Քիմիա

Ազոտ (լատ.՝ Nitrogenium - սելիտրա ծնող), քիմիական տարր, պարբերական աղյուսակի 15-րդ խմբի 7–րդ տարրը, քիմիական նշանը՝ N, ատոմային թիվը՝ 7, ատոմային զանգվածը՝ 14.0067:

Ազատ վիճակում անհամ և անհոտ գազ է, ջրում վատ է լուծվում։ Մոլեկուլը կազմված է 2 ազոտի ատոմներից (N₂), որոնց կապը շատ ամուր է։ Բնության մեջ ազոտը կազմված է ¹⁴N (խառնուրդում բաղադրությունը՝ 99.63%) և ¹⁵N կայուն նուկլիդներից։ Արտաքին էլեկտրոնայինմակերեսի կարգը 2s²2p³:

Ազոտի նեյտրալ ատոմի շառավիղը 0.074 նմ է, իոններինը. N^3- - 0.132, N³⁺ - 0.030 և N⁵⁺ - 0.027 նմ։ Պարզ նյութ ազոտը (CAS-համարը 7727-37-9) բավականին իներտ գազ է, որը կազմում է երկիր մոլորակի մեկ քառորդը։

Ազոտի և նրա միացությունների տոքսիկոլոգիան

1. Մթնոլորտային ազոտը բավականին իներտ գազ է, դրա համար այն չի կարող իրենից վտանգ ներկայացնել մարդկանց և կաթնասունների օրգանիզմներին։ Ազոտի մի շարք միացություններ ի հակառակ դրան շատ ակտիվ են և երբեմն թունավոր։

Կենսաբանական դեր

Ազոտը որպես քիմիական տարր անհրաժեշտ է կենդանիներ և բույսերի գոյության համար, այն մտնում է սպիտակուցներ (16-18%(ըստ կշռի), ամինաթթուների, նուկլեինաթթուների, նուկլեոպրոտեիդների, քլորոֆիլի, հեմոգլոբինի և այլ նյութերի բաղադրության մեջ։ Կենդանի բջիջներում ազոտի ատոմների թիվը կազմում է ուղիղ 2 %, իսկ զանգվածային մասը մոտ 2.5% ( չորրորդ տեղում է ջրածնից թթվածնից և ածխածնից հետո)։

Հետևյալ տարերի հետ միասին ազոտը գտնվում է ինչպես կենդանի այնպես էլ անկենդան օրգանիզմներում։ Այդուհանդերձ, բարձր ճնշումը օրգանիզմում առաջացնում է անեստեզիա (նարկոզ)։ Ազոտի քանակի կտրուկ նվազման ժամանակ առաջանում է դեկոմպրեսիա հիվանդությունը։ Ազոտի շատ միացությունները ակտիվ են և հազվադեպ թունավոր։

Ստացում

Գործարանային պայմաններում ազոտը ստանում են օդից։ Դրա համար օդը սկզբում սառեցնում են, սեղմում և հեղուկ վիճակում ենթարկում թորման։ Ազոտի եռման ջերմաստիճանը (-195.8 °C) մի քիչ ավելի ցածր է, քան օդի մյուս բաղադրիչինը՝ թթվածնինը (-182.9 °C), այդ պատճառով հեղուկ օդի զգույշ տաքացնելուց ազոտն առաջինն է գոլորշիանում։ Սպառողներին գազային վիճակում ազոտը տրամադրում են սեղմած վիճակում (150 մթ. կամ 15 ՄՊա) սև բալոներում, որոնք ունենում են դեղին գրառում՝ «ազոտ». Հեղուկ ազոտը պահում են Դյուարի անոթներում։

Լաբորատոր պայմաններում մաքուր (քիմիական) ազոտը ստանում են ամոնիումի քլորիդի (NH₄Cl) տաքացված լուծույթով աղային վիճակի նատրիումի նիտրիտի (NaNO₂) վրա ազդելով։

${\displaystyle {\mathsf {NaNO_{2}+NH_{4}Cl\rightarrow NaCl+N_{2}+2H_{2}O}}}$

կամ հետևյալ եղանակով՝

${\displaystyle {\mathsf {NH_{4}NO_{2}\rightarrow N_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}$

• Եվս մեկ լաբարատոր եղանակ ազոտի ստացման. կալիումի երկքրոմատի տաքացումով և ամոնիումի սոլֆատով՝

