Удобрения - это важнейшее оружие садовода. Именно обогащая почву различными составами, мы можем рассчитывать на получение хорошего ежегодного урожая с одного и того же участка земли. Однако садовые растения требуют полного набора минеральных и органических добавок, и садоводу приходится достаточно хорошо ориентироваться в этом разнообразии. Сегодня нас интересуют Какие это группы, что они представляют собой и какое влияние оказывают на рост и развитие растений - все это мы будем подробно рассматривать.
Что такое азот
В первую очередь вам важно знать, что это один из самых распространенных элементов на нашей планете. Без него не может существовать ни один живой организм, причем это распространяется и на растения. Азот является важной составляющей белков и аминокислот, нуклеиновых кислот. Именно поэтому первая заповедь садовода гласит, что он должен регулярно вносить азотные удобрения. Какие это? Об этом мы расскажем ниже, а пока - еще немного теории. Наличие достаточного количества азота в почве повышает урожайность, а его недостаток резко ее снижает. Именно поэтому садовые участки, которые эксплуатируются каждый год, нуждаются в постоянном внесении этих веществ. Однако необходимо также запомнить, что, несмотря на очевидную полезность, применять его нужно весьма умеренно. Дело в том, что переизбыток этого вещества в почве приводит к усиленному росту вегетативной системы и практически полному прекращению плодоношения.
Для чего азот растениям
Мы уже знаем, что хороший урожай невозможно получить, используя только природные ресурсы почвы. Поэтому крайне важно постоянно восполнять запас питательных веществ. Почему так важно вносить именно азотные удобрения? Какие это будут вещества - органические или минеральные - решает каждый садовод в зависимости от времени года и предыдущих подкормок, ниже мы рассмотрим оптимальный график внесения подкормки. Но пока речь не об этом. Азот входит в состав хлорофилла, необходимого для усвоения солнечной энергии. Также богаты азотом липоиды, алкалоиды и многие другие важные для жизни растений вещества.
Особенно богаты азотом молодые стебельки и листья весной, в фазе активного роста самого растения. По мере необходимости, при появлении новых почек, листьев и стеблей устремляются к ним. А уже после опыления переходят к репродуктивным органам, где и накапливаются в виде белков. То есть крайне важно своевременно внести в почву азотные удобрения. Какие это вещества, мы вам подробно расскажем, а пока заметим, что при соблюдении этого правила значительно повышается объем и качество урожая. В частности, белок в плодах становится более ценным, а сами огородные культуры растут намного быстрее.
Виды удобрений
Мы плавно переходим к классификации, а значит, расскажем вам подробнее про азотные удобрения. "Это какие?", - спросите вы? В первую очередь бывалый садовод, конечно, вспомнит о минеральных, и это неудивительно. Ведь именно их обычно мы и встречаем в специализированных магазинах, под соответствующей вывеской. Однако на этом список не заканчивается. Существуют и органические азотные удобрения. Это в первую очередь питательные вещества растительного и животного происхождения. Возможно, для вас это станет открытием, но навоз содержит примерно 1 % азота. Существуют и другие азотные удобрения. Это какие, например? Да вот хотя бы компост, в котором при прении мусора и торфа достигается 1.5 %-ная концентрация рассматриваемого нами вещества, а если в компостную яму помещается зеленая листва, то упомянутый выше показатель вырастет до 2.5 %. Это немало, однако существуют и другие органические подкормки, которые легко перекрывает эти цифры. Это птичий помет, который содержит не менее 3 % азота. Однако нельзя забывать, что такие подкормки достаточно токсичны, а значит, увлекаться ими не следует.
Жидкие виды азотных удобрений (аммиачная группа)
Мы продолжаем рассматривать азотные удобрения. Название химического элемента - "азот" - переводится как "жизнь", из чего можно сделать вывод, что без таких веществ рост и развитие зеленых посадок просто невозможны. Давайте сначала поговорим о жидких формах этого удобрения. Их производство обходится намного дешевле, чем выпуск твердых аналогов, а значит, вы сможете существенно сэкономить при покупке. А существует их всего три вида, которые доступны любому дачнику: это безводный аммиак, аммиачная вода и аммиакаты. У всех них разная концентрация, поэтому важно заранее уточнить, какое из азотных удобрений больше других богато азотом. Это, бесспорно, Добавка производится путем сжижения аммиака под воздействием высокого давления и содержит не менее 82 % основного вещества.
Особенности внесения в грунт жидкого азотного удобрения
Есть свои нюансы, которые нужно учитывать. Вносить такие подкормки в грунт легко и просто, однако могут возникать потери азота по ряду причин. В первую очередь - это испарение свободного, безводного аммиака. Кроме того, почвенные коллоиды мгновенно поглощают азот, а часть удобрения вступает в реакцию с водой и превращается в гидроокись аммония. Лучше всего вносить этот удобрение в грунт осенью, предварительно насытив его гумусом, что во много раз сократит потери.
Нитратная группа
Жидкую форму используют достаточно часто небольшие садоводческие хозяйства. Если же говорить о промышленных масштабах, то здесь нужно дополнительно подумать, какие азотные удобрения лучше использовать. Одним из наиболее популярных средств является Это универсальный продукт, который обеспечивает быстрый эффект. Реализуется удобрение в виде бело-розовых гранул. Содержание азота в нем достигает 35 %, чего вполне достаточно, учитывая высокую сохранность активного вещества в почве. Многие огородники уверяют: достаточно приобрести селитру, и ваш участок больше не будет испытывать нехватки в этом элементе. Вносят в почву ее ранней весной, ведь она необходима именно для быстрого старта и хорошего развития растений. Примерный расход - от 25 до 30 г/1м 2 . Причем можно самостоятельно готовить жидкий раствор - для этого потребуется развести 20 г на 10 литров воды.
А еще какие азотные удобрения бывают?
Аммиачно-нитратная группа (сульфат аммония)
Это еще одно популярное средство, имеющее вид кристаллизованной соли. Содержание азота в нем несколько ниже, около 21 %. Его можно вносить в почву как весной, так и осенью, причем в зависимости от интенсивности урожая варьировать однократное или двукратное обогащение земли за год. Из грунта удобрение не вымывается, а значит, обеспечивает стойкий эффект. Многие огородники отмечали легкое подкисление почвы при его регулярном использовании. Необходимо вносить в грунт по 40-50 г упомянутого вещества на 1м 2 .
Амидные удобрения
Самый яркий представитель - это карбамид. Это одно из основных азотосодержащих удобрений (концентрация азота - 46 %). Как правило, используется в весеннее время, однако на наиболее тяжелых почвах может вноситься и осенью. Для этого берут 20 г на 1м 2 . А вот если потребуется сделать раствор для опрыскивания, то можно развести от 30 до 40 г на 10 литров воды.
Однако это еще не все существующие на сегодняшний день азотные удобрения. Список продолжают мочевина и цианамид кальция. При этом надо отметить, что наиболее ценным, недорогим и доступным средством является именно мочевина. Это высококонцентрированное удобрение, которое может вызывать ожоги у растений, поэтому надо быть крайне внимательным при внесении его в почву.
Применение
Теперь вы сориентировались, какие удобрения относятся к азотным, и мы можем немного подробнее поговорить о том, как использовать их на своем дачном участке. Не забывайте, что время и количество прикорма напрямую зависит от вида грунта и недостатка азота в нем. Стоит учитывать, что при использовании большого количества азотосодержащего удобрения цветение происходит намного позже, а плодоношение может и совсем не наступить. Какие растения нужно подкармливать азотом? Абсолютно все, кроме люцерны и клевера. Однако требования у каждой культуры к подкормке свои, и это необходимо учитывать.
