Азотофиксация как биологический процесс, который осуществляется прокариотами. Открытие бактерии азотобактер голландским микробиологом М. Бейеринком в 1901 году. Природные и искусственные изотопы азота. Получение азота и его распространенность в природе.
Аннотация к работе
Азот - довольно инертный элемент, поэтому редко встречается в связанном состоянии. Никакой другой элемент так не лимитирует ресурсы питательных веществ в агроэкосистемах, как азот. Небиологические процессы фиксации азота (грозовые разряды, воздействие УФ-лучей, работа электрического оборудования и двигателей внутреннего сгорания) в количественном отношении весьма несущественны, так как вместе дают не более 0.5% связанного азота. В промышленности азот получают из воздуха. Температура кипения азота немного ниже (-195,8°C), чем другого компонента воздуха - кислорода (-182,9°C), поэтому при осторожном нагревании жидкого воздуха азот испаряется первым.В большой части азот находится в природе в свободном состоянии.
План
Содержание
Введение
Азот (общие сведения)
Изотопы
Получение
Распространенность в природе
Применение
История открытия
Вывод
Использованная литература
Введение
азот азотобактер азотофиксация изотоп
Основная масса азота на Земле находится в газообразном состоянии и составляет свыше 3/4 атмосферы (78,09% по объему, или 75,6% по массе). Практически на нашей планете за - пас азота неисчерпаем - 3,8*10^15 т. Азот - довольно инертный элемент, поэтому редко встречается в связанном состоянии. Это один из основных биофильных элементов, необходимый компонент главных полимеров живых клеток - структурных белков, белков - ферментов, нуклеиновых и аденозинтрифосфорных кислот. Никакой другой элемент так не лимитирует ресурсы питательных веществ в агроэкосистемах, как азот. Он может стать доступным для живых организмов только в связанной форме, то есть в результате азотофиксации.
Азотофиксация - биологический процесс, и единственными организмами, способными его осуществлять, служат прокариоты (бактерии, цианобактерии, актиномицеты и архебактерии).
Небиологические процессы фиксации азота (грозовые разряды, воздействие УФ-лучей, работа электрического оборудования и двигателей внутреннего сгорания) в количественном отношении весьма несущественны, так как вместе дают не более 0.5% связанного азота. Даже вклад заводов азотных удобрений, производящих синтетический аммиак составляет лишь 5%.
Следовательно, свыше 90% всей фиксации молекулярного азота атмосферы осуществляется вследствие метаболической активности определенных микроорганизмов.
Впервые бактерии рода азотобактер, а точнее Azotobacter chroococcum были открыты голландским микробиологом М. Бейеринк в 1901 году.
Азот (общие сведения)
АЗОТ (лат. Nitrogenium - рождающий селитры), N (читается "эн") - химический элемент второго периода VA группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. В свободном виде - газ без цвета, запаха и вкуса, плохо растворим в воде. Состоит из двухатомных молекул N2, обладающих высокой прочностью. Относится к неметаллам.
Природный азот состоит из стабильных нуклидов 14N (содержание в смеси 99,635% по массе) и 15N. Конфигурация внешнего электронного слоя 2 s 2 2р 3. Радиус нейтрального атома азота 0,074 нм, радиус ионов: N3 - 0,132, N3 - 0,030 и N5 - 0,027 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома азота равны, соответственно, 14,53, 29,60, 47,45, 77,47 и 97,89 ЭВ. По шкале Полинга электроотрицательность азота 3,0
Изотопы
Природный азот состоит из двух стабильных изотопов 14N - 99,635 % и 15N - 0,365 %. Искусственно получены четырнадцать радиоактивных изотопов азота с массовыми числами от 10 до 13 и от 16 до 25. Все они являются очень короткоживущими изотопами. Самый стабильный из них 13N имеет период полураспада 10 мин.
Получение
В промышленности азот получают из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждают, сжижают, а жидкий воздух подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (-195,8°C), чем другого компонента воздуха - кислорода (-182,9°C), поэтому при осторожном нагревании жидкого воздуха азот испаряется первым. Потребителям газообразный азот поставляют в сжатом виде (150 атм. или 15 МПА) в черных баллонах, имеющих желтую надпись "азот". Хранят жидкий азот в сосудах Дьюара.
В лаборатории чистый ("химический") азот получают добавляя при нагревании насыщенный раствор хлорида аммония NH4Cl к твердому нитриту натрия NANO2: NANO2 NH4Cl = NACL N2 2H2O.
