Азот жизненно необходимый газ

Впервые выделил азот английский химик Кавендиш, проводя опыты при изучении состава воздуха.

Многократно перегоняя обычный воздух через раскаленный уголь, Кавендиш затем обрабатывал его щелочью. Человек, хотя бы минимально знакомый с современной химией, понимает значение этого процесса.

Раскаленный уголь вступал во взаимодействие с кислородом, содержащимся в воздухе. А затем щелочь помогала удалить получавшийся в итоге углекислый газ. Таким образом из воздуха удалялись кислород и углекислота. Остаток же, как нетрудно понять, представлял собой смесь с подавляющим доминированием азота. Так Кавендиш получил ранее неизвестный газ. Однако, как и в истории с аргоном, сделать последний шаг — понять, что перед ним не просто какое-то вещество, а новый химический элемент — ученому тогда не удалось.

Нитроген — так называют азот в других странах

В том же 1772 году еще нескольким исследователям удалось выделить азот. Благодаря этому и были описаны его основные свойства. Однако в то же время «массовость» открытия уже не позволяет ответить на вопрос: кто ж действительно был первооткрывателем азота как химического элемента.

Использовавшиеся тогда способы получения азота стали причиной еще одной путаницы — с названием. Основным свойством выделенного таким способом газа стала его неспособность (в отличие от обычного воздуха) поддерживать горение. Тут же выяснилось, что он непригоден и для дыхания. В итоге, согласно наиболее распространенной версии (хотя существуют и другие), газ получил название «азот», происходящее от древнегреческого слова, означающего «безжизненный».

Ирония судьбы здесь более чем очевидна. Ведь в действительности азот — абсолютно необходимая составная часть жизни. И хотя лишь один из 50 атомов живой клетки является азотом, он тем не менее входит в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот и даже хлорофилла (а также множества других критически важных для биологии соединений). Так что, название азота вряд ли можно назвать точным. Но — что делать? — история науки знает и куда более серьезные недопонимания.

Позже выяснились и другие свойства азота. В частности, что земная атмосфера состоит из него более чем на три четверти (78,1 процента по объему, 75,6 процента по массе). А значит, ресурсы азота на нашей планете с точки зрения использования его человеком практически неисчерпаемы. Нужно лишь уметь его экономически выгодно «добыть».

Это, между тем, отнюдь не тривиальная задача. Молекула N2 является очень прочной. При нормальных условиях данный газ достаточно инертен. Поэтому проблема получения его в промышленных масштабах из воздуха долгое время оставалась нерешенной. Азот добывали преимущественно из селитры.

Сейчас соответствующие способы хорошо известны. Наиболее распространенный из них связан с синтезом аммиака. При этом молекулы азота связываются с молекулами водорода. Основная сложность здесь, напомним, в том, что эффективно данный процесс идет лишь при высоких температурах и давлении, да и то лишь в присутствии специально подобранного катализатора.

Азот также применяется в пищевых газовых смесях

Несмотря на технологические сложности добывания из воздуха, спрос на азот настолько велик, что сейчас, по оценкам специалистов, ежегодно из атмосферы промышленным путем отбирается порядка миллиона тонн данного газа.

Для чего же он применяется

• Во-первых, без азота немыслима современная химическая промышленность. Из него делают аммиак и химические удобрения, позволившие радикально повысить урожайность многих культур, а тем самым благосостояние даже не миллионов, а миллиардов людей. С применением азота делают красители, а также взрывчатые вещества. Он используется в производстве медикаментов и многих других сферах.
• Во-вторых, азот активно применяется и в других отраслях промышленности. Этому также способствуют его химические свойства. Азот инертен, а значит пожаро- и взрывобезопасен. Газ используется, чтобы продувать различные емкости, начиная от трубопроводов в нефтегазохимии и заканчивая выдавливанием топлива из баков в ракетные двигатели. Он же применяется и для консервирования больших металлических емкостей (например, упомянутых трубопроводов). Пригождается азот и во многих других сферах, где присутствие кислорода опасно: от производства микроэлектроники до защиты от взрывов шахт. Кроме того, инертность газа позволяет ему, в отличие от содержащего кислород воздуха, тормозить процессы гниения и разложения. Поэтому в пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки. По словам специалистов рынка, нередко данный газ приобретается для хранения и транспортировки тех продуктов, которые легко окисляются: с его помощью создают газовую среду для упаковки и хранения.
• В-третьих, азот применяется как хладагент. Уместно напомнить, что температура кипения азота оставляет почти -196 градусов по шкале Цельсия.

Кроме того, литр жидкого азота, нагретый до комнатной температуры, превращается в 700 раз больший объем газа. На этом факте основан метод использования азота для пожаротушения. Газ попросту вытесняет из помещения находящийся в нем воздух, включая и необходимый для горения кислород. Это позволяет тушить пожары максимально безопасным для имущества способом (что же касается воздействия на людей, данный вопрос подробно разбирается в статье рубрики «Ваша безопасность-наше спокойствие»; в нынешнем номере она также полностью посвящена азоту).

Наконец, еще одно интересное направление использования азота — заправка в шины. Некоторое время газ использовался преимущественно в шасси летательных аппаратов. Однако сейчас все более популярным становиться его применение для аналогичных целей в автомобильной технике. Правда, пользуются таким решением еще далеко не все. Но специалисты уверяют, что оно имеет сразу несколько важных преимуществ.

Графическое изображение плюса подкачки колес азотом

1. Первое. Диффузия азота через шину значительно меньше, чем у воздуха в целом. Соответственно, снижаются потери давления в ней. Иными словами, шину нужно реже надувать. Кроме того, вследствие снижения потерь уменьшается и общий расход газа, необходимого для надувания.
2. Второе преимущество заметно ощутимее. Кислород, как известно, вызывает коррозию. Особенно это касается ободьев и вентилей колеса. Поэтому в условиях, когда они не имеют соприкосновения с кислородом, исчезают и предпосылки к образованию ржавчины. Заполнение шин азотом, таким образом, увеличивает срок работы колеса. Причем как металлических, так и резиновых его составляющих.

Наконец, очень важный момент (особенно значимый для авиации) заключается в том, что благодаря отсутствию кислорода исключаются горение шины и ее разрыв вследствие самовозгорания. В результате заполнение шин азотом делает езду более безопасной, а также повышает износостойкость техники и снижает необходимость частого обслуживания. Так что, получается, «овчинка стоит выделки».