Растения с высокими потребностями в азотных удобрениях
Это культуры, которые каждому известны и широко распространены на наших садовых участках: капуста и картофель, тыква и кабачки, перец и баклажаны, а также вкусный ревень. При их выращивании необходимо вносить азот как перед посадкой, так и в период вегетации. Рекомендуется использовать не менее 25 г аммиачной селитры на 1 м 2 . Обязательно нужно знать, что такое азотные удобрения, если вы собираетесь выращивать плодово-ягодные культуры, такие как малина и ежевика, земляника, вишня и слива. Очень важно использовать эти добавки в полном объеме, если вы собираетесь высаживать декоративный георгин и флоксы, пионы и цинию, фиалки и сирень.
Вторая группа: средняя потребность в азоте
Это помидоры и огурцы, свекла и морковь, чеснок, кукуруза и петрушка. Среди плодово-ягодных растений можно отметить смородину и крыжовник, а также яблоню. К этой же группе можно отнести и большинство однолетних цветов.
При выращивании этих культур достаточно внести азот один раз в год - ранней весной. Этого вполне хватит для того, чтобы растения чувствовали себя комфортно. Рекомендуется вносить не более 20 г селитры на 1 м 2 .
Третья группа
Это растения с умеренными требованиями к содержанию азота. Рекомендованная доза - 15 г аммиачной селитры на 1 м 2 . Сюда относятся все листовые овощи, лук и редис, ранний картофель. Яркими представителями этой группы являются все луковичные декоративные растения. Наконец, самыми нетребовательными являются бобовые (достаточно всего 7 г удобрения на 1 м 2) . Это не только горох и фасоль, но и декоративные растения, например, азалия, вереск и многие другие.
Способы внесения удобрений
Чтобы данные вещества вовремя подействовали, необходимо их правильно, а самое главное - вовремя внести. Для этого используются разные способы. Самым первым является разбрасывание. Оно может выполняться как вручную, так и при помощи Применяют данный метод перед засевом, так как удобрению требуется достаточно много времени для того, чтобы раствориться. Вторым является ленточный способ, при котором аммиачную селитру или другое минеральное азотное удобрение вносят узкой лентой поблизости растений на поверхности почвы или на небольшой глубине. При сильном дефиците, как экстренная мера, используется опрыскивание. Наконец, удобрения выпускают в жидком виде, то есть вы можете использовать капельный полив.
Как диагностировать недостаток азота
Надеемся, теперь вас не поставит в тупик вопрос "азотные удобрения - это какие". Фото, представленные на страничке, продемонстрируют с большей наглядностью все разнообразие подобных подкормок. Однако очень важно разбираться, когда пришла пора вносить их в почву, а когда причина плохого роста кроется совсем в другом. При недостатке азота в первую очередь наблюдается угнетение роста и пожелтение всего растения, особенно его листьев. Следует обеспокоиться и в том случае, если окраска растения стала бледно-желтой. Самым первым признаком, который должен вас насторожить, является пожелтение краев старых листьев. Затем они засыхают и опадают.
Признаки избытка азота
Порой сложно отличить одно от другого, то есть недостаток и переизбыток питательных веществ. Поэтому нужно отталкиваться от того, что и в каких количествах вы вносили в почву, а также от своих наблюдений за растениями. В первую очередь переизбыток азота проявляется в том, что зеленая часть растения становится мягкой и пышной, ускоряет свой рост, а вот цветение и завязь обычно сильно отстают по срокам. Если избыток азота более существенный, то наблюдаются ожоги листьев, а затем их полное отмирание. Вслед за этим гибнет и корневая система.
Подведем итоги
Таким образом, чтобы оптимизировать питание своих растений, можно использовать органику (навоз или птичий помет) либо минеральные удобрения, что обычно более удобно. Это может быть аммиачная селитра (содержание азота - 34 %) или сернокислый аммоний (21 %). Также вам может пригодиться кальциевая (15 %) и (16 %). Если растения испытывают сильный дефицит азота или вы планируете высаживать те культуры, которые наиболее требовательны к нему, то лучше всего взять мочевину (46 %). Используйте удобрения в правильной пропорции и именно тогда, когда они наиболее нужны.
Нитраты и нитриты
- вовлекаются в синтез аминокислот только после восстановления в тканях растения. Редукция нитратов до аммиака проходит уже в корнях. Этот процесс осуществляется с помощью флавиновых металлоферментов, с сопровождением изменения валентности атомов азота. При поступлении нитратного азота в растения в избытке часть его в неизменном состоянии доходит до листьев, где происходит восстановление нитратов.Нитратный азот растения могут накапливать в значительных количествах, без особого вреда для собственной жизнедеятельности.
Биосинтез аминокислот (аминирование)
Аминирование
(биосинтез аминокислот) осуществляется в результате взаимодействия аммиака с кетокислотами (пировиноградной, щавеллевоуксусной, кетоглуаровой и др.). Данные кислоты образуются в процессе дыхания при окислении углеводородов. Аминирование проходит с помощью ферментов.В аминокислотах азот присутствует в виде аминогруппы - NH 2 . Образование аминокислот может происходить как в подземной (корнях), так и в наземных частях растений.
Установлено, что уже через несколько минут после растений аммиачными удобрениями в их тканях обнаруживаются аминокислоты, синтезированные с использованием внесенного в аммиака. Первой аминокислотой, образующейся в растении, является аланин, затем синтезируются аспарагиновая и глутаминовая кислоты.
Переаминирование аминокислот
Реакция переаминирования аминокислот заключается в переносе аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. При этом образуются другие амино- и кетокислоты. Эта реакция катализируется ферментами аминоферазами и трансаминазами.
Путем переаминирования синтезируется значительное число аминокислот. Наиболее легко в этот процесс вовлекаются глутаминовая и аспарагиновая кислоты.
Разнообразие белковых и небелковых азотистых соединений
Как указывалось ранее, аминокислоты представляют собой основные структурные единицы белков и полипептидов, поскольку белки образуются из синтезированных в полипептидные цепи аминокислот. Различный набор и пространственное расположение аминокислот в полипептидных цепях способствуют синтезу огромного разнообразия белков. Известно свыше 90 аминокислот. Значительная их часть (около 70) присутствует в растительных тканях в свободном состоянии и не входит в состав белковых молекул.
В состав белков растений входят незаменимые для жизнедеятельности человека и животных белки: лизин, фенилаланин, триптофан, валин, треонин, метионин и другие. В организме млекопитающих и других высших животных данные белки синтезироваться не могут.
Дезаминирование аминокислот
Белки и небелковые азотистые соединения находятся в тканях растений в подвижном равновесии. Наряду с синтезом аминокислот и белковых соединений, постоянно проходят процессы их распада.
Реакция дезаминирования
заключается в отщеплении аминогруппы от аминокислоты с образованием кетокислоты и аммиака. Освободившаяся кетокислота идет на биосинтез углеводов, жиров и прочих веществ. Аммиак вступает в реакцию аминирования других кетокислот, образуя соответствующие аминокислоты. При избытке аммиака образуются аспарагин и глутамин.Весь сложнейший цикл трансформации и превращения азотистых соединений в растении начинается с аммиака и завершается аммиаком.
Обмен азотистых веществ в различные периоды развития растения
За время роста растения синтезируют большое количество разнообразных белков, и в разные периоды роста процесс обмена азотистых веществ протекает по-разному.
При прорастании семенного материала наблюдается распад ранее запасенных белков. Продукты распада идут на синтез аминокислот, амидов и белков в тканях проростков до выхода их на поверхность почвы.
