Azotas – didelė mūsų aplinkos dalis

Nors mūsų atmosferoje yra daug azoto, šis cheminis elementas palyginti mažai žinomas. O gaila, nes azotas pasižymi daugeliu naudingų savybių. Be to, tai yra gyvybiškai svarbus elementas.

Mažas mėgintuvėlis su sperma įleidžiamas į plieninę talpyklą su skystu azotu. Iš talpyklos sklinda garai, viskas panašu į sceną iš mokslinės fantastikos filmo, tačiau tai viso labo taikomosios biochemijos vaizdelis.
Biochemikas žino, kad sperma gali atlaikyti akistatą su stingdančiu skysto azoto šalčiu bei išlikti gyvybinga bent 5 metus.

Vargu, ar spermos banko darbuotojai kasdien susimąsto, kad azotas išskiriamas iš oro. Jiems, kaip ir kitų pramonės šakų darbuotojams, skystas azotas tėra svarbus koformuliantas, ir jie tiesiog naudojasi išskirtine skysto azoto šaldymo savybe. Azotas užverda esant -196 °C. Tai reiškia, kad iš skystos į dujinę būseną jis pereina labai žemoje temperatūroje. Palyginti, vanduo užverda esant +100 °C – taigi skirtumas siekia net beveik 300 °C! Verdantis azotas sunaudoja labai daug energijos. Jis ją paima iš aplinkos, kuri dėl to labai atšąla. Šis metodas plačiai naudojamas, pvz., norint užšaldyti gruntą atliekant statybos darbus po žeme. Sušalusi žemė tampa kieta lyg akmuo, todėl pro ją neprasisunkia gruntiniai vandenys. Pavyzdžiui, toks metodas buvo naudojamas statant metro liniją Kopenhagoje.

Azotas nenoriai sudaro junginius

Didžiausią oro, kuriuo kvėpuojame, dalį sudaro azotas. Azotas yra atskiras cheminis elementas, kuris sudaro maždaug 78% mūsų atmosferos. Mūsų planetos istorijos pradžioje šis kiekis buvo dar didesnis.

Daugeliu atveju azoto buvimo šalia mes nė neįtariame. Ore jis yra nematomas (ir labai gerai!); azotas yra bekvapis, beskonis ir nedegus. Jo išvaizda niekuo neypatinga, net ir tada, kai azotas sušąla tiek, kad virstų skysčiu – skystas azotas irgi yra bespalvis.

Jei cheminius elementus būtų galima apibūdinti taip, kaip žmones, cheminiu požiūriu azotą būtų galima pavadinti „droviu“. Taip sakome todėl, kad azotas „nemėgsta“ jungtis su kitomis medžiagomis. Tiesą sakant, jis yra toks „savarankiškas“, kad chemikai jį laiko inertinėmis dujomis – tokiomis, kurios pasižymi stabilumu ir nesijungimu su kitais elementais.

Ši azoto savybė taip pat plačiai naudojama pramonėje. Kai ant maisto produkto pakuotės perskaitote „Supakuota naudojant apsaugines dujas“, žinokite, kad pagrindinis šių dujų komponentas yra azotas. Taip yra todėl, kad kai produktą supa gryno azoto atmosfera, jis tampa apsaugotas nuo bakterijų ir kitų mikroorganizmų, nes pastariesiems išgyventi paprastai būtinas deguonis. Įvairiose pramonės srityse dujinis azotas naudojamas deguonies išstūmimui iš oro. Tai vadinama inertinimu. Šis metodas plačiai taikomas naftos perdirbimo pramonėje – koncentruotas azotas pašalina gaisro ir sprogimo pavojų išstumdamas deguonį iš talpyklų ir vamzdynų.

Azoto kelias Žemėje
Nors ir nenoriai, su kai kuriomis medžiagomis azotas vis tik sudaro junginius. Ir tai nėra blogai. Juk azotas yra vienas iš svarbiausių gyvybės elementų, kuris, be kita ko, yra svarbus baltymų elementas. Tačiau gamtai nepavyko sukurti paprasto būdo išskirti azotą iš atmosferos – pagrindinės azoto saugyklos žemėje.

Sunku patikėti, tačiau vienas iš tokių būdų yra audra. Žaibo išlydis taip įkaitina aplinkinį orą, kad azotas, galima sakyti, „pamiršta savo drovumą“ ir susijungia su deguonimi. Tokiu būdu susidaro nitratai, kurie naudingi augalams. Azoto junginiai taip pat patenka į atmosferą iš išsiveržusių ugnikalnių.

