მარილიტრის მიცემა - ასე ითარგმნება სიტყვა Nitrogenium ლათინურიდან. ასე ჰქვია აზოტს - ქიმიურ ელემენტს ატომური ნომრით 7, რომელიც პერიოდული ცხრილის გრძელ ვერსიაში მე-15 ჯგუფს უდგას სათავეში. მარტივი ნივთიერების სახით იგი გავრცელებულია დედამიწის ჰაერის გარსში - ატმოსფეროში. აზოტის სხვადასხვა ნაერთები გვხვდება დედამიწის ქერქში და ცოცხალ ორგანიზმებში და ფართოდ გამოიყენება მრეწველობაში, სამხედრო საქმეებში, სოფლის მეურნეობაში და მედიცინაში.
რატომ უწოდეს აზოტს "მახრჩობელა" და "უსიცოცხლო"
როგორც ქიმიის ისტორიკოსები ვარაუდობენ, ჰენრი კავენდიში (1777) იყო პირველი, ვინც მიიღო ეს მარტივი ნივთიერება. მეცნიერმა ჰაერი გადაიტანა ცხელ ნახშირზე, გამოიყენა ტუტე რეაქციის პროდუქტების შთანთქმისთვის. ექსპერიმენტის შედეგად მკვლევარმა აღმოაჩინა უფერო, უსუნო გაზი, რომელიც არ რეაგირებდა ნახშირთან. კავენდიშმა მას "მახრჩობელ ჰაერს" უწოდა, რადგან ვერ ახერხებს სუნთქვისა და წვის შენარჩუნებას.
თანამედროვე ქიმიკოსი განმარტავს, რომ ჟანგბადი რეაგირებს ნახშირბადთან და წარმოქმნის ნახშირორჟანგს.ჰაერის დარჩენილი „მახრჩობელი“ნაწილი ძირითადად N2 მოლეკულებისგან შედგებოდა. კავენდიშმა და სხვა მეცნიერებმა იმ დროისთვის ჯერ არ იცოდნენ ამ ნივთიერების შესახებ, თუმცა აზოტისა და მარილის ნაერთები მაშინ ფართოდ გამოიყენებოდა ეკონომიკაში. მეცნიერმა უჩვეულო გაზის შესახებ შეატყობინა თავის კოლეგას, რომელმაც მსგავსი ექსპერიმენტები ჩაატარა ჯოზეფ პრისტლის.
ამავდროულად, კარლ შილემ ყურადღება გაამახვილა ჰაერის უცნობ კომპონენტზე, მაგრამ ვერ შეძლო სწორად აეხსნა მისი წარმოშობა. მხოლოდ დანიელ რეზერფორდმა 1772 წელს გააცნობიერა, რომ ცდებში არსებული "მახრჩობელი" "გაფუჭებული" აირი იყო აზოტი. რომელი მეცნიერი უნდა მივიჩნიოთ მის აღმომჩენად - ამაზე დღემდე კამათობენ მეცნიერების ისტორიკოსები.
რეზერფორდის ექსპერიმენტებიდან 15 წლის შემდეგ, ცნობილმა ქიმიკოსმა ანტუან ლავუაზიემ შემოგვთავაზა ტერმინი „გაფუჭებული“ჰაერის შეცვლა, რომელიც გულისხმობს აზოტს, მეორეთი - აზოტი. იმ დროისთვის დადასტურდა, რომ ეს ნივთიერება არ იწვის, არ უჭერს მხარს სუნთქვას. ამავდროულად, გაჩნდა რუსული სახელი "აზოტი", რომელიც სხვადასხვაგვარად არის განმარტებული. ტერმინი ყველაზე ხშირად ნათქვამია, რომ ნიშნავს "უსიცოცხლო". შემდგომმა მუშაობამ უარყო გავრცელებული მოსაზრება მატერიის თვისებების შესახებ. აზოტის ნაერთები - ცილები - ყველაზე მნიშვნელოვანი მაკრომოლეკულებია ცოცხალი ორგანიზმების შემადგენლობაში. მათი ასაშენებლად მცენარეები ნიადაგიდან შთანთქავენ მინერალური კვების აუცილებელ ელემენტებს - იონები NO32- და NH4+.