По мере образования листового аппарата и корневой системы синтез белков проходит за счет минерального азота, поглощенного из почвы.
В органах молодых растений преобладает синтез белков. В процессе старения распад белковых веществ начинает преобладать над синтезом. Из стареющих органов продукты распада движутся в молодые, интенсивно растущие, где и находят применение для синтеза белка в точках роста.
При созревании и формировании репродуктивных органов растения происходит распад веществ в вегетативных частях растений и передвижение их в репродуктивные органы, где они используются в процессах синтеза запасных белков. В это время потребление азота из почвы значительно ограничивается или совсем прекращается.
Недостаток (дефицит) азота в растениях
Азот плохо усваивается растениями при холодной погоде, на кислых неизвесткованных почвах, на почвах, содержащих большое количество небобовых культур и опилок.
Первый признак азотного голодания - изменение окраски листовой пластинки с зеленой на бледно-зеленую, а затем желтоватую и бурую из-за недостаточного образования хлорофилла.
При дальнейшем усилении дефицита азота размер листьев уменьшается. Они становятся узкими, мелкими, располагаются под острым углом к стеблю или ветви. Ветвление у растений ослабляется, уменьшается число плодов, зерен или семян.
Всем известно: азот инертен. Часто мы сетуем за это на элемент №7, что естественно: слишком дорогой ценой приходится расплачиваться за его относительную инертность, слишком много энергии, сил и средств приходится тратить на его превращение в жизненно необходимые соединения.
Но, с другой стороны, не будь азот так инертен, в атмосфере произошли бы реакции азота с кислородом, и жизнь на пашей 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. И «при всем при том» именно в окислы и азотную кислоту мы стремимся превратить возможно большую часть атмосферного азота. Это один из парадоксов элемента №7. (Здесь автор рискует быть обвиненным в тривиальности, ибо парадоксальность азота, вернее его свойств, стала притчей во языцех. И все же...)
Азот – элемент необыкновенный. Порою кажется, что чем больше мы о нем узнаем, тем непонятнее он становится. Противоречивость свойств элемента №7 отразилась даже в его названии, ибо ввела в заблуждение даже такого блистательного химика, как Антуан Лоран Лавуазье. Это Лавуазье предложил назвать азот азотом после того, как не первым и не последним получил и исследовал не поддерживающую дыхания и горения часть воздуха. Согласно Лавуазье, «азот» означает «безжизненный», и слово это произведено от греческого «а» – отрицание и «зоэ» – жизнь.
Термин «азот» бытовал еще в лексиконе алхимиков, откуда и заимствовал его французский ученый. Означал он некое «философское начало», своего рода кабалистическое заклинание. Знатоки утверждают, что ключом к расшифровке слова «азот» служит заключительная фраза из Апокалипсиса: «Я есть альфа и омега, начало и конец, первый и последний...» В средние века особо почитались три языка: латинский, греческий и древнееврейский. И слово «азот» алхимики составили из первой буквы «а» (а, альфа, алеф) и последних букв: «зет», «омега» и «тов» этих трех алфавитов. Таким образом, это таинственное синтетическое слово означало «начало и конец всех начал».
Современник и соотечественник Лавуазье Ж. Шапталь, не мудрствуя лукаво, предложил назвать элемент №7 гибридным латино-греческим именем «нитрогениум», что значит «селитру рождающий». Селитры – азотнокислые соли, вещества, известные с древнейших времен. (О них речь впереди.) Надо сказать, что термин «азот» укоренился только в русском и французском языках. По-английски элемент №7 – «Nitrogen», по-немецки – «Stockton» (удушающее вещество). Химический же символ N – дань шапталевскому нитрогениуму.
Кем открыт азот
Открытие азота приписывают ученику замечательного шотландского ученого Джозефа Блэка Даниелю Резерфорду, который в 1772 г. опубликовал диссертацию «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе». Блэк прославился своими опытами с «фиксируемым воздухом» – углекислым газом. Он обнаружил, что после фиксирования углекислоты (связывания ее щелочью) остается еще какой-то «не фиксируемый воздух», который был назван «мефитическим» – испорченным – за то, что не поддерживал горения и дыхания. Исследование этого «воздуха» Блэк и предложил Резерфорду в качестве диссертационной работы.
Примерно в то же время азот был получен К. Шееле, Дж. Пристли, Г. Кавендишем, причем последний, как следовало из его лабораторных записей, изучал этот газ раньше Резерфорда, но, как всегда, не спешил с публикацией результатов своих трудов. Однако все эти выдающиеся ученые имели весьма смутное представление о природе открытого ими вещества. Они были убежденными сторонниками теории флогистона и связывали свойства «мефитического воздуха» с этой мнимой субстанцией. Только Лавуазье, ведя наступление на флогистон, убедился сам и убедил других, что газ, который он назвал «безжизненным», – простое вещество, как и кислород...
Вселенский катализатор?
Можно лишь догадываться, что означает «начало и конец всех начал» в алхимическом «азоте». Но об одном из «начал», связанных с элементом №7, можно говорить всерьез. Азот и жизнь – понятия неотделимые. По крайней мере, всякий раз, когда биологи, химики, астрофизики пытаются постичь «начало начал» жизни, то непременно сталкиваются с азотом.
Атомы земных химических элементов рождены в недрах звезд. Именно оттуда, от ночных светил и дневного светила, начинаются истоки нашей земной жизни. Это обстоятельство и имел в виду английский астрофизик У. Фаулер , говоря, что «все мы... являемся частичкой звездного праха»...
Звездный «прах» азота возникает в сложнейшей цепи термоядерных процессов, начальная стадия которых – превращение водорода в гелий. Это многостадийная реакция, идущая, как предполагают, двумя путями. Один из них, получивший название углеродно-азотного цикла, имеет самое непосредственное отношение к элементу №7. Этот цикл начинается, когда в звездном веществе, помимо ядер водорода – протонов, уже есть и углерод. Ядро углерода-12, присоединив еще один протон, превращается в ядро нестабильного азота-13:
12 6 C + 1 1 H → 13 7 N + γ.
Но, испустив позитрон, азот снова становится углеродом – образуется более тяжелый изотоп 13 С:
13 7 N → 13 6 C + е + + γ.
Такое ядро, приняв лишний протон, превращается в ядро самого распространенного в земной атмосфере изотопа - 14 N.
13 6 C + 1 1 H → 14 7 N + γ.
Увы, лишь часть этого азота отправляется в путешествие по Вселенной. Под действием протонов азот-14 превращается в кислород-15, а тот, в свою очередь, испустив позитрон и гамма-квант, превращается в другой земной изотоп азота – 15 N:
14 7 N + 1 1 H → 15 8 O + γ;
15 8 O → 15 7 N + е + + γ.
Земной азот-15 стабилен, но и он в недрах звезды подвержен ядерному распаду; после того, как ядро 15 N примет еще один протон, произойдет не только образование кислорода 16 О, но и другая ядерная реакция:
15 7 N + 1 1 H → 12 6 С + 4 2 He.
В этой цепи превращений азот – один из промежуточных продуктов. Известный английский астрофизик Р.Дж. Тейлер пишет: « 14 N – изотоп, который нелегко построить. В углеродно-азотном цикле образуется азот, и, хотя впоследствии он снова превращается в углерод, все же если процесс протекает стационарно, то азота в веществе оказывается больше, чем углерода. Это, по-видимому, основной источник 14 N»...
