Статьи о газах

Азот, Nitrogenium

Рубрика: Статьи о газах Ключевые слова: Азот, Nitrogenium, N(7): история, получение, применение, производство

Азот

Его «открывали» несколько раз и разные люди. Его называли по-разному, приписывая едва ли не мистические свойства — и «флогистированный воздух», и «мефитический воздух», и «атмосферный мофетт», да и просто «удушливое вещество». До сих пор у него несколько названий: английский Nitrogen, французский Azote, немецкий Stickstoff, русский «азот»…

История «испорченного воздуха»

Азот (от греческого слова azoos – безжизненный, по-латыни Nitrogenium) – четвертый по распространенности элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода). Его соединения – селитра, азотная кислота, аммиак — были известны задолго до получения азота в свободном состоянии.

В 1777 году Генри Кавендиш многократно пропускал воздух над раскалённым углём, а затем обрабатывал его щёлочью. В результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. С позиций современной химии ясно, что в реакции с раскалённым углём кислород воздуха связывался в углекислый газ, который затем реагировал со щёлочью. При этом остаток газа представлял собой по большей части азот. Таким образом, Кавендиш выделил газ, но не сумел понять, что это новое простое вещество (химический элемент).

В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли. Пристли в это время проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона*, совершенно неверно истолковал полученные результаты (по его мнению, процесс был противоположным — не кислород удалялся из газовой смеси, а наоборот, в результате обжига воздух насыщался флогистоном; оставшийся воздух (азот) он и назвал насыщенным флогистоном, то есть флогистированным).

Очевидно, что и Пристли, хотя и смог выделить азот, не сумел понять сути своего открытия, поэтому и не считается его первооткрывателем. Одновременно схожие эксперименты с тем же результатом проводил и Карл Шееле.

Еще до того времени, в 1772 г., Даниэль Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе, увидел, что остающийся после сгорания газ, названный им «удушливым воздухом», не поддерживает дыхания и горения. Лишь в 1787 г. Антуан Лавуазье установил, что «жизненный» и «удушливый» газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название «азот».

Ранее, в 1784 г. Г. Кавендиш показал, что он входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum — селитра и греческого genna — рождаю, произвожу). К началу ХIX в. были выяснены химическая инертность газа в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного элемента.

«Не поддерживающий жизни» жизненно необходим

Хотя название «азот» означает «не поддерживающий жизни», на самом деле это – необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека его доля составляет 16–17%. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические. Значительные количества газа поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в его соединения. В результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота (особенно при интенсивном земледелии) почвы оказываются обедненными.

Такой дефицит характерен для земледелия почти всех стран. Наблюдается дефицит и в животноводстве («белковое голодание»). На обедненных почвах растения плохо развиваются.

Долгое время главным поставщиком азота для промышленности была чилийская селитра — натриевая соль азотной кислоты. Ее месторождение в Южной Америке уникально, практически оно единственное в мире. И не удивительно, что в 1879 году за обладание богатой селитрой пограничной провинцией Тарапака вспыхнула война между Перу, Боливией и Чили. Победителем оказалась Чили. Однако удовлетворить мировую потребность в азотных удобрениях чилийское месторождение, конечно, не могло.

«Азотное голодание» планеты

В атмосфере Земли содержится почти 80% азота, в земной коре – всего 0,04%. Проблема «как связать азот» старая, она — ровесник агрохимии. Возможность связывания азота воздуха кислородом в электрическом разряде первым увидел англичанин Генри Кавендиш. Это было еще в XVIII веке. Но осуществить процесс управляемого синтеза удалось лишь в 1904 году. В 1913 году немцы Фриц Габер и Карл Бош предложили аммиачный метод связывания. Сейчас, пользуясь этим принципом, сотни заводов всех континентов вырабатывают из воздуха более 20 миллионов тонн связанного азота в год. Три четверти его идет на производство удобрений. Однако дефицит элемента на посевных площадях земного шара составляет более 80 миллионов тонн в год. Азота Земле явно не хватает. Основная часть добываемого свободного газа используется для промышленного производства аммиака, который затем в значительных количествах перерабатывается на азотную кислоту, удобрения, взрывчатые вещества и т. д.

Применение азота

Свободный азот применяют во многих отраслях промышленности: как инертную среду при разнообразных химических и металлургических процессах, для заполнения свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке горючих жидкостей и т. д.

Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии. Промышленные применения газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению.

В нефтехимии применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений. В горнодобывающем деле может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасной среды, для распирания пластов породы.

В производстве электроники применяется для продувки областей, не допускающих наличия окисляющего кислорода. Если в процессе, традиционно проходящем с использованием воздуха, окисление или гниение являются негативными факторами — азот может успешно заместить воздух.

Важной областью применения азота является его использование для дальнейшего синтеза самых разнообразных соединений, таких как аммиак, азотные удобрения, взрывчатые вещества, красители и т. п. Большие количества используются в коксовом производстве («сухое тушение кокса») при выгрузке кокса из коксовых батарей, а также для «передавливания» топлива в ракетах из баков в насосы или двигатели.

Заблуждения: азот — не Дед Мороз

В пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент.

Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно крупные объекты. Это широко распространённая ошибка. Даже для замораживания цветка необходимо достаточно продолжительное время. По этой же причине весьма затруднительно охлаждать, скажем, дверные замки до −180 °C и раскалывать их одним ударом.

Литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20 °C, образует 250 литров газа (по этой причине не стоит его хранить в закрытых сосудах, не приспособленных для больших давлений). На этом факте основан принцип тушения пожаров жидким азотом. Испаряясь, он вытесняет воздух, необходимый для горения, и пожар прекращается. В отличие от воды, пены или порошка, газ просто испаряется и выветривается. Таким образом, азотное пожаротушение — самый эффективный с точки зрения сохранности ценностей механизм тушения пожаров.

Заморозка жидким азотом живых существ с возможностью последующей их разморозки проблематична. Проблема заключается в невозможности заморозить (и разморозить) существо достаточно быстро, чтобы неоднородность заморозки не сказалась на его жизненных функциях.

*Флогистон (от греч. phlogistos — горючий, воспламеняемый) — в истории химии — гипотетическая «сверхтонкая материя» — «огненная субстанция», якобы наполняющая все горючие вещества и высвобождающаяся из них при горении. Термин введён Иоганном Бехером и Георгом Шталем в 1703 году для объяснения процессов горения.

Разделы

Компания НИИ КМ - производитель четверти газообразного гелия России

Статьи

Для наиболее качественной сварки легированной стали разумнее всего использовать газовые смеси....

Для лучшей сохранности продуктов продовольствия всё чаще применяется упаковка с пищевыми газами....

Применение аргона делает возможной сварку алюминиевых, титановых, медных и прочих сплавов. ООО...

Перевозка технических газообразных веществ сопряжена с особенным риском, поэтому при выполнении...

Газовые баллоны предназначаются для транспортировки и хранения сжиженных, сжатых, а также...

У обычного человека гелий ассоциируется с разноцветными шариками, которые используются во время...

Некоторые направления развития отрасли промышленных газов в Восточной Европе придерживаются...

Спасибо! Ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка! Повторите попытку отправки позже.
Спасибо! Ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка! Повторите попытку отправки позже.