აზოტი ქიმიური ელემენტია
პერიოდული სისტემა (PS) გვეხმარება ატომის სტრუქტურისა და მისი თვისებების გაგებაში. პერიოდულ სისტემაში ქიმიური ელემენტის პოზიციით შეიძლება განისაზღვროსბირთვული მუხტი, პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობა (მასური რიცხვი). აუცილებელია ყურადღება მიაქციოთ ატომური მასის მნიშვნელობას - ეს არის ელემენტის ერთ-ერთი მთავარი მახასიათებელი. პერიოდის რიცხვი შეესაბამება ენერგიის დონეების რაოდენობას. პერიოდული ცხრილის მოკლე ვერსიაში ჯგუფის ნომერი შეესაბამება ელექტრონების რაოდენობას გარე ენერგიის დონეზე. შევაჯამოთ აზოტის ზოგადი მახასიათებლების ყველა მონაცემი პერიოდულ სისტემაში მისი პოზიციის მიხედვით:
- ეს არის არამეტალური ელემენტი, რომელიც მდებარეობს PS-ის ზედა მარჯვენა კუთხეში.
- ქიმიური ნიშანი: N.
- შეკვეთის ნომერი: 7.
- ფარდობითი ატომური მასა: 14,0067.
- არასტაბილური წყალბადის ნაერთის ფორმულა: NH3 (ამიაკი).
- წარმოქმნის უმაღლეს ოქსიდს N2O5, რომელშიც აზოტის ვალენტობაა V.
აზოტის ატომის სტრუქტურა:
- ძირითადი დამუხტვა: +7.
- პროტონების რაოდენობა:7; ნეიტრონების რაოდენობა: 7.
- ენერგეტიკული დონეების რაოდენობა: 2.
- ელექტრონების ჯამური რაოდენობა: 7; ელექტრონული ფორმულა: 1s22s22p3.
დაწვრილებით შესწავლილია No7 ელემენტის სტაბილური იზოტოპები, მათი მასური რიცხვებია 14 და 15. მათგან სანთებელში ატომების შემცველობა 99,64%. ხანმოკლე რადიოაქტიური იზოტოპების ბირთვებში ასევე არის 7 პროტონი, ხოლო ნეიტრონების რაოდენობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება: 4, 5, 6, 9, 10.
აზოტი ბუნებაში
დედამიწის ჰაერის გარსი შეიცავს მარტივი ნივთიერების მოლეკულებს, რომლის ფორმულაა N2. ატმოსფეროში აირისებრი აზოტის შემცველობა მოცულობითიადაახლოებით 78,1%. დედამიწის ქერქში ამ ქიმიური ელემენტის არაორგანული ნაერთებია ამონიუმის სხვადასხვა მარილები და ნიტრატები (ნიტრატები). ნაერთების ფორმულები და ზოგიერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ნივთიერების სახელები:
- NH3, ამიაკი.
- არა2, აზოტის დიოქსიდი.
- NaNO3, ნატრიუმის ნიტრატი.
- (NH4)2SO4, ამონიუმის სულფატი.
აზოტის ვალენტობა ბოლო ორ ნაერთში - IV. ნახშირი, ნიადაგი, ცოცხალი ორგანიზმები ასევე შეიცავს შეკრულ N ატომებს. აზოტი არის ამინომჟავების მაკრომოლეკულების, დნმ და რნმ ნუკლეოტიდების, ჰორმონების და ჰემოგლობინის განუყოფელი ნაწილი. ქიმიური ელემენტის საერთო შემცველობა ადამიანის ორგანიზმში აღწევს 2,5%.