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}Cr_{2}O_{7}+(NH_{4})_{2}SO_{4}\rightarrow (NH_{4})_{2}Cr_{2}O_{7}+K_{2}SO_{4}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {(NH_{4})_{2}Cr_{2}O_{7}\rightarrow N_{2}\uparrow +Cr_{2}O_{3}+4H_{2}O}}}$

• Իսկ ավելի մաքուր ազոտ կարելի է ստանալ անօրգանական պարարտանյութերի քայքայումով՝

${\displaystyle {\mathsf {2NaN_{3}\rightarrow 2Na+3N_{2}\uparrow }}}$

Ստացման եղանակներից է նաև, երբ ամոնիակը բաց են թողնում պղնձի (II) օքսիդի վրայով 700°C ջերմաստիճանում.

${\displaystyle {\mathsf {3CuO+2NH_{3}\rightarrow N_{2}\uparrow +3Cu+3H_{2}O}}}$

Ինչպես նաև կարելի է տաքացնել ամոնիումի նիտրիտը (պինդ վիճակում).

NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O

Արդյունաբերության մեջ ստանում են հեղուկ օդից՝ թորման եղանակով։ Ազոտի եռման ջերմաստռիճանը 196°C է։ Աշխարհում տարեկան արտադրանքը կազմում է 50 միլիոն տոննա։

Ֆիզիկական հատկություններ

Ազոտը անգույն, անհոտ, ոչ թունավոր գազ է։ Ջրում լուծվում է չափազանց քիչ քանակով (2,3 մլ /100գ 0 °C ջերմաստիճանում, 0,8 մլ /100գ 80 °C ջերմաստիճանում)։

Հայտնի է ամուր ազոտի 3 բյուրեղային փոփոխություններ։ Բնության մեջ հանդիպում է ինչպես ազատ վիճակում, այնպես էլ միացությունների ձևով։ Ազոտն օդի հիմնական բաղադրիչն է և կազմում է նրա 75,6 %-ը՝ ըստ զանգվածի, 78,09 %-ը՝ ըստ ծավալի։ Ազոտի պարունակությունը երկրակեղևում կազմում է 0,02 %, որտեղ ազոտը գտնվում է միացությունների ձևով. դրանցից առավել տարածված են նատրիումական (չիլիական) և կալիումական (հնդկական) բորակները։

Ազոտ են պարունակում նաև քարածուխը (2,5 %), նավթը (0,02-1,5 %) և կենդանի օրգանիզմները (մոտ 3%)։ Բույսերն ազոտը հիմնականում վերցնում են հողից՝ միացությունների ձևով, իսկ կենդանիներն այն ստանում են բույսերից։ Ազոտը մտնում է սպիտակուցների (մոտ 17 %) և այլ բնական օրգանական միացությունների բաղադրության մեջ։

Ազոտի մոլեկուլը երկատոմ է։ Ատոմների միջև ամուր քիմիական կապի պատճառով սովորական պայմաններում ազոտը քիմիապես կայուն է և նյութերի մեծ մասի հետ միանում է միայն միայն բարձր ջերմաստիճանում։ Արդյունաբերության մեջ ազոտն ստանում են հեղուկ օդի աստիճանական թորմամբ։ Ազոտը հիմնականում կիրառվում է ամոնիակ ստանալու համար, որը ելանյութ է ազոտական թթվի, ազոտական պարարտանյութերի, ներկերի, դեղանյութերի, պայթուցիկ նյութերի արտադրության մեջ։ Գազային ազոտն օգտագործվում է որպես իներտ միջավայր բազմաթիվ քիմիական ռեակցիաների իրականացման, հեղուկ վառելանյութերի մզման, սրվակները հեղուկ դեղանյութերով լցնելու համար։ Հեղուկ ազոտը չափազանց սառն է (-196 °C). սննդարդյունաբերության մեջ այն օգտագործում են սննդամթերքն արագ սառեցնելու և երկար պահպանելու, բժշկության մեջ՝ մարդու սերմնաբջիջներն ու ձվաբջիջները երկար պահպանելու, նաև մի շարք հիվանդություններ բուժելու համար։

Քիմիական հատկություններ

Թթվածնի հետ ազոտը միանում է միայն շատ բարձր ջերմաստիճանում։ Բնության մեջ այդ ռեակցիան ընթանում է կայծակի ժամանակ.

