Азот история

Сроки и нормы внесения азотных удобрений

Азотные удобрения вносят, начиная с весны, при наступлении первых теплых дней (в середине апреля). Большинство азотных удобрений легко вымывается из почвы, поэтому применение их ранней весной нерационально. Осенью азот из подкормок исключают, иначе растения останутся зимовать с молодыми невызревшими побегами. 

Первая подкормка (апрель): 100-150 г азота на приствольный круг. Норма указана по действующему веществу: таким образом, мочевину вносят 200 г (содержит 45-46% действующего вещества), аммиачную селитру — 250-300 г (содержит 30-34% действующего вещества). 

Вторая подкормка (середина мая): вносится под плодовые деревья и кустарники, декоративные можно не подкармливать; 50-100 г  (по действующему веществу) азота на приствольный круг. 

Третья подкормка (2-ая декада июня): аналогично второй, вносится для сохранения завязей.

Начиная с июля подкармливать азотом растения не рекомендуют: в противном случае они не успеют подготовиться к зиме.

Нормы указаны для деревьев, для кустарников норму уменьшают в 2-3 раза, для вересковых и хвойных — вносят 1/8 от приведенных норм. Для внекорневых подкормок концентрацию уменьшают в 2-3 раза; лучше использовать мочевину, т.к. она не обжигает листья — 5–10 г на 1 л воды.  

Литература

• Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М.: «Химия», 1973;
• Химия: Справ. изд./В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. 2-е изд., стереотип. — М.: Химия, 2000 ISBN 5-7245-0360-3 (рус.), ISBN 3-343-00208-9 (нем.);
• Ахметов Н. С., Общая и неорганическая химия. 5-е изд., испр. — М.: Высшая школа, 2003 ISBN 5-06-003363-5;
• Гусакова Н. В., Химия окружающей среды. Серия «Высшее образование». Ростов-на-Дону: Феникс, 2004 ISBN 5-222-05386-5;
• Исидоров В. А., Экологическая химия. СПб: Химиздат, 2001 ISBN 5-7245-1068-5;
• Трифонов Д. Н., Трифонов В. Д., Как были открыты химические элементы — М.: Просвещение, 1980
• Справочник химика, 2-е изд., т. 1, М.: «Химия», 1966;

Азот N2

Простое вещество. Состоит из неполярных молекул с очень устойчивой ˚σππ-связью N≡N, этим объясняется химическая инертность элемента при обычных условиях.

Бесцветный газ без вкуса и запаха, конденсируется в бесцветную жидкость (в отличие от O₂).

Главная составная часть воздуха 78,09% по объему, 75,52 по массе. Из жидкого воздуха азот выкипает раньше, чем кислород. Малорастворим в воде (15,4 мл/1 л H₂O при 20 ˚C), растворимость азота меньше, чем у кислорода.

При комнатной температуре N₂, реагирует с фтором и в очень малой степени – с кислородом:

N₂ + 3F₂ = 2NF₃,  N₂ + O₂  2NO

Обратимая реакция получения аммиака протекает при температуре 200˚C, под давлением до 350 атм и обязательно в присутствии катализатора (Fe, F₂O₃, FeO, в лаборатории при Pt )

N₂ + 3H₂ 2NH₃ + 92 кДж

В соответствии с принципом Ле-Шателье увеличение выхода аммиака должно происходить при повышении давления и понижении температуры. Однако скорость реакции при низких температурах очень мала, поэтому процесс ведут при 450-500 ˚C, достигая  15%-ного выхода аммиака. Непрориагировавшие  N₂ и H₂ возвращают в реактор  и тем самым увеличивают степень протекания реакции.

Азот химически пассивен по отношению к кислотам и щелочам, не поддерживает горения.

Получение в промышленности – фракционная дистилляция жидкого воздуха или удаление из воздуха кислорода химическим путем, например по реакции 2C(кокс) + O₂ = 2CO при нагревании. В этих случаях получают азот, содержащий так же примеси благородных газов (главным образом аргон).