მარტივი ნივთიერება
აზოტი დიატომური მოლეკულების სახით არის ატმოსფერული ჰაერის უდიდესი ნაწილი მოცულობითა და მასით. ნივთიერებას, რომლის ფორმულაა N2 არ აქვს სუნი, ფერი და გემო. ეს გაზი შეადგენს დედამიწის ჰაერის გარსის 2/3-ზე მეტს. თხევადი სახით, აზოტი არის უფერო ნივთიერება, რომელიც წყალს ჰგავს. ადუღდება -195,8 °C-ზე. M (N2)=28 გ/მოლ. მარტივი ნივთიერება აზოტი ოდნავ მსუბუქია ვიდრე ჟანგბადი, მისი სიმკვრივე ჰაერში 1-ს უახლოვდება.
ატომები მოლეკულაში მყარად აკავშირებს 3 საერთო ელექტრონულ წყვილს. ნაერთი ავლენს მაღალ ქიმიურ მდგრადობას, რაც განასხვავებს მას ჟანგბადისა და რიგი სხვა აირისებრი ნივთიერებებისგან. იმისათვის, რომ აზოტის მოლეკულა დაიშალა მის შემადგენელ ატომებში, საჭიროა ენერგიის დახარჯვა 942,9 კჯ/მოლში. სამი წყვილი ელექტრონის ბმა ძალიან ძლიერია.იშლება 2000 °C-ზე ზემოთ გაცხელებისას.
ნორმალურ პირობებში მოლეკულების ატომებად დაშლა პრაქტიკულად არ ხდება. აზოტის ქიმიური ინერტულობა ასევე განპირობებულია მის მოლეკულებში პოლარობის სრული არარსებობით. ისინი ძალიან სუსტად ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, რაც განაპირობებს მატერიის აირისებრ მდგომარეობას ნორმალურ წნევაზე და ოთახის ტემპერატურასთან ახლოს ტემპერატურაზე. მოლეკულური აზოტის დაბალი რეაქტიულობა გამოიყენება სხვადასხვა პროცესებსა და მოწყობილობებში, სადაც აუცილებელია ინერტული გარემოს შექმნა.
მოლეკულების დისოციაცია N2 შეიძლება მოხდეს ზედა ატმოსფეროში მზის რადიაციის გავლენის ქვეშ. წარმოიქმნება ატომური აზოტი, რომელიც ნორმალურ პირობებში რეაგირებს ზოგიერთ ლითონთან და არამეტალთან (ფოსფორი, გოგირდი, დარიშხანი). შედეგად ხდება ნივთიერებების სინთეზი, რომლებიც მიიღება არაპირდაპირი გზით ხმელეთის პირობებში.
აზოტის ვალენტობა
ატომის გარე ელექტრონული შრე წარმოიქმნება 2 s და 3 p ელექტრონებით. აზოტის ამ უარყოფით ნაწილაკებს შეუძლიათ უარი თქვან სხვა ელემენტებთან ურთიერთობისას, რაც შეესაბამება მის შემცირების თვისებებს. ოქტეტზე დაკარგული 3 ელექტრონის მიმაგრებით, ატომი ავლენს ჟანგვის უნარს. აზოტის ელექტრონეგატიურობა უფრო დაბალია, მისი არამეტალური თვისებები ნაკლებად გამოხატულია, ვიდრე ფტორის, ჟანგბადისა და ქლორის. ამ ქიმიურ ელემენტებთან ურთიერთობისას აზოტი თმობს ელექტრონებს (იჟანგება). უარყოფით იონების შემცირებას თან ახლავს რეაქციები სხვა არამეტალებთან და ლითონებთან.
აზოტის ტიპიური ვალენტობაა III. Ამ შემთხვევაშიქიმიური ბმები წარმოიქმნება გარე p-ელექტრონების მიზიდვისა და საერთო (შემაკავშირებელი) წყვილების შექმნის გამო. აზოტს შეუძლია შექმნას დონორი-მიმღები ბმა მისი მარტოხელა წყვილი ელექტრონების გამო, როგორც ეს ხდება ამონიუმის იონში NH4+.
..
ლაბორატორიული და სამრეწველო წარმოება
ერთ-ერთი ლაბორატორიული მეთოდი ეფუძნება სპილენძის ოქსიდის ჟანგვის თვისებებს. გამოიყენება აზოტ-წყალბადის ნაერთი - ამიაკი NH3. ეს უსიამოვნო გაზი რეაგირებს ფხვნილ შავ სპილენძის ოქსიდთან. რეაქციის შედეგად გამოიყოფა აზოტი და ჩნდება მეტალის სპილენძი (წითელი ფხვნილი). წყლის წვეთები, რეაქციის კიდევ ერთი პროდუქტი, დნება მილის კედლებზე.
სხვა ლაბორატორიული მეთოდი, რომელიც იყენებს აზოტის კომბინაციას ლითონებთან, არის აზიდი, როგორიცაა NaN3. გამოდის გაზი, რომელსაც არ სჭირდება მინარევებისაგან გაწმენდა.
ამონიუმის ნიტრიტი ლაბორატორიაში იშლება აზოტად და წყალად. რეაქციის დასაწყებად საჭიროა გათბობა, შემდეგ პროცესი მიმდინარეობს სითბოს გამოყოფით (ეგზოთერმული). აზოტი დაბინძურებულია მინარევებით, ამიტომ იწმინდება და შრება.
აზოტის წარმოება ინდუსტრიაში:
- თხევადი ჰაერის ფრაქციული დისტილაცია - მეთოდი, რომელიც იყენებს აზოტის და ჟანგბადის ფიზიკურ თვისებებს (სხვადასხვა დუღილის წერტილი);
- ჰაერის ქიმიური რეაქცია წითელ ნახშირთან;
- ადსორბციული აირის გამოყოფა.
ურთიერთქმედება ლითონებთან და წყალბადთან - დაჟანგვის თვისებები
ძლიერი მოლეკულების ინერტულობაარ იძლევა ზოგიერთი აზოტის ნაერთების მიღებას პირდაპირი სინთეზით. ატომების გასააქტიურებლად აუცილებელია ნივთიერების ძლიერი გათბობა ან დასხივება. აზოტს შეუძლია ლითიუმთან რეაგირება ოთახის ტემპერატურაზე, მაგნიუმთან, კალციუმთან და ნატრიუმთან რეაქცია ხდება მხოლოდ გაცხელებისას. წარმოიქმნება შესაბამისი ლითონის ნიტრიდები.
აზოტის ურთიერთქმედება წყალბადთან ხდება მაღალ ტემპერატურასა და წნევაზე. ეს პროცესი ასევე მოითხოვს კატალიზატორს. გამოდის ამიაკი - ქიმიური სინთეზის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პროდუქტი. აზოტი, როგორც ჟანგვის აგენტი, ავლენს სამ უარყოფით ჟანგვის მდგომარეობას თავის ნაერთებში:
- −3 (ამიაკი და აზოტის სხვა წყალბადის ნაერთები არის ნიტრიდები);
- −2 (ჰიდრაზინი N2H4);
- −1 (ჰიდროქსილამინი NH2OH).
ყველაზე მნიშვნელოვანი ნიტრიდი - ამიაკი - დიდი რაოდენობით იწარმოება ინდუსტრიაში. აზოტის ქიმიური ინერტულობა დიდი ხნის განმავლობაში დიდ პრობლემად რჩებოდა. მარილი იყო მისი ნედლეულის წყარო, მაგრამ მინერალური მარაგები სწრაფად შემცირდა, რადგან წარმოება გაიზარდა.
ქიმიური მეცნიერებისა და პრაქტიკის დიდი მიღწევა იყო აზოტის ფიქსაციის ამიაკის მეთოდის შექმნა ინდუსტრიული მასშტაბით. პირდაპირი სინთეზი ხორციელდება სპეციალურ სვეტებში - შექცევადი პროცესი ჰაერიდან მიღებულ აზოტსა და წყალბადს შორის. ოპტიმალური პირობების შექმნისას, რომლებიც ცვლის ამ რეაქციის წონასწორობას პროდუქტისკენ, კატალიზატორის გამოყენებით, ამიაკის გამოსავლიანობა აღწევს 97%.
ურთიერთქმედება ჟანგბადთან - შემცირების თვისებები
აზოტისა და ჟანგბადის რეაქციის დასაწყებად საჭიროა ძლიერი გათბობა. ელექტრულ რკალს და ატმოსფეროში ელვისებურ გამონადენს აქვს საკმარისი ენერგია. ყველაზე მნიშვნელოვანი არაორგანული ნაერთები, რომლებშიც აზოტი იმყოფება დადებით ჟანგვის მდგომარეობებში:
- +1 (აზოტის ოქსიდი (I) N2O);
- +2 (აზოტის მონოქსიდი NO);
- +3 (აზოტის ოქსიდი (III) N2O3; აზოტის მჟავა HNO2, მისი მარილები არის ნიტრიტები);
- +4 (აზოტის (IV) დიოქსიდი NO2);
- +5 (აზოტის პენტოქსიდი (V) N2O5, აზოტის მჟავა HNO3, ნიტრატები).
მნიშვნელობა ბუნებაში
მცენარეები შთანთქავენ ამონიუმის იონებს და ნიტრატ ანიონებს ნიადაგიდან, ქიმიური რეაქციების დროს იყენებენ ორგანული მოლეკულების სინთეზს, რომელიც მუდმივად მიმდინარეობს უჯრედებში. ატმოსფერული აზოტი შეიძლება შეიწოვოს კვანძოვანი ბაქტერიებით - მიკროსკოპული არსებები, რომლებიც წარმოქმნიან წარმონაქმნებს პარკოსნების ფესვებზე. შედეგად მცენარეთა ეს ჯგუფი იღებს საჭირო საკვებ ელემენტს, ამდიდრებს ნიადაგს ამით.
ტროპიკული წვიმების დროს ხდება ატმოსფერული აზოტის დაჟანგვის რეაქციები. ოქსიდები იხსნება მჟავების წარმოქმნით, წყალში ეს აზოტის ნაერთები ნიადაგში შედის. ბუნებაში ელემენტის ცირკულაციის გამო, მუდმივად ივსება მისი მარაგები დედამიწის ქერქში და ჰაერში. აზოტის შემცველი რთული ორგანული მოლეკულები ბაქტერიების მიერ იშლება არაორგანულ კომპონენტებად.
პრაქტიკული გამოყენება
ყველაზე მნიშვნელოვანი კავშირებიაზოტი სოფლის მეურნეობისთვის არის ძლიერ ხსნადი მარილები. შარდოვანა, მარილი (ნატრიუმი, კალიუმი, კალციუმი), ამონიუმის ნაერთები (ამიაკის, ქლორიდის, სულფატის, ამონიუმის ნიტრატის წყალხსნარი) შეითვისება მცენარეთა მიერ.ნიტრატები. მცენარის ორგანიზმის ნაწილებს შეუძლიათ „მომავლისთვის“მაკროელემენტების შენახვა, რაც აუარესებს პროდუქციის ხარისხს. ბოსტნეულსა და ხილში ნიტრატების სიჭარბემ შეიძლება გამოიწვიოს ადამიანებში მოწამვლა, ავთვისებიანი ნეოპლაზმების ზრდა. სოფლის მეურნეობის გარდა, აზოტის ნაერთები გამოიყენება სხვა ინდუსტრიებში:
- წამლების მისაღებად;
- მაკრომოლეკულური ნაერთების ქიმიური სინთეზისთვის;
- ტრინიტროტოლუოლისგან (TNT) ასაფეთქებელი ნივთიერებების წარმოებაში;
- საღებავების წარმოებისთვის.
NO ოქსიდი გამოიყენება ქირურგიაში, ნივთიერებას აქვს ტკივილგამაყუჩებელი მოქმედება. ამ გაზის ჩასუნთქვისას შეგრძნებების დაკარგვა შენიშნეს აზოტის ქიმიური თვისებების პირველმა მკვლევარებმაც კი. ასე გაჩნდა ტრივიალური სახელი „სიცილის გაზი“.
ნიტრატების პრობლემა სოფლის მეურნეობის პროდუქტებში
აზოტის მჟავას მარილები - ნიტრატები - შეიცავს ერთჯერად დამუხტულ ანიონს NO3-. ამ დრომდე გამოიყენება ამ ჯგუფის ნივთიერებების ძველი სახელწოდება - მარილი. ნიტრატები გამოიყენება მინდვრების გასანაყოფიერებლად, სათბურებში, ბაღებში. გამოიყენება ადრე გაზაფხულზე თესვის წინ, ზაფხულში - თხევადი სახვევის სახით. თავად ნივთიერებები არ წარმოადგენს დიდ საფრთხეს ადამიანისთვის, მაგრამსხეულში ისინი გადაიქცევა ნიტრიტებად, შემდეგ ნიტროზამინებად. ნიტრიტის იონები NO2- არის ტოქსიკური ნაწილაკები, ისინი იწვევენ ჰემოგლობინის მოლეკულებში შავი რკინის დაჟანგვას სამვალენტიან იონებად. ამ მდგომარეობაში, ადამიანისა და ცხოველის სისხლის ძირითად ნივთიერებას არ შეუძლია ჟანგბადის გადატანა და ქსოვილებიდან ნახშირორჟანგის ამოღება.
რა საშიშროებაა საკვების ნიტრატით დაბინძურება ადამიანის ჯანმრთელობისთვის:
- ავთვისებიანი სიმსივნეები, რომლებიც წარმოიქმნება, როდესაც ნიტრატები გარდაიქმნება ნიტროზამინებად (კანცეროგენებად);
- წყლულოვანი კოლიტის განვითარება,
- ჰიპოტენზია ან ჰიპერტენზია;
- გულის უკმარისობა;
- სისხლის შედედების დარღვევა
- ღვიძლი, პანკრეასი, დიაბეტის განვითარება;
- თირკმელების უკმარისობის განვითარება;
- ანემია, დაქვეითებული მეხსიერება, ყურადღება, ინტელექტი.
სხვადასხვა საკვების ერთდროული მიღება ნიტრატების მაღალი დოზებით იწვევს მწვავე მოწამვლას. წყარო შეიძლება იყოს მცენარეები, სასმელი წყალი, მომზადებული ხორცის კერძები. სუფთა წყალში გაჟღენთვასა და მომზადებას შეუძლია შეამციროს საკვებში ნიტრატების შემცველობა. მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ საშიში ნაერთების უფრო მაღალი დოზები იქნა ნაპოვნი გაუმწიფებელ და სათბურის მცენარეულ პროდუქტებში.
ფოსფორი არის აზოტის ქვეჯგუფის ელემენტი
ქიმიური ელემენტების ატომები, რომლებიც პერიოდული სისტემის ერთსა და იმავე ვერტიკალურ სვეტში არიან, ავლენენ საერთო თვისებებს. ფოსფორი მდებარეობს მესამე პერიოდში, აზოტის მსგავსად მე-15 ჯგუფს მიეკუთვნება. ატომების სტრუქტურაელემენტები მსგავსია, მაგრამ არსებობს განსხვავებები თვისებებში. აზოტი და ფოსფორი აჩვენებენ უარყოფით ჟანგვის მდგომარეობას და III ვალენტობას მათ ნაერთებში ლითონებთან და წყალბადთან.
ფოსფორის მრავალი რეაქცია ხდება ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, ის ქიმიურად აქტიური ელემენტია. ის ურთიერთქმედებს ჟანგბადთან და ქმნის უფრო მაღალ ოქსიდს P2O5. ამ ნივთიერების წყალხსნარს აქვს მჟავის (მეტაფოსფორის) თვისებები. მისი გაცხელებისას მიიღება ორთოფოსფორის მჟავა. იგი ქმნის რამდენიმე სახის მარილს, რომელთაგან ბევრი ემსახურება როგორც მინერალურ სასუქებს, როგორიცაა სუპერფოსფატები. აზოტისა და ფოსფორის ნაერთები ჩვენს პლანეტაზე ნივთიერებებისა და ენერგიის ციკლის მნიშვნელოვანი ნაწილია, ისინი გამოიყენება სამრეწველო, სასოფლო-სამეურნეო და საქმიანობის სხვა სფეროებში.
