Имя
Название «азот», что означает «безжизненный», вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских ученых разрабатывал принципы химической номенклатуры. 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.
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». Слово составлено из начальных и конечных букв алфавитов трех 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 — АAAZОТH). Составители новой химической номенклатуры хорошо знали о существовании этого слова; инициатор ее создания Гитон де Морво отмечал в своей «Методической энциклопедии» (1786) алхимическое значение термина. В свою очередь знак N происходит от названия Nitrogene (лат. nitrogenium), предложенного для азота. Шапталем (в 1790 г.). На сегодняшний день он принят во всей нефранцузской химической литературе. В немецком языке используется название Stickstoff, что означает «удушающая материя».
Свойства
В свободном, молекулярном состоянии он весьма инертен. Виной тому — тройная химическая связь его молекулы: N   N.
Обычно связи такой кратности малоустойчивы. Вспомним классический пример ацетилена: НС   СН. Тройная связь его молекулы очень непрочна, чем и объясняется невероятная химическая активность этого газа. А вот у азота здесь явная аномалия: его тройная связь образует самую стабильную из всех известных двухатомных молекул. Нужно приложить колоссальные усилия, чтобы разрушить эту связь. К примеру, промышленный синтез аммиака требует давления более 200 атм.
и температуры свыше 500?°C, да еще обязательного присутствия катализаторов... Решая проблему связывания азота, природе пришлось наладить непрерывное производство соединений азота методом гроз.
Статистика утверждает, что в атмосфере нашей планеты ежегодно вспыхивают три с лишним миллиарда молний. Мощность отдельных разрядов достигает 200 млн киловатт, а воздух при этом разогревается (локально, разумеется) до 20 тыс. градусов. При такой чудовищной температуре молекулы кислорода и азота распадаются на атомы, которые, легко реагируя друг с другом, образуют непрочную окись азота:
N2 + O2 –› 2NО.
Благодаря быстрому охлаждению (разряд молнии длится десятитысячную долю секунды) окись азота не распадается и беспрепятственно окисляется кислородом воздуха до более стабильной
двуокиси:
2NO + О2 –› NO2.
В присутствии атмосферной влаги и капель дождя двуокись азота превращается в азотную
кислоту:
3NO2 + H2O –› 2HNO3 + NO.
Так, попав под свежий грозовой дождик, мы получаем возможность искупаться в слабом растворе азотной кислоты. Проникая в почву, атмосферная азотная кислота образует с ее веществами разнообразные естественные удобрения. Азот фиксируется в атмосфере и фотохимическим путем: поглотив квант света, молекула N2 переходит в возбужденное, активированное состояние и становится способной соединяться с кислородом...
Но, с другой стороны, не будь азот так инертен, в атмосфере произошли бы реакции азота с кислородом, и жизнь на нашей планете в тех формах, в которых она существует, стала бы невозможной. Растения, животные, мы с вами буквально захлебывались бы в потоках неприемлемых жизнью окислов и кислот.
Азот, в форме двухатомных молекул N2 составляет большую часть атмосферы, где его содержание составляет 75,6% (по массе) или 78,084% (по объему), то есть около 3,87?x?1015 т.
Содержание азота в земной коре, по данным разных авторов, составляет (0,7—1,5)?x?1015 т
(причем в гумусе — порядка 6?x?1010 т), а в мантии Земли — 1,3?x?1016 т. Такое соотношение масс заставляет предположить, что главным источником азота служит верхняя часть мантии, откуда он поступает в другие оболочки Земли с извержениями
вулканов.
Чилийская селитра
Соединения азота чрезвычайно широко используются в химии, невозможно даже перечислить все области, где находят применение вещества, содержащие азот. Это индустрия удобрений, взрывчатых веществ, красителей, медикаментов и проч. Хотя колоссальные количества азота доступны в прямом смысле слова «из воздуха», из-за описанной выше прочности молекулы азота N2 долгое время оставалась нерешенной задача получения соединений, содержащих азот, из воздуха; большая часть соединений азота добывалась из его минералов, таких, как чилийская селитра. Ее месторождение в Южной Америке уникально, практически оно един­ственное в мире.
Кстати, это месторождение стало причиной многих споров и гипотез. В 1824 г. английский священник Томас Мальтус провозгласил свою печально известную доктрину о том, что народонаселение растет гораздо быстрее, чем производство продуктов питания. В это время вывоз чилийской селитры составлял всего около 1000 т в год. В 1887 г. соотечественник Мальтуса, известный ученый Томас Гексли предсказал скорый конец цивилизации из-за «азотного голода», который должен наступить после выработки месторождений чилийской селитры (ее добыча к этому времени составляла уже более 500 тыс. т в год).
Через 11 лет еще один знаменитый ученый сэр Уильям Крукс заявил в Британском обществе содействия наукам, что не пройдет и полувека, как наступит продовольственный крах, если численность народонаселения не сократится. Он также аргументировал свой печальный прогноз тем, что «в скором времени предстоит полное истощение залежей чилийской селитры» со всеми отсюда вытекающими последствиями.
Пророчества эти не оправдались — человечество не погибло, а освоило искусственную фиксацию элемента №?7. Более того, сегодня доля природной селитры лишь 1,5?% от мирового производства азотсодержащих веществ.
Получение
В промышленном связывании атмосферного азота наиболее распространен аммиачный способ связывания. Обратимая реакция синтеза аммиака:
3H2 + N2 ‹–› 2NH3 экзотермическая (тепловой эффект 92 кДж) и идет с уменьшением объема, поэтому для сдвига равновесия вправо в соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна необходимо охлаждение смеси и высокие давления. Однако с кинетической точки зрения снижение температуры невыгодно, так как при этом сильно снижается скорость реакции — уже при 700?°C скорость реакции слишком мала для ее практического
использования.
В таких случаях используется катализ, так как подходящий катализатор позволяет увеличить скорость реакции без сдвига равновесия. В процессе поиска подходящего катализатора было испробовано около двадцати тысяч различных соединений. По совокупности свойств (каталитическая активность, стойкость к отравлению, дешевизна) наибольшее применение получил катализатор на основе металлического железа с примесями оксидов алюминия и калия. Процесс ведут при температуре 400—600?°С и давлении 10—1?000 атмосфер.
Следует отметить, что при давлениях выше 2000 атмосфер синтез аммиака из смеси водорода и азота идет с высокой скоростью и без катализатора. Например, при 850?°C и 4?500 атмосфер выход продукта составляет 97?%.
Существует и еще один, менее распространенный способ промышленного связывания атмосферного азота — цианамидный метод, основанный на реакции карбида кальция с азотом при 1?000 °C. Реакция происходит по уравнению:
CaC2 + N2 –› CaCN2 + C.
Применение
Некоторые азотсодержащие соединения, применяемые в агрохимии, выполняют двоякие функции. Например, цианамид кальция хлопкоробы применяют как дефолиант — вещество, вызывающее опадение листьев перед уборкой урожая. Но это соединение одновременно служит и удобрением. А вот аминные соли феноксиуксусной и трихлорфеноксиуксусной кислот являются гербицидами. Первая подавляет рост сорняков на полях злаковых культур, вторая применяется для очистки земель под пашни — уничтожает мелкие деревья и кустарники.
Азот широко применяют в химической технологии для создания неокислительных сред. В лабораториях в атмосфере азота хранят легко окисляющиеся соединения. Выдающиеся произведения живописи иногда (в хранилищах или при транспортировке) помещают в герметические футляры, заполненные азотом, — чтобы предохранить краски от влаги и химически активных компонентов воздуха.
Значительной бывает роль азота в металлургии и при металлообработке. Различные металлы в расплавленном состоянии реагируют на присут­ствие азота по-разному. Медь, например, абсолютно инертна по отношению к азоту, поэтому изделия из меди часто сваривают в струе этого газа. Магний, напротив, при горении на воздухе дает соединения не только с кислородом, но и с азотом. Так что для работы с изделиями из магния при высоких температурах азотная среда неприменима. Насыщение азотом поверхности титана придает металлу большую прочность и износостойкость — на ней образуется очень прочный и химически инертный нитрид титана. Эта реакция идет лишь при высоких температурах.

Марина Зенченко.