենց միացություններում ունեն բացասական օքսիդացման աստիճան և III վալենտություն։
Ֆոսֆորի բազմաթիվ ռեակցիաներ տեղի են ունենում սովորական ջերմաստիճաններում, այն քիմիապես ակտիվ տարր է։ Այն փոխազդում է թթվածնի հետ՝ ձևավորելով ավելի բարձր օքսիդ P2O5: Այս նյութի ջրային լուծույթն ունի թթվի (մետաֆոսֆորական) հատկություններ։ Երբ այն տաքացվում է, ստացվում է օրթոֆոսֆորական թթու։ Այն ձևավորում է մի քանի տեսակի աղեր, որոնցից շատերը ծառայում են որպես հանքային պարարտանյութեր, ինչպիսիք են սուպերֆոսֆատները։ Ազոտի և ֆոսֆորի միացությունները մեր մոլորակի վրա նյութերի և էներգիայի ցիկլի կարևոր մասն են, դրանք օգտագործվում են արդյունաբերական, գյուղատնտեսական և գործունեության այլ ոլորտներում։
