Азот (хімічний знак — N, ) — хімічний елемент з атомним номером 7, що належить до 15-ї групи, 2-го періоду періодичної системи хімічних елементів; представник неметалів.
Азо́т, заст. душе́цьСловник геологічної термінології (проєкт) / П. А. Тутковський; Всеукр. акад. наук, Ін-т наук. мови, Природн. від. – Київ: Держ. вид-во України, 1923. – с. 1, 201 c. – (Матеріали до української природничої термінології та номенклатури ; т. 2). () — назва простої речовини азоту. Молекула азоту утворена з двох атомів азоту. Азот — (за нормальних умов) хімічно малоактивний газ без запаху, кольору та смаку.
У природі азот є головною складовою частиною повітря (75,6 % за вагою або 78,09 % за об'ємом«Азот» у науково-популярній енциклопедії «Кругосвет»). Азот у меншій кількості міститься в мінералах, зокрема, у нітратах і солях амонію, у вигляді незначних домішок входить до складу вугілля, нафти тощо. Азот входить до складу всіх живих організмів у вигляді білкових сполук, нуклеїнових кислот, алкалоїдів та ін. Газ азот малорозчинний у воді, має низьку хімічну активність, проте при високих температурах і тиску та/або при наявності каталізаторів він утворює сполуки з воднем, металами, киснем та ін. Азот повітря використовують у виробництві аміаку, азотної кислоти, добрив, а також як газ для створення інертного середовища.
Історія Відкриття
На кінець XVIII століття декілька вчених майже одночасно впритул наблизились до відкриття нового хімічного елементу, властивості якого наукою ще не були вивчені. Так, у 1772 році азот (під назвою «зіпсованого повітря») як просту речовину описав Даніель Резерфорд. Цьому передувало те, що його вчитель Джозеф Блек провів дослід, у якому відкрив реакцію взаємодії вуглекислого газу з вапняною водою, де він виявив, що після зв'язування вуглекислого газу залишається ще якийсь невідомий газ, згодом описаний ним як «нефіксоване повітря», дослідження якого він і запропонував своєму учневі Резерфорду як дисертаційну роботу. Даніель Резерфорд, досліджуючи «нефіксоване повітря», яке залишалось після багаторазового спалювання ним фосфору, вугілля, сірки та інших речовин у скляному дзвоні (з наступним прибиранням їхніх продуктів горіння), помітив, що воно, на відміну від діоксиду вуглецю CO2, не поглинається розчинами лугів та має інші непритаманні останньому властивості, про що він згодом опублікував магістерську дисертацію (на ступінь доктора медицини) «Про так зване фіксоване та мефітичне повітря», де вперше описав основні властивості азоту: не реагує з лугами, не підтримує горіння, непридатний для дихання. Саме тому Даніель Резерфорд офіційно вважається першовідкривачем азоту.
Приблизно в той же час азот був отриманий і іншими вченими. Так, у тому ж 1772 році Генрі Кавендіш також отримував азот з повітря, неодноразово пропускаючи останнє через розпечене вугілля, а потім через розчин лугу для поглинання вуглекислоти. Кавендіш не зумів зрозуміти, що отримав нову просту речовину, тому й не дав спеціальної назви новому газу, лише згадуючи про нього як про «мефітичне повітря» ( — задушливе повітря). Відомо також, що він, як слідувало з його лабораторних записів, вивчав цей газ раніше за Резерфорда, але, як завжди, не поспішав з публікацією результатів своїх трудів. У тому ж році Кавендіш повідомив про цей дослід своєму другові — професору Джозефу Прістлі.
Прістлі одразу ж продовжив досліди. Він провів серію експериментів, у яких також зв'язував кисень повітря і видаляв отриманий вуглекислий газ, тобто також отримував азот. Він встановив, що якщо в атмосфері азоту перебуває тварина (наприклад, миша), то вона згодом гине. Проте, будучи прихильником панівної в ті часи теорії флогістону, зовсім невірно витлумачив отримані результати: на його думку, процес був протилежним — кисень не виділявся з газової суміші, а навпаки, повітря насичувалося флогістоном у результаті згоряння. Саме тому повітря, що залишалось (тобто азот), він і назвав насиченим флогістоном, тобто флогістованим. Очевидно, що Прістлі, хоча і зміг виділити азот, не зумів зрозуміти суті свого відкриття, тому й не вважається першовідкривачем азоту.