В лаборатории небольшие количества химически чистого азота можно получить по реакции конмутации при умеренном нагревании:

N-3H₄N3O_2(T) = N₂ + 2H₂O (60-70)

Применяется для синтеза аммиака. Азотной кислоты и других азотсодержащих продуктов, как инертная среда проведения химических и металлургических процессов и хранения огнеопасных веществ.

[править] Литература

• Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
• Украинская советская энциклопедия. В 12-ти томах / Под ред. М. Желаемая. — 2-е изд. — К. : Гол. редакция УРЕ, 1974—1985.
• Ф. А. Деркач «Химия» Л. 1968
• Малая горная энциклопедия . В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004.

Как используют азот в промышленных отраслях?

Применение азота в промышленности в первую очередь связано с нефтегазовой и металлургической отраслью. При добыче углеводородов с помощью инертного газа удается выровнять давление в скважинах. Азот вытесняет природный газ, создавая оптимальные условия для добычи нефти. При этом газ не поддерживает процессы горения и безопасен в использовании. Кроме нефтедобычи, материал применяется для продувки магистралей перекачки углеводородов, а также их тестирования на предмет обнаружения скрытых дефектов. С помощью азота из емкостей для хранения природного газа удаляется кислород.

Для нефтехимической отрасли использование азота актуально при производстве полимеров и пластмасс. С помощью инертного газа удается наладить изготовление красителей. В металлургии применение газа необходимо при закаливании различных марок стали и обжиге металла. Кроме решения указанных задач, газ применяется в следующих целях:

• Получение различных удобрений в нефтехимической отрасли.
• Упаковка продуктов питания в азотной среде гарантирует отсутствие окислительных процессов в ходе транспортировки и хранения продукции.
• В фармацевтической отрасли азот используется при получении целого ряда лекарственных препаратов.
• С помощью инертного газа работают системы пожаротушения.
• Быстрая и глубокая заморозка в азотной среде используется при выполнении различных медицинских процедур.
• В шахтах с помощью азота создается взрывобезопасная среда.
• С помощью газа, закачанного в колеса автомобилей, удается снизить расход топлива и избежать процессов окисления и коррозии металла.
• Лазерная резка с использованием газа высокого давления обеспечивает высокое качество кромки.

Использование азота в промышленности охватывает различные отрасли, актуально и востребовано крупными производственными предприятиями и небольшими компаниями. Купить адсорбционные генераторы различной мощности и производительности можно в компании Оксимат. Оборудование поставляется в комплекте с монтажными и пусконаладочными работами, имеет долгосрочную гарантию.

Виды азотных удобрений

По агрегатному состоянию азотные удобрения делятся на твердые и жидкие. Вторые несколько удобнее в использовании и экономичнее. Они распределяются более равномерно и лучше усваиваются растениями. По виду действующего вещества азотные удобрения можно разделить на аммиачные, нитратные и амидные.

Азотные удобрения не рекомендуется вносить осенью, т.к. они легко вымываются из почвы и снижают морозоустойчивость растений

Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний) содержит 34-35% азота. Применяется как для основного внесения (при посадке растений), так и для последующих подкормок. Только имейте в виду, что это удобрение быстро вымывается из почвы и сильно слеживается, поэтому требует хранения в помещении с невысокой влажностью.

Сегодня в продаже чаще всего встречается не чистая аммиачная селитра, а готовые смеси на ее основе. Наиболее удачным сочетанием можно считать состав, в который входит около 60% аммиачной селитры и 40% нейтрализующего вещества.

Аммиачную селитру можно растворить в воде или равномерно рассыпать гранулы по поверхности почвы (30-40 г на 1 кв.м)

Сульфат аммония (сернокислый аммоний) содержит 20,5% азота. Подходит для основного внесения и для подкормок. В отличие от аммиачной селитры, в исключительных случаях может использоваться осенью, т.к. лучше закрепляется в почве. При смешивании со щелочными удобрениями количество азота в сульфате аммония может снижаться. Данное удобрение неплохо хранится.

