Kde v přírodě najdete dusík?

Dusík (chemická značka – N, z řečtiny ζωός – živý; lat. Dusík z) je chemický prvek s atomovým číslem č. 7, atomová hmotnost 14,007, nekov je ve druhé periodě hlavní podskupiny VA – skupiny periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejeva. Elektronová konfigurace atomu je 1s 2 2 s 2 2p 3. Složení vzduchu obsahuje 78%. Patří k makrotrofním prvkům a je součástí živých organismů. Je součástí bílkovin, které jsou důležitou součástí živých organismů. Bod varu dusíku je 195,8 °C, tepelná kapacita plynného dusíku je 29 kJ/mol·K. Má dva přirozené stabilní izotopy – 125 N (14 %) a 99,635 N (15 %) [0,365]. [4].

Historie objevu

Dusík poprvé popsal anglický vědec D. Rutherford v roce 1772. D. Rutherford ve své práci popsal vlastnosti plynného dusíku s tím, že tato látka nepodporuje procesy hoření a dýchání. Vědci dali dusíku jméno jako „jedovatý vzduch“ („dusivý plyn“) [4] [5]. Také v roce 1772 získal D. Priestley „jedovatý vzduch“ a nazval jej „flogistický vzduch“. V roce 1773 švédský lékárník z města Stralsund K. Scheele stanovil složení vzduchu jako plynu sestávajícího ze dvou plynů, z nichž jeden nepodporuje dýchání a spalování. Tento plyn se nazýval „špatný nebo zkažený vzduch“ [6].

V roce 1776 francouzský vědec A.L. Lavoisier, který prozkoumal všechny otevřené plynné látky – „jedovatý vzduch“, „flogistický vzduch“ a „špatný nebo zkažený vzduch“, zjistil, že mluvíme o stejném plynu. V roce 1787 bylo navrženo nazývat tuto část vzduchu „dusíkem“, což v překladu z řečtiny znamená „bez života“. V současné době je „neživý“ dusík prvkem, který je součástí bílkovin a je prvkem života [4] [6].

V roce 1784 stanovil G. Cavendish obsah dusíku v dusičnanech. V roce 1790 dostal prvek číslo 7 latinský název dusík (z pozdní lat. nitrum – „ledek“ a řečtina. γεννάω – „rodit“) a byl zaveden jako termín J. Chaptalem do chemické vědy. Počátkem 6. století byla zdůvodněna koncepce chemické inertnosti dusíku ve volném stavu a významná úloha dusíku vázaného [XNUMX].

Být v přírodě

Dusík je po vodíku čtvrtým nejrozšířenějším prvkem v přírodě (H₂), helium (He) a kyslík (O₂), je nejběžnějším prvkem ve sluneční soustavě. Dusík se nachází v kometách, meteoritech, slunečním větru a ve fotosféře Slunce. Dusík je součástí atmosféry Venuše a Marsu. V jiných vesmírných objektech je dusík v redukovaném stavu [6].

Dusík v zemské atmosféře je obsažen v množství asi 3,9•10 15 t Dusík v atmosféře může být ve volném nebo vázaném stavu. Jeho hlavní část je ale ve svobodném stavu. Vzduch obsahuje dusík – 78,09 % obj., 75,6 % hm. Ve vázaném stavu je dusík přítomen ve formě malého množství amoniaku (NH₃) a oxidy. Zemská kůra obsahuje dusík – 1•10 -2 % hm., včetně ve vázaném stavu, se dusík nachází především ve formě dusičnanů (dusičnanů) a amonných sloučenin [4].

Ve spodních vrstvách stratosféry se izotop 14N vlivem neutronového kosmického záření přeměňuje na uhlíkový radionuklid 14C. Dusík se účastní cyklu uhlík-dusík při termonukleárních reakcích v kosmických hvězdách [4].

Dusík se může v přírodě vyskytovat také ve formě následujících sloučenin:

dusík je prvek, který je součástí nukleových kyselin (DNA a RNA), bílkovin;
Indický dusičnan, dusičnan draselný KNO₃;
Chilský dusičnan, dusičnan sodný NaNO₃[7].

Biochemický cyklus dusíku v přírodě

Cyklus dusíku v přírodě je uzavřený cyklus výměny chemických prvků živých organismů s abiotickým prostředím. Biochemický cyklus cirkulace dusíku v přírodě se skládá z následujících fází [8].

Cyklus dusíku v přírodě

Dusík obsažený v atmosféře ve formě molekulárního dusíku N₂, je k dispozici pouze pro nodulové bakterie, půdní bakterie rodů Azotobacter a Clostridium a sinice. Tyto bakterie jsou schopny přeměnit molekulární dusík na amonné ionty (NH₄ +). Tento vázaný dusík je pak zabudován do aminokyselin a bílkovin, které tvoří živé organismy. Po jejich smrti se aminokyseliny a bílkoviny přemění na amoniak (NH₃).
Pomocí půdních bakterií dochází v půdě k procesu oxidace amonia na dusitany → dusičnany.

