Azot — właściwości, obieg i znaczenie
Azot to pierwiastek o symbolu N, stanowiący 78 procent atmosfery. W postaci cząsteczkowej jest bardzo mało reaktywny, bo jego atomy łączy wyjątkowo trwałe wiązanie potrójne.
Azot jest najobficiej występującym składnikiem powietrza, a mimo to bywa czynnikiem ograniczającym wzrost roślin. Poniżej wyjaśnienie tego paradoksu.
Podstawowe dane
- Symbol — N, liczba atomowa 7
- Postać — bezbarwny gaz bez zapachu, cząsteczka N₂
- Udział w powietrzu — 78 procent objętościowo
- Temperatura wrzenia — −196°C
Dlaczego azot jest tak mało reaktywny
Atomy w cząsteczce N₂ łączy wiązanie potrójne, jedno z najtrwalszych w przyrodzie. Jego rozerwanie wymaga ogromnej energii.
Stąd paradoks: rośliny są otoczone azotem, a mimo to cierpią na jego niedobór. Nie potrafią rozbić tego wiązania i pobrać azotu bezpośrednio z powietrza — potrzebują go w postaci związanej, jako azotany albo sole amonowe.
Wiązanie azotu
- Bakterie brodawkowe — żyją w symbiozie z roślinami motylkowymi i rozbijają wiązanie potrójne
- Wyładowania atmosferyczne — energia błyskawicy wystarcza do połączenia azotu z tlenem
- Metoda przemysłowa — synteza amoniaku pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze
Opracowanie przemysłowej syntezy amoniaku na początku XX wieku umożliwiło masową produkcję nawozów azotowych. Uważa się ją za jedno z odkryć, które najsilniej wpłynęły na wzrost liczby ludności — bez nawozów sztucznych dzisiejsza produkcja żywności byłaby niemożliwa.
Obieg azotu
- Bakterie wiążą azot atmosferyczny w związki przyswajalne
- Rośliny pobierają je z gleby i budują z nich białka
- Zwierzęta pozyskują azot, zjadając rośliny
- Destruenci rozkładają martwą materię, uwalniając azot z powrotem
- Bakterie denitryfikacyjne zwracają część azotu do atmosfery
Nadmiar azotu jako problem
Nawozy spłukiwane z pól trafiają do wód, gdzie powodują eutrofizację — gwałtowny rozrost glonów. Po ich obumarciu rozkład pochłania tlen z wody, przez co giną ryby i inne organizmy.
To dobry przykład zasady, że nadmiar substancji pożytecznej bywa równie szkodliwy co niedobór. Ten sam azot, który zwiększa plony, w zbiornikach wodnych prowadzi do ich obumierania.
Związki azotu w organizmach
Azot jest niezbędnym składnikiem białek oraz kwasów nukleinowych, czyli DNA i RNA. Bez niego nie powstałby żaden enzym ani nośnik informacji genetycznej — to azot odróżnia białka od cukrów i tłuszczów, zbudowanych wyłącznie z węgla, wodoru i tlenu.
Organizm człowieka nie magazynuje nadmiaru azotu, więc niewykorzystane aminokwasy są rozkładane, a azot wydalany w postaci mocznika. Dlatego białko trzeba dostarczać regularnie, w odróżnieniu od tłuszczów odkładanych w tkance tłuszczowej. Ta sama właściwość tłumaczy, dlaczego dieta wysokobiałkowa obciąża nerki, przez które mocznik musi zostać usunięty.
Zastosowania
- Ciekły azot — chłodzenie w medycynie i przemyśle, usuwanie zmian skórnych
- Atmosfera ochronna — pakowanie żywności, bo azot nie utlenia produktów
- Nawozy — saletra amonowa, mocznik
- Materiały wybuchowe — związki azotu uwalniają energię przy gwałtownym rozkładzie