Сульфонитрат аммония содержит около 26% азота в аммиачной и нитратной форме. По сути, это смесь аммиачной селитры и сульфата аммония, поэтому итоговая кислотность довольно высока

Удобрение следует с осторожностью использовать на кислых почвах

Хлористый аммоний содержит около 25% азота. Не вызывает проблем с хранением, т.к. практически не слеживается. Прекрасно усваивается растениями. Но вносить его можно исключительно осенью, поскольку это удобрение содержит хлор, который вреден для ваших зеленых питомцев. Применение в качестве сезонной подкормки недопустимо.

Крайне бедны азотом легкие песчаные и супесчаные почвы

Натриевая селитра содержит около 16% азота. Хорошо усваивается растениями и не подкисляет почву. Но, к сожалению, данный вид удобрений легко вымывается, что исключает его применение в осенний период. Чаще всего натриевая селитра используется для весенних посевов и подкормок.

Кальциевая селитра содержит около 15% азота. Из недостатков можно отметить высокую степень слеживаемости, поэтому перед использованием удобрение приходится дополнительно измельчать. Несомненным плюсом является способность улучшать качество кислых почв при регулярном применении.

Карбамид (мочевина) содержит 46% азота. Хорошо подходит для внекорневой подкормки, т.к. щадяще воздействует на листья. Может использоваться для основного внесения весной – перед посадкой растений и в качестве обычной подкормки.

При производстве гранулированной мочевины в процессе нагревания образуется биурет – токсичное для растений вещество, количество которого непостоянно

Чтобы карбамид приносил растениям не вред, а пользу, содержание биурета в нем не должно превышать 3%

Статья по теме: Цветок пиретрум: посадка и уход в открытом грунте, фото, выращивание из семян

Жидкий аммиак содержит 82% азота. Требует заделки в почву на глубину более 8 см, иначе он быстро испаряется. В результате растворения жидкого аммиака получают более удобную в использовании аммиачную воду, которая содержит от 16 до 25% азота. При применении жидких удобрений можно сэкономить, т.к. стоимость единицы азота в них ниже. Но существуют моменты, которые останавливают многих садоводов и огородников. В частности, жидкие азотные удобрения сложнее хранить и транспортировать. Кроме того, для их внесения требуются специальные инструменты.

Промышленное производство

В настоящее время в основном используют три технологии для получения инертного азота, основанные на разделении атмосферного воздуха:

• криогенная;
• мембранная;
• адсорбционная.

Разделяющие криогенные установки функционируют по принципу сжижения воздуха. Сначала он сжимается компрессором, затем проходит через теплообменники и расширяется в детандере. В результате охлажденный воздух становится жидкостью. За счет разной температуры кипения кислорода и азота происходит их разделение. Процесс многократно повторяется на специальных ректификационных тарелках. Завершается он получением чистейшего кислорода, аргона и азота. Данный способ наиболее эффективен для крупных предприятий по причине значительных габаритов системы, сложности ее пуска и обслуживания. Достоинство метода состоит в том, что можно получить азот наивысшей чистоты, как жидкий, так и газообразный, в любых количествах. При этом расход энергии на изготовление 1 л вещества составляет 0,4-1,6 кВт/ч (в зависимости от технологической схемы установки).

Мембранная технология разделения газов начала применяться в 70-х годах прошлого века. Высокая экономичность и эффективность данного метода послужила достойной альтернативой криогенному и адсорбционному способам получения чистого азота. Сегодня в установках используются мембраны последнего поколения высокой производительности. Теперь это не пленка, а тысячи полых волокон, на которые нанесен селективный слой. Подвижные составляющие в установке отсутствуют, поэтому значительно увеличивается продолжительность ее эксплуатации без поломок. Отфильтрованный воздух подается в систему. Кислород беспрепятственно проходит сквозь нее, а азот выводится под давлением через противоположную сторону мембраны и направляется в накопитель. С помощью данных установок изготавливается вещество с чистотой до 99,95%. Таким образом осуществляется производство азота из атмосферного воздуха. Ограниченная чистота получаемого азота не позволяет применять данный метод крупным изготовителям с большими потребностями высокочистого азота.

