АЗОТ

АЗОТ (N), хим. элемент V группы периодической системы Д. И. Менделеева; ат. в. 14,01.

Существуют два стабильных изотопа А. с массовыми числами 14 и 15; масса N¹⁴ равна 14,0075, масса N¹⁵ - 15,00089. Количественно в природе преобладает первый из них (распространённость N¹⁴ составляет 99,62%, a N¹⁵ только 0,38%).

Атмосферный воздух на 75,51% по весу и на 78,03% по объёму состоит из свободного A. (N₂). В растворённом состоянии А. содержится в дождевой, речной и др. природных водах.

При очень сильном охлаждении газообразный А. можно перевести в жидкое состояние, а затем и в твёрдое. Темп-pa плавления твёрдого А. равна - 210,5°, темп-pa кипения жидкого А.-193 - 194° при атмосферном давлении. Свободный А. - инертный газ, т. к. при обыкновенной темп-ре он не вступает в соединения с др. элементами. В природе образование таких соединений происходит под влиянием электрических разрядов в атмосфере, а также в результате деятельности нек-рых микроорганизмов, свободно живущих в почве (Azotobacter, Clo-stridium Pasteurianum) или развивающихся на корнях бобовых р-ний (Bact. radicicola). В пром-сти образование соединений А. с др. элементами (с использованием для этого атмосферного А.) достигается применением высокого давления, высокой темп-ры и катализаторов.

Азотистые соединения имеют в природе огромное значение. Белковые вещества, составляющие главную часть протоплазмы, содержат 16-18% А. (см. Белки). А. входит в состав самых разнообразных органических соединений (хлорофилл, фосфатиды, алкалоиды, аминокислоты, амиды и др.), образующихся в результате синтеза или распада азотистых соединений.

Исходным источником белковых веществ и др. соединений А. в теле ж-ных и человека служит растительная пища. Много азотистых веществ в листьях (особенно молодых) р-ний. К периоду созревания р-ний вещества, содержащие А., перемещаются из листьев в семена и др. репродуктивные органы. Наоборот, в начальные периоды развития р-ний в листьях происходит усиленный синтез азотистых веществ (аминокислот, а затем белков). Но для этого необходимо поступление А. в р-ние из внешней среды и наличие в нём углеводов (см.). Но и синтез углеводов в листьях невозможен без А., так как он входит в состав хлорофилла (см.).

Листья р-ний для синтеза азотистых соединений не могут использовать А. воздуха. Поступление А. в р-ние происходит через посредство почвы.

А. в почве находится, гл. обр., в её органическом веществе (различные растительные остатки и перегной), в основном в форме белков, к-рые непосредственно не усваиваются высшими р-ниями. Поэтому азотное питание р-ний обеспечивается в естественных условиях исключительно через посредство разнообразных микроорганизмов, населяющих почву. Питаясь органическим веществом почвы, одни из них разлагают его, превращая сложные соединения А. в простейшую форму аммиака. Почвенные коллоиды способны удерживать его от вымывания из почвы атм. осадками Др. бактерии (Nitrosomonas, Nitrobacter) окисляют аммиак в нитраты (см. Нитрификация). Аммиак и особенно нитраты прекрасно усваиваются р-ниями и служат им материалом для синтеза сложных органических соединений азота. По акад. Д. Н. Прянишникову, р-ния способны частично усваивать также простейшие растворимые органические соединения А. (амиды), но они труднее проникают в корни, чем нитраты и аммиачные соли.

Акад. В. Р. Вильямс установил, что пластовые с.-х. культуры, напр., твёрдые пшеницы, и лесные деревья, получают пищу через мицелий грибов, живущих в симбиозе с зелёными р-ниями на их корнях.

В почвах запасы связанного А. обычно невелики (в подзолистых 0,05 - 0,15%, в чернозёмных 0,2 - 0,5%), при этом далеко не весь А. находится в форме, доступной для р-ний. Кроме того, в условиях анаэробного разложения нек-рые микроорганизмы превращают связанный А. в свободный, возвращающийся в атмосферу (денитрификация). Урожай р-ний используется человеком, и так. обр. А., взятый из почвы, может только частично возвращаться в неё, напр., в виде навоза. В этих условиях истощению почвы азотом препятствует деятельность микроорганизмов, усваивающих атмосферный А. и накапливающих его в почве в связанной форме. Одни из них (Bact. radicicola) развиваются в клубеньках бобовых р-ний, др. (Azotobacter, Clostridium) свободно живут и размножаются в почве. Нек-рое количество связанного А. (в виде нитратов) поступает в почву с атмосферными осадками.

