Άζωτο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Άζωτο
ΆνθρακαςΆζωτοΟξυγόνο
-

Ν

P
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif

Electron shell 007 Nitrogen (el).svg
Κατανομή ηλεκτρονίων ανά στοιβάδα στο Άζωτο

Liquidnitrogen.jpg
Υγρό άζωτο

Ιστορία
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο Άζωτο (Ν)
Ατομικός αριθμός (Ζ) 7
Κατηγορία Αμέταλλα
ομάδα, περίοδος,
τομέας
VA (15) ,2, p
Σχετική ατομική
μάζα (Ar)
14,0067
Ηλεκτρονική
διαμόρφωση
1s2 2s2 2p3
Αριθμός CAS 7727-37-9
Ατομικές ιδιότητες
Ατομική ακτίνα 92 pm
Ομοιοπολική ακτίνα 75 pm (N-)
65 pm (N=)
58 pm (N≡)
Ηλεκτραρνητικότητα 3,04 (κλίμακα Pauling)
Κυριότεροι αριθμοί
οξείδωσης
0, ±3, ±5
Ενέργειες ιονισμού 1.402,3 kJ/mole (N → N+ + e-)
2.856 kJ/mole (N+ → N2+ + 2e-)
4.858,1 kJ/mole (N2+ → N3+ + 3e-)
Φυσικά χαρακτηριστικά
Σημείο τήξης -209,86 °C (63,29 K)
Σημείο βρασμού -195,79 °C (77,36 K)
Πυκνότητα 1,2506 kg/m3 (0 °C, 1 atm)
Ενθαλπία τήξης 0.72 kJ·mol−1
Ενθαλπία εξάτμισης 5.56 kJ·mol−1
Ειδική θερμοχωρητικότητα 29.124 J·mol−1·K−1 (25 °C) (N2)
Μαγνητική συμπεριφορά διαμαγνητικό
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το άζωτο (λατινικά: nitrogenium, αγγλικά: nitrogen) είναι το χημικό στοιχείο με χημικό σύμβολο N και ατομικό αριθμό 7. Είναι το ελαφρύτερο «πνικτογόνο», δηλαδή είναι το ελαφρύτερο χημικό στοιχείο της ομάδας 15 (πρώην VA) του περιοδικού πίνακα.Το χημικά καθαρό στοιχειακό άζωτο, στη συνηθισμένη διατομική αλλομορφή του και στις συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή σε θερμοκρασία 20°C και υπό πίεση 1 atm, είναι διαφανές, άχρωμο, άοσμο και άγευστο αέριο. Το άζωτο είναι ένα συνηθισμένο χημικό στοιχείο στο σύμπαν, εφόσον θεωρείται το πέμπτο πιο διαδεδομένο συστατικό του σύμπαντος[1], εκτιμάται ότι είναι 7ο σε αφθονία στο Γαλαξία μας και στο ηλιακό σύστημα. Στη Γη αποτελεί περίπου το 77% της ατμόσφαιρας του πλανήτη μας, και από αυτήν την άποψη είναι το πιο άφθονο ελεύθερο χημικό στοιχείο. Ελεύθερο άζωτο («διάζωτο», εφόσον αποτελείται από διατομικά μόρια) έχει βρεθεί σε μετεωρίτες, στον ήλιο και άλλα άστρα και νεφελώματα, ενώ είναι βασικό συστατικό της ατμόσφαιρας του Τιτάνα. Ενωμένο βρίσκεται σε όλους τους ζωντανούς ιστούς με τη μορφή πρωτεϊνών, αμινοξέων και άλλων χημικών ενώσεων. Επίσης, στην ατμόσφαιρα, στο νερό της βροχής και των θαλασσών, στο έδαφος και στα περιττώματα των ζώων με τη μορφή οξειδίων, αμμωνίας, νιτρικού οξέος, νιτρικών και αμμωνιακών αλάτων.

Το στοιχειακό άζωτο ανακαλύφθηκε ως ένα διαχωρίσιμο συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα από τον Σκώτο φυσικό Ντάνιελ Ράδελφορντ (Daniel Rutherford) το 1772.

