Azot

Azot
węgiel ← azot → tlen
– ↑ N ↓ P 7 N
Wygląd
bezbarwny
ciekły azot
Widmo emisyjne azotu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	azot, N, 7
Grupa, okres, blok	15, 2, p
Stopień utlenienia	±III, V, IV, II
Właściwości metaliczne	niemetal
Właściwości tlenków	niższe: obojętne; wyższe: kwasowe
Masa atomowa	14,0067 u
Stan skupienia	gazowy
Gęstość	1,250 g/l (gaz, 0 °C, 1013 mbar) 0,8085 kg/l (ciecz, −196 °C)
Temperatura topnienia	−210,01 °C
Temperatura wrzenia	−195,8 °C
Numer CAS	7727-37-9
PubChem	947
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny • van der Waalsa 65 (obl. 56) pm 75 pm 155 pm Konfiguracja elektronowa [He]2s22p3 Zapełnienie powłok 2, 5 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 3,04 3,07 Potencjały jonizacyjne I 1402,3 kJ/mol II 1402,3 kJ/mol III 1402,3 kJ/mol
Właściwości fizyczne Punkt krytyczny −146,94 °C; 3,39 MPa MPa Ciepło parowania 2,7928 kJ/mol Ciepło topnienia 0,3604 kJ/mol Ciepło właściwe 1040 J/(kg·K) Przewodność cieplna 0,02598 W/(m·K) Układ krystalograficzny heksagonalny Prędkość dźwięku 334 m/s (298,15 K) Objętość molowa 13,54×10−6 m³/mol (ciało stałe)
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 13N {syn.} 9,965 min β+ 2,220 13C 14N 99,634% stabilny izotop z 7 neutronami 15N 0,366% stabilny izotop z 8 neutronami 16N {syn.} 7,13 s β− 10,42 16O
Niebezpieczeństwa MSDS Zewnętrzne dane MSDS Globalnie Zharmonizowany System Klasyfikacji i Oznakowania Chemikaliów Zagrożenia według MSDS Uwaga Zwroty H H280 Zwroty EUH brak zwrotów EUH Zwroty P P410+P403 Europejska klasyfikacja substancji Substancja nie jest klasyfikowana jako niebezpieczna według europejskich kryteriów. (na podstawie podanego MSDS) NFPA 704 0 0 0
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło azot w Wikisłowniku

Azot (N, łac. nitrogenium) – pierwiastek chemiczny, niemetal z grupy 15 (azotowców) układu okresowego. Stabilnymi izotopami azotu są ¹⁴N i ¹⁵N. Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N₂. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym. Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości), a jego zawartość w litosferze Ziemi wynosi 50 ppm. Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotyny oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka, alkaloidy i wiele innych). Azot w fazie stałej występuje w sześciu odmianach alotropowych nazwanych od kolejnych liter greckich (α, β, γ, δ, ε, ζ). Najnowsze badania wykazują prawdopodobne istnienie kolejnych dwóch odmian (η, θ).

Pierwiastek został odkryty w 1772 roku przez Daniela Rutherforda.

Otrzymywanie

Azot o wysokiej czystości można uzyskać poprzez termiczny rozkład azotynu amonu:

NH₄NO₂ → N₂↑ + 2H₂O

W laboratorium można otrzymać azot w wyniku łagodnego ogrzewania mieszaniny chlorku amonu (salmiaku) i azotynu sodu:

NH₄Cl + NaNO₂ → N₂↑ + NaCl + 2H₂O

W przemysłowej metodzie otrzymywania azotu skrapla się powietrze, stosując odpowiednie ciśnienie i temperaturę. W tych warunkach azot i wszystkie gazy znajdujące się nad nim na skali temperatur wrzenia skraplają się i są w otrzymanej cieczy.

Trzy pierwiastki znajdujące się pod azotem: neon, wodór i hel pozostają w stanie gazowym i są przekazywane do oddzielnego procesu. Następny etap to frakcjonowanie poprzez podwyższenie temperatury (lub obniżenie ciśnienia), powodujące odparowanie ciekłego azotu. Odprowadzony azot jest powtórnie skraplany, przechowywany i transportowany w tzw. naczyniach Dewara lub w formie gazowej w temperaturze otoczenia w stalowych butlach.

Jako pierwszy polską nazwę – azot – zaproponował Filip Walter. Używano też nazwy dusień i saletroród.

Wybrane związki azotu

Nieorganiczne

• Tlenki azotu: tlenek diazotu (N₂O), tlenek azotu (NO), tritlenek diazotu (N₂O₃), dwutlenek azotu (NO₂), tetratlenek diazotu (N₂O₄), pentatlenek diazotu (N₂O₅)
• Związki z wodorem: amoniak, hydrazyna i azotowodór
• Kwasy: kwas azotowy i kwas azotawy
• Sole: azotany i azotyny, sole amonowe
• azotki

Organiczne

• aminy
• amidy

Właściwości azotu

Azot jest pierwiastkiem stosunkowo biernym chemicznie, co spowodowane jest bardzo wysoką energią wiązania potrójnego w cząsteczce N₂, wynosi ona 945,33 ± 0,59 kJ·mol^-1. Stopień dysocjacji w temperaturze 4000 K wynosi niecałe 3%. W podwyższonej temperaturze reaguje z metalami dając azotki, a także z innymi pierwiastkami, np. z wodorem tworzy amoniak, a z tlenem tlenki azotu, np.:

N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃      ΔG −22,0 kcal (0 °C)

N₂ + O₂ ⇌ 2NO      ΔG 43,2 kcal

Procesy te (współcześnie zwłaszcza synteza amoniaku) wykorzystywane są przemysłowo do wiązania azotu atmosferycznego w celu produkcji licznych związków azotu. Innym wysokotemperaturowym procesem przemysłowym wiązania azotu jest reakcja azotu z karbidem prowadząca do cyjanamidu wapnia:

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

Naturalnie azot wiązany jest głównie przez bakterie azotowe w brodawkach roślin motylkowych oraz w trakcie wyładowań atmosferycznych.