На тех предприятиях, где востребован азот высокой чистоты в больших объемах, применяется установка для разделения газовых смесей при помощи адсорбентов. Конструктивно она представляет собой две колонны. В каждой из них находится вещество, селективно поглощающее газовую смесь. Для функционирования установок по производству азота требуется атмосферный воздух, электроэнергия.

Изначально воздух попадает в компрессор, где происходит его сжатие. Затем он подается в ресивер, который выравнивает его давление. Так как воздух не должен содержать водяных паров, пыли, двуокиси углерода, окислов азота, ацетилена, а также других примесей, его фильтруют. Наступает основной этап адсорбционного разделения газовой смеси. Поток воздуха пропускается через одну колонну с углеродными молекулярными ситами до тех пор, пока они способны поглощать кислород. После этого поверхность адсорбента необходимо очистить, то есть регенерировать, путем сброса давления или повышением температуры. А воздух направляется во вторую колонну. В это время азот проходит сквозь агрегат и накапливается в ресивере. Продолжительность циклов адсорбции и регенерации составляет всего несколько минут. Чистота получаемого по данной технологии азота составляет 99,9995%.

Преимущества адсорбционных установок:

• быстрый пуск и остановка;
• возможность дистанционного управления;
• высокая разделительная способность;
• низкое энергопотребление;
• возможность оперативной переналадки;
• автоматическое регулирование режима;
• низкие затраты на обслуживание.

Происхождение названия

Название «азо́т» (фр. azote, по наиболее распространённой версии, от др.-греч. ἄζωτος — безжизненный), вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских учёных разрабатывал принципы химической номенклатуры, в том же году это предложение опубликовано в труде «Метод химической номенклатуры». Как показано выше, в то время уже было известно, что азот не поддерживает ни горения, ни дыхания. Это свойство и сочли наиболее важным. Хотя впоследствии выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ, название сохранилось во французском и русском языках. Окончательно в русском языке этот вариант названия закрепился после выхода в свет книги Г. Гесса «Основания чистой химии» в 1831 году.

Существует и иная версия. Слово «азот» придумано не Лавуазье и не его коллегами по номенклатурной комиссии; оно вошло в алхимическую литературу уже в раннем средневековье и употреблялось для обозначения «первичной материи металлов», которую считали «альфой и омегой» всего сущего. Это выражение заимствовано из Апокалипсиса: «Я есмь Альфа и Омега, начало и конец» (Откр. ). Слово составлено из начальных и конечных букв алфавитов трёх языков — латинского, греческого и древнееврейского, — считавшихся «священными», поскольку, согласно Евангелиям, надпись на кресте при распятии Христа была сделана на этих языках (а, альфа, алеф и зет, омега, тав — AAAZOTH). Составители новой химической номенклатуры хорошо знали о существовании этого слова; инициатор её создания Гитон де Морво отмечал в своей «Методической энциклопедии» (1786 год) алхимическое значение термина.

Возможно, слово «азот» произошло от одного из двух арабских слов — либо от слова «аз-зат» («сущность» или «внутреннюю реальность»), либо от слова «зибак» («ртуть»).

Название «азот», помимо французского и русского, принято в итальянском, турецком и ряде славянских языков, а также во многих языках народов бывшего СССР.

На латыни азот называется nitrogenium, то есть «рождающий селитру», отсюда символ N. Это название во французской форме nitrogène предложил французский химик Ж. Шапталь в 1790 году в своей книге «Элементы химии», однако во французском языке оно не прижилось, в отличие от многих других языков (в частности, английского, испанского, венгерского, норвежского), где название производно от этого слова. В немецком языке используется название Stickstoff, что означает «удушающее вещество», аналогично в нидерландском; схожие по значению названия используются в некоторых славянских языках (например, хорватское dušik).

Немного истории открытия азота

Генри Кавендишем еще в 1772 году был осуществлен интересный эксперимент, позволивший выделить новое простое вещество — азот. Исследователь выделил азот, но не сумел его распознать. Эксперимент заключался в следующем: над раскаленным углем многократно пропускался воздух, который впоследствии обрабатывался щелочью. Такие манипуляции позволили ученому выделить остаток, который им был определен, как мефитический или удушливый воздух.