Πολλές σημαντικές βιομηχανικά ενώσεις, όπως η αμμωνία (ΝΗ3), το νιτρικό οξύ (HNO3), τα οργανικά νιτροενώσεις, (που είναι προωθητικά και εκρηκτικά) και τα νιτρίλια περιέχουν άζωτο. Ο εξαιρετικά ισχυρός τριπλός δεσμός του στοιχειακού διαζώτου (N≡N) κυριαρχεί στη χημιεία του αζώτου, κάνοντας δύσκολη τη μετατροπή του στοιχειακού αζώτου σε χρήσιμες ενώσεις του, τόσο για τη βιομηχανία όσο και για τους ζωντανούς οργανισμούς.Για τον ίδιο λόγο η έκλυσή του απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα χρήσιμης (όταν είναι επιθυμητή) ενέργειας όταν αζωτούχες ενώσεις καίγονται, εκρήγνυνται ή απλά διασπώνται παράγοντας αέριο σοιχειακό άζωτο. Συνθετικά, η αμμωνία και τα νιτρικά είναι νευραλγικής σημασίας βιομηχανικά λιπάσματα, αλλά ομοίως και νευραλγικής σημασίας ρυπαντές, προκαλώντας πολλές φορές ευτροφισμό σε υδάτινα οικοσυστήματα.

Εκτός από τις κύριες εφαρμογές των αζωτοχων ενώσεων ωε λιπάσματα και αποθήκες ενέργειας, το άζωτο σχηματίζει ευέλικτες οργανικές ενώσεις. Το άζωτο είναι μέρος των υλικών που είναι γνωστά ως υφαντικά Kevlar και ως κυανακρυλική υπερ-κόλλα. Το άζωτο είναι συστατικό για ενώσεις που χρησιμοποιούνται σε κάθε κύρια φαρμακολογική ομάδα, συμπεριλαμβανομένων των αντιβιοτικών. Πολλά φάρμακα είναι μιμητικά ή πρόδρομες ενώσεις φυσικά υπαρχόντων αζωτούχων ενώσεων. Για παράδειγμα, οι οργανικές νιτροενώσεις όπως νιτρογλυκερίνη και νιτροπρουσσίδιο ελέγχουν την πίεση του αίματος μεταβολιζόμενα στο φυσικά υπάρχον οξείδιο του αζώτου. Τα φυτικά αλκαλοειδή, που συχνά χρησιμοποιούνται ως αμυντικές ενώσεις, περιέχουν εξ' ορισμού άζωτο, οπότε πολλά αξιοσημείωτα αζωτούχα φάρμακα, όπως η καφεΐνη και η μορφίνη είτε είναι αλκαλοειδή, είτε είναι συνθετικά μιμητικά που δρουν, όπως κάνουν πολλά φυτικά αλκαλοειδή, πάνω στους υποδοχείς των ζωικών νευροδιαβιβαστών. Το τελευταίο ισχύει π.χ. για τις συνθετικές αμφεταμίνες.

Το άζωτο υπάρχει σε όλους τους οργανισμούς, κυρίως στα αμινοξέα, στις πρωτεΐνες και στα νουκλεϊκά οξέα, δηλαδή το DNA και το RNA. Το ανθρώπινο σώμα περιέχει περίπου 7% κατά μάζα άζωτο, που είναι το 4ο σε αφθονία χημικό στοιχείο στο σώμα, μετά από το οξυγόνο (O), τον άνθρακα (C) και το υδρογόνο (H). Ο κύκλος του αζώτου περιγράφει την κίνηση του στοιχείου από την ατμόσφαιρα στη βιόσφαιρα και μετά πίσω στην ατμόσφαιρα.

Η νανοτεχνολογία ερευνά εφαρμογές σε διάφορες τεχνητές αλλοτροπικές μορφές και χημικές ενώσεις μοριακού μεγέθους της τάξης των νανομέτρων.

Ιστορία και ετυμολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κατά τη διάρκεια του 18ου αιώνα ήταν ήδη γνωστό ότι ο ατμοσφαιρικός αέρας αποτελείται από δύο αέρια, από τα οποία το ένα συντελεί στην καύση και τη ζωή, ενώ το άλλο όχι.

