Azot

Azotul (sau nitrogenul) este elementul chimic din tabelul periodic care are simbolul N și numărul atomic 7. Este un gaz incolor, inodor, insipid, de obicei inert, diatomic și nemetalic, constitutie 78% din atmosfera Pământului și este o parte componentă a tuturor țesuturilor vii.

Azotul formează Numeroși compuși chimici, precum aminoacizii, amoniacul, acidul nitric și cianurile.

Caracteristici

Azotul este un nemetal, cu o electronegativitate de 3,0. Are cinci electroni pe ultimul strat și de aceea este de obicei trivalent. Azotul pur este un gaz diatomic incolor și nereactiv la temperatura camerei și cuprinde 78.08% din atmosfera Pământului. Condensează la 77 K, la presiune, și îngheață la 63 K. Azotul lichid este folosit des drept substanță criogenică.

Utilizări

Compuși pe bază de azot

Azotul molecular din atmosferă este relativ nereactiv, dar, în natură, este încet convertit în compuși folositori biologic (și industrial) pentru unele organisme, notabile fiind unele bacterii (vezi Rol biologic mai jos). Abilitatea de a se combina sau de a fixa azotul este o trăsătură esențială în industria chimică modernă, unde azotul și aerul sunt transformate în amoniac prin procesul Haber. Amoniacul, la rândul lui, poate fi folosit direct ca îngrășământ sau ca un precursor al multor altor materiale importante, precum expozibilii, de cele mai multe ori prin producția de acid nitric prin procesul Ostwald.

Sărurile acidului nitric includ compuși importanți, precum nitratul de potasiu (sau salpetru, important din punct de vedere istoric datorită utilizării sale la fabricarea prafului de pușcă) și nitratul de amoniu, un îngrășământ important. Diferiți alți compuși organici nitrați, cum sunt nitroglicerina și trinitrotoluenul, sunt folosiți ca explozibili. Acidul nitric este folosit ca agent oxidant la rachetele care au combustibil lichid. Hidrazina și derivații ei sunt folosiți drept combustibili pentru rachete. De asemenea este folosit la fabricarea protoxidului de azot (N2O), gaz ilariant, folosit in anesteziologie.

Azot molecular (gaz și lichid)

Azotul gazos este produs prin permiterea azotului lichid să se încălzească și să se evapore. Are Numeroase utilizări, incluzând faptul că este folosit ca aer atunci când nu se dorește o reacție redox;

• la păstrarea prospețimii mâncărurilor împachetate (prin amânarea râncezirii și alte forme de degradare oxidativă)
• la acoperirea explozibililor lichizi pentru siguranță
• la producția de componente electronice precum tranzistori, diode și circuite integrate
• la producerea oțelului inoxidabil
• pentru umplerea camerelor roților avioanelor și autovehiculelor datorită inerției sale și lipsei de umiditate sau calități oxidative, spre deosebire de aer (deși nu este necesar pentru automobilele obișnuite )

În ciuda unor afirmații, azotul nu trece prin cauciucul roților mai repede decât aerul. Atmosfera este în principal un amestec de azot și oxigen (sub formă de N₂ și O₂), iar moleculele de azot sunt mai mici. Și se știe că moleculele mai mici trec prin substanțele poroase mai repede decât cele mai mari.

Un alt exemplu al adaptabilității sale este utilizarea ca o alternativă la dioxidul de carbon pentru presurizarea dozelor unor tipuri de bere, în special cele scoțiene și engleze, datorită bulelor mai mici pe care le produce, ceea ce face berea să arate mai bine.

Azotul lichid este produs industrial în cantități mari prin distilarea din aerul lichefiat, care este reprezentat de obicei prin cvasi-formula LN₂ (deși se scrie mai corect N₂(l)). Este un lichid de ... criogenică (foarte rece) care produce degerături instante la contactul direct cu țesuturile vii.

Proprietatea lui de a menține temperaturile mult sub temperatura de îngheț a apei chiar când se evaporă (77 K, -196 °C sau -320 °F)îl face extrem de util într-o varietate de aplicații ca refrigerent, printre care:

• la înghețarea și transportul produselor alimentare
• la criogeneza corpurilor, celulelor reproductive (spermă și ovule) și probe și materiale biologice
• în studiul criogenezei
• pentru demonstrații în educația științifică
• ca răcitor pentru senzori senzitivi și amplificatoare de frecvență joasă
• în dermatologie, pentru eliminarea posibilelor excrescențe canceroase
• ca răcitor pentru suprasolicitarea unei unități centrale de procesare, a unei unități de procesare grafică sau a altei componente hardware

Istoria azotului

Nitrogenul (latină nitrum, greacă Nitron însemnând "sodă nativă", "geneză", "formare") este considerat a fi descoperit de Daniel Rutherford în 1772, care l-a numit aer fix. Faptul că exista aer care nu participa la combustie era un element cunoscut de chimiștii de la sfârșitul secolului al XVIII-lea.