${\displaystyle {\mathsf {N_{2}+O_{2}\rightarrow 2NO-Q}}}$

Դժվար ընթացող ռեակցիա է նաև փոխազդեցությունը ջրածնի հետ։ Ազոտը միանում է ակտիվ մետաղներին՝ տաքացման և ճնշման պայմաններում։ Միայն լիթիումի հետ փոխազդում է սենյակային ջերմաստիճանում առաջացնելթվ լիթիումի նիտրիդ։^[5]

${\displaystyle {\mathsf {Ca+N_{2}\rightarrow Ca_{3}N_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {6Li+N_{2}\rightarrow 2Li_{3}N}}}$

Նիտրիդները փոխազդում են ջրի և թթուների հետ։ Օրնակ՝

${\displaystyle {\mathsf {MgN_{2}+6H_{2}O\rightarrow 3Mg(OH)_{2}+2NH_{3}}}}$

Ամեն տարի արդյունաբերական եղանակով ստացվում է մոտավորապես 1x10⁶ տոննա ազոտ։

Ազոտի միացություններ

Միացություններում ազոտը ցուցաբերում է −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 օքսիդացման աստիճաններ․

• Ազոտի միացությունները -3 օքսիդացման աստիճանում են նիտրիդների հետ, որոնցից գործնականում ամենակրևորը ամոնիակն է,
• Ազոտի միացություններին -2 օքսիդացման աստիճանը քիչ է բնորոշ՝ ներկայացված են պերնիտրադներով, որոնցից ամենակարևոր ջրածնի պերենիտրադն է N₂H₄ կամ հիդրազին,
• Ազոտի միացություններն -1 օքսիդացման աստիճանն ունեն NH₂OH (հիդրօքսիլամինի) միացությունում
• Ազոտի միացություններն +1 օքսիդացման աստիճանն ունեն ազոտի(I) օքսիդում՝ N₂O (ազոտի օքսիդ, ծիծաղեցնող գազ)
• Ազոտի միացություններն +2օքսիդացման աստիճանն ունեն ազոտի(II) օքսիդում՝ NO(ազոտի մոնօքսիդ)
• Ազոտի միացություններն +3 օքսիդացման աստիճանն ունեն ազոտի(III) օքսիդում՝ N₂O₃, ազոտային թթու, ազոտի եռակի ֆտորիդ (NF₃)
• Ազոտի միացություններն +4 օքսիդացման աստիճանն ունեն ազոտի(IV) օքսիդում՝ NO₂ (ազոտի երկօքսիդ, դարչնագույն գազ)
• Ազոտի միացություններն +5 օքսիդացման աստիճանն ունեն ազոտի(V) օքսիդում՝ N₂O₅, ազոտական թթուն և աղերը, նիտրատի։

Կիրառություն

Հեղուկ ազոտը օգտագործվում է արպես սառեցնողծ, հովացուցիչ նյութ և սառը բուժման համար։ Որպես իներտ նյութ՝ ազոտն օգտագործվում են սովորական էլեկտրալամպեր լցնելու համար։ Լամպի մեջ գոյություն ունեցող շատ բարձր ջերմաստիճաններում անգամ, երբ մետաղական վոլֆրամի պարույրն ուժեղ շիկանում, ազոտը չի փոխազդում մետաղի հետ։

Մեծ քանակով ազոտ ծախսվում է ամոնիակ ստանալու համար կիսահաղորդիչների, A վիտամինի և կապրոնի արտադրությունում։ Հեղուկ ազոտն օգտագործում են արյունը, ինչպես նաև բուծման նպատակով ցուլերի սաղմը և որոշ սննդամթերքներ պահպանելու համար։

Հետաքրքրի փաստեր

Մեջբերումներ Հայկական սովետական հանրագիտարանից, հրատարակչություն 1952 թվական (հատոր 1, էջ 452, հոդված «Ազոտ»)։

Մեծ քաղաքներում ապրող մարդիկ բավականին հաճախ են ականատես լինում NO-ի առաջացմանը։ Երբ տրամվայի կամ տրոլեյբուսի ձողերի և բարձր լարման էլեկտրական լարի միջև առաջանում է վոլտյան աղեղ, գոյանում է դարչնագույն գազ՝ NO₂: Վերջինս գոյացած NO-ի հետագա օքսիդացման արգասիքն է։