Το άζωτο επισήμως θεωρείται ότι ανακαλύφθηκε από το Σκώτο φυσικό Ντάνιελ Ράδελφορντ (Daniel Rutherford), ένα φοιτητή Ιατρικής στο Εδιμβούργο, ο οποίος δημοσίευσε πρώτος τα αποτελέσματα της έρευνάς του το 1772. και που ονόμασε noxious air, αυτό που είναι σήμερα γνωστό ως άζωτο[2][3]. Παρόλο που δεν αναγνώρησε το άζωτο ως μια εντελώς διαφορετική χημική ουσία, το διαχώρησε καθαρά από τον "fixed air"[4]. Το γεγονός ότι το άζωτο δεν υποστήριζε την καύση ήταν σαφές στον Ράδερφορντ. Περίπου ταυτόχρονα ερευνούσαν το άζωτο και οι Καρλ Βίλχελμ Σέελε (Carl Wilhelm Scheele), Σουηδός χημικός, Χένρι Κάβεντις (Henry Cavendish) και Τζόζεφ Πρίστλεϋ (Joseph Priestley), Άγγλοι χημικοί, που το ανέφεραν ως burnt air ή ως phlogisticated air (δηλαδή ως «καμμένο αέρα»)[5]. Το αέριο άζωτο είναι αρκετά αδρανές ώστε ο Αντουάν Λαβουαζιέ (Antoine Lavoisier) να το αναφέρει ως "mephitic air", αλλά και ως azote, από την ελληνική λέξη «ἄζωτο(ς)», που προέρχεται ετυμολογικά από τις λέξεις «α-» (στερητικό) και «ζωή»[6]. Μέσα σε ατμόσφαιρα (μόνο) αζώτου πέθαναν πειραματόζώα και φλόγες έσβησαν. Βέβαια, στον αέρα που ο Λαβουαζιέ θεωρούσε ως άζωτο μπορεί να περιέχονταν και πάνω από 1% αργό (Ar), με βάση τον τρόπο που χρησιμοποιούσε για την απομόνωσή του.

Η λέξη «άζωτο», που χρησιμοποίησε ο Λαβουαζιέ, χρησιμοποιήθηκε σε πολλές γλώσσες, όπως συγκεκριμένα στη Γαλλική, στην Ιταλική, στην Πολωνική, στη Ρωσική, στην Αλβανική, στην Ελληνική, στην Τουρκική, και σε άλλες. Στην Αγγλική, όμως, χρησιμοποιήθηκε όχι για το ίδιο το στοιχείο, αλλά ως συνθετικό της ονομασίας πολλών αζωτούχων ενώσεων, όπως η υδραζίνη, η αζιριδίνη και οι ενώσεις του ιόντος αζιδίου (Ν3-). Η αγγλική λέξη για το ίδιο το χημικό στοιχείο άζωτο είναι nitrogen, που το 1794 εισήλθε στην αγγλική γλώσσα από τη γαλλική λέξη nitrogène, που επινοήθηκε το 1790 από το Γάλλο χημικό Ζαν - Αντουάν Τσαπτάλ (Jean-Antoine Chaptal, 1756-1832), προερχόμενη από τις (επίσης) ελληνικές λέξεις «νίτρο» και «γεννῶ». Το άζωτο περιέχεται στο νιτρικό οξύ (ΗΝΟ3). Επομένως, ο Chaptal εννοούσε ότι το άζωτο είναι κομβικό τμήμα του νιτρικού οξέος, το οποίο προέρχονταν από το «νίτρο», όπως ονομαζόταν τότε το νιτρικό νάτριο (NaNO3) και το νιτρικό κάλιο (KNO3)[7]. Όμως, η λέξη «νίτρο» χρησιμοποιούνταν σε αρχαιότερες εποχές περιγράφοντας γενικά άλατα του νατρίου (Na) και η έννοιά του δεν περιείχε τα νιτρικά, καθώς ήταν παράγωγη από από τη λεξη «νάτρον».

Ενώσεις του αζώτου ήταν γνωστές ήδη από το Μεσαίωνα. Οι αλχημιστές γνώριζαν το νιτρικό οξύ με το όνομα aqua fortis (ισχυρό νερό), ενώ το μίγμα νιτρικού και υδροχλωρικού οξέος 1:3 ήταν γνωστό ως aqua regia (βασιλικό νερό), εξαιτίας της ιδιότητάς του να διαλύει το χρυσό (βασιλιά των μετάλλων). Στις πρώιμες στρατιωτικές, βιομηχανικές και αγροτικές εφαρμογές των αζωτούχων ενώσεων χρησιμοποιούνταν το νίτρο, λέξη που αναφέρονταν τότε στο νιτρικό νάτριο και στο νιτρικό κάλιο, χωρίς διάκριση. Οι πιο αξιοσημείωτες εφαρμογές νίτρου της μεσαιωνικής εποχής περιλάμβαναν το υγρό πυρ, την πυρίτιδα και αργότερα (στη γεωργία) αζωτούχα λιπάσματα. Το 1910, ο Λόρδος Ρέυλεϊ (Lord Rayleigh) ανακάλυψε ότι μια ηλεκτρική εκκένωση διαμέσου αερίου αζώτου σχηματίζει «ενεργό άζωτο» (|Ν|), μια μονοατομική αλλομορφή του στοιχείου. Το "whirling cloud of brilliant yellow light" που παράχθηκε με τη συσκευή του αντέδρασε με υδράργυρο (Hg) παράγοντας εκρηκτικό αζωτούχο υδράργυρο (Hg3Ν2)[8].

