зачем нужен азот в атмосфере
Новости
Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.
Музей «Лунариум» временно закрыт
+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1
Элементы: азот – основной компонент воздуха
Азот – элемент необычный и противоречивый. Эти характеристики элемента № 7 Таблицы Менделеева отразились и в его названии. Великий французский химик Антуан Лавуазье в конце 18 века предложил назвать этот элемент азотом после того, как он далеко не первым выделил и исследовал не поддерживающую дыхания и горения часть воздуха, назвав её «азотом», что означает «безжизненный». Хотя позже выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ. Тем не менее, термин «азот» укоренился в русском, французском, итальянском и турецком языках. В английском и других языках прижились производные от латинского nitrogenium – селитру рождающий. Открытие азота приписывают шотландскому ученому Даниелю Резерфорду после публикации в 1772 г. его диссертации «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе».
Азот в жидком состоянии — бесцветная, подвижная, как вода, жидкость.
Слоистая дымка атмосферы Плутона, состоящей в основном из азота. Снимок КА «Новые горизонты» (НАСА), 2015 г.
Применение азота в промышленности обусловлено такими его свойствами, как инертность и низкая температура перехода в жидкое состояние. Поэтому азот и его соединения очень широко применяется в различных сферах деятельности: сельском хозяйстве, нефтегазовой, металлургической и горнодобывающей отраслях, пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности, медицине и других областях.
Для чего нужен азот?
Азот – это химический элемент с атомным номером 7. Является газом без запаха, вкуса и цвета.
Таким образом, человек не ощущает присутствия азота в земной атмосфере, между тем как она состоит из этого вещества на 78 процентов. Азот относится к самым распространенным веществам на нашей планете. Часто можно слышать, что без азота не было бы жизни на Земле, и это правда. Ведь белковые соединения, из которых состоит все живое, обязательно содержат в себе азот.
Азот в природе
Азот находится в атмосфере в виде молекул, состоящих из двух атомов. Помимо атмосферы, азот есть в мантии Земли и в гумусном слое почвы. Основной источник азота для промышленного производства – это полезные ископаемые.
Однако в последние десятилетия, когда запасы минералов стали истощаться, возникла острая необходимость выделения азота из воздуха в промышленных масштабах. В настоящее время эта проблема решена, и огромные объемы азота для нужд промышленности добываются из атмосферы.
Роль азота в биологии, круговорот азота
На Земле азот претерпевает ряд трансформаций, в которых участвуют и биотические (связанные с жизнью) и абиотические факторы. Из атмосферы и почвы азот поступает в растения, причем не напрямую, а через микроорганизмы. Азотфиксирующие бактерии удерживают и перерабатывают азот, превращая его в форму, легко усваиваемую растениями. В организме растений азот переходит в состав сложных соединений, в частности – белков.
По пищевой цепи эти вещества попадают в организмы травоядных, а затем – хищников. После гибели всего живого азот вновь попадает в почву, где подвергается разложению (аммонификации и денитрификации). Азот фиксируется в грунте, минералах, воде, попадает в атмосферу, и круг повторяется.
Азот: что это такое и где он используется?
Азот или Nitrogenium – это инертный двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха: его невозможно увидеть, если газ не заморожен и не сжижен. Первооткрыватели азота поначалу называли вещество, как «удушливый», «испорченный или флогистированный воздух», «атмосферный мофетт». Эти и другие названия употреблялись вплоть до выхода новой химической номенклатуры, авторы которой решили остановиться на слове «азот», которое, по их мнению, полностью отображало основное свойство вещества — непригодность для дыхания и жизни.
Мало, кто знает, что азот по важности для человека занимает третье место, после кислорода и водорода. Во-первых, потому что газ является главной составляющей атмосферного воздуха (в пределах 75% всего объема). И во-вторых, азот широко используется во многих сферах деятельности человека, начиная от медицины и заканчивая производством взрывчатых устройств. Не случайно в 1992 году авторитетное издание Science присудило оксиду азота (NO) почетную премию «Молекула года».
Чтобы иметь неограниченный источник его получения и обеспечить непрерывность технологических процессов, используют специальное оборудование – генераторы азота, которые позволяют получать данный газ требуемой чистоты.
Виды азота
По видам азот делиться на следующие:
Свойства этого газа были изучены английским химиком Гемфри Дэви (Humphry Davy) в 1799 году. Интересуясь действием различных газов на организм человека, Дэви обычно испытывал их на себе. При вдыхании закиси азота, он пришел в возбужденное состояние, сопровождаемое смехом. За эти свойства закись азота была названа им — веселящим газом. В дальнейшем было установлено, что при более длительном вдыхании закиси азота наступает потеря сознания. Закись азота — окисел, не дающий кислот, он относится к несолеобразующим окислам.
