Азотът (Nitrogen) е химичен елемент с атомен номер 7 и символ N, принадлежащ към групата на неметалите. Той е основен компонент на въздуха и съставлява около 78% от земната атмосфера по обем, което го прави най-разпространеният газ на планетата.
| Азот | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Азот |
| Латинско / международно наименование | Nitrogen |
| Химичен символ | N |
| Пореден номер (атомно число) | 7 |
| Период и група в таблицата | Период 2, група 15 |
| Блок (s, p, d, f) | p-блок |
| Категория / тип елемент | Неметал |
| Атомна маса | 14.007 u |
| Изотопи | ¹⁴N, ¹⁵N |
| Средна атомна маса | 14.0067 |
| Плътност (при 0°C) | 1.2506 g/L |
| Температура на топене | -210.0°C |
| Температура на кипене | -195.8°C |
| Кристална структура (твърдо състояние) | Хексагонална |
| Цвят / външен вид | Безцветен газ |
| Агрегатно състояние при 20°C | Газообразно |
| Откривател / година на откриване | Даниел Ръдърфорд, 1772 г. |
| Място на откриване | Шотландия |
| Етимология на името | От гръцкото azote – „без живот“ |
| Химическа формула | N₂ |
| Окислителни степени | -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5 |
| Електронна конфигурация | 1s² 2s² 2p³ |
| Електроотрицателност (Паулинг) | 3.04 |
| Йонизационна енергия | 14.53 eV |
| Ковалентен радиус | 71 pm |
| Атомен радиус | 56 pm |
| Топлопроводимост | 0.025 W/(m·K) |
| Електрическа проводимост | Непроводим |
| Магнитни свойства | Диамагнитен |
| Честота в земната кора | 19 ppm |
| Основни минерали и съединения | Амоняк, нитрати, нитрити, азотни оксиди |
| Разпространение в природата | Атмосфера, почви, биосфера |
| Основни производители в света | САЩ, Китай, Германия, Русия (течен азот и амоняк) |
| Основни приложения | Торова индустрия, медицина, охлаждане, електроника |
| Биологично значение | Есенциален елемент за белтъци и ДНК |
| Токсичност и безопасност | Безвреден; в затворени пространства измества кислорода |
| Влияние върху човешкия организъм | Жизненоважен в съединенията; неусвоим в чист вид |
| Използване в индустрията | Течен азот, торове, експлозиви, хладилни системи |
| Използване в медицината / фармацията | Криотерапия, дихателни смеси |
| Ядрени свойства | Изотоп ¹⁵N използван в научни изследвания |
| Наличие в атмосферата / океаните | 78% от атмосферата, разтворен в морската вода |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | Възстановяване чрез въздушна дестилация |
| Глобално годишно производство | >120 милиона тона амоняк (по Хабер-Бош) |
| Научна дисциплина | Химия, биология, екология, физика |
| CAS номер | 7727-37-9 |
| PubChem CID | 947 |
| Състояние при стандартни условия (STP) | Газ |
| Класификация по IUPAC | Неметал |
| Символика и културно значение | Символ на невидимост, равновесие и жизнен цикъл |
Въпреки своята инертност в молекулна форма, азотът играе фундаментална роля в биологията, химията, земеделието и индустрията. Без азот не биха могли да съществуват протеините, нуклеиновите киселини (ДНК и РНК) и много жизненоважни молекули. Той е основен градивен елемент на всички живи организми и част от глобалния азотен цикъл, който поддържа равновесието в биосферата.
Физични и химични свойства
Азотът е безцветен, без мирис и без вкус газ, който не поддържа горенето и не е токсичен. При охлаждане до -196°C се втечнява и образува течен азот – криогенна течност с огромно значение в науката и медицината.
Физични показатели:
- Плътност: 1.2506 g/L (при 0°C и 1 atm)
- Температура на топене: -210.0°C
- Температура на кипене: -195.8°C
- Топлопроводимост: ниска, изолиращ газ
Химически азотът е изключително стабилен в двуатомната си молекула (N₂), поради тройната връзка между атомите – една от най-здравите химични връзки в природата. Затова той не реагира лесно при обичайни условия.