Για μακρύ χρονικό διάστημα οι πηγές των αζωτούχων ενώσεων ήταν περιορισμένες. Ως τέτοιες, χρησιμοποιούνταν διάφορες αζωτούχες βιολογικής προέλευσης ενώσεις, τα φυσικά αποθέματα νιτρικών αλάτων, καθώς και ενώσεις που παράγονταν με ατμοσφαιρικές αντιδράσεις. Η παραγωγή αζώτου με βιομηχανικές διεργασίες όπως η διεργασία Φρανκ - Κάρο (Frank–Caro process 18951899) και η διεργασία Χάμπερ - Μπος (Haber–Bosch process 19081913) διευκόλυναν αυτήν τη έλλειψη αζωτούχων ενώσεων, με άμεσο αποτέλεσμα το ήμισυ σχεδόν της παγκόσμιας παραγωγής τροφίμων να βασίζεται πλέον σε συνθετικά αζωτούχα λιπάσματα[9]. Ταυτόχρονα, περίπου, η διεργασία Όστβαλντ (Ostwald process 1902) για την παραγωγή νιτρικών από το βιομηχανικά παραγώμενο άζωτο επέτρεψε τη μεγάλης βιομηχανικής κλίμακας παραγωγή νιτρικών, που τροφοδότησαν τα κάθε είδους εκρηκτικά των δύο παγκοσμίων πολέμων του 20ού αιώνα.

Τα ισότοπα του αζώτου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κύριο λήμμα: Ισότοπα του αζώτου

Υπάρχουν στη φύση δυο σταθερά ισότοπα του αζώτου, τα 14N και 15N. Το πιο άφθονο (99,634%) από αυτά είναι το 14N, που παράγεται από τον κύκλο CNO ατα άστρα. Άλλα 10 ισότοπα έχουν τεχνητά παραχθεί. Από αυτά, το 13N έχει ημιζωή 10 λεπτά, ενώ τα υπόλοιπα έχουν ημιζωές της τάξης του δευτερόλεπτου και κάτω.

Το 0,73% του διαζώτου στην ατμόσφαιρα της Γης αποτελείται από 14N15N και σχεδόν όλο το υπόλοιπο από 14N2.

.

Το ραδιοϊσότοπο 16N είναι το κυρίαρχο ραδιονουκλίδιο ψυκτικό των πυρηνικών αντιδραστήρων συμπιεσμένου ύδατος. Παράγεται από το 16O του νερού κατά την αντίδραση (n,p). Έχει μικρή ημιζωή 7,1 sec, αλλά η μετατροπή του ξανά σε 16O παράγει υψηλής ενέργειας ακτίνες γ (5-7 MeV).

Προέλευση και παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το διάζωτο είναι το πιο άφθονο συστατικό της ατμόσφαιρας της Γης (78,082% κατ' όγκο και 75,3% κατά βάρος ξηρού αέρα). Σχηματίστηκε με πυρηνική σύντηξη στα άστρα. Εκτιμάται ότι είναι το 5ο χημικό στοιχείο σε αφθονία στο σύμπαν.

Το διάζωτο και οι αζωτούχες ενώσεις ανιχνεύθηκαν στο διαστρικό διάστημα χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία υπεριώδους[10]. Το διάζωτο είναι ένα από τα κύρια συστατικά στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα και σε ίχνη σε άλλες πλανητικές ατμόσφαιρες[11].

Το άζωτο βρίσκεται σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς στη Γη, αφού αποτελεί συστατικό των πρωτεϊνών, των νουκλεϊνικών οξέων και μερικών άλλων σημανυικών βιοχημικά ουσιών. Υπολογίζεται ότι αποτελεί περίπου το 4% του ξηρού βάρους της φυτικής μάζας και το 3% κατά βάρος του ανθρώπινου σώματος. Αποτελεί ακόμη μεγάλο ποσοστό των ζωικών αποβλήτων, συνήθως με τη μορφή της ουρίας, του ουρικού οξέος και διαφόρων άλλων αμμωνιούχων παραγώγων. Αυτά αξιοποιούνται ως λίπασμα από τα φυτά που δε διαθέτουν μηχανισμό για την άμεση δέσμευση του ατμοσφαιρικού διαζώτου.

Επίσης, το άζωτο απαντάται σε μια μορφή ορυκτών, όπως το νίτρο (ΚΝΟ3). Πολλά από αυτά δεν είναι και πολύ συνηθισμένα, κυρίως γιατί είναι εξαιρετικά ευδιάλυτα στο νερό.