Закись азота (N2O) не может быть получена из газообразного кислорода и N2, она образуется из азотнокислой соли аммония, которая при осторожном нагревании разлагается на закись азота и воду по реакции:
В отличие от кислорода, который взаимодействует почти со всеми элементами, встречающимися в природе, газообразный азот при комнатной температуре соединяется с единственным элементом — литием, образуя при этом нитрид лития:
Но при высоких температурах ряд металлов (титан, молибден и др.) с азотом образуют нитриды, снижающие механические свойства и поэтому его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить.
Свойства азота
Молекула азота очень стабильна, поэтому химреактив в основном инертен, взаимодействует в нормальных условиях только с литием, цезием и комплексами переходных металлов. Для проведения реакций с другими веществами требуются особые условия: очень высокая температура и давление, а иногда и катализатор. Не вступает в реакции с галогенами, серой, углеродом, кремнием, фосфором.
Элемент крайне важен для жизни всего живого. Он является неотъемлемой частью белков, нуклеиновых кислот, гемоглобина, хлорофилла и многих других биологически важных соединений. Играет основную роль в обмене веществ живых клеток и организмов.
Азот выпускается в виде сжатого при 150 атмосфер газа, поставляется в баллонах черного цвета с крупной и четкой надписью желтого цвета. Жидкий реагент хранят в сосудах Дьюара (термос с двойными стенками, с серебрением изнутри и вакуумом между стенок).
Опасность азота
Несмотря на то, что азот N2 является нетоксичным и не имеет отрицательного влияния на окружающую среду, для человека его действие может иметь весьма неприятные последствия. Замещая в атмосфере и вытесняя из организма кислород, данный газ работает как удушающий агент. При уменьшении концентрации кислорода в воздухе ниже 19% человек начинает испытывать следующие симптомы:
Поэтому при работе в азотной среде важно придерживаться основных мер безопасности – часто проветривать помещение и контролировать содержание O2.
Источники получения азота
Физико-химические свойства азота обуславливают его широкое применение во многих отраслях жизнедеятельности человека. Для непрерывного протекания технологических процессов требуется постоянное наличие инертного газа требуемой степени чистоты. С это целью используют три основных источника его получения:
Самостоятельная генерация азота для промышленных нужд – к такому решению приходят многие компании, в технологических процессах которых требуется постоянное применение данного газа. Получение азота посредством работы собственных генераторов является наиболее экономически выгодным способом, так как:
Существует два типа генераторных установок для получения азота:
Каждый из данных способов получения газа имеет свои преимущества, поэтому выбор генераторов азота осуществляется в зависимости от нужд конкретного предприятия.
Применение азота в технологических процессах
Азот широко используется в различных технологических процессах. В промышленности и при выполнении сварочных работ используются, в основном, инертные свойства газа. Жидкий азот также применяется в качестве эффективного хладагента.
Наибольшее распространение этот инертный газ получил в следующих сферах промышленности:
Также этот газ может быть использован при изготовлении электроники и производстве стекла. В газообразном состоянии азот используется в качестве защитного газа при сварке металлов. В процессе соединения металла с помощью азота вытесняется кислород, тем самым снижая разрушительное действие этого окислителя.
Инертные качества этого газа могут применяться в установках пожаротушения. Азот не поддерживает горение, а, попадая в очаг возгорания, уменьшает концентрацию кислорода, что приводит к прекращению процесса окисления вещества.
В медицине жидкий азот используется для удаления различных новообразований на поверхности кожи. В этом агрегатном состоянии вещество может применяться при проведении омолаживающих процедур. Криогенная терапия хорошо воздействует на весь организм, активируя защитные и восстановительные свойства иммунной системы. В химической промышленности азот применяется для производства азотных удобрений и аммиака.
В чем хранится и транспортируется технический азот?
Хранение и перевозка технического азота осуществляется в баллонах из стали (ГОСТ 949-73) черного цвета с желтой надписью. Сжиженный газ транспортируется в специальных цистернах или криогенных резервуарах.
До недавнего времени эксплуатация жидкого азота как инертного вещества считалась абсолютно безопасной. Однако, на сегодня известно несколько случаев взрывов резервуаров и оборудования, работающего со сжиженным N2, что вызвано быстрым испарением жидкой фазы и обогащением ее кислородом. Поэтому при эксплуатации житкоазотных сосудов необходимо руководствоваться такими же требованиями, как и при работе с резервуарами с жидким кислородом.
Во время перевозки газообразного состава необходимо избегать ударов и падений сосудов, а также их перегрева. Поскольку внутреннее давление емкости составляет 15-20 Мпа, при сильном ударе или нагреве более 60°C появляется риск разгерметизации или взрыва.
Азотный баллон, как и любая емкость, работающая под давлением, должен периодически подвергаться переаттестации. При этом к качеству и чистоте резервуара предъявляются, как правило, более высокие требования, чем, например, к сосудам, предназначенным для заправки CO2.
Читайте также:
Жидкий азот — сколько градусов?
Сколько азота в воздухе?
Как сказывается на растениях недостаток азота фосфора калия?