Если рассматривать данный эксперимент с точки зрения современной химии, можно прийти к выводу, что кислород, находящийся в потоке воздуха, вступая в реакцию с раскаленным углем, связывался в углекислый газ. Щелочь, которая была задействована на следующем этапе эксперимента, поглощала полученное углекислое соединение. Таким образом, можно прийти к простому выводу, что полученный остаток в большей своей части являлся азотом, который экспериментатор сумел путем достаточно простых действий выделить из атмосферного воздуха.

Не сумев правильно установить полученное вещество, Генри Кавендиш в том же 1772 году сообщил о результатах своей работы Джозефу Пристли, который в то же самое время работал над решением аналогичной задачи. Он осуществлял эксперименты, намереваясь связать кислород и удалить полученный, таким образом, углекислый газ. Джозеф Пристли в те времена являлся приверженцем теории флогистона. Соответственно, он абсолютно неправильно истолковывал получаемые результаты и был абсолютно уверен в том, что не кислород вытесняется из воздуха, а наоборот. Пристли не сомневался, что в процессе производимых им манипуляций происходит насыщение воздуха флогистоном. Таким образом, он именовал оставшийся воздух (то есть практически азот) флогистированным, что означало — насыщенным флогистоном.

Оба эти экспериментатора хоть и нашли способы выделить из воздуха азот, но не считаются его первооткрывателями вследствие ошибочного толкования результатов своей деятельности. Карл Шееле в те же времена занимался аналогичной деятельностью, а Даниэль Резерфорд все в том же 1772 году опубликовал магистерскую диссертацию, в которой упомянул азот, используя термин «испорченный воздух». Резерфордом в своей научной работе были указаны основные свойства азота. Им абсолютно верно было установлено следующее:

• отсутствие взаимодействия полученного газа со щелочами;
• непригодность использования его для дыхания;
• выделенный газ не поддерживает горения.

В связи с верными выводами именно Даниэля Резерфорд многие признали первооткрывателем азота. К сожалению, он также, как и Джозеф Пристли был приверженцем флогистонной теории, поэтому так и не смог осознать, что именно за вещество ему удалось выделить из обычного атмосферного воздуха. Анализируя все вышесказанное, можно прийти к выводу, что точно определить, кто же именно открыл азот, не представляется возможным. Азот и далее подвергался исследованию многими учеными, которые все-таки со временем определили полный спектр его характеристик, что позволило в наши дни использовать данный газ во многих сферах профессиональной деятельности человека.

[править] Химические свойства

Азот входит в главной подгруппы пятой группы периодической системы Менделеева. Порядковый номер его 7. Атомы азота имеют во внешней электронной оболочке пять электронов. Поэтому они могут присоединять три электрона, которых им не хватает для образования полностью заполненной восемью электронами оболочки, и восстанавливаться до ионов N 3 или терять пять валентных электронов, превращаясь в положительно заряженные ионы и проявляя при этом свою максимальную положительную валентность. Атомы азота также могут терять и меньшее количество электронов, проявляя при этом положительную валентность 1+, 2+, 3+ и 4+.

Молекулы азота двухатомные, оба атома прочно связаны между собой тремя общими электронными парами.

Чтобы разложить молекулу азота на атомы, надо потратить значительное количество энергии. Поэтому азот при обычных условиях химически довольно пассивный.

При высоких температурах, когда молекулы азота разлагаются и он переходит в атомарное состояние, он сравнительно легко вступает в реакции с металлами (особенно с активными), образуя так называемые нитриды. При высокой температуре, высоком давлении и наличии катализатора оксид соединяется с водородом с образованием аммиака. При температуре электрической искры (свыше 3000 °C) азот реагирует с кислородом, образуя неустойчивый при высокой температуре монооксид азота NO по реакции:

N2 + O2 = 2NO

В природе эта реакция происходит при грозовых разрядах.