Nitrogenul a fost de asemenea studiat în același timp și de Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish și Joseph Priestley, care l-au numit aer ars sau aer flogisticat. Nitrogenul gazos era destul de inert încât Antoine Lavoisier l-a numit azot, de la cuvântul grecesc αζωτος însemnând "fără viață". Acest termen a devenit cuvântul francez pentru "nitrogen" și a fost împrumutat mai târziu și de alte limbi, printre care și româna.

Compușii azotului erau cunoscuți în Evul Mediu. Alchimiștii cunoșteau acidul nitric drept aqua fortis. Amestecul de acid nitric și acid clorhidric era numit aqua regia, și apreciat pentru abilitatea sa de a dizolva aurul. Primele aplicații în industrie și agricultură ale azotului au fost sub formă de salpetru] (nitrat de sodiu sau nitrat de potasiu), notabil la praful de pușcă, iar apoi ca îngrășământ.

Apariție

Nitrogenul este, cantitativ, cea mai mare componentă a atmosferei Pământului (78,084% după volum, 75,5% după greutate) și este obținut pentru scopuri industriale prin distilarea fracțională a aerului lichefiat sau prin mijloace mecanice (de exemplu, prin membrana de osmoză inversată prin presiune).

Compuși care conțin acest element au fost observați în spațiu. N este creat în procesul de fuziune nucleară în stele. Azotul este o componentă mare a excrementelor animale (de exemplu, guano), de obicei sub forma ureei, a acidului uric și compuși ai acestor produși.

Azotul molecular este un constituent al atmosferei lui Titan și a fost detectat în spațiul interstelar de David Knauth și colaboratorii săi.

Compuși

Principalul compus al azotului este amoniacul (NH₃) deși hidrazina (N₂H₄) este și ea cunoscută. Amoniacul este oarecum mai simplu decât apa și în soluție formează ionul amoniu (NH₄). Amoniacul lichid este de fapt amfiprotic și formează ioni de amoniu și de amide (NH₂); amidele și nitrilii (N) sunt cunoscuți, dar se descompun la hidroliză.

Oxizii cei mai răspândiți, trioxidul de azot (N₂O₃) și pentoxidul de azot (N₂O₅) sunt oarecum instabili și explozivi. Acizii corespunzători sunt acidul nitros (HNO₂) și acidul nitric (HNO₃), cu sărurile corespunzătoare numite nitriți și nitrați. Acidul nitric este unul dintre puținii acizi mai tari decât ionul hidroniu (H₃O).

Rol biologic

Azotul este o parte esențială în componența aminoacizilor și a acizilor nucleici, ceea ce îl face vital.

Legumele precum planta de soia pot absorbi azotul direct din aer, deoarece au rădăcini cu noduli plini de bacterii care îl transformă în amoniac, prin procesul numit fixarea azotului. Leguma transformă ulterior amoniacul în oxizi ai azotului și aminoacizi, pentru a forma proteine.

Izotopi

Există doi izotopi stabili ai azotului: N și N. Cel mai cunoscut este, de departe, N (99,634%), care este produs în procesul de formare a stelelor și ceea ce rămâne este N. Dintre cei zece izotopi produși sintetic, N are o viață de nouă minute, iar ceilalți izotopi există doar pentru câteva secunde sau chiar mai puțin. Reacțiile legate de biologie ale azotului (de exemplu asimilația, nitrificarea și denitrificarea) influențează puternic dinamica sa în sol. Din aceste reacții rezultă mai mereu N, ceea ce duce la o îmbogățire a substratului în acest izotop rezultat și la o însărăcire în enrichment of the substrate and depletion of the product. Deși precipitațiile conțin cantități egale de amoniu și nitrați, deoarece amoniul este reținut în mod special de corola pădurilor în comparație cu nitrații din atmosferă, cea mai mare parte de azot atmosferic care ajunge la suprafața solului este sub formă de nitrați. Aceștia sunt asimilați preferențial de rădăcinile copacilor în comparație cu amoniul din sol.

Precauții

Îngrășămintele cu nitrați sunt luați de ape și reprezintă o sursă majoră de poluare. Compușii care conțin grupa ciano (-CN) formează săruri extrem de otrăvitoare, care sunt letale multor animale, incluzând toate mamiferele.