Το άζωτο παρασκευάζεται σχεδόν αποκλειστικά με κλασματική απόσταξη υγροποιημένου αέρα. Το άζωτο έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού από το οξυγόνο (-195,8 °C και -183,0 °C αντίστοιχα) με αποτέλεσμα να αποστάζει πρώτο. Σε μικρότερη κλίμακα παρασκευάζεται με μηχανικά μέσα από αέρα (μεμβράνες αντίστροφης όσμωσης ή προσρόφηση με εναλλαγή πίεσης (pressure swing adsorption)), με θέρμανση νιτρώδους αμμωνίου (ΝΗ4ΝΟ2) ή αζωτούχου βαρίου (Ba(N3)2).

Στη μέθοδο της κλασματικής απόσταξης του υγροποιημένου αέρα, ο αέρας αρχικά φιλτράρεται για την απομάκρυνση σωματιδίων και στη συνέχεια συμπιέζεται περίπου στα 5,3 bar. Ακολουθεί ένας οξειδωτικός θάλαμος στον οποίο μετατρέπονται τα ίχνη υδρογονανθράκων σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ο αέρας περνάει από ένα διαχωριστή νερού όπου μέρος του νερού απομακρύνεται ενώ το υπόλοιπο νερό και το διοξείδιο του άνθρακα διαχωρίζονται σε στερεά μορφή σε έναν εναλλάκτη θερμότητας ο οποίος μειώνει τη θερμοκρασία του αέρα στους -168 °C σε πίεση 5 bar. Με περαιτέρω ψύξη από μια βαλβίδα εκτόνωσης, ο αέρας εισέρχεται στη στήλη κλασματικής απόσταξης (ύψους περίπου 30 μέτρων) όπου το πιο πτητικό άζωτο απομακρύνεται από την κορυφή της στήλης ως αέριο και το οξυγόνο (με ένα μικρό ποσοστό αργού) ως υγρό από τη βάση.[12]

Ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το άζωτο είναι αέριο, άχρωμο, άοσμο, άγευστο, ελαφρότερο του αέρα. Ο τριπλός δεσμός ανάμεσα στα δύο άτομα που αποτελούν το μόριο του αζώτου (Ν2) θεωρείται από τους ισχυρότερους στη φύση, με αποτέλεσμα να είναι αδρανές αέριο, ιδιαίτερα σε συνηθισμένες θερμοκρασίες. Διαλύεται ελάχιστα στο νερό, δεν είναι δηλητηριώδες, αλλά ασφυκτικό. Δεν καίγεται, αλλά έχει παρατηρηθεί ότι ορισμένα στοιχεία μπορούν να “καούν” σε άζωτο, όπως το μαγνήσιο στους 300 °C και το λίθιο ακόμα και σε θερμοκρασία δωματίου, παράγοντας κρυσταλλικά μεταλλικά νιτρίδια[13]. Όταν θερμανθεί υπό πίεση με το υδρογόνο παρουσία καταλύτη, σχηματίζεται αμμωνία.

Το φυσικό άζωτο στη Γη αποτελείται από μείγμα δύο σταθερών ισοτόπων του, το 14Ν (99,63%) και το 15Ν (0,37%). Από τα υπόλοιπα γνωστά ραδιενεργά ισότοπα, το 13Ν έχει χρόνο ημιζωής περίπου δέκα λεπτά ενώ τα υπόλοιπα λίγα δευτερόλεπτα ή και λιγότερο.[14]

Το μόριο του αζώτου δεν έχει διπολική ροπή και έτσι είναι διάφανο στην υπέρυθρη και ορατή ακτινοβολία. Αντίθετα, σημαντική απορρόφηση υπεριώδους φωτός παρουσιάζεται σε μήκος κύματος περίπου 100 nm.

Βιολογική σημασία – Κύκλος του αζώτου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το άζωτο είναι ένα από τα 27 απαραίτητα χημικά στοιχεία για τη ζωή. Μαζί με τον άνθρακα, το υδρογόνο και το οξυγόνο αποτελούν, σε ποσοστό, το 96% (κατά βάρος) των ζωντανών οργανισμών. Ειδικότερα, το άζωτο είναι απαραίτητο για τη ζωή καθώς αποτελεί βασικό συστατικό των αμινοξέων και νουκλεϊκών οξέων, δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών.

