РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ В ПРИРОДЕ. ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЯ АЗОТА И ФОСФОРА

Азот входит в состав земной атмосферы в несвязанном виде в форме двухатомных молекул. Приблизительно 78% всего объема атмосферы приходится на долю азота. Кроме того, азот входит в состав растений и организмов животных в форме белков. Растения синтезируют белки, используя нитраты из почвы. Нитраты образуются там из атмосферного азота и аммонийных соединений, имеющихся в почве. Процесс превращения атмосферного азота в форму, усвояемую растениями и животными, называется связыванием (или фиксацией) азота.

Связывание азота может происходить двумя способами:

1) Во время разряда молний некоторое количество азота и кислорода в атмосфере соединяется с образованием оксидов азота. Они растворяются в воде, образуя разбавленную азотную кислоту, которая в свою очередь образует нитраты в почве.

2) Атмосферный азот превращается в аммиак, который затем под действием бактерий превращается в нитраты, в процессе, называемом нитрификацией. Некоторые

из таких бактерий присутствуют в почве, тогда как другие существуют в узелках корневой системы клубеньковых растений, например клевера.

Нитрозамин. В последнее время наблюдается повышение содержания нитратов в питьевой воде, главным образом по причине усилившегося использования искусственных. азотных удобрений в сельском хозяйстве. Хотя сами нитраты не так уж опасны для взрослых людей, в организме человека они могут превращаться в нитриты. Кроме того, нитраты и нитриты используются для обработки и консервирования многих пищевых продуктов, в том числе ветчины, бекона, солонины, а также некоторых сортов сыра и рыбы. Отдельные ученые полагают, что в организме человека нитраты могут превращаться в нитрозамины:

Известно, что нитрозамины способны вызывать онкологические заболевания у животных. Большинство из нас уже подвержено воздействию нитрозаминов, которые в небольшом количестве находятся в загрязненном воздухе, сигаретном дыму и некоторых пестицидах. Полагают, что нитрозамины могут быть причиной 70-90% случаев онкологических заболеваний, возникновение которых приписывают действию факторов окружающей среды.

(см. скан)

Рис. 15.15. Круговорот азота в природе.

Нитраты также вносятся в почву в форме удобрений. В гл. 13 уже были описаны такие азотсодержащие удобрения, как нитрат кальция нитрат аммония нитрат натрия и нитрат калия .

Растения усваивают нитраты из почвы через свою корневую систему.

После смерти растений и животных их белки разлагаются, образуя соединения аммония. Эти соединения в конце концов превращаются гнилостными бактериями в нитраты, которые остаются в почве, и азот, который возвращается в атмосферу.

Все эти процессы являются составными частями круговорота азота в природе (см. рис. 15.15).

Ежегодно во все мире вырабатывается свыше 50 млн. т азота. Чистый азот наряду с кислородом и другими газами, в том числе аргоном, в промышленных условиях получают с помощью фракционной (дробной) перегонки сжиженного воздуха. Этот процесс включает три стадии. На первой стадии из воздуха удаляют частицы пыли, пары воды и диоксид углерода. Затем воздух сжижают, охлаждая его и сжимая до

высоких давлений. На третьей стадии фракционной перегонкой жидкого воздуха разделяют азот, кислород и аргон.

Приблизительно три четверти всего азота, получаемого ежегодно в Великобритании, превращают в аммиак (см. разд. 7.2), треть которого превращают затем в азотную кислоту (см. ниже).

Азотная кислота имеет ряд важных применений:

1) приблизительно 80% синтезируемой азотной кислоты — для получения удобрения нитрата аммония;

2) в производстве синтетической пряжи, например найлона;

3) для изготовления взрывчатых веществ, например тринитротолуола (тола) или тринитроглицерина (динамита);

4) для нитрования ароматических аминов в производстве красителей.

Нитраты используются для получения удобрений и взрывчатых веществ. Например, порох представляет собой смесь серы, древесного угля и нитрата натрия. Нитрат стронция и нитрат бария применяются в пиротехнике для получения соответственно красных и бледно-зеленых огней.

Тол и динамит. Тол - это сокращенное название тринитротолуола. Динамит содержит тринитроглицерин, которым пропитан кизельгур. Для получения этого и других взрывчатых веществ используется азотная кислота.

Нитрат серебра используется для получения галогенидов серебра, применяемых в фотографии.

Азот используется для создания инертной атмосферы в производстве листового стекла, полупроводников, витамина А, найлона и свинцово-натриевого сплава, который применяется для получения . Жидкий азот используется для хранения в охлажденном состоянии крови, бычьего семени (с целью выведения племенного скота) и некоторых пищевых продуктов.

Фосфор, как и азот, тоже является одним из незаменимых для жизни элементов и входит в состав всех живых организмов. Он содержится в костных тканях и необходим животным в процессах обмена веществ для накопления энергии.

Фосфор обнаруживается в природе в таких минералах, как апатит, в котором содержится фосфат кальция Ежегодно в мире добывают приблизительно 125 млн. т фосфатной руды. Большая ее часть расходуется на производство фосфатных удобрений (см. гл. 13).

Белый фосфор получают из фосфатной руды, прокаливая ее в смеси с коксом и кремнеземом в электрической печи при температуре порядка 1500°С. При этом образуется оксид который затем восстанавливают до белого фосфора путем нагревания в смеси с коксом. Красный фосфор получают, нагревая белый фосфор без доступа воздуха при температуре около 270 °С в течение нескольких суток.

Красный фосфор используется для изготовления спичек. Им покрывают бока спичечного коробка. Спичечные головки изготовляют из калия, оксида марганца (IV) и серы. При трении спички о коробок происходит окисление фосфора. Большая часть белого фосфора, получаемого в настоящее время, расходуется в производстве фосфорной кислоты. Фосфорную кислоту применяют в производстве

нержавеющей стали и для химического полирования сплавов алюминия и меди. Разбавленная фосфорная кислота используется также в пищевой промышленности для регулирования кислотности желеобразных продуктов и безалкогольных напитков.

Чистый фосфат кальция тоже используется в пищевой промышленности, например в составе пекарского порошка. Одним из важнейших фосфатных соединений является триполифосфат натрия . Он используется для получения синтетических моющих средств и других типов умягчителей воды. Полифосфаты используются также для повышения содержания воды в некоторых пищевых продуктах.