Так. обр., в природе происходит непрерывный круговорот А. Наряду с процессами связывания атмосферного А. и накопления его соединений в почве происходит вынос соединений А. р-ниями из почвы и денитрификация. Перед земледелием стоит задача управлять круговоротом А., т. е. увеличивать накопление его соединений в почве путём усиления деятельности микроорганизмов-азотособирателей, а также путём внесения в почву навоза, зелёного удобрения и др. органических удобрений. Дополнительно к ним необходимо вносить быстродействующие минеральные азотные удобрения. До начала текущего столетия было только 2 крупных источника минеральных соединений А. Один из них - природные залежи натриевой селитры (NaNО₃) в Чили, к-рая образовалась в отдалённые времена в результате минерализации микроорганизмами скоплений органических веществ; другой - аммиак, выделяющийся из каменного угля при переработке его на кокс и связываемый серной кислотой в сернокислый аммоний [(NH₄)₂ SO₄]. Связанный А. обоих этих источников имеет органическое происхождение.

В начале текущего столетия в Норвегии был впервые разработан способ связывания свободного А. атмосферы. При пропускании воздуха через пламя мощной вольтовой дуги, при темп-ре ок. 3 000°, получается связывание А. с кислородом воздуха в окись А. (N₂+O₂=2NO). Быстро охлаждённая окись А. в окислительных башнях окисляется воздухом в NO2 (двуокись А.). Последняя в поглотительных башнях даёт с водой азотную (HN03) и азотистую кислоту (HNО2). Нестойкая азотистая кислота распадается по реакции: 2HNO₂=NО+NO₂+H₂O. Продукты распада снова возвращаются в окислительные и поглотительные башни и т. д., азотная кислота соединяется с известью с получением кальциевой (норвежской) селитры. Связывание А. по этому способу требует огромной затраты энергии (65 - 70 квт-ч на 1 кг N) и теперь практического значения не имеет. Вскоре был предложен др. способ. Сначала в мощных электропечах с угольными электродами известняк при темп-ре 2 500° превращается в карбид кальция (СаС₂). Затем карбид кальция в печах при темп-ре 800° соединяется с атмосферным А. в цианамид кальция (CaCN2) по уравнению: CaC₂ + N₂=CaCN₂+C. Этот способ требует всего 10 - 12 квт-ч на 1 кг N и применяется до наст. времени.

В 1913 был предложен ещё более экономный способ связывания атмосферного А. в аммиак, требующий лишь 4 - 5 квт-ч на 1 кг N. Для синтеза аммиака по этому способу азот м. б. выделен из воздуха различными методами, напр.: а) сжиганием кислорода воздуха в генераторных печах, отделением полученного А. от углекислоты пропусканием газа через воду и поглотители и б) сжижением воздуха при очень низких темп-pax. Благодаря различным темп-рам кипения А. (-193-194°) и кислорода (-182°), последний сжижается, а А. отделяется в виде газа.

Водород для синтеза получается также неск. методами: а) электролизом воды на 2Н₂и О₂, б) пропусканием паров воды через раскалённый уголь, причем получается водяной газ, т. е. смесь водорода и окиси углерода (C+H₂О=CO+H₂). Последняя с парами воды вновь даёт водород и СО₂, к-рая отделяется водой и поглотителями (напр., известью). Полученные А. и водород смешиваются в соотношении 1:3 (по объёму) и при темп-ре 500 - 700° и огромных давлениях (200 - 1 000 атм.) в присутствии катализатора связываются в аммиак: N₂+3H₂=2NH₃.

Синтетический аммиак используется для получения различных аммиачных солей, азотной кислоты и её солей. Для этого газообразный аммиак в смеси с воздухом пропускают через раскалённый катализатор - платиновую сетку. Аммиак при этом сгорает, образуя окислы азота (NO), к-рые при дальнейшем окислении, соединяясь с водой, дают азотную кислоту. Освоение технических способов связывания атм. А. резко увеличило потребление азотных удобрений и повысило урожайность.

Задача повышения уровня питания населения состоит прежде всего в увеличении ресурсов растительной азотно-белковой пищи. Эта задача решается: 1) внедрением травопольных севооборотов, с обязательным включением в состав травосмесей бобовых трав (клевера, люцерны), 2) расширением посевов однолетних бобовых на зерно и зелёный корм и селекцией на увеличение содержания в них белка, 3) посевом р-ний на зелёное удобрение, 4)мероприятиями, усиливающими деятельность микрофлоры почвы (напр. известкование почв), 5) применением местных (органических) удобрений - навоза, торфа и т. д. и, наконец, 6) расширенным применением минеральных азотных удобрений. В плановом, социалистическом государстве открыты возможности использовать все указанные пути в рациональном их сочетании.

П.Баранов, В. Клечковский

Литература: Вильямс В., Почвоведение (Земледелие с основами почвоведения), 5 изд., М., 1947: Каблуков И., Курс лекций неорганической химии, М., 1940; Кайзер К. и Мозер А., Азот воздуха и его использование, М., 1922; Кретов А., Кальций-цианамид и продукты его переработки, м. - Л., 1934; Прянишников Д., Азот в жизни растений и земледелии СССР, М. - Л., 1945; Фёдоров М., Биологическая фиксация азота атмосферы, М., 1948.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 1 (А - Е)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1949, с. 620