Η μεγάλη πλειονότητα των ζωντανών οργανισμών δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει το μοριακό άζωτο που βρίσκεται άφθονο στην ατμόσφαιρα, και έτσι αυτό πρέπει να μετατραπεί σε κάποια άλλη πιο “εύχρηστη” μορφή. Η διαδικασία αυτή, που είναι γνωστή ως αζωτοδέσμευση, πραγματοποιείται είτε με φυσικό είτε με βιολογικό τρόπο.

Ο κύκλος του αζώτου

Στη φυσική αζωτοδέσμευση, το άζωτο της ατμόσφαιρας ενώνεται με το οξυγόνο ή το υδρογόνο των υδρατμών, με την απορρόφηση ενέργειας που προσφέρεται από κεραυνούς ή άλλες ηλεκτρικές εκκενώσεις, σχηματίζοντας νιτρικά ιόντα ή αμμωνία αντίστοιχα. Αυτά, στη συνέχεια, μεταφέρονται με τη βοήθεια της βροχής στο έδαφος.

Η βιολογική αζωτοδέσμευση, αποτελεί τον κύριο τρόπο μετατροπής του ελεύθερου αζώτου σε χρήσιμες, για τους οργανισμούς, χημικές ενώσεις. Πραγματοποιείται με τη βοήθεια μικροοργανισμών του εδάφους, τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια, τα οποία είτε ζουν ελεύθερα είτε συνηθέστερα συμβιώνουν (πχ. Rhizobium) στις ρίζες ορισμένων φυτών όπως τα ψυχανθή (όσπρια, κουκιά κλπ.). Εκεί, τα βακτήρια μετατρέπουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε νιτρικά ιόντα, μέρος των οποίων μεταφέρονται στα φυτά. Ως μέρος αυτής της συμβίωσης τα φυτά μετατρέπουν τα νιτρικά ιόντα σε οξείδια του αζώτου και αμινοξέα για τη δημιουργία πρωτεϊνών και άλλων βιολογικά χρήσιμων μορίων, και σε αντάλλαγμα παράγουν σάκχαρα, τα οποία χρειάζονται τα βακτήρια.

Στη συνέχεια, το άζωτο που είναι δεσμευμένο στην οργανική ύλη, ανακυκλώνεται κλείνοντας έτσι τον κύκλο του αζώτου και διατηρώντας την ισορροπία στην ατμόσφαιρα. Αυτό πραγματοποιείται σε δύο στάδια: Οι πρωτεΐνες διασπώνται με τη βοήθεια μικροοργανισμών σε αμμωνία και αυτή από άλλους μικροοργανισμούς (νιτροποιητικοί) σε νιτρικά ιόντα. Μέρος αυτών μετατρέπονται από βακτήρια (απονιτροποιητικά) σε μοριακό άζωτο, που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα.

Τέλος, τα ζώα προσλαμβάνουν από τα φυτά τα αζωτούχα αμινοξέα, τα οποία χρησιμοποιούνται ως πρώτη ύλη για την παρασκευή πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων.

Η παραπάνω ισορροπία πολλές φορές διαταράσσεται από διάφορες ανθρωπογενείς δραστηριότητες όπως είναι κυρίως η χρήση φυσικών και βιομηχανικών λιπασμάτων σε τεράστιες ποσότητες. Ένα μεγάλο μέρος αυτών των λιπασμάτων παρασύρεται από τα νερά της βροχής και καταλήγει σε λίμνες, ποτάμια ή τη θάλασσα. Εκεί προκαλείται το φαινόμενο του ευτροφισμού, όπου η υπερβολική ανάπτυξη των βακτηρίων λόγω της παρουσίας του αζώτου εξαντλεί το οξυγόνο των νερών, με αποτέλεσμα το θάνατο των ανώτερων οργανισμών.

Αποφασιστικός είναι ο ρόλος του αζώτου και μέσα στον ατμοσφαιρικό αέρα. Διατηρεί σχετικά χαμηλή τη συγκέντρωση του οξυγόνου σε αυτή μειώνοντας έτσι τη δραστικότητά του, με αποτέλεσμα όλες οι οξειδώσεις στη φύση, η καύση και η σήψη να προχωρούν με τη γνωστή μικρή φυσική τους ταχύτητα.

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το άζωτο παρασκευάζεται σχεδόν αποκλειστικά με κλασματική απόσταξη υγροποιημένου αέρα. Το άζωτο έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού από το οξυγόνο (-195,8° C και -183,0° C αντίστοιχα) με αποτέλεσμα να αποστάζει πρώτο. Σε μικρότερη κλίμακα παρασκευάζεται με μηχανικά μέσα από αέρα (μεμβράνες αντίστροφης όσμωσης ή προσρόφηση με εναλλαγή πίεσης (pressure swing adsorption)), με θέρμανση νιτρώδους αμμωνίου (ΝΗ4ΝΟ2) ή αζωτούχου βαρίου (Ba(N3)2).