Другие свойства

В обычных условиях азот физиологически инертен, но при вдыхании сжатого воздуха наступает состояние, называемое азотным наркозом, подобное алкогольному опьянению. Эти случаи могут быть при условии водолазных работ на глубине нескольких десятков метров. Для предупреждения возникновения данного состояния порой пользуются искусственными газовыми смесями, в которых азот заменен гелием или иным инертным газом. При резком и значительном снижении парциального давления азота, растворимость его в крови и тканях настолько уменьшается, что часть его выделяется в виде пузырьков, является одной из причин возникновения кессонной болезни, которая наблюдается у водолазов при быстром их поднятии на поверхность и у пилотов при больших скоростях взлета самолета, а также при входе в верхние слои атмосферы.

В смеси с кислородом азот используется как слабый наркотик, вызывающий состояние опьянения, эйфории, притупление болевой чувствительности. Используется для ингаляционного наркоза.

Получение

Разложение нитрита аммония

В лабораториях его можно получать по реакции разложения нитрита аммония:

NH4NO2→N2↑+2H2O{\displaystyle {\mathsf {NH_{4}NO_{2}\rightarrow N_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}

Реакция экзотермическая, идёт с выделением 80 ккал (335 кДж), поэтому требуется охлаждение сосуда при её протекании (хотя для начала реакции требуется нагревание нитрита аммония).

Практически эту реакцию выполняют, добавляя по каплям насыщенный раствор нитрита натрия в нагретый насыщенный раствор сульфата аммония, при этом образующийся в результате обменной реакции нитрит аммония мгновенно разлагается.

Выделяющийся при этом газ загрязнён аммиаком, оксидом азота (I) и кислородом, от которых его очищают, последовательно пропуская через растворы серной кислоты, сульфата железа (II) и над раскалённой медью. Затем азот осушают.

Нагревание дихромата калия с сульфатом аммония

Ещё один лабораторный способ получения азота — нагревание смеси дихромата калия и сульфата аммония (в соотношении 2:1 по массе). Реакция идёт по уравнениям:

K2Cr2O7+(NH4)2SO4→(NH4)2Cr2O7+K2SO4{\displaystyle {\mathsf {K_{2}Cr_{2}O_{7}+(NH_{4})_{2}SO_{4}\rightarrow (NH_{4})_{2}Cr_{2}O_{7}+K_{2}SO_{4}}}}

(NH4)2Cr2O7→N2↑+Cr2O3+4H2O{\displaystyle {\mathsf {(NH_{4})_{2}Cr_{2}O_{7}\rightarrow N_{2}\uparrow +Cr_{2}O_{3}+4H_{2}O}}}

Разложение азидов

Наиболее чистый азот можно получить разложением азидов металлов:

2NaN3 →ot 2Na+3N2↑{\displaystyle {\mathsf {2NaN_{3}\ {\xrightarrow{^{o}t}}\ 2Na+3N_{2}\uparrow }}}

Реакция воздуха с раскалённым коксом

Так называемый «воздушный», или «атмосферный» азот, то есть смесь азота с благородными газами, получают путём реакции воздуха с раскалённым коксом, при этом образуется так называемый «генераторный», или «воздушный», газ — сырьё для химических синтезов и топливо. При необходимости из него можно выделить азот, поглотив монооксид углерода.

Перегонка воздуха

Молекулярный азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Этим методом можно получить и «атмосферный азот». Также широко применяются азотные установки и станции, в которых используется метод адсорбционного и мембранного газоразделения.

Пропускание аммиака над оксидом меди (II)

Один из лабораторных способов — пропускание аммиака над оксидом меди (II) при температуре ~700 °C:

3CuO+2NH3→N2↑+3Cu+3H2O{\displaystyle {\mathsf {3CuO+2NH_{3}\rightarrow N_{2}\uparrow +3Cu+3H_{2}O}}}

Аммиак берут из его насыщенного раствора при нагревании. Количество CuO в 2 раза больше расчётного. Непосредственно перед применением азот очищают от примеси кислорода и аммиака пропусканием над медью и её оксидом (II) (тоже ~700 °C), затем сушат концентрированной серной кислотой и сухой щёлочью.
Процесс происходит довольно медленно, но он того стоит: газ получается весьма чистый.