Азот (N)

Азот (N)

Применение

Соединения азота используются в различных отраслях промышленности. Большая часть азота используется для производства аммиака по процессу Габера-Боша. Азотная кислота, мочевина, гидразин и амины также являются продуктами азотной промышленности. Соединения азота выделяются в качестве промежуточных продуктов при производстве красок и пластмасс.

Жидкий азот широко используется для замораживания пищевых продуктов. Тот же принцип используется при глубокой заморозке биологических образцов и препаратов. Жидкий азот также представляет интерес для создания сверхпроводников из специальной керамики.

Азот используется в качестве защитного газа, например, при сварке и производстве полупроводников, а также в качестве топлива в аэрозольных баллончиках и огнетушителях. N2O4 является окислителем ракетного топлива. Этот элемент также содержится во взрывчатых веществах и необходим для горнодобывающей промышленности.

Нитраты и нитриты используются в качестве пищевых добавок, например, для сохранения красного цвета мяса и предотвращения образования токсинов.

Воздействие азота на здоровье

Человеческое тело на 2,6% состоит из азота, который входит в состав всех белков и нуклеиновых кислот. Люди в основном поглощают азот в виде белков. 

Питьевая вода часто содержит нитраты, воздействие которых на здоровье не ожидается при концентрациях менее 1000 мг / л. Нитраты обычно считаются относительно нетоксичными сами по себе, но могут превращаться в более опасные нитриты. Нитриты – это ядовитые соли азотной кислоты, которые не позволяют крови транспортировать кислород. У взрослых это обычно приводит максимум к тошноте и расстройству желудка. 

Нитриты также образуют так называемые нитрозамины с аминами из белковосодержащих продуктов, которые считаются канцерогенными. Восстанавливающие и антиоксидантные свойства витамина С могут предотвратить эту реакцию.

Азот в основном содержится в воздухе, который на 78 процентов состоит из этого элемента. В почве и воде азот присутствует в виде нитратов и нитритов. Все эти вещества являются частью азотного цикла и поэтому взаимозависимы.

Люди значительно увеличили естественную концентрацию нитратов и нитритов, в основном за счет использования удобрений, содержащих нитраты. В промышленных процессах происходит значительная эмиссия азота, что приводит к накоплению нитратов и нитритов в почве и воде. Большие содержания нитратов и нитритов имеют серьезные последствия для здоровья:

  • Реакции с гемоглобином в крови, снижающие способность крови переносить кислород (нитриты);
  • Снижение функциональности щитовидной железы (нитраты);
  • Образование нитрозаминов, которые являются основной причиной рака (нитриты и нитраты).

Воздействие азота на окружающую среду

Высокие концентрации нитратов и нитритов попадают в окружающую среду в результате деятельности человека, в основном из-за широкого использования удобрений. Во время процессов горения также выделяются оксиды азота, которые затем повышают концентрацию нитратов и нитритов в результате определенных реакций. 

Эти соединения азота оказывают разнообразное воздействие на окружающую среду. Во-первых, они влияют на видовой состав, поскольку устойчивость к соединениям азота варьируется от вида к виду. Более того, нитриты вредны для здоровья людей и животных. Богатые азотом пастбищные корма снижают перенос кислорода в кровь, что, в частности, отрицательно сказывается на животноводстве. 

Азот и вода

Содержание азота (растворенные неорганические соединения азота) в морской воде составляет до 0,5 частей на миллион (на поверхности всего около 0,1 частей на миллиард). Концентрация в речной воде также сильно варьируется, но обычно составляет около 0,25 промилле. В неорганических проявлениях элемента есть различия в зависимости от природы воды. В аэробных водах азот в основном находится в форме N2 и NO3 и, в зависимости от условий окружающей среды, может также встречаться в виде N2O, NH3, NH4, HNO2.

Элементарный газообразный азот (N2) в основном встречается в прибрежных районах, что неудивительно, если учесть, что 78% воздуха состоит из азота и что контакт с воздухом на побережье довольно высок из-за движения волн и мелководья.  Наибольшую роль в биохимических процессах играют аммоний, нитрат и нитрит, а также органические соединения азота в воде. 