При високи температури и под действието на електрически разряди азотът образува азотни оксиди (NO, NO₂), които участват в атмосферните процеси и могат да бъдат замърсители.
В съединенията си азотът проявява разнообразни степени на окисление – от -3 (в амоняка) до +5 (в азотната киселина), което го прави един от най-гъвкавите елементи в химията.
Разпространение и наличие
Азотът е петият по изобилие елемент във Вселената и основен компонент на земната атмосфера.
В природата се среща под формата на:
- Свободен азот (N₂) – в атмосферата (~78%);
- Свързан азот – в съединения като амоняк (NH₃), нитрати (NO₃⁻), нитрити (NO₂⁻) и органични вещества.
В биосферата азотът преминава през сложен азотен цикъл – процес, при който той се преобразува между различни форми: газообразен, минерален и органичен. Този цикъл включва процеси като фиксация, нитрификация, денитрификация и амонификация.
Откриване и история
Азотът е открит през 1772 г. от шотландския учен Даниел Ръдърфорд, който установява, че част от въздуха не поддържа горенето и живота. Почти едновременно открития правят Шеле, Пристли и Лавоазие, но именно Лавоазие дава името azote – от гръцки a-zōtikon („без живот“).
Биологично значение
Азотът е есенциален елемент за всички живи организми. Той влиза в състава на:
- аминокиселини и протеини, които изграждат клетките;
- нуклеинови киселини (ДНК, РНК) – носители на генетичната информация;
- ензими и коензими, участващи в биохимични реакции.
Растенията усвояват азота под формата на нитрати и амоний от почвата, а животните го получават чрез храната.
Определени бактерии, наречени азотофиксиращи (Rhizobium), могат да превръщат атмосферния азот в усвоими съединения – процес, наречен биологична фиксация. Тези бактерии живеят в корените на бобови растения (грах, фасул, люцерна) и играят ключова роля в поддържането на плодородието на почвите.
Изотопи и ядрени свойства
Азотът има два стабилни изотопа:
- ¹⁴N (99.63%)
- ¹⁵N (0.37%)
Изотопът ¹⁵N се използва в изотопна геохимия и биология за проследяване на хранителни вериги и метаболитни процеси. Азотът няма стабилни радиоактивни изотопи, но изкуствено се произвеждат кратко живеещи изотопи като ¹³N за медицински цели (позитронно-емисионна томография).
Приложения
Азотът и неговите съединения са изключително важни в науката, промишлеността и ежедневието:
- В химическата индустрия: използва се за синтез на амоняк (NH₃) по метода на Хабер-Бош, който е основа за производството на торове.
- В селското стопанство: азотните торове увеличават добивите и плодородието на почвите.
- В хранително-вкусовата промишленост: азотът се използва за замразяване и съхранение на храни чрез течен азот, както и за опазване на вакуумни опаковки.
- В електрониката и металообработката: служи като инертен газ за предотвратяване на окисление.
- В медицината: течният азот се използва за криохирургия – премахване на брадавици и тъкани чрез замразяване.
- В авиацията и автомобилостроенето: азотът се използва за пълнене на гуми, тъй като е стабилен и не реагира с влагата.
- В експлозиви: нитрати и нитро съединения (като тротил) са на основата на азотни съединения.
Екологични и климатични аспекти
Азотните съединения играят двустранна роля – от една страна, те са жизненонеобходими, а от друга – могат да бъдат замърсители. Излишъкът от азотни торове води до евтрофикация на водни басейни и до замърсяване на подземните води с нитрати.
Азотните оксиди (NO и NO₂), получаващи се при изгаряне на горива, участват в образуването на фотохимичен смог и разрушаването на озоновия слой.
Интересни факти
Течният азот е толкова студен, че може да замрази цвете до крехко стъкло само за секунди. Азотът е вторият по количество елемент в човешкото тяло след кислорода (около 3%). Известният процес на фиксация на азота – Хабер-Бош – е революционизирал земеделието и осигурил храна за милиарди хора. При буря, мълниите също фиксират атмосферния азот, превръщайки го в усвоими нитрати.