В умеренно сложном углеродно-азотном цикле прослеживаются любопытные закономерности. Углерод 12 С играет в нем роль своеобразного катализатора. Судите сами, в конечном счете не происходит изменения количества ядер 12 С. Азот же, появляясь в начале процесса, исчезает в конце... И если углерод в этом цикле – катализатор, то азот явно – аутокатализатор, т.е. продукт реакции, катализирующий ее дальнейшие промежуточные стадии.
Мы не случайно завели здесь речь о каталитических свойствах элемента №7. Но сохранил ли эту особенность звездный азот и в живом веществе? Катализаторы жизненных процессов – ферменты, и все они, равно как и большинство гормонов и витаминов, содержат азот.
Азот в атмосфере Земли
Жизнь многим обязана азоту, но и азот, по крайней мере атмосферный, своим происхождением обязан не столько Солнцу, сколько жизненным процессам. Поразительно несоответствие между содержанием элемента №7 в литосфере (0,01%) и в атмосфере (75,6% по массе или 78,09% по объему). В общем-то, мы обитаем в азотной атмосфере, умеренно обогащенной кислородом.
Между тем ни на других планетах солнечной системы, ни в составе комет или каких-либо других холодных космических объектов свободный азот не обнаружен. Есть его соединения и радикалы – CN * , NH * , NH * 2 , NH * 3 , а вот азота нет. Правда, в атмосфере Венеры зафиксировано около 2% азота, но эта цифра еще требует подтверждения. Полагают, что и в первичной атмосфере Земли элемента №7 не было. Откуда же тогда он в воздухе?
По-видимому, атмосфера нашей планеты состояла вначале из летучих веществ, образовавшихся в земных недрах: Н 2 , Н 2 О, СО 2 , СН 4, NH 3 . Свободный азот если и выходил наружу как продукт вулканической деятельности, то превращался в аммиак. Условия для этого были самые подходящие: избыток водорода, повышенные температуры – поверхность Земли еще не остыла. Так что же, значит, сначала азот присутствовал в атмосфере в виде аммиака? Видимо, так. Запомним это обстоятельство.
Но вот возникла жизнь... Владимир Иванович Вернадский утверждал, что «земная газовая оболочка, наш воздух, есть создание жизни». Именно жизнь запустила удивительнейший механизм фотосинтеза. Один из конечных продуктов этого процесса – свободный кислород стал активно соединяться с аммиаком, высвобождая молекулярный азот:
CO 2 + 2Н 2 О → фотосинтез → НСОН + Н 2 О + О 2 ;
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6Н 2 О.
Кислород и азот, как известно, в обычных условиях между собой не реагируют, что и позволило земному воздуху сохранить «статус кво» состава. Заметим, что значительная часть аммиака могла раствориться в воде при образовании гидросферы.
В наше время основной источник поступления N 2 в атмосферу – вулканические газы.
Если разорвать тройную связь...
Разрушив неисчерпаемые запасы связанного активного азота, живая природа поставила себя перед проблемой: как связать азот. В свободном, молекулярном состоянии он, как мы знаем, оказался весьма инертным. 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:
N 2 + O 2 → 2NО.
Благодаря быстрому охлаждению (разряд молнии длится десятитысячную долю секунды) окись азота не распадается и беспрепятственно окисляется кислородом воздуха до более стабильной двуокиси:
2NO + О 2 → 2NO 2 .
В присутствии атмосферной влаги и капель дождя двуокись азота превращается в азотную кислоту:
3NO 2 + H 2 O → 2HNO 3 + 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 N 2 переходит в возбужденное, активированное состояние и становится способной соединяться с кислородом...
Бактерии и азот
Из почвы соединения азота попадают в растения. Далее: «лошади кушают овес», а хищники – травоядных животных. По пищевой цепи идет круговорот вещества, в том числе и элемента №7. При этом форма существования азота меняется, он входит в состав все более сложных и нередко весьма активных соединений. Но не только «грозорожденный» азот путешествует по пищевым цепям..
Еще в древности было замечено, что некоторые растения, в частности бобовые, способны повышать плодородие почвы.
«...Или, как сменится год, золотые засеивай злаки
Там, где с поля собрал урожай, стручками шумящий,
Или где вика росла мелкоплодная с горьким лупином...»
Вчитайтесь: это же травопольная система земледелия! Строки эти взяты из поэмы Вергилия, написанной около двух тысяч лет назад.
Пожалуй, первым, кто задумался над тем, почему бобовые дают прибавки урожая зерновых, был французский агрохимик Ж. Буссенго. В 1838 г. он установил, что бобовые обогащают почву азотом. Зерновые же (и еще многие другие растения) истощают землю, забирая, в частности, все тот же азот. Буссенго предположил, что листья бобовых усваивают азот из воздуха, но это было заблуждением. В то время немыслимо было предположить, что дело не в самих растениях, а в особых микроорганизмах, вызывающих образование клубеньков на их корнях. В симбиозе с бобовыми эти организмы и фиксируют азот атмосферы. Сейчас это прописная истина...
В наше время известно довольно много различных азотфиксаторов: бактерии, актиномицеты, дрожжевые и плесневые грибки, сине-зеленые водоросли. И все они поставляют азот растениям. Но вот вопрос: каким образом без особых энергетических затрат расщепляют инертную молекулу N 2 микроорганизмы? И почему одни из них обладают этой полезнейшей для всего живого способностью, а другие нет? Долгое время это оставалось загадкой. Тихий, без громов и молний механизм биологической фиксации элемента №7 был раскрыт лишь недавно. Доказано, что путь элементарного азота в живое вещество стал возможен благодаря восстановительным процессам, в ходе которых азот превращается в аммиак. Решающую роль при этом играет фермент нитрогеназа. Его центры, содержащие соединения железа и молибдена, активируют азот для «стыковки» с водородом, который предварительно активируется другим ферментом. Так из инертного азота получается весьма активный аммиак – первый стабильный продукт биологической азотфиксации.
Вот ведь как получается! Сначала процессы жизнедеятельности перевели аммиак первичной атмосферы в азот, а затем жизнь снова превратила азот в аммиак. Стоило ли природе на этом «ломать копья»? Безусловно, потому что именно так и возник круговорот элемента №7.
Залежи селитры и рост народонаселения
Природная фиксация азота молниями и почвенными бактериями ежегодно дает около 150 млн т. соединений этого элемента. Однако не весь связанный азот участвует в круговороте. Часть его выводится из процесса и отлагается в виде залежей селитры. Богатейшей такой кладовой оказалась чилийская пустыня Атакама в предгорьях Кордильер. Здесь годами не бывает дождей. Но изредка на склоны гор обрушиваются сильные ливни, вымывающие почвенные соединения. Потоки воды в течение тысячелетий выносили вниз растворенные соли, среди которых больше всего было селитры. Вода испарялась, соли оставались... Так возникло крупнейшее в мире месторождение азотных соединений.
Еще знаменитый немецкий химик Иоганн Рудольф Глаубер, живший в XVII в., отметил исключительную важность азотных солей для развития растений. В своих сочинениях, размышляя о круговороте азотистых веществ в природе, он употреблял такие выражения, как «нитрозные соки почвы» и «селитра – соль плодородия».
Но природную селитру в качестве удобрения стали применять лишь в начале прошлого века, когда стали разрабатывать чилийские залежи. В то время это был единственный значительный источник связанного азота, от которого, казалось, зависит благополучие человечества. Об азотной же промышленности тогда не могло быть и речи.
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.
Как связывали азот
Соединения азота люди умели получать давно. Ту же селитру приготовляли в особых сараях – селитряницах, но очень уж примитивным был этот способ. «Выделывают селитру из куч навоза, золы, помета, оскребков кож, крови, картофельной ботвы. Кучи эти два года поливают мочою и переворачивают, после чего на них образуется налет селитры», – такое описание селитряного производства есть в одной старинной книге.