Znaczenie biologiczne azotu

Jest dla życia na Ziemi jednym z najważniejszych pierwiastków. Gazowy azot nie jest wykorzystywany przez organizmy (oprócz roślin motylkowatych). Dopiero w związkach, takich jak azotany i azotyny lub sole amonowe, jest przyswajalny przez rośliny. Wchodzi w skład wielu biocząsteczek, takich jak aminokwasy, nukleotydy i kwasy nukleinowe.

Wpływ azotu na organizm

Azot atmosferyczny

Azot pod normalnym ciśnieniem jest obojętny dla organizmów żywych. Może jednak wywołać objawy zatrucia u osób przebywających w powietrzu o zwiększonym ciśnieniu. W takich warunkach azot lepiej rozpuszcza się w płynach ustrojowych i tkankach bogatych w lipidy (np. w mózgu), co prowadzi do pojawienia się objawów zatrucia, takich jak:

• przy ciśnieniu 4 atm
  • euforia, skłonność do śmiechu, gadulstwo
  • spowolnienie reakcji na bodźce
• przy ciśnieniu 10 atm
  • ostre zaburzenia pracy mięśni, koordynacji ruchów
  • zawroty głowy
  • zaburzenia świadomości
• przy ciśnieniu powyżej 10 atm
  • po kilku minutach następuje utrata świadomości i śpiączka

Jeszcze bardziej niebezpieczne od rozpuszczania się azotu w tkankach jest jego wytrącanie się w postaci pęcherzyków gazu, podczas zmniejszania ciśnienia. Szybkie zmniejszanie ciśnienia powoduje chorobę kesonową.

Związki azotu w pożywieniu i wodzie pitnej

Woda zawierająca więcej niż 45 ppm jest uznawana za szkodliwą dla dzieci. Dużo bardziej toksyczne są związki zawierające azot – azotyny. Ich obecność w glebie i wodzie pitnej jest jednak znikoma. Dość niebezpieczne dla środowiska jest składowanie związku azotu np. nawozów w zbiornikach z blachy ocynkowanej ze strony wewnętrznej, gdyż związki azotu wchodzą w reakcje z związkami cynku i żelaza. A po wysypaniu tego nawozu do gleby związki te przedostają się do wód gruntowych.

Azot w glebie

Azot wolny z atmosfery nie jest przyjmowany przez rośliny, które wymagają związków, dodatkowo 99% azotu glebowego pozostaje w związkach organicznych o zbyt złożonej budowie by móc zostać przyjęty przez większość gatunków roślin. Azotu, który może zostać przyjęty przez roślinny wyższe jest przeciętnie mniej niż 34 kg/ha, a azotu w związkach około 3385 kg/ha. Ilość azotu przyjmowalnego może wynieść nawet do 112,5 kg/ha.

Wpływ azotu na wzrost roślin

Azot jest potrzebny roślinom głównie w fazie wzrostu, ze względu na możliwość akumulacji azotu przez roślinę, przy wysokim stężeniu azotu w glebie, absorpcja tego pierwiastka jest znacznie szybsza niż wzrost rośliny.

Przy niedoborze azotu rośliny rosną wolno są słabe, bledsze. Kolor ten jest związany z deficytem chlorofilu, który bierze udział w procesie fotosyntezy. Skrajny niedobór azotu może powodować żółtawobrązowe zabarwienie fragmentów liści Niedobór azotu w glebie może zostać uzupełniony przez nawożenie nawozami azotowymi lub poprzez zmianę uprawy na potrzebującą mniej azotu.

Nadmiar azotu nie jest w zasadzie szkodliwy dla rośliny, gdyż rośliny mogą sobie go akumulować, jednakże nadmiar związków azotu może powodować nadmierny wzrost rośliny i brak możliwości przyjmowania innych pierwiastków niezbędnych roślinie. Groźny jest za to nadmiar azotu połączony z niedoborem fosforu, potasu lub wody. Nadmiar azotu może szkodzić jakości i wielkości plonów. Nadmiar azotu jest szkodliwy dla drzew w przypadku mrozów. Rośliny mające za dużo azotu są ciemnozielone, wyglądają aż nazbyt dorodnie. Gleba posiadająca za dużo azotu powinna być nawożona nawozami zawierającymi potas i fosfor.

Zastosowanie azotu

Ciekły azot jest stosowany jako środek chłodzący do uzyskiwania temperatur poniżej -100 °C. W postaci gazowej azot wykorzystywany jest jako najtańsza z dostępnych atmosfer ochronnych w wielu procesach przemysłowych, a także jako gaz roboczy w niektórych układach pneumatycznych.

Z azotu otrzymuje się amoniak oraz tlenki azotu wykorzystywane w produkcji kwasu azotowego, związki o dużym znaczeniu przemysłowym. Ponadto szeroko wykorzystuje się azotany, azotyny, hydrazynę, hydroksyloaminę i in. związki zawierające azot.

Zobacz też

• cykl azotowy w przyrodzie
• ciekły azot
• azot ogólny

Bibliografia

Witold Seńczuk red.: Toksykologia. Podręcznik dla studentów, lekarzy i farmaceutów Wydanie IV. Warszawa: Wydawnictwo Lekarskie PZWL, 2002.