Biochemický cyklus dusíku

Během tohoto koloběhu dusíku v přírodě jsou možné: ztráty dusíku a jejich kompenzace v důsledku sopečných erupcí a jiných typů geologické činnosti [8].

Struktura

Elektronová struktura atomu dusíku

Elektronická struktura

Dusík je chemický prvek druhého období hlavní podskupiny VA – skupiny periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejeva s elektronovou konfigurací atomu – 1s 2 2s 2 2p 3 . Protože atom dusíku nemá volné (neobsazené) d-orbitaly, může díky svým nepárovým elektronům vytvořit více než tři chemické vazby (být 3-valenční atom). Navíc se jeho valence může rovnat třem. Atom dusíku, který působí jako „donor“ páru elektronů s-shell, je schopen vytvořit čtvrtou chemickou vazbu podle mechanismu donor-akceptor [9].

Iont N+ je schopen tvořit čtyři vazby v kladně nabitém (ionizovaném) stavu se čtyřmi nepárovými elektrony. To znamená, že dusík, stejně jako všechny prvky druhé periody, patří k extrémně čtyřmocným prvkům. Iont dusíku N−2 v záporně nabitém ionizovaném stavu může být dvojmocný. Podle metody valenčních vazeb a molekulových orbitalů v molekule dusíku N₂ existuje trojná chemická vazba – N≡N, z nichž jedna je σ-sigma a dvě π-pi vazby. V souladu s tím jsou tři p-orbitaly každého atomu dusíku umístěny v prostoru vzájemně kolmo k odpovídajícím souřadnicovým osám. Orbitaly různých atomů dusíku, které jsou orientovány podél stejné osy, tvoří σ-vazbu a vzájemně rovnoběžné orbitaly orbitalu tvoří π-vazbu [9] [7].

Ve sloučeninách lze nalézt atomy dusíku:

ve stavu sp 3 hybridizace atomových orbitalů, pokud se tvoří pouze σ vazby;
ve stavu hybridizace sp 2, pokud se vytvoří jedna vazba π;
ve stavu sp-hybridizace, pokud existují dvě π vazby [9].

Elektronegativita atomu dusíku je poměrně vysoká a je 3,04 na Paulingově stupnici. Ve vazbách s atomy kyslíku O a fluorem F, které mají vysokou elektronegativitu, je atom dusíku N kladně polarizován. Sloučeniny dusíku s chlorem, bromem a některými dalšími prvky lze klasifikovat jako kovalentní nepolární. Ve sloučeninách s jinými prvky je atom dusíku negativně polarizován. Dusík se ve svých sloučeninách vyznačuje oxidačními stavy: od nejnižších −3 po nejvyšší +5 [9] [7].

Fyzikální vlastnosti

Za normálních podmínek je dusík z hlediska fyzikálních vlastností dvouatomový plyn bez zápachu, chuti a barvy s nízkou rozpustností ve vodě – 0,0291 kg na 1 m 3 (při 0 °C), v uhlovodících jako je hexan a heptan je jeho rozpustnost vyšší než ve vodě, chemicky inertní. Trochu lehčí než vzduch. Nepodporuje spalování ani dýchání. Teplota tání dusíku t_pl je minus 209,86 °C, bod varu t_žok = −195,75 °C, v pevném skupenství kameniva při teplotě 252,15 °C hustota 1026 kg/m3, v kapalném stavu při teplotě = −195,75 °C – 808 kg/m3, v plynném stavu při 0 °C -1,2506 kg/m3. Kritické parametry skupenství dusíku: teplota = −146,95 °C, kritický tlak = 3,9 MPa, kritická hustota = 304 kg/m 3 [4].

Dusík o hustotě 1026,5 kg/m 3 má stabilní α-formu s kubickou krystalovou mřížkou, za normálního tlaku a teplotách pod -238,15 °C je v pevném stavu. β-forma s hexagonální krystalovou mřížkou je charakteristická pro dusík o hustotě 879,2 kg/m 3 při teplotách nad minus 238,15 °C. Dusík má při tlacích nad 350 MPa třetí modifikaci s tetragonální krystalovou mřížkou [4].

Chemické vlastnosti dusíku

Dusík, který má silnou intramolekulární chemickou vazbu, má malou velikost a nepolaritu molekuly, je charakterizován slabou intermolekulární interakcí. To vysvětluje nízké body varu a tání. Při styku se vzduchem z něj dusík absorbuje kyslík [4].

Dusík přechází do pevného skupenství při teplotě -209,86 °. Vzhledově je to sněhová hmota nebo velké sněhově bílé krystaly. Interaguje se vzduchem, absorbuje kyslík, tvoří roztok kyslíku v dusíku a taje [4].