Растворимость азота и / или его соединений в воде

Растворимость азота в форме N2 в воде при 20 C и давлении 1 бар составляет около 20 мг / л. Растворимость соединений азота может широко варьироваться. Например, оксид азота (I) растворим до 1,12 г / л, тогда как трихлорид азота нерастворим в воде. 

Как азот может попасть в воду?

Азот в основном попадает в окружающую среду через сельскохозяйственные процессы. Азотные удобрения, которые содержат элемент в основном в форме нитрата, а также аммиак, аммоний, мочевину и амиды, имеют очень большую долю. После внесения удобрений растениями усваивается лишь относительно небольшая часть (около 25-30% азота). Остальная часть попадает в грунтовые и поверхностные воды через почву, поскольку нитраты особенно хорошо растворяются в воде. 

Много азота выделяется в животноводстве, часто в чрезмерно больших количествах. В органических удобрениях это происходит в основном в виде белковых соединений, мочевины или амидов, которые всасываются в разной степени. В конце концов, азот также содержится в различных пестицидах и поэтому активно применяется на сельскохозяйственных землях.

Немалое количество азота содержится в бытовых сточных водах. Количество напрямую зависит от потребления белка населением. Обычно около трети азотной нагрузки составляют органические соединения азота, в основном мочевина, остальное – соли аммония. Доля нитратов и нитритов в сточных водах обычно не превышает 3%. Продукты распада после обычных первых этапов очистки городских сточных вод – это в основном аммоний и нитраты.

Конечно, существует также естественный круговорот азота, который объясняет, почему немалое количество азота содержится в почве, воде и воздухе.

Какие экологические проблемы может вызвать загрязнение воды азотом?

Азот является важным элементом для всех организмов, поскольку он входит в состав всех белков и нуклеиновых кислот. Растения, например, содержат около 7,5% (в пересчете на сухое вещество) этого элемента. Азот очень важен для растений, и его достаточно в воздухе, но он не может быть поглощен в элементарной форме. Сначала он должен быть связан в другой форме, в основном в виде нитрата. При так называемой нитрификации бактерии превращают аммиак в нитрит и нитрат. Это высвобождает энергию, а конечный продукт является одним из наиболее важных источников обычного содержания нитратов в почве, на котором в конечном итоге могут существовать растения.

Некоторые растения, например шпинат, даже накапливают это вещество. Если азотные удобрения использовать вне фазы роста, это совершенно бесполезно и даже отрицательно сказывается на окружающей среде. Вещество не может ни абсорбироваться, ни иммобилизоваться, поэтому легко попадает в грунтовые воды и питьевую воду. 

Некоторые растения относительно чувствительны к NO2. В форме HNO3 азот является важным компонентом дождевой воды. Вместе с H2SO4 он вызывает так называемые кислотные дожди, отрицательно влияющие на почву и растения.

Поскольку азот, как уже упоминалось, является важным компонентом белков, он также присутствует в больших количествах в тканях животных. В простейшем виде он не оказывает прямого воздействия на теплокровных животных. Тот факт, что более высокие концентрации азота в выдыхаемом воздухе могут привести к удушью, более вероятен из-за того, что в этом случае содержание кислорода в воздухе ниже.

Сам по себе азот также не считается загрязняющим воду веществом и поэтому обычно не наносит вреда окружающей среде. В океанах нитраты, нитриты и соединения аммония действуют как питательные вещества для планктона, поэтому на поверхности воды значительно меньше соединений азота, чем на глубине. Когда содержание азота в самых верхних слоях воды увеличивается, увеличивается производство планктона и может происходить так называемое цветение водорослей. Таким образом, большое количество азота, которое в нейтральных и аэробных условиях встречается в основном в виде нитрата, может вызвать эвтрофикацию, то есть избыточное поступление питательных веществ, что часто приводит к нехватке кислорода и, как следствие, к гибели рыб.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

9 + 1 =

Пролистать наверх