Источником соединений азота может служить и каменный уголь, в котором до 3% азота. Связанного азота! Этот азот стали выделять при коксовании углей, улавливая аммиачную фракцию и пропуская ее через серную кислоту.
Конечный продукт – сульфат аммония. Но и это, в общем-то, крохи. Трудно даже представить, какими путями развивалась бы наша цивилизация, не реши она вовремя проблему промышленно приемлемой фиксации атмосферного азота.
Впервые атмосферный азот связал еще Шееле. В 1775 г. он получил цианистый натрий, нагревая в атмосфере азота соду с углем:
Na 2 CO 3 + 4С + N 2 → 2NaCN + 3СО.
В 1780 г. Пристли установил, что объем воздуха, заключенный в сосуде, перевернутом над водой, уменьшается, если через него пропускать электрическую искру, а вода приобретает свойства слабой кислоты. Этот эксперимент был, как мы знаем (Пристли этого не знал), моделью природного механизма фиксации азота. Четыре года спустя Кавендиш, пропуская электрический разряд через воздух, заключенный в стеклянной трубке со щелочью, обнаружил там селитру.
И хотя все эти эксперименты не могли в то время выйти за пределы лабораторий, в них виден прообраз промышленных способов фиксации азота – цианамидного и дугового, появившихся на рубеже XIX...XX вв.
Цианамидный способ был запатентован в 1895 г. немецкими исследователями А. Франком и Н. Каро. По этому способу азот при нагревании с карбидом кальция связывался в цианамид кальция:
CaC 2 + N 2 → Ca(CN) 2 .
В 1901 г. сын Франка, подав идею о том, что цианамид кальция может служить хорошим удобрением, по существу, положил начало производству этого вещества. Росту индустрии связанного азота способствовало появление дешевой электроэнергии. Наиболее перспективным способом фиксации атмосферного азота в конце XIX в. считался дуговой, при помощи электрического разряда. Вскоре после строительства Ниагарской электростанции американцы неподалеку пустили (в 1902 г.) первый дуговой завод. Через три года в Норвегии вступила в строй дуговая установка, разработанная теоретиком и специалистом по изучению северного сияния X. Биркеландом и инженером-практиком С. Эйде. Заводы подобного типа получили широкое распространение; селитру, которую они выпускали, называли норвежской. Однако расход электроэнергии при этом процессе был чрезвычайно велик и составлял до 70 тыс. киловатт/час на тонну связанного азота, причем только 3% этой энергии использовалось непосредственно на фиксацию.
Через аммиак
Перечисленные выше способы фиксации азота были лишь подходами к методу, появившемуся незадолго до первой мировой войны. Это о нем американский популяризатор науки Э. Слоссон весьма остроумно заметил: «Всегда говорилось, что англичане господствуют на море, а французы – на суше, немцам же остается только воздух. К этой шутке немцы отнеслись как будто бы серьезно и принялись использовать воздушное царство для нападения на англичан и французов... Кайзер... обладал целым флотом цеппелинов и таким способом фиксации азота, который не был известен никакой другой нации. Цеппелины разрывались, как мешки с воздухом, но заводы, фиксирующие азот, продолжали работать и сделали Германию независимой от Чили не только в годы войны, но и в мирное время»... Речь идет о синтезе аммиака – основном процессе современной индустрии связанного азота.
Слоссон был не совсем прав, говоря о том, что способ фиксации азота в аммиак не был известен нигде, кроме Германии. Теоретические основы этого процесса были заложены французскими и английскими учеными. Еще в 1784 г. знаменитый К. Бертолле установил состав аммиака и высказал мысль о химическом равновесии реакций синтеза и разложения этого вещества. Через пять лет англичанином У. Остином была предпринята первая попытка синтеза NH 3 из азота и водорода. И, наконец, французский химик А. Ле Шателье, отчетливо сформулировав принцип подвижного равновесия, первым синтезировал аммиак. При этом он применил высокое давление и катализаторы – губчатую платину и железо. В 1901 г. Ле Шателье запатентовал этот способ.
Исследования по синтезу аммиака в начале века проводили также Э. Перман и Г. Аткинс в Англии. В своих экспериментах эти исследователи в качестве катализаторов применяли различные металлы, в частности медь, никель и кобальт...
Но наладить синтез аммиака из водорода и азота в промышленных масштабах впервые удалось, действительно, в Германии. В этом заслуга известного химика Фрица Габера . В 1918 г. он был удостоен Нобелевской премии по химии.
Технология производства NH 3 , разработанная немецким ученым, очень сильно отличалась от других производств того времени. Здесь впервые был применен принцип замкнутого цикла с непрерывно действующей аппаратурой и утилизацией энергии. Окончательную разработку технологии синтеза аммиака завершил коллега и друг Габера К. Бош , который в 1931 г. также был удостоен Нобелевской премии – за развитие методов химического синтеза при высоких давлениях.
По пути природы
Синтез аммиака стал еще одной моделью природной фиксации элемента №7. Напомним, что микроорганизмы связывают азот именно в NH 3 . При всех достоинствах процесса Габера – Боша он выглядит несовершенным и громоздким по сравнению с природным!
«Биологическая фиксация атмосферного азота... была неким парадоксом, постоянным вызовом для химиков, своего рода демонстрацией недостаточности наших знаний». Эти слова принадлежат советским химикам М.Е. Вольпину и А.Е. Шилову, которые предприняли попытку фиксации молекулярного азота в мягких условиях.
Сначала были неудачи. Но в 1964 г. в Институте элементоорганических соединении АН СССР, в лаборатории Вольпина, было сделано открытие: в присутствии соединений переходных металлов – титана, ванадия, хрома, молибдена и железа – элемент №7 активируется и при обычных условиях образует комплексные соединения, разлагаемые водой до аммиака. Именно эти металлы служат и центрами фиксации азота в ферментах азотфиксаторов, и прекрасными катализаторами в производстве аммиака.
Вскоре после этого канадские ученые А. Аллен и К. Зеноф, исследуя реакцию гидразина N 2 H 2 с треххлористым рутением, получили химический комплекс, в котором, опять же в мягких условиях, азот оказался связанным. Этот результат настолько противоречил обычным представлениям, что редакция журнала, куда исследователи послали свою статью с сенсационным сообщением, отказалась ее печатать. В дальнейшем советским ученым удалось в мягких условиях получить и азотсодержащие органические вещества. Пока еще рано говорить о промышленных способах мягкой химической фиксации атмосферного азота, однако, достигнутые успехи позволяют предвидеть надвигающуюся революцию в технологии связывания элемента №7.
Современной наукой не забыты и старые способы получения азотных соединений через окислы. Здесь главные усилия направлены на разработку технологических процессов, ускоряющих расщепление молекулы N 2 на атомы. Наиболее перспективными направлениями окисления азота считают сжигание воздуха в специальных печах, применение плазмотронов, использование для этих целей пучка ускоренных электронов.
Чего бояться?
Сегодня нет оснований опасаться, что человечество когда-либо будет испытывать недостаток в соединениях азота. Промышленная фиксация элемента №7 прогрессирует невероятными темпами. Если в конце 60-х годов мировое производство связанного азота составляло 30 млн т., то к началу будущего века оно, по всей вероятности, достигнет миллиарда тонн!
Такие успехи не только радуют, но и вызывают опасения. Дело в том, что искусственная фиксация N 2 и внесение в почву огромного количества азотсодержащих веществ – самое грубое и значительное вмешательство человека в естественный круговорот веществ. В наше время азотные удобрения не только вещества плодородия, но и загрязнители окружающей среды. Они вымываются из почвы в реки и озера, вызывают вредное цветение водоемов, разносятся воздушными потоками на дальние расстояния...
В подземные воды уходит до 13% азота, содержащегося в минеральных удобрениях. Азотные соединения, особенно нитраты, вредны для людей и могут быть причиной отравлений. Вот вам и кормилец-азот!
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) приняла предельно допустимую концентрацию нитратов в питьевой воде: 22 мг/л для умеренных широт и 10 мг/л для тропиков. В СССР санитарные нормы регламентируют содержание нитратов в воде водоемов по «тропическим» меркам – не более 10 мг/л. Выходит, что нитраты средство «обоюдоострое»...
4 октября 1957 г. человечество еще раз вмешалось в круговорот элемента №7, запустив в космос «шарик», заполненный азотом, – первый искусственный спутник...
Менделеев об азоте
«Хотя деятельнейшую, т.е. наиболее легко и часто химически действующую часть окружающего нас воздуха, составляет кислород, но наибольшую массу его, судя как по объему, так и по весу, образует азот; а именно газообразный азот составляет более 3 / 4 , хотя и менее 4 / 5 объема воздуха. А так как азот лишь немногим легче кислорода, то весовое содержание азота в воздухе составляет около 3 / 4 всей его массы. Входя в таком значительном количестве в состав воздуха, азот, по-видимому, не играет особо видной роли в атмосфере, химическое действие которой определяется преимущественно содержанием в ней кислорода. Но правильное представление об азоте получается только тогда, когда узнаем, что в чистом кислороде животные не могут долго жить, даже умирают, и что азот воздуха, хотя лишь медленно и мало-помалу, образует разнообразные соединения, часть которых играет важнейшую роль в природе, особенно в жизни организмов».
Где применяют азот
Азот – самый дешевый из всех газов, химически инертных в обычных условиях. Его 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.
При обыкновенной температуре азот активно реагирует только с одним металлом – литием.
Наибольшее количество азота идет на производство аммиака.
Азотный наркоз
Распространенное мнение о физиологической инертности азота не совсем правильно. Азот физиологически инертен при обычных условиях.
При повышенном давлении, например при погружении водолазов, растет концентрация растворенного азота в белковых и особенно жировых тканях организма. Это приводит к так называемому азотному наркозу. Водолаз словно пьянеет: нарушается координация движений, мутится сознание. В том, что причина этого – азот, ученые окончательно убедились после проведения экспериментов, в которых вместо обычного воздуха в скафандр водолаза подавалась гелио-кислородная смесь. При этом симптомы наркоза исчезли.
Космический аммиак
Большие планеты солнечной системы Сатурн и Юпитер состоят, как полагают астрономы, частично из твердого аммиака. Аммиак замерзает при –78°C, а на поверхности Юпитера, например, средняя температура – 138°C.
Аммиак и аммоний
В большой семье азота есть странное соединение – аммоний NH 4 . В свободном виде он нигде не встречается, а в солях играет роль щелочного металла. Название «аммоний» предложил в 1808 г. знаменитый английский химик Хэмфри Дэви. Латинское слово ammonium когда-то означало: соль из Аммонии. Аммония – область в Ливии. Там находился храм египетского бога Аммона, по имени которого и называли всю область. В Аммонии издавна получали аммонийные соли (в первую очередь нашатырь), сжигая верблюжий навоз. При распаде солей получался газ, который сейчас называют аммиаком.
С 1787 г. (в том самом году, когда был принят термин «азот») комиссия по химической номенклатуре дала этому газу имя ammoniaque (аммониак). Русскому химику Я.Д. Захарову это название показалось слишком длинным, и в 1801 г. он исключил из него две буквы. Так получился аммиак.
Веселящий газ
Из пяти окислов азота два – окись (NO) и двуокись (NO 2) – нашли широкое промышленное применение. Два других – азотистый ангидрид (N 2 O 3) и азотный ангидрид (N 2 O 5) – не часто встретишь и в лабораториях. Пятый – закись азота (N 2 O). Она обладает весьма своеобразным физиологическим действием, за которое ее часто называют веселящим газом.
Выдающийся английский химик Хэмфри Дэви с помощью этого газа устраивал специальные сеансы. Вот как описывал действие закиси азота один из современников Дэви: «Одни джентльмены прыгали по столам и стульям, у других развязались языки, третьи обнаружили чрезвычайную склонность к потасовке».
Свифт смеялся напрасно
Выдающийся писатель-сатирик Джонатан Свифт охотно издевался над бесплодием современной ему науки. В «Путешествиях Гулливера», в описании академии Лагадо, есть такое место: «В его распоряжении были две большие комнаты, загроможденные самыми удивительными диковинами; пятьдесят помощников работали под его руководством. Одни сгущали воздух в сухое плотное вещество, извлекая из него селитру...»
Сейчас селитра из воздуха – вещь абсолютно реальная. Аммиачную селитру NH 4 NO 3 действительно делают из воздуха и воды.
Бактерии связывают азот
Идею о том, что некоторые микроорганизмы могут связывать азот воздуха, первым высказал русский физик П. Коссович. Русскому биохимику С.Н. Виноградскому первому удалось выделить из почвы один вид бактерий, связывающих азот.
Растения разборчивы
Дмитрий Николаевич Прянишников установил, что растение, если ему предоставлена возможность выбора, предпочитает аммиачный азот нитратному. (Нитраты – соли азотной кислоты).
Важный окислитель
Азотная кислота HNO 3 – один из самых важных окислителей, применяемых в химической промышленности. Первым ее приготовил, действуя серной кислотой на селитру, один из крупнейших химиков XVII в. Иоганн Рудольф Глаубер.
Среди соединений, получаемых сейчас с помощью азотной кислоты, многие совершенно необходимые вещества: удобрения, красители, полимерные материалы, взрывчатые вещества.
Двойная роль
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.
Азот в ядохимикатах
Далеко не все вещества, в состав которых входит азот, способствуют развитию любых растений. Аминные соли феноксиуксусной и трихлорфеноксиуксусной кислот – гербициды. Первая подавляет рост сорняков на полях злаковых культур, вторая применяется для очистки земель под пашни – уничтожает мелкие деревья и кустарники.
Полимеры: от биологических до неорганических
Атомы азота входят в состав многих природных и синтетических полимеров – от белка до капрона. Кроме того, азот – важнейший элемент безуглеродных, неорганических полимеров. Молекулы неорганического каучука – полифосфонитрилхлорида – это замкнутые циклы, составленные из чередующихся атомов азота и фосфора, в окружении ионов хлора. К неорганическим полимерам относятся и нитриды некоторых металлов, в том числе и самое твердое из всех веществ – боразон.
Азот – это химический элемент с атомным номером 7. Является газом без запаха, вкуса и цвета.
Таким образом, человек не ощущает присутствия азота в земной атмосфере, между тем как она состоит из этого вещества на 78 процентов. Азот относится к самым распространенным веществам на нашей планете. Часто можно слышать, что без азота не было бы , и это правда. Ведь белковые соединения, из которых состоит все живое, обязательно содержат в себе азот.
Азот в природе
Азот находится в атмосфере в виде молекул, состоящих из двух атомов. Помимо атмосферы, азот есть в мантии Земли и в гумусном слое почвы. Основной источник азота для промышленного производства – это полезные ископаемые.
Однако в последние десятилетия, когда запасы минералов стали истощаться, возникла острая необходимость выделения азота из воздуха в промышленных масштабах. В настоящее время эта проблема решена, и огромные объемы азота для нужд промышленности добываются из атмосферы.
Роль азота в биологии, круговорот азота
На Земле азот претерпевает ряд трансформаций, в которых участвуют и биотические (связанные с жизнью) и абиотические факторы. Из атмосферы и почвы азот поступает в растения, причем не напрямую, а через микроорганизмы. Азотфиксирующие бактерии удерживают и перерабатывают азот, превращая его в форму, легко усваиваемую растениями. В организме растений азот переходит в состав сложных соединений, в частности – белков.
По пищевой цепи эти вещества попадают в организмы травоядных, а затем – хищников. После гибели всего живого азот вновь попадает в почву, где подвергается разложению (аммонификации и денитрификации). Азот фиксируется в грунте, минералах, воде, попадает в атмосферу, и круг повторяется.
Применение азота
После открытия азота (это произошло в 18-м столетии), были хорошо изучены свойства самого вещества, его соединений, возможности использования в хозяйстве. Поскольку запасы азота на нашей планете огромны, данный элемент стал использоваться крайне активно.
Чистый азот применяется в жидком или газообразном виде. Жидкий азот имеет температуру минус 196 градусов по Цельсию и применяется в следующих областях:
— в медицине. Жидкий азот является хладагентом при процедурах криотерапии, то есть лечения холодом. Мгновенная заморозка применяется для удаления различных новообразований. В жидком азоте хранят образцы тканей и живые клетки (в частности – сперматозоиды и яйцеклетки). Низкая температура позволяет сохранить биоматериал в течение длительного времени, а затем разморозить и использовать.
Возможность хранить в жидком азоте целые живые организмы, а при необходимости размораживать их без всякого вреда высказана писателями-фантастами. Однако в реальности освоить эту технологию пока не удалось;
— в пищевой промышленности жидкий азот используется при розливе жидкостей для создания инертной среды в таре.
Вообще азот применяется в тех областях, где необходима газообразная среда без кислорода, например,
— в пожаротушении . Азот вытесняет кислород, без которого процессы горения не поддерживаются и огонь затухает.
Газообразный азот нашел применение в таких отраслях:
— производство продуктов питания . Азот используется как инертная газовая среда для сохранения свежести продуктов в упаковке;
— в нефтедобывающей промышленности и горном деле . Азотом продувают трубопроводы и резервуары, его нагнетают в шахты для формирования взрывобезопасной газовой среды;
— в самолетостроении азотом накачивают шины шасси.
Все вышесказанное относится к применению чистого азота, но не стоит забывать, что этот элемент является исходным сырьем для производства массы всевозможных соединений:
— аммиак. Чрезвычайно востребованное вещество с содержанием азота. Аммиак идет на производство удобрений, полимеров, соды, азотной кислоты. Сам по себе применяется в медицине, изготовлении холодильной техники;
— азотные удобрения;
— взрывчатые вещества;
— красители и т.д.
Азот – не только один из наиболее распространенных химических элементов, но и очень нужный компонент, применяемый во многих отраслях человеческой деятельности.
Термин «азотосодержащие удобрения» обычно вызывает отрицательную реакцию у дачников, имеющих небольшой опыт выращивания садовых и огородных растений, равно как и у сторонников органического земледелия. Мало кто задумывается о том, что «экологичный» навоз или птичий помет – это органические азотные удобрения, а их переизбыток вреден для здоровья человека не менее, чем так называемая «химия». В данной статье будут рассмотрены вопросы о том, что представляют собой азотные удобрения и какие их разновидности используются на приусадебных участках.
Азот в жизни растений
Роль азота и его производных в жизни растений сложно переоценить. Обменные процессы на клеточном уровне происходят в растениях с участием белка, являющегося строительным материалом при делении клеток, синтезе хлорофилла, микроэлементов, витаминов и т.д.
Азот – это химический элемент, важная составляющая растительного белка. При его недостатке все органические процессы в клетках замедляются, растения перестают развиваться, начинают болеть и чахнуть.
Азот для всех растений также важен и необходим, как солнечный свет и вода, без него невозможен процесс фотосинтеза.
Большая часть азота в связанном виде (органических химических соединений) содержится в почве, богатой перегноем и продуктами жизнедеятельности червей (биогумусом). Максимальная концентрация азота (до 5%) зафиксирована в черноземе, минимальная – в песчаных и супесчаных видах грунта. В природных условиях высвобождение азота в виде, пригодном для усваивания растениями, происходит достаточно медленно, поэтому при выращивании сельскохозяйственных культур принято использовать удобрения, содержащие азот в легко всасываемой корнями форме. Они способствуют:
- ускоренной вегетации культур;
- устранению дефицита аминокислот, витаминов и микроэлементов;
- наращиванию зеленой массы растений;
- более легкому усваиванию растениями питательных веществ из почвы;
- нормализации почвенной микрофлоры;
- увеличению устойчивости к болезням;
- росту урожайности.
Однако следует помнить, что вредна не только нехватка азота у растений, но и его избыток, способствующий накоплению нитратов в овощах и фруктах. Избыток нитратов, употребляемых в пищу, способен нанести существенный вред здоровью человека.
Признаки недостатка и избытка азота у растений
Использование удобрений напрямую зависит от состава почвы, ее химического состава, плодородности, кислотности, структуры и т.д. В зависимости от этих факторов определяется необходимое количество удобрений и проводится подкормка.
Нехватка азота
При недостаточной концентрации азота это сразу же отражается на внешнем виде растений, их тонусе, а именно:
- листья становятся мелкими;
- зеленая масса редеет;
- листва теряет цвет, желтеет;
- массово отмирают листья, побеги и плодовые завязи;
- растения останавливаются в росте;
- прекращается появление молодых побегов.
При появлении таких симптомов необходимо произвести подкормку азотосодержащими удобрениями.
Излишки азота
При излишнем содержании азота вся сила растений уходит на наращивание зеленой массы, они начинают жировать и появляются следующие признаки:
- крупные, «жирные» листья;
- потемнение зеленой массы, излишняя ее сочность;
- происходит задержка цветения;
- завязи либо не появляются, либо их очень мало;
- плоды и ягоды мелкие, невзрачные.
Основные виды азотных удобрений
Азотные удобрения — это химические соединения, содержащие молекулы азота в различных формах, применяемые в сельском хозяйстве для улучшения роста культур и повышения качества и количества урожая. Изначально их классификация подразумевает деление на две большие группы:
- Минеральные.
- Органические.
Минеральные азотные удобрения и их виды (по группам):
- нитратные;
- аммонийные;
- комплексные (аммонийно-нитратные);
- амидные;
- жидкая форма.
К каждой из групп относятся свои виды удобрений, имеющих разные названия и особенные свойства, действие на растения и порядок проведения подкормки.
Нитратная группа
К этой группе относятся удобрения, в состав которых входит так называемый нитратный азот, его формула пишется так: NO3. Нитраты – соли азотной кислоты НNO3. К нитратным удобрениям относятся натриевая селитра, кальциевая селитра и калийная селитра.
Химическая формула — NaNO3, представляет собой нитрат натрия (другое наименование – азотнокислый натрий), в котором концентрация азота – до 16%, а натрия – до 26%. Внешне напоминает обычную крупнокристаллическую соль, отлично растворима в воде. Недостатком является то, что при длительном хранении натриевая селитра слеживается, хотя влагу из воздуха впитывает плохо.
Потребляя нитратную составляющую удобрения, растения раскисляют почву, снижая ее кислотность. Таким образом, натриевая селитра и ее применение на грунтах с кислой реакцией дает дополнительный раскисляющий эффект.
Особенно эффективно использование этого вида при выращивании картофеля, свеклы, ягодных кустарников, плодовых культур и т.д.
