Повітря, яким ми дихаємо щодня, на 78% заповнене азотом – безбарвним, безсмаковим газом, що тихо тримає баланс у нашій атмосфері. Цей елемент з атомним номером 7, символ N, існує переважно як двоатомна молекула N₂ з міцним потрійним зв’язком, роблячи його хімічно інертним за звичайних умов. Хоча сам по собі азот не підтримує дихання, без нього не було б ні рослин, ні тварин, ні навіть людської їжі – адже він входить до складу білків, ДНК і хлорофілу.
Уявіть океан невидимої сили, що огортає планету: азот домінує в повітрі, але ховається в ґрунті як нітрати, в океанах як амоній, і навіть у наших м’язах як амінокислоти. Його роль виходить далеко за межі Землі – від атмосфери Титана до промислових реакторів, де він перетворюється на добрива, що годують мільярди. Цей газ, названий “неживим” грецькою, насправді пульсує серцем усього живого.
Фізичні властивості азоту вражають своєю чистотою. За нормальних умов це легкий газ з густиною 1,2506 кг/м³ при 0°C – легший за повітря, тому він повільно підіймається вгору. Температура кипіння сягає -195,8°C, а плавлення – -209,86°C, перетворюючи його на кришталево прозору рідину чи снігоподібні кристали. Малорозчинний у воді (лише 15,4 мл на 100 г при 20°C), азот не реагує з нею без каталізаторів, що робить океани “замкненими” для нього.
Фізичні властивості азоту, що визначають його роль у світі
Азот кипить нижче за кисень (-183°C), тому в кріогенних установках його відокремлюють першим. Рідкий азот, схожий на воду візуально, має питому вагу 0,808 г/см³ і бурхливо випарується, розширюючись у 700 разів – один літр стає 700 літрами газу при кімнатній температурі. Ця властивість робить його ідеальним для швидкого охолодження, але й небезпечним: у закритому просторі тиск може розірвати посудину.
У твердому стані азот утворює кубічну кристалічну ґратку, прозору як діамант, але крихку. Електромагнітний спектр показує поглинання в УФ-діапазоні, роблячи його безпечним для очей. З uk.wikipedia.org відомо, що природний азот – суміш ізотопів ¹⁴N (99,635%) та ¹⁵N (0,365%), без радіоактивних домішок.
| Властивість | Азот (N₂) | Кисень (O₂) | Аргон (Ar) |
|---|---|---|---|
| Густина (кг/м³, 0°C) | 1,251 | 1,429 | 1,784 |
| T кипіння (°C) | -195,8 | -183 | -185,8 |
| % в атмосфері | 78,08 | 20,95 | 0,93 |
Джерела даних: vue.gov.ua та uk.wikipedia.org. Ця таблиця ілюструє, чому азот – основа повітря: легкий, стабільний, домінуючий.
Хімічна інертність азоту: міцний потрійний зв’язок як щит
Потрійний зв’язок N≡N з енергією 941 кДж/моль робить азот найстійкішим серед діатомних газів – сильніший за O=O чи C-C. За кімнатної температури він не реагує з киснем, водою чи кислотами, але при 1000°C+ вибухає з воднем чи утворює нітриди з металями. Ступені окиснення від -3 (аміак) до +5 (нітратна кислота) показують універсальність у сполуках.
Ви не повірите, але ця інертність рятує нас: азот гасить пожежі, витісняючи кисень, і захищає продукти від окислення. У реакціях він “прокидається” з каталізаторами – платиною чи залізом, як у промисловості.
Відкриття азоту: наукова драма 1772 року
Шотландський студент Даніель Резерфорд спалював речовини в колбі, поглинаючи CO₂ вапном, і лишався газ, що гасив свічку – “задушливе повітря”. Паралельно Кавендіш, Прістлі та Шеєле наблизилися до нього. Лавуазьє у 1789 назвав azoe – “без життя”, бо миші в ньому гинули. Ця назва лишилася, попри життєву роль сполук.