Можно также нагревать твердый нитрит аммония: NH4NO2 = N2 2H2O.
Распространенность в природе азот азотобактер азотофиксация изотоп
Азот - один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса (около 4*1015 т) сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2) составляет 78,09% по объему (или 75,6% по массе), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и окислов. Среднее содержание азота в литосфере 1,9*10-3% по массе. Природные соединения азота - хлористый аммоний NH4CI и различные нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата (Чили, Средняя Азия). Долгое время селитры были главным для связывания азота имеет промышленный синтез аммиака из азота воздуха и водорода). Небольшие количества связанного азота находятся в каменном угле (1 - 2,5%) и нефти (0,02 - 1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах (0,1%) и в живых организмах (0,3%).
Хотя название “азот" означает “не поддерживающий жизни", на самом деле это - необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16 - 17% азота. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические.
Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения азота.
В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др.
Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота (особенно при интенсивном земледелии) почвы оказываются обедненными. Дефицит азота характерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит азота и в животноводстве (“белковое голодание”). На почвах, бедных доступным азотом, растения плохо развиваются. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает атмосферу азотом, а заводы, производящие удобрения, связывают азот из воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет азот на поверхности земли.
Применение
В промышленности газ азот используют главным образом для получения аммиака. Как химически инертный газ азот применяют для обеспечения инертной среды в различных химических и металлургических процессах, при перекачке горючих жидкостей. Жидкий азот широко используют как хладагент, его применяют и в медицине, особенно в косметологии. Важное значение в поддержании плодородия почв имеют азотные минеральные удобрения. В лаборатории азот легко может быть получен при нагревании концентрированного нитрита аммония: NH4NO2 (N2 2H2O. Технический способ получения азота основан на разделении предварительно сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.
Основная часть добываемого свободного азота используется для промышленного производства аммиака, который затем в значительных количествах перерабатывается на азотную кислоту, удобрения, взрывчатые вещества и т.д. Помимо прямого синтеза аммиака из элементов, промышленное значение для связывания азота воздуха имеет разработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 10000С карбид кальция (получаемый накаливанием смеси известии угля в электрической печи) реагирует со свободным азотом: CAC2 N2 (CACN2 C
Образующийся цианамид кальция при действии перегретого водяного пара разлагается с выделением аммиака: CACN2 3H2O (CACO3 2NH3
Свободный азот применяют во многих отраслях промышленности: как инертную среду при разнообразных химических и металлургических процессах, для заполнения свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке горючих жидкостей и т.д. Жидкий азот находит применение в различных холодильных установках. Его хранят и транспортируют в стальных сосудах Дьюара, газообразный азот в сжатом виде - в баллонах. Широко применяют многие соединения азота. Производство связанного азота стало усиленно развиваться после 1-й мировой войны и сейчас достигло огромных масштабов.
История открытия
Открыт в 1772 шотландским ученым Д. Резерфордом в составе продуктов сжигания угля, серы и фосфора как газ, непригодный для дыхания и горения ("удушливый воздух") и в отличие от CO2не поглощаемый раствором щелочи. Вскоре французский химик А.Л. Лавуазье пришел к выводу, что "удушливый" газ входит в состав атмосферного воздуха, и предложил для него название "azote" (от греч. azoos - безжизненный).
Соединения азота - селитра, азотная кислота, аммиак - были известны задолго до получения азота в свободном состоянии. В 1787 г.А. Лавуазье установил, что “жизненный” и “удушливый” газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название “азот". В 1784 г.Г. Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum - селитра и греческого gennao - рождаю, произвожу), предложенное в 1790 году Ж.А. Шапталем. К началу ХІХ в. были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота.
Вывод
Азот очень важный и интересный элемент не только для химии, но и для человечества в общем. В большой части азот находится в природе в свободном состоянии. Имеет 2 стабильных изотопа. Его молекула очень стойкая и мало реакционноспособная, лишь при очень высоких температурах она вступает в реакцию с различными металлами и неметаллами. Сам азот и его соединения имеют очень широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве и играют важную роль в жизни биологических организмов, как растений, так и человека.
Список литературы
1. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2003.
2. Мишустин Е. Н., Емцев В.Т. "Микробиология". Агропромиздат.
3. Мишустин Е. Н., Шильникова В.К. "Биологическая фиксация.