Molekulární dusík má velmi nízkou reaktivitu, což je způsobeno přítomností N v molekule₂ trojná vazba, stejně jako nepolarita molekuly. Protože molekula dusíku je nepolární a slabě polarizovaná, interakční síly mezi molekulami jsou velmi slabé, proto je za normálních podmínek dusík plynný. Dusík vykazuje vlastnosti oxidačního činidla při interakci s prvky umístěnými dole a vlevo v Mendělejevově periodické tabulce prvků a může být redukčním činidlem při reakcích s prvky umístěnými nahoře a vpravo v systému prvků. Proto je dusík schopen reagovat s kovy i nekovy [10].

Za normálních podmínek nereaguje s kyselinami, zásadami, halogeny ani sírou. Při pokojové teplotě dusík reaguje pouze s některými silnými redukčními činidly, například lithiem [7], což je oxidační činidlo:

6Li+N₂ = 2 Li₃N (v přítomnosti vlhkosti).

Dusík interaguje s cesiem podobným způsobem.

Při vystavení elektrickému výboji při teplotách nad 1000 °C (například během bouřky) molekulární dusík interaguje s kyslíkem, absorbuje teplo a vytváří oxid dusíku (II), vykazující vlastnosti redukčního činidla:

Při zahřátí na 3000 °C – 5000 °C nebo působením elektrického výboje reaguje atomární dusík s uhlíkem za vzniku binárních sloučenin [10]:

Reakce s vodíkem probíhá při zvýšené teplotě (500 ºС) a tlaku (350 atm.) v přítomnosti katalyzátoru (Fe):

Při zahřátí dusík reaguje s Mg, Ca, Al a dalšími kovy, přičemž vykazuje vlastnosti oxidačního činidla [9]:

N₂ + 2Al (prášek) = 2AlN (800-1200 ºС)

Způsoby získávání dusíku

Průmyslovým způsobem

Molekulární dusík se průmyslově vyrábí frakční destilací kapalného vzduchu. Dusík se získává nízkoteplotní frakční separací kapalného vzduchu. Kryogenní proces se nazývá rektifikace, která je založena na různých bodech varu kapalného dusíku a kyslíku, které jsou v tomto pořadí mínus 196 °C a mínus 183 °C. Protože bod varu kapalného dusíku je nižší než bod varu kapalného kyslíku, je destilát (produkt) odebraný z hlavy destilační kolony kapalný dusík a zbytek je kapalný kyslík. Tato metoda se používá k výrobě „atmosférického dusíku“. K získání dusíku se také používají metody separace pomocí membrán a adsorpčních plynů [7].

Laboratorní metoda

V laboratorních podmínkách se čistý dusík získává zahřátím koncentrovaného vodného roztoku dusitanu amonného NH na 70 °C₄NE₂ nebo směsi roztoků chloridu amonného NH₄Cl a dusitan sodný NaNO₂ [7]:

Tato reakce probíhá za následujících podmínek [7]:

nasycený roztok dusitanu sodného se po kapkách přidá k nasycenému roztoku chloridu amonného (nebo síranu);
poté se výsledná směs zahřeje, dusitan amonný vzniklý jako výsledek výměnné reakce se začne okamžitě rozkládat;
Dusík uvolněný během reakce se shromažďuje v nádobě s vodou pomocí výstupní trubice plynu. Uvolněný dusík, vytlačující vodu, naplní nádobu. Protože dusík nepodporuje hoření, hořící tříska vnesená do nádoby zhasne, čímž se prokáže tvorba dusíku.

Průtok čpavku NH₃ nad oxidem měďnatým CuO se při zahřátí na 700 °C také uvolňuje plynný dusík a tvoří se měď [7]:

Když se dichroman amonný při zahřívání rozkládá, uvolňuje se plynný dusík a vzniká oxid chromitý Cr₂O₃. Tato reakce se nazývá „chemická sopka“ [7]:

Při hoření amoniaku se uvolňuje čistý dusík [7]:

Při varu azidu sodného NaN₃ do 300 °C se azid rozkládá za vzniku čistého dusíku (reakční podmínky jsou přísně kontrolovány) [7]:

přihláška

Široké použití plynného dusíku v průmyslu se vysvětluje jeho inertními vlastnostmi: plynný dusík je nevýbušná a ohnivzdorná látka, která zabraňuje oxidaci a rozkladným procesům.

Plynný dusík se používá:

je surovinou pro výrobu čpavku, kyseliny dusičné, dusíkatých hnojiv, výbušnin, barviv;
v chemických a metalurgických procesech při pohybu hořlavých kapalin se používá jako inertní médium;
používané ve velkém množství při výrobě koksu pro „suché hašení koksu“ při vykládání koksu z koksárenských baterií;
v kosmickém průmyslu se dusík používá k „lisování“ paliva v raketách z nádrží do čerpadel nebo motorů;
v ropném průmyslu se používají k zajištění bezpečného vrtání, generálních oprav a údržby vrtů;
v petrochemickém průmyslu – pro proplachování nádrží a potrubí, pro kontrolu provozu potrubí pod tlakem;
v těžebním průmyslu – vytvářet v dolech nevýbušné prostředí, rozšiřovat vrstvy hornin;
pro hašení endogenních požárů plