Азот газоподібний
Азот — елемент головної підгрупи п'ятої групи другого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 7. Позначається символом N (лат. Nitrogenium). Проста речовинаазот - досить інертний за нормальних умов двоатомний газ без кольору, смаку та запаху (формула N2), з якого на три чверті складається земна атмосфера.
Його «відкривали» кілька разів та різні люди. Його називали по-різному, приписуючи чи не містичні властивості — і «флогістоване повітря», і «мефітичне повітря», і «атмосферний мофетт», та й просто «задушлива речовина». Досі має кілька назв: англійський Nitrogen, французький Azote, німецький Stickstoff, український «азот»…
Історія «зіпсованого повітря»
Азот (від грецького слова azoos - неживий, латиною Nitrogenium) - четвертий за поширеністю елемент Сонячної системи (післяводню,гелію такисню ). Сполуки азоту - селітра, азотна кислота, аміак - були відомі задовго до отримання азоту у вільному стані.
У 1777 році Генрі Кавендіш багаторазово пропускав повітря над розпеченим вугіллям, а потім обробляв його лугом. В результаті виходив залишок, який Кавендіш назвав задушливим (або мефітичним) повітрям. З позицій сучасної хімії ясно, що у реакції з розпеченим вугіллям кисень повітря зв'язувався у вуглекислий газ, який потім реагував із лугом. При цьому залишок газу був переважно азотом. Таким чином, Кавендіш виділив азот, але не зміг зрозуміти, що це нова проста речовина (хімічний елемент).
У тому ж році Кавендіш повідомив про цей досвід Джозефа Прістлі. Прістлі в цей час проводив серію експериментів, у яких також пов'язувавкисень повітря і видаляв отриманий вуглекислий газ, тобто також отримував азот, однак, будучи прихильником пануючої в ті часи теорії флогістону, абсолютно неправильно витлумачив отримані результати (на його думку, процес був протилежним - не кисень видалявся з газової суміші, а навпаки, в внаслідок випалення повітря насичувалося флогістоном, повітря, що залишилося (азот), він і назвав насиченим флогістоном, тобто флогістованим).
Очевидно, що і Прістлі, хоч і зміг виділити азот, не зумів зрозуміти суті свого відкриття, тому і не вважається першовідкривачем азоту. Одночасно подібні експерименти з тим самим результатом проводив і Карл Шееле.
Ще до того часу, в 1772 р., Даніель Резерфорд, спалюючи фосфор та інші речовини в скляному дзвоні, побачив, що газ, названий ним «задушливим повітрям», що залишається після згоряння, не підтримує дихання і горіння. Лише 1787 р. Антуан Лавуазьє встановив, що «життєвий» і «задушливий» гази, що входять до складу повітря, це прості речовини, і запропонував назву «азот».
Раніше, 1784 р. Г. Кавендіш показав, що азот входить до складу селітри; звідси і походить латинська назва азоту (від пізньолатинського nitrum - селітра та грецького genna - народжую, виробляю). На початку ХІХ ст. були з'ясовані хімічна інертність азоту у вільному стані та виняткова роль його у сполуках з іншими елементами як зв'язаний азот.
«Не підтримує життя» життєво необхідний
Хоча назва «азот » означає «той, що не підтримує життя», насправді це – необхідний для життєдіяльності елемент. У білку тварин та людини міститься 16–17% азоту. В організмах м'ясоїдних тварин білок утворюється за рахунок споживаних білкових речовин, що є в організмах травоїдних тваринта у рослинах. Рослини синтезують білок, засвоюючи азотисті речовини, що містяться в грунті, головним чином неорганічні. Значні кількості азоту надходять у ґрунт завдяки азотфіксуючим мікроорганізмам, здатним переводити вільний азот повітря в сполуки азоту. В результаті вилучення з ґрунту рослинами величезної кількості зв'язаного азоту (особливо при інтенсивному землеробстві) ґрунти виявляються збідненими.
Дефіцит азоту характерний для землеробства багатьох країн. Спостерігається дефіцит азоту та у тваринництві («білкове голодування»). На ґрунтах, бідних на доступний азот, рослини погано розвиваються. У минулому столітті досить багате джерело зв'язаного азоту було виявлено у природі. Це – чилійська селітра, натрієва сіль азотної кислоти. Довгий час селітри були головним постачальником азоту для промисловості. Її родовище в Південній Америці унікальне, практично воно єдине у світі. І не дивно, що у 1879 році за володіння багатою селітрою прикордонною провінцією Тарапака спалахнула війна між Перу, Болівією та Чилі. Переможцем виявилася Чилі. Однак задовольнити світову потребу в азотних добривах чилійське родовище, звісно, не могло.
«Азотне голодування» планети
В атмосфері Землі міститься майже 80% азоту, у земній корі – лише 0,04%. Проблема «як зв'язати азот» стара, вона ровесник агрохімії. Можливість зв'язування азоту повітря киснем в електричному розряді першим побачив англієць Генрі Кавендіш. Це було ще у XVIII столітті. Але здійснити процес керованого синтезу оксидів азоту вдалося лише 1904 року. У 1913 році німці Фріц Габер та Карл Бош запропонували аміачний метод зв'язування азоту. Зараз, користуючись цим принципом, сотні заводів усіх континентів виробляють із повітря понад 20мільйонів тонн зв'язаного азоту на рік. Три чверті йде на виробництво азотних добрив. Проте дефіцит азоту на посівних площах земної кулі становить понад 80 мільйонів тонн на рік. Азоту Землі явно не вистачає. Основна частина вільного азоту, що видобувається, використовується для промислового виробництва аміаку, який потім у значних кількостях переробляється на азотну кислоту, добрива, вибухові речовини і т. д.
Застосування азоту
Вільнийазот застосовують у багатьох галузях промисловості: як інертне середовище при різноманітних хімічних та металургійних процесах, для заповнення вільного простору в ртутних термометрах, при перекачуванні горючих рідин тощо.
Рідкий азот застосовується як холодоагент і для кріотерапії. Промислові застосування газоподібного азоту зумовлені його інертними властивостями. Газоподібний азот пожежо- та вибухобезпечний, перешкоджає окисленню, гниття.
Унафтохімії азот застосовується для продування резервуарів і трубопроводів, перевірки роботи трубопроводів під тиском, збільшення вироблення родовищ. У гірничодобувній справі азот може використовуватися для створення в шахтах вибухобезпечного середовища, для розпирання пластів породи.
У виробництві електроніки азот застосовується для продування областей, що не допускають наявності окислюючого кисню. Якщо в процесі, що традиційно проходить з використанням повітря, окислення або гниття є негативними факторами -азот може успішно замістити повітря.
Важливою областю застосуванняазоту є йоговикористання для подальшого синтезу найрізноманітніших сполук, що містятьазот, таких, як аміак, азотні добрива, вибухові речовини, барвники і т.д. п. Великі кількостіазоту використовуються в коксовому виробництві («сухе гасіння коксу») при вивантаженні коксу з коксових батарей, а також для «передавлювання» палива в ракетах з баків у насоси або двигуни.
Помилки: азот - не Дід Мороз
Ухарчової промисловості азот зареєстрований як харчова добавка E941, як газове середовище для пакування та зберігання, холодоагент. Рідкийазот нерідко демонструється в кінофільмах як речовина, здатна миттєво заморозити досить великі об'єкти. Це поширена помилка. Навіть для заморожування квітки необхідно досить тривалий час, що пов'язано частково з дуже низькою теплоємністюазоту.
З цієї ж причини дуже важко охолоджувати, скажімо, замки до -180 ° C і розколювати їх одним ударом. Літр рідкогоазоту, випаровуючись і нагріваючись до 20 °C, утворює приблизно 700 літрів газу. Тому не варто зберігатиазот у закритих судинах, не пристосованих для великих тисків. На цьому ж факті заснований принцип гасіння пожеж рідким азотом . Випаровуючись,азот витісняє повітря, необхідне горіння, і пожежа припиняється.
Так яказот, на відміну від води, піни або порошку, просто випаровується і вивітрюється, азотна пожежогасіння - найефективніший з точки зору збереження цінностей механізм гасіння пожеж. Заморозка рідкимазотом живих істот з можливістю подальшого розморожування їх проблематична. Проблема полягає у неможливості заморозити (і розморозити) істота досить швидко, щоб неоднорідність заморозки не позначилася на її життєвих функціях. Станіслав Лем, фантазуючи на цю тему в книзі «Фіаско», вигадав екстрену систему заморозкиазотом, в якій шланг з азотом, вибиваючи зуби, встромлявся в ротастронавта і всередину його подавався рясний потіказоту.
Як було зазначено вище,азот рідкий і газоподібний отримують з атмосферного повітря способом глибокого охолодження.
Показники якості азоту газоподібного ГОСТ 9293-74