Turinys
1.Azotas2.Azoto oksidai ir smogas3.Azoto gamyba ir panaudojimas4.Amoniakas ir iš jo gaunamos medžiagos
Azotas
Azotas (N, lot. Nitrogenium ) yra cheminis elementas, elementų lentelėje penktos A grupės nemetalas, inertiškos dujos. Pirmasis atradęs azotą 1772 m. paskelbė Danielis Rezerfordas, tačiau Džozefas Pristlis, Henris Kavendišas ir Karlas Vilhelmas Šelė šį elementą atrado beveik tuo pat metu. Pavadinimas „azotas“ susideda iš graikiško neiginio a ir zoe – gyvybė. Tokį pavadinimą sugalvojo A.L.Lavuazjė. Azotas sudaro apytiksliai 78 % oro, kuriuo mes kvėpuojame. Standartinėje temperatūroje azotas yra bespalvės, bekvapės, beskonės dujos. Jis yra netoksiškas ir chemiškai inertiškas – t.y. labai nereaktingas – žemose temperatūrose. Azotas yra nedegus bei malšina degimo procesus. Be to, jis sukelia asfikciją (dusulį), jeigu išstumia iš oro deguonį, reikalingą kvėpavimui. Atmosferos slėgyje azotas įgyja skystą būseną prie -196°C. Azoto savybės reikalauja laikytis specifinių darbo saugos reikalavimų (pagal saugos duomenų lapą).
Azoto oksidai ir smogas
Žodis smogas pradėtas vartoti maždaug prieš 100 metų. Jis sudarytas iš dviejų anglų kalbos žodžių: smoke – “dūmai” ir fog – “rūkas”. Didžiuosiuose miestuose tvyrantys dūmai ir rūkas sukelia įvairias ligas (net mirtinas). Miestų oras dėl smogo atrodo neskaidrus, padūmavęs. Ypatingai nuo smogo kenčia tie miestai, kuriuose yra daug sunkiosios pramonės įmonių, juose susidarantis smogas vadinamas pramoniniu smogu. Smogo susidarymas yra labai sudėtingas reiškinys. Manoma, kad svarbiausias vaidmuo čia tenka degimo reakcijų produktų sąveikai su saulės šviesa. Šviesos sukeliamos cheminės reakcijos vadinamos fotocheminėmis reakcijomis, o tokių reakcijų sukeltas smogas – fotocheminiu smogu. Jeigu degant kurui susidaro labai aukšta temperatūra, gali pasigaminti ypatingai kenksmingos cheminės medžiagos, tokia yra, pavyzdžiui NO(d) susidarymo reakcija, vykstanti automobilių varikliuose. Išmetamosiose automobilių dujose yra ne tik NO(d), bet ir nesudegusio, bei nevisiškai sudegusio benzino (angliavandenilių). Užterštame miestų ore yra NO, NO2, ozono (tai viena iš deguonies vieninių medžiagų, kurios molekules sudaro trys deguonies atomai O3), įvairiausių organinių medžiagų, susidarančių iš benzine esančių angliavandenilių. Kai kurie žmonės dėl užterštame ore esančio ozono pradeda dusti. Fotocheminiame smoge gali susidaryti ašarojimą sukeliantis peroksiacetilnitratas (PAN). Aašarojimą sukeliančios medžiagos vadinamos lakrimatoriais. Užterštas oras mažina kultūrinių augalų derlių, gadina gumos dirbinius. Vienas iš pirmųjų smogo požymių – oro padūmavimas, dėl kurio blogai matomi tolimi daiktai.
Azoto gamyba ir panaudojimas
Daugiausiai azoto randama atmosferoje. Jo masės dalis Žemės plutoje tesudaro 0,002%. Svarbiausieji azoto mineralai yra KNO3 (kalio nitratas, kalio salietra) ir NaNO3 (natrio nitratas, natrio salietra, Čilės salietra), randami dykumų regionuose. Kitus gamtinius azoto junginius sudaro iškasenose (daugiausiai akmens anglyse) susikaupęs augalinių ir gyvulinių baltymų azotas. Prieš šimtą metų žmogui prienamos gryno azoto ir jo junginių atsargos buvo gana ribotos. 1895 m. sukūrus oro skystinimo technologiją, o 1908 m. – amoniako gamybos iš oro azoto būdą, reikalai pasikeitė. Iš amoniako galima pagaminti daug azoto junginių. Tuo tarpu grynas azotas šiuo metu daugiausiai išskiriamas distiliuojant suskystintą orą. Tiek grynas azotas, tiek jo junginiai, labai plačiai vartojami įvairiose srityse: inertinei atmosferai sudaryti (gaminant įvairias chemines medžiagas, mikroelektronikos gaminius); naftos gavyboje (į gręžinį pumpuojant suslėgtą azotą, galima padidinti naftos išeigą); metalurgijoje; šaldymui (greitam maisto užšaldymui). Pagal gamybos apimtį azotas yra antras po sieros rūgšties (JAV 1990 m. gauta 26×106 tonų azoto). Daugiausiai naudojamas amoniako gamyboje, kuris vėliau naudojamas trąšų ir azoto rūgšties gamyboje. Azotas taip pat naudojamas gaminant kai kurias elektrotechnikos detales, pavyzdžiui tranzistorius, diodus, integrines schemas bei nerudijančio plieno gamyboje.Azotas taip pat naudojamas automobilių padangoms užpildyti, nes azoto šiluminis plėtimasis sąlyginai mažas.Skystas azotas (dažnai žymimas LN2) yra naudojamas kaip šaldymo skystis: į jį panardinami ir transportuojami maisto produktai, išsaugomos reprodukcinės ląstelės (sparmatozoidai ir kiaušiąlastės) bei stabiliomis sąlygomis saugomi biologiniai mėginiai.Azotas sudaro visą virtinę oksidų, kuriuose jo oksidacijos laipsnis gali būti nuo +1 iki +5. Nors azoto oksidai nėra patys populiariausi junginiai, bet šį tą apie jas žinoti verta.N2O (linksminančios dujos) turi skausma slopinančių savybių, dėl to jas kartais naudoja stomatologai. Iš NO2 gaminama azoto rūgštis, N2O4 yra svarbus raketų degalų oksidatorius.
Amoniakas ir iš jo gaunamos medžiagos
Amoniakas NH3 – vienas plačiausiai vartojamų cheminių junginių. Jungtinėse Amerikos Valstijose pagal gamybos mastą jis užima šeštą vietą. Iš amoniako lengvai galima gauti kitus azoto junginius. Tik šio amžiaus pradžioje (1908 m.) F. Haberis sukūrė ir išbandė laboratorinį amoniako sintezės būdą. To meto inžinieriai ilgai suko galvas, kaip šį būda pritaikyti pramonei. Pirmąjam tai išspręsti pavyko K. Bošui (Carl Bosch), dirbusiam BASF gamyklose (Badische Anilin- & Soda- Fabrik) Vokietijoje. 1913 m. pradėjo veikti pirmoji įmonė, per dieną gaminusi 30 000 kg NH3. Šiuolakinės amoniako gamyklos per tą patį laiką pagamina amoniako maždaug 50 kartų daugiau. Amoniako sintezės reakcija nevyksta iki galo, ji yra grįžtamoji . Amoniakas sintetinamas iš azoto ir vandenilio aukštoje temperatūroje (400 °C), dideliame slėgyje (200 atm arba daugiau) ir dalyvaujant katalizatoriams. Sugalvojus ciklinį gamybos procesą, pavyko pasiekti beveik 100% amoniako išeigą. Atšaldžius reaguojantį mišinį, amoniakas tampa skysčiu, o nesureagavęs azotas ir vandenilis vėl grąžinami į gamybą. Amoniakas vartojamas langų plovikliams gaminti, juo galima tręšti dirvą. Didžiuma amoniako sunaudojama kitiems azoto junginiams gaminti. Neutralizuojant amoniaką rūgštimis, gaunamos vertingos ir patogios vartoti mineralinės trąšos, pavyzdžiui, amonio sulfatas. Amonio chloridas, susidarantis NH3(aq) reaguojant su ir HCl(aq), yra naudojamas sausųjų galvaninių elementų gamybai, lituojamų metalų paviršiams valyti. Neutralizuojant amoniaką azoto rūgštimi, susidaro amonio nitratas – vertinga azoto trąša ir žaliava sprogmenų gamybai. Amoniakui reaguojant su fosforo rūgštimi, gaunami rūgštieji fosfatai (NH4H2PO4 ir (NH4)2HPO4) – trąšos, turinčios ne tik azoto, bet ir fosforo. Šie fosfatai vartojami kaip antipirenai – jie padidina kai kurių medžiagų atsparumą ugniai. Iš amoniako gaminamas karbamidas – labai vertinga azoto trąša, kurioje azoto masės dalis yra net 46%.
Tręšimui karbamidas vartojamas ne tik grynas, bet ir mišiniuose su kitomis azoto trąšomis. Karbamido dedama į galvijų pašarus, jis naudojamas polimerinių medžiagų bei pesticidų gamyboje. Jungtinėse Valstijose pagal gamybos apimtį karbamidas yra 12-toje, amonio nitratas – 14-toje, amonio sulfatas – 30-toje vietoje.