Процес Габера-Боша 1910 революціонізував світ: синтез NH₃ з N₂+H₂ під 200 атм і 450°C на Fe-каталізаторі. Без нього голод би косив мільярди.
Азот у природі: всюдисущий, але недосяжний
Атмосфера – 78% N₂, земна кора – 0,002% (19-е місце), океани – 0,5% як нітрати. Походження атмосферного азоту – вулканізм і метеорити. Людина порушує баланс: добрива вимиваються, викликаючи евтрофікацію озер.
Кругообіг азоту: прихований танець елементів
Азот фіксується блискавками (5-8% глобально), бактеріями (Rhizobium на коренях бобових) чи промислово (90%). Амоніфікація розкладає органіку на NH₄⁺, нітрифікація (Nitrosomonas, Nitrobacter) – на NO₃⁻, а денітрифікація (Pseudomonas) повертає N₂. Цей цикл годує 50% урожаю завдяки добривам.
- Фіксація: 200 млн т/рік природно, 150 млн – антропогенно.
- Нітрифікація: NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻ у аеробних ґрунтах.
- Асиміляція: Рослини беруть NO₃⁻ для амінокислот.
- Денітрифікація: Анаеробні бактерії → N₂O, N₂.
Порушення циклу – “мертві зони” в океанах, де нітрати вбивають кисень. У 2026 році біотехнології з генетично модифікованими бактеріями обіцяють точніше фіксацію.
Біологічне значення азоту: фундамент ДНК і м’язів
Азот – 3% сухої маси тіла, ключ у пуринах/піримідинах ДНК, амінокислотах (16 з 20 містять N). Рослини “голодують” без нього – листя жовкне, урожай падає. Тварини беруть з білків, люди – 2г/день з м’яса/зерна. Дефіцит викликає kwashiorkor у дітей Африки.
Азотфіксатори як соя збагачують ґрунт, зменшуючи потребу в добривах – природний суперфермент нітрогеназа з Fe/Mo.
Промислове приборкання азоту: добрива та інертні гази
Фракційна перегонки повітря дає 99,999% чистий N₂. Використовують як інертне середовище в зварюванні, електроніці (чіпи без окислення). Добрива (NH₄NO₃) – 180 млн т/рік, годуючи 4 млрд людей. У 2025-2026 зелені методи: електрохімічна фіксація на сонячних панелях, плазмові реактори без високого тиску – скорочення CO₂ на 90%.
Рідкий азот: магія крижаного диму
У медицині – криотерапія бородавок, кріоконсервація сперми/ембріонів. Харчова промисловість: шокове заморожування ягід зберігає соковитість. На шоу – азотне морозиво з бульбашками. Небезпека: обмороження миттєве, вибухи від герметичних пляшок.
Азот за межами Землі: космічний мандрівник
Атмосфера Титана – 95% N₂, Плутона/Тритона – подібно. На Марсі 2,7%, Венері 3,5%. У зорях утворюється як ¹⁴N в CNO-циклі. Космічні місії використовують N₂ для тиску в скафандрах, аналізують як біомаркер на екзопланетах.
- 1 л рідкого N₂ розширюється до 700 л газу – ідеально для феєрверків з “димом”.
- Азотний наркоз у дайверів: надлишок розчиняється в крові, викликаючи ейфорію чи кессонку.
- Харчова добавка E941 – N₂ для чіпсів, запобігає окисленню.
- У блискавці 1 г N₂ фіксується на NO₃ – природне добриво.
- На Титані N₂ утворює озера метану – потенційний “інший” світ.
Найдивовижніше: без промислової фіксації населення Землі обмежилося б 4 млрд, а не 8+.
Азот продовжує дивувати: від мікробів у ґрунті до реакторів майбутнього, він тримає ритм планети й зірок. Уявіть, як завтрашні ферми з плазмовими фіксаторами змінять агро…
About the Author