Tačiau žaibavimo ir ugnikalnių išsiveržimo metu susidaro nedaug azoto junginių. Todėl darbo ėmėsi patys augalai – jie sukūrė gebėjimą paimti azotą iš oro. Arba galima pasakyti taip: jie priėmė pas save gyventi tam tikros rūšies bakterijas, kurios sugeba paimti azotą iš oro. Paprastai tokios bakterijos gyvena augalo šakniagumbyje. Yra maždaug 190 rūšių augalų, kurie puikiai įvaldė šią gudrybę, o iš jų labiausiai žinomi yra žirniai ir pupos. Tokiu būdu augalai sukūrė azotui veiksmingą biologinį ciklą. Per augalus azotas patenka į baltymus, kuriais maitinasi gyvūnai, o taip pat ir žmonės. Kaip manote, ko yra karbamide, kuris iš organizmo pasišalina per šlapimą? Teisingai – azoto. Tačiau jame azotas išlieka susijungęs su kitais elementais, todėl į orą jis grįžta tik šlapimui suirus.

Per didelis azoto kiekis gali pridaryti bėdų, nes jis yra veiksminga trąša, todėl vandenyje – ežeruose, fjorduose ir jūroje – jis sukelia dumblių žydėjimą.

Oras žaliava

Pramonėje azotas žinomas kaip dujos. Taip yra todėl, kad tai yra vienos iš dujų, kurios kartu sudaro orą, tačiau tai taip pat reiškia, kad dujas galima gaminti tiesiog iš paprasto oro. Gamyba vyksta palaipsniui suspaudžiant ir atvėsinant orą – šis procesas vadinamas Lindės procesu. Jo pabaigoje oras taip atšaldomas, kad virsta skysčiu, kuriame azotą galima atskirti nuo kitų dujų – deguonies ir argono.

Anksčiau, kai gaminti azotą buvo techniškai neįmanoma, buvo naudojamos „endogeninės dujos“ – degimo oras, pvz., miesto dujų, kuriose deguonies po degimo likdavo labai mažai, todėl endogeninės dujos buvo neaktyvios. Stambios pramonės įmonės turėdavo savo endogeninių dujų generatorius, o dabar azotas gaminamas specializuotose įmonėse, iš kurių paskirstomos įvairioms gamykloms.

Dujinio ir skysto azoto sunaudojama vis daugiau. Dujinis azotas paprastai naudojamas procesuose, kuriuose nepageidaujamos deguonies sukeliamos cheminės reakcijos. Skystas azotas dažniausiai naudojamas vėsinimui ir šaldymui – ši jo savybė pritaikoma, pvz., perdirbant senas padangas. Labai sušaldytos padangos tampa trapios tarsi stiklas – jos sutrupinama į granules, iš kurių atskiriama guma, plienas ir tekstilė.

Greitai užšaldžius dažus, jie lengvai atsilupa – taigi azotas naudojamas senų dažų pašalinimui. Mažos metalo ar gumos liekanos liejimo formose gamintojams gali būti tikras galvos skausmas, kurio galima išvengti jas pašaldant – tuomet likučiai tiesiog iškrenta.

Vis didėjantys vartotojų reikalavimai maisto kokybei reiškia, kad skysto azoto naudojimas nuolat auga maisto pramonėje, tačiau vienas iš naujausių jo panaudojimo būdų yra energijos gamyboje. Pirmasis pasaulyje superlaidus elektros kabelis buvo pradėtas naudoti 2001 m. Danijos Amagero saloje. Iš tiesų kabelis yra labai trumpas, vos 30 m, tačiau jis labai skiriasi nuo kitų kabelių – jo temperatūra yra -190 °C, o tokiame šaltyje nėra elektrinės varžos, todėl sutaupomas didžiulis energijos kiekis, kuris prarandamas naudojant tradicinius kabelius. Žinoma, tokios žemos kabelio temperatūros palaikymui naudojamas azotas.

KAD RATAS SUKTŲSI

Kaip žinoma, ratas ir ašis turi atitikti vienas kitą. Ir čia azotas vaidina svarbų vaidmenį. Ašis išliejama šiek tiek didesnio skersmens už ašies angos skersmenį. Tada ašis staigiai atšaldoma skystu azotu ir šiek tiek susitraukia – tiek, kad ją būtų galima įstumti į guolį. kai ašies temperatūra vėl padidėja, ji būna nepajudinamai užfiksuota guolyje.

 

1770 M. ATRADIMAS

Mokslas ilgai negalėjo tiksliai išsiaiškinti oro paslapties. Tačiau 1770 m. medicinos studentas Daniel Rutherford sukūrė būdą sugauti orą vandens statinėje. Atlikęs kelis bandymus jis pamatė, kad didžiąją oro dalį sudarė medžiaga, kuri nepalaikė ugnies degimo. Ją jis pavadino „sudegusiu oru“, t. y. oru be deguonies. Taip buvo atrastas azotas.

 

KITOSE KALBOSE

Anglakalbėse šalyse azotas vadinamas „nitrogen“. Daniškame azoto pavadinime „dusinanti medžiaga“ („kvælstof“) pabrėžiama azoto savybė slopinti ugnį. Prancūzai (o per juos – ir lietuviai) šias dujas vadina azotu (iš graikiško žodžio, reiškiančio „jokios gyvybės“), vokiečiai „Stickstoff“, o švedai – „kväve“.

 

 

Tekstas: Isabelle Kliger
Foto: Anna Svensson, Jonas H Ottosson, Tobbe Malm and Tomas T Art Photo