Στη μέθοδο της κλασματικής απόσταξης του υγροποιημένου αέρα, ο αέρας αρχικά φιλτράρεται για την απομάκρυνση σωματιδίων και στη συνέχεια συμπιέζεται περίπου στα 5,3 bar. Ακολουθεί ένας οξειδωτικός θάλαμος, στον οποίο μετατρέπονται τα ίχνη υδρογονανθράκων σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ο αέρας κατόπιν διέρχεται από ένα διαχωριστή νερού, όπου μέρος του νερού απομακρύνεται ενώ το υπόλοιπο νερό και το διοξείδιο του άνθρακα διαχωρίζονται σε στερεά μορφή σε έναν εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος μειώνει τη θερμοκρασία του αέρα στους -168° C υπό πίεση 5 bar. Με περαιτέρω ψύξη από μια βαλβίδα εκτόνωσης, ο αέρας εισέρχεται στη στήλη κλασματικής απόσταξης (ύψους περίπου 30 μέτρων), όπου το πιο πτητικό άζωτο απομακρύνεται από την κορυφή της στήλης ως αέριο και το οξυγόνο (με ένα μικρό ποσοστό αργού) ως υγρό από τη βάση.[12]

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εξαιτίας της αδράνειάς του, το αέριο άζωτο χρησιμοποιείται ευρέως από τη χημική βιομηχανία ως αδρανές "κάλυμμα" για την προστασία μίας ουσίας από ανεπιθύμητη επαφή με το οξυγόνο και την υγρασία. Έτσι, χρησιμοποιείται για τη διατήρηση τροφών, ως ασφαλές κάλυμμα υγρών εκρηκτικών, στην παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και ανοξείδωτου χάλυβα, επίσης χρησιμοποιείται για το φούσκωμα των ελαστικών των αεροπλάνων και των αυτοκινήτων, καθώς και στα nitrous oxide systems συστήματα αύξησης της ιπποδύναμης ως N2O.

Η χαμηλή θερμοκρασία και η αδράνεια του αζώτου στην υγρή κατάσταση, το καθιστά κατάλληλο ως ψυκτικό για μια πλειάδα χρήσεων όπως για τη μεταφορά τροφίμων και άλλων προϊόντων, για τα οποία υπάρχει κίνδυνος αλλοίωσης τους, για τη διατήρηση βιολογικών δειγμάτων, αίματος και αναπαραγωγικών κυττάρων (σπέρματος και ωαρίων), στην έρευνα στον τομέα της κρυογονικής και άλλα.

Ενώσεις του αζώτου [15][Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μεγαλύτερο μέρος του στοιχειακού αζώτου καταναλώνεται για την παραγωγή σημαντικών βιομηχανικών ενώσεών του.

Έτσι, μεγάλες ποσότητες αζώτου χρησιμοποιούνται μαζί με υδρογόνο για την συνθετική παραγωγή αμμωνίας, μίας από τις δύο σημαντικότερες εμπορικές αζωτούχες ενώσεις. Στη συνέχεια μέρος της αμμωνίας χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη για την παραγωγή νιτρικού οξέος, νιτρικών αλάτων και ανθρακικής σόδας. Επίσης, από αμμωνία παρασκευάζεται η υδραζίνη, Ν2Η4, ένα άχρωμο υγρό που χρησιμοποιείται ως καύσιμο πυραύλων και σε άλλες βιομηχανικές εφαρμογές.

Η δεύτερη σημαντικότερη αζωτούχος ένωση είναι το νιτρικό οξύ, ένα εξαιρετικά διαβρωτικό υγρό, που βρίσκει εφαρμογή στην παραγωγή λιπασμάτων, χρωμάτων, φαρμάκων και εκρηκτικών. Το νιτρικό αμμώνιο, ΝΗ4ΝΟ3, είναι η πιο συνηθισμένη αζωτούχος ένωση των συνθετικών λιπασμάτων.

Το άζωτο επίσης μπορεί να ενωθεί με το οξυγόνο δίνοντας διάφορα οξείδια του αζώτου: α) Το υποξείδιο του αζώτου ή αέριο του γέλωτος (laughing gas)[16], Ν2Ο, το οποίο χρησιμοποιείται ως αναισθητικό, β) Το μονοξείδιο του αζώτου, ΝΟ, το οποίο αντιδρά ταχύτατα με οξυγόνο προς διοξείδιο του αζώτου και είναι σημαντικός ατμοσφαιρικός ρύπος, γ) Το διοξείδιο του αζώτου, ΝΟ2, ενδιάμεσο στην παραγωγή του νιτρικού οξέος και ισχυρό οξειδωτικό. Άλλα δύο οξείδια, το τριοξείδιο του διαζώτου (Ν2Ο3) και το πεντοξείδιο του διαζώτου (Ν2Ο5), είναι πολύ ασταθή και εκρηκτικά.