Кальциевая селитра
Химическая формула — Са(NО3)2, представляет собой нитрат кальция (другое наименование – азотнокислый кальций), в котором концентрация азота достигает 13%. На вид также очень похожа на поваренную соль, но сильно гигроскопична, хорошо впитывает влагу из воздуха, отсыревает. Хранится во влагонепроницаемой упаковке.
Производится ее гранулированная форма, при производстве гранулы обрабатываются специальными водоотталкивающими добавками. Кальциевая селитра отлично справляется с излишней кислотностью почвы, дополнительно оказывая структурирующее действие. Кальций улучшает процессы всасывания азота, оказывает общеукрепляющее действие практически на все сельхозкультуры.
Калийная селитра
Химическая формула – КNО3, это нитрат калия, концентрация азота – 13%, калия – 44%. Внешне представляет собой белый порошок с кристаллической структурой частиц. Используется в течение всего сезона, а особенно – в период образования завязей, когда растения нуждаются в большом количестве калия, стимулирующего плодообразование.
Обычно нитрат калия вносят под плодоносящие и ягодные культуры, такие как клубника, малина, свекла, морковь, помидоры и т.д. Для всех видов зелени, капусты, картофеля ее не используют.
Аммонийная группа
Аммоний – это положительно заряженный ион NH4+. При взаимодействии с серной и соляной кислотами образуются сульфат аммония и хлористый аммоний соответственно.
Химическая формула — (NH4)2SO4, содержит до 21% азота и до 24% серы. Внешне это кристаллизированная соль, которая хорошо растворяется в воде. Плохо вбирает воду, поэтому долго хранится. Производится как побочный продукт в химической промышленности. Обычно имеет белый цвет, но при получении в коксохимической промышленности окрашивается в разные цвета примесями (оттенки серого, синего или красного цветов).
Химическая формула — NH4Cl, содержание азота – 25%, хлора – 67%. Другое название – хлористый аммоний. Получают как сопутствующее вещество на производстве соды. По причине высокой концентрации хлора не нашел широкого применения. Многие сельскохозяйственные культуры негативно реагируют на присутствие в почве хлора.
Следует обратить внимание на то, что удобрения аммонийной группы при регулярном использовании существенно повышают кислотность почвы, так как растения поглощают в основном аммоний как источник азота, а кислотные остатки накапливаются в грунте.
Для предотвращения закисления почвы вместе с удобрением вносят известь, мел или доломитовую муку из расчета 1,15 кг раскислителя на 1 кг удобрения.
Аммонийно-нитратная группа
Основное удобрение. Химическая формула — NH4NO3, содержание азота – 34%. Другое название – нитрат аммония или азотнокислый аммоний. Является продуктом реакции между аммиаком и азотной кислотой. Внешний вид – белый кристаллический порошок, хорошо растворяется в воде. Иногда выпускается в гранулированной форме, так как обычная селитра обладает повышенной способностью впитывать влагу и сильно слеживаться при хранении. Грануляция устраняет этот недостаток. Хранится как взрывоопасное и горючее вещество с соблюдением норм безопасности, потому что может сдетонировать.
Благодаря двойному содержанию азота в разных формах является универсальным удобрением, которое можно использовать для всех видов сельскохозяйственных растений на любых почвах. И аммонийная, и нитратная формы азота отлично усваиваются всеми культурами и не изменяют химический состав грунта.
Селитру можно вносить под перекопку осенью, весной при подготовке грунта к посадке, а также в посадочные лунки непосредственно при высаживании рассады.
В результате происходит укрепление побегов и лиственной массы, повышается выносливость культур. Для предотвращения закисления земли, в состав удобрения вводят нейтрализующие кислотность добавки – доломитовую муку, мел или известь.
Амидная группа
Мочевина
Является ярким представителем группы, другое название – карбамид. Химическая формула – CO(NH2)2, содержание азота – не меньше 46%. Внешне это белая соль с мелкими кристаллами, быстро растворяется в воде. Влагу впитывает умеренно, при правильном хранении практически не слеживается. Выпускается также в гранулированной форме.
По механизму химического воздействия на почву амидный вид удобрений обладает двояким действием – временно ощелачивает почву, затем подкисляет. Считается одним из самых эффективных удобрений, сравнимым с аммиачной селитрой.
Главным достоинством мочевины является то, что при попадании на листья она не вызывает ожог, даже при высокой концентрации, и отлично всасывается корнями.
Жидкие удобрения
Жидкие азотные удобрения отличаются большей степенью всасывания растениями, пролонгированным действием и равномерным распределением в почве. К этому виду относятся:
- безводный аммиак;
- аммиачная вода;
- аммиакаты.
Жидкий аммиак. Химическая формула — NН3, содержание азота – 82%. Производится путем сжижения газообразной его формы под давлением. Внешне это жидкость без цвета, с резким запахом, легко испаряется. Хранится и транспортируется в стальных толстостенных емкостях.
Аммиачная вода. Химическая формула — NH4OH. По сути, это 22-25%-й раствор аммиака, бесцветный, резкого запаха. Транспортируется в герметичных емкостях под низким давлением, легко испаряется на воздухе. Для использования с целью подкормки подходит больше, чем безводный аммиак, но главным его недостатком является невысокая концентрация азота.
КАС – карбамидно-аммиачная смесь. Это растворенные в воде аммиачная селитра и карбамид (мочевина). Содержание азота – от 28 до 32%. Себестоимость этих видов гораздо ниже, так как отсутствуют дорогостоящие процедуры выпаривания, грануляции и т.д. Растворы почти не содержат аммиак, поэтому их можно свободно транспортировать и наносить на растения распылением или путем полива. Получили широкое распространение из-за относительно низкой стоимости, легкости транспортировки и хранения, а также универсальности использования.
Аммиакаты. Химический состав – растворенные в аммиаке аммиачная и кальциевая селитра, мочевина и т.д. Концентрация азота – 30-50%. По эффективности воздействия сравнимы с твердыми формами, но существенным недостатком является трудность транспортировки и хранения – в герметичных алюминиевых емкостях низкого давления.
Органические удобрения
В различных видах органики тоже содержится азот, применяемый для подкормки растений. Концентрации его невелики, к примеру:
- навоз – 0,1–1%;
- птичий помет – 1-1,25%;
- компост на основе торфа и пищевых отходов – до 1,5%;
- зеленая масса растений – 1-1,2%;
- иловая масса – 1,7-2,5%.
Специалисты считают, что применение на приусадебном участке одной только органики не дает нужного эффекта, а иногда может и нанести вред составу почвы. Поэтому предпочтительно использовать все виды азотных удобрений.
Как использовать азотные удобрения
Следует помнить, что это химически активные вещества, способные вызвать сильное отравление при попадании в организм человека. Именно поэтому следует строго придерживаться рекомендаций по дозировке и периодичности внесения подкормок.
На каждой упаковке содержится полная информация и инструкция по применению, их нужно внимательно изучать перед обработкой грядок.
При работе с химикатами нужно использовать индивидуальные средства защиты – перчатки, защитные очки и костюмы для защиты кожных покровов и слизистых оболочек. При работе с жидкими формами удобрений необходимо пользоваться маской или респиратором для защиты дыхательных путей.
Особое внимание нужно уделить хранению удобрений и ни в коем случае не использовать их после истечения гарантированного срока хранения и срока годности. При соблюдении всех условий никаких неприятных последствий от применения азотных удобрений не будет.
Таким образом, азотные удобрения и их применение на приусадебном участке способны многократно увеличить урожайность культур, повысить их сопротивляемость болезням и вредителям, а также восстановить структуру и плодородность почвы.
