Связывание азота

Азот плохо вступает в химические реакции. В чистом виде он бесполезен для дыхания живых существ, но в то же время, как мы выяснили выше, без него никак нельзя. Чтобы организмы могли воспользоваться азотом, его необходимо связать. Не спешите хвататься за веревку, связыванием называют химический процесс, при котором простой азот превращается в сложные азотсодержащие соединения. Для их образования необходимо прочную молекулу N2 разделить на два атома и соединить с другими элементами.

Частично связыванием занимаются бактерии. Да, и здесь без них не обошлось. Другая часть образуется во время дождя с грозой. Немаленькую долю связанного азота природа получает искусственным путем от человека при помощи чудес химической промышленности. Давайте рассмотрим подробнее каждый способ.

Начнем с самого необычного, в чем принимают участие дождь и гроза. Вы только представьте масштабы и объемы этого процесса. На Земле каждую секунду вспыхивает 100 молний[1]. В месте удара молнии воздух прогревается до +30 000 ℃. От такой сумасшедшей температуры и энергии молекулы азота начинают реагировать с молекулами кислорода – происходит реакция. В капельках дождевой влаги свежеполученные оксиды превращаются в азотную и азотистую кислоту. Те, в свою очередь, вместе с дождем попадают в почву, где становятся кормом для растений и оказываются в пищевой цепочке. По ней азот попадает в животных, в человека – везде, где без него не обойтись.

Но не всё на нашей планете происходит со спецэффектами. Большая часть метаморфоз представляет собой рутину, на которую требуется достаточно много времени. Терпения, как всегда, хватило бактериям. Трудяги запускают круговорот азота в природе и разлагают организмы после гибели обратно на азотсодержащие соединения. Эти соединения попадают в новые организмы. Круг замыкается, азот дарит новую жизнь.

Помимо бактерий, ответственных за перегной, существуют и другие. Я их называю независимыми заводами азота. Например, клубеньковые бактерии, которые живут на корнях бобовых растений. Они умеют брать азот прямо из атмосферы и сразу же, напрямую, превращать его в азотсодержащие соединения. Почва обогащается, плодородность повышается, урожаи растут. Бобовые растения, с точки зрения экологичности, отличный способ обогатить землю без использования удобрений. Кстати, так поступала моя бабушка, она всегда сажала горох между грядками.

Однако в рамках промышленности способом моей бабули пользоваться неэффективно. Фермеры для увеличения урожая обычно применяют азотные удобрения. Так что наравне с грозами и бактериями огромное количество связанного азота производит человек – для сельскохозяйственных нужд.

Казалось бы, здорово, но опасение вызывают масштабы. Дело в том, что искусственное обогащение почв азотом смещает природный баланс. Да, удобрения помогают выращивать тыквы размером с грузовик, но химические соединения еще и загрязняют окружающую среду, когда вымываются дождями, грунтовыми водами и попадают в водоемы. Остатки удобрений могут переноситься на дальние расстояния по воздуху, проникать в пищу животных или человека. Это вызывает отравления и различные мутации.

Чтобы защитить себя, никогда не пейте воду из незнакомых источников, особенно вблизи огородов и полей. Тщательно выбирайте и мойте овощи, а также замачивайте зелень в воде. И главное, помните: всё хорошо в меру.

Применение азота как газа

Про жизнь азота в качестве химических соединений мы поговорили. Но в воздухе он содержится в виде простого вещества. Где человек применяет его как газ? В промышленности, потому что главная ценность азота – спокойный и мирный нрав. Из-за того, что атомы в молекуле связаны очень тесно, он крайне плохо вступает в химические реакции и не поддерживает горение. Благодаря этому азот отлично изолирует. С его помощью создают специальные газовые среды, в которых хранят продукты и лекарства. А еще в металлургии, чтобы предотвратить окисление металлов при обработке.

Жидкий азот подходит для криозакаливания металлов и воздействия на них холодом. Все верно, азот может быть жидким, как и любой другой газ. Заметили в начале главы температуру кипения: –195,8 ℃? Именно при такой низкой температуре он становится жидкостью и начинает кипеть.

В жидком виде газы легко хранить и транспортировать, ведь они занимают гораздо меньше места. Сжиженный азот применяют в медицине и косметологии. Вам когда-нибудь прижигали бородавки? С помощью него устраивают фокусы и спецэффекты. А может, вы слышали про модную молекулярную кухню? Повара-затейники умудряются делать мороженое и другие холодные необычные блюда.

Вреден ли азот?

При нормальных условиях и атмосферном давлении человек азот не усваивает. Однако, если спуститься на глубину с аквалангом и подышать смесью газов, куда входит азот, или же подать его для дыхания в виде определенных соединений, может случиться токсическое опьянение. Другие названия этого состояния – «глубинная болезнь», «азотное отравление», «азотный наркоз». Центральная нервная система человека начинает работать неправильно. Возникает слабость, ухудшается зрение, могут быть галлюцинации. Пострадавший не способен здраво мыслить, перемещаться и отвечать за свои поступки. Опасно, когда подобное случается под водой, поэтому водолазы с особой осторожностью опускаются на глубину более 25 м и тщательно следят за составом дыхательных смесей и состоянием своего здоровья.

Невеселое веселье

Очень странно, когда одни люди пытаются чего-то избежать, а другие специально этого добиваются. Вы наверняка видели, как посетителям ночного клуба предлагают купить шарики с «веселящим газом». Продавцы широко улыбаются и рассказывают про эйфорию, которую можно получить. «Это не наркотик, ничего страшного не случится», – заверяют они. Водолазы бы сейчас возмутились, а вместе с ними и я. Ничего веселого здесь нет, ведь это не эйфория, а банальное отравление.

Газ из шарика называется закись (оксид) азота, его химическая формула – N2O. Закись азота – медицинский газ, разработанный для проведения наркоза. При вдыхании он действует на нервную систему: вы бредите, кружится голова, хочется спать, болевые ощущения снижаются. Оксид азота всегда применяют с осторожностью, так как он имеет свойство накапливаться в легких. Чтобы пациент не пострадал, во время выхода из такого наркоза ему подают чистый кислород для дыхания. А кто предоставит кислород купившему такой шарик в шумном ночном клубе? Мой вам совет – не рискуйте. Не ныряйте без подготовки на глубину с аквалангом. Не вдыхайте сомнительные газы на вечеринке.

Итак, подведем итог: в атмосфере азота больше всего. В обычных условиях он не вступает почти ни в какие реакции, в том числе и в реакции горения.

Глава 4

Газ с горячим нравом

Кислород

Атомный номер химического элемента – 8

Формула вещества – O2

Температура кипения вещества – –182,96 ℃

Бесцветен. Не имеет ни вкуса, ни запаха.

Дышите свежим воздухом