Τα αζίδια, ανόργανα ή οργανικά, είναι ενώσεις που περιέχουν μία ομάδα τριών ατόμων αζώτου (-Ν3) και είναι εξαιρετικά ευαίσθητα σε δονήσεις και ασταθή. Κάποια από αυτά, όπως το αζίδιο του μολύβδου ή αζωτούχος μόλυβδος, Pb(N3)2, χρησιμοποιούνται ως πυροκροτητές.

Τέλος, μια μεγάλη ποικιλία οργανικών ενώσεων έχουν ως βασικό συστατικό το άζωτο, όπως είναι τα αμινοξέα, οι αμίνες και τα αμίδια, και η νιτρογλυκερίνη.

Ασφάλεια - Υγεία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το άζωτο δεν είναι δηλητηριώδες αέριο αλλά μπορεί να προκαλέσει ασφυξία.

Το εισπνεόμενο από τον άνθρωπο άζωτο κανονικά διαλύεται ελάχιστα στο αίμα. Κάτω, όμως, από αυξημένη πίεση, όπως σε μεγάλο βάθος στη θάλασσα, η διαλυτότητά του στο αίμα αυξάνεται. Έτσι, με την απότομη μείωση της πίεση (πχ. την γρήγορη επάνοδο στην επιφάνεια ενός δύτη) και την συνακόλουθη μείωση της διαλυτότητας, δημιουργούνται φυσαλίδες αζώτου μέσα στο αίμα, οι οποίες ευθύνονται για μία θανατηφόρο, πολλές φορές, ασθένεια, γνωστή ως νόσος των δυτών.

Τέλος, επαφή του δέρματος με υγρό άζωτο είναι δυνατό να προκαλέσει σοβαρά κρυοπαγήματα μέσα σε ελάχιστα δευτερόλεπτα.

Αναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. The 10 Most Abundant Elements in the Universe, Thomas Jefferson National Accelerator Facility
  2. Lavoisier, Antoine Laurent (1965). Elements of chemistry, in a new systematic order: containing all the modern discoveries. Courier Dover Publications. p. 15. ISBN 0-486-64624-6.
  3. Weeks, Mary Elvira (1932). "The discovery of the elements. IV. Three important gases". Journal of Chemical Education 9 (2): 215. Bibcode:1932JChEd...9..215W. doi:10.1021/ed009p215.
  4. Aaron J. Ihde, The Development of Modern Chemistry, New York 1964.
  5. Elementymology & Elements Multidict
  6. Elements of Chemistry, trans. Robert Kerr (Edinburgh, 1790; New York: Dover, 1965), 52.
  7. nitrogen. Etymonline.com. Retrieved on 2011-10-26.
  8. Lord Rayleigh's Active Nitrogen. Lateralscience.co.uk. Retrieved on 2011-10-26.
  9. Erisman, Jan Willem; Sutton, Mark A.; Galloway, James; Klimont, Zbigniew; Winiwarter, Wilfried (2008). "How a century of ammonia synthesis changed the world". Nature Geoscience 1 (10): 636. Bibcode:2008NatGe...1..636E. doi:10.1038/ngeo325.
  10. Daved M. Meyer, Jason A. Cardelli, and Ulysses J. Sofia (1997). «Abundance of Interstellar Nitorgen». arXiv. http://arxiv.org/abs/astro-ph/9710162v1. Ανακτήθηκε στις 2007-12-24. 
  11. Calvin J. Hamilton. «Titan (Saturn VI)». Solarviews.com. http://www.solarviews.com/eng/titan.htm. Ανακτήθηκε στις 2007-12-24. 
  12. 12,0 12,1 Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
  13. Chemical & Engineering News
  14. Webelements.com
  15. Το άζωτο στην εγκυκλοπαίδεια Britannica
  16. Ονομάζεται έτσι επειδή η εισπνοή του επιδρά στο νευρικό σύστημα, προκαλώντας συσπάσεις που προσομοιάζουν με γέλιο

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Wiktionary logo
Το Βικιλεξικό έχει λήμμα που έχει σχέση με το λήμμα:
Commons logo
Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα


Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Nitrogen της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).