У ті ж роки шведський хімік Карл Шеєле отримав азот з атмосферного повітря тим же шляхом, що і Кавендіш. Він назвав новий газ «зіпсованим повітрям» (). Оскільки пропущення повітря крізь розпечене вугілля розглядалося хіміками-флогістиками як його флогістування, Шеєле (1775) назвав азот «флогістованим повітрям» (Air phlogisticated). У своїй праці «Хімічний трактат про повітря і вогонь»Carl Wilhelm Scheele, Torbern Bergman Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer (Das Manuskript war im Jahre 1775 fertig und wurde 1777 publiziert). К. Шеєле описав отримання та властивості повітря і зазначив, що атмосферне повітря складається з двох «видів повітря»: «вогняного» — кисню і «флогістованого» — азоту.
Однак всі ці видатні вчені мали досить неясне уявлення про природу відкритої ними речовини. Вони були впевненими прибічниками теорії флогістону та зв'язували властивості «мефітичного повітря» з цією неіснуючою субстанцією.
Противник флогістону — А. Лавуазьє, вдаючись у своїх дослідженнях до точного зважування при процесах горіння, показав, що з палаючого тіла речовина не виділяється, а приєднується до нього, встановивши таким чином новий погляд на процеси горіння та окиснення, та таким чином показав, що майже все повітря є сумішшю двох простих речовин (газів): перший з яких — газ, що підтримує горіння, «здорове () повітря», «чисте повітря», «життєдайне повітря», або кисень; другий з них — газ, що не підтримує горіння, «нездорове повітря ()» (як послідовно називав його сам Лавуазьє), або азотХрамов Ю. А. Лавуазье Антуан Лоран (Lavoisier Antoine Laurent) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 150. — 400 с..
Деякі сполуки азоту — селітри, нітратна кислота, аміак — були відомі й знаходили практичне застосування задовго до відкриття азоту у вільному стані.
Спроби «зв'язати» азот На початок XIX століття були з'ясовані хімічна інертність азоту у вільному стані та виняткова роль його в сполуках з іншими елементами як зв'язаного азоту. Тому відтоді «зв'язування» азоту повітря стало однією з найважливіших технічних проблем хімії.
Вперше атмосферний азот зв'язав у 1775 році Карл Шеєле, він отримав ціанистий натрій, нагріваючи в атмосфері азоту соду з вугіллям:
У 1780 році Джозеф Прістлі встановив, що об'єм повітря, укладений у посудині, перевернутій над водою, зменшується, якщо через нього пропускати електричну іскру, а вода набуває властивостей слабкої кислоти. Цей експеримент був, як було описано вище (Прістлі цього не знав), моделлю природного механізму фіксації азоту.
Чотири роки потому Генрі Кавендіш, пропускаючи електричний розряд через повітря, укладене в скляній трубці з лугом, виявив там селітру та оксиди азоту (цікаво те, що він після поглинання оксидів азоту в залишку виявив невелику кількість абсолютно інертного газу, хоч, як і у випадку з азотом, не зміг зрозуміти, що виділив новий хімічний елемент у вигляді благородного газу аргону).
І хоча всі ці експерименти не могли в той час вийти за межі лабораторій, у них видно прообраз промислових способів фіксації азоту — ціанамідного й дугового, що з'явилися на рубежі XIX—XX століть.
Ціанамідний спосіб був запатентований в 1895 році німецькими дослідниками А. Франком та М. Каро. За цим способом азот при нагріванні з карбідом кальцію зв'язувався в . . У 1901 році син Франка, подавши ідею про те, що ціанамід кальцію може служити хорошим добривом, по суті, поклав початок виробництву цієї речовини.
Зростанню індустрії зв'язаного азоту сприяла поява дешевої електроенергії, що дало можливість для появи найбільш перспективного способу фіксації атмосферного азоту на той час наприкінці XIX століття — дугового (за допомогою електричного розряду). Незабаром після будівництва Ніагарської електростанції американці у 1902 році неподалік запустили перший дуговий завод. А через три роки в Норвегії ввійшла в експлуатацію дугова установка, розроблена теоретиком і фахівцем з вивчення північного сяйва Кристіаном Біркеланом та інженером-практиком С. Ейде. Заводи подібного типу одержали широке поширення; селітру, яку вони випускали, називали норвезькою. Однак витрата електроенергії при цьому процесі була надзвичайно великою і становила до 70 000 кВт·год на тонну зв'язаного азоту, причому тільки близько 3 % цієї енергії використовувалося безпосередньо на фіксацію.
Згодом Клод Бертолле встановив, що азот входить до складу аміаку, що незабаром призвело до появи аміачного методу зв'язування азоту, який, своєю чергою, поступово призвів до багатократного збільшення промислового зв'язування азоту.
Походження назви
Назву «азот» (від — позбавлений життя) замість попередніх назв («флогістоване», «мефітичне», «зіпсоване» повітря) запропонував у 1787 році Антуан Лавуазьє, який на той час у складі групи інших французьких вчених розробляв принципи хімічної номенклатури. Того ж року цю пропозицію було опубліковано в праці «». Члени номенклатурної комісії Паризької академії наук — , Антуан Лавуазьє, Клод Бертолле та Фуркруа — при виборі нової назви для азоту виходили з принципів кисневої теорії та й опинилися в скруті. Як відомо, Лавуазьє пропонував давати простим речовинам такі назви, які відображали б їх основні хімічні властивості. Відповідно цьому азоту слід було б дати назву «радикал нітрік», або «радикал селітряної кислоти». Такі назви, пише Лавуазьє у своїй праці «Початки елементарної хімії» (1789), засновані на старих термінах нітр або селітра, прийнятих у мистецтвах, у хімії та в суспільстві, були б вельми слушними, але відомо, що азот є також причиною летючого лугу (аміаку), як це було незадовго до цього встановлено Бертолле. Тому назва «радикал», або «основа селітряної кислоти», не відображає основних хімічних властивостей азоту. Чи не краще зупинитися на слові «азот», яке, на думку членів номенклатурної комісії, відображає основну властивість елемента — його непридатність для дихання і життя. Автори хімічної номенклатури запропонували утворювати слово «азот» від негативного префікса та (zōḗ) — життя. Таким чином, назва «азот», на їхню думку, відображала його нежиттєвість, або безжиттєвість.
За однією з версій, слово «азот» придумане не Лавуазьє і не його колегами по комісії, а відоме з давнини та вживалося філософами й алхіміками середньовіччя для позначення «первинної матерії (основи) металів», так званого меркурію філософів, або подвійного меркурію алхіміків. За цією версією слово «азот» увійшло в літературу, ймовірно, у перші століття середньовіччя і, як і багато інших, було зашифроване та мало містичний сенс назви. Воно зустрічається в творах багатьох алхіміків, починаючи з Бекона (XIII ст.), у Парацельса, Лібавія, Василія Валентина та ін. Лібавій вказує навіть, що слово «азот» (azoth) походить від старовинного іспано-арабського слова «азок» (azoque або azoc), що означало ртуть. Але більш імовірно, що ці слова з'явилися в результаті спотворень переписувачами корінного слова «азот» (azot або azoth). Тепер походження слова «азот» встановлено більш точно. Давні філософи й алхіміки вважали «первинну матерію металів» альфою і омегою всього існуючого. Своєю чергою, цей вираз запозичено з Апокаліпсису: «Я Альфа і Омега, перший і останній, початок і кінець» (). У давнину та в середні віки християнські філософи вважали пристойним вживати при написанні своїх трактатів тільки три мови, які визнавалися «священними»: латинську, грецьку і давньоєврейську (напис на хресті при розп'ятті Ісуса Христа, за євангельськими оповіданнями, був зроблений цими трьома мовами). Для утворення слова «азот» були взяті початкові й кінцеві літери алфавітів цих трьох мов (a, альфа, алеф і зет, омега, Тав — AAAZOT).
Укладачі нової хімічної номенклатури 1787 та насамперед ініціатор її створення — Гітон де Морво — добре знали про існування з давніх часів слова «азот». Морво зазначив у «Методичній енциклопедії» (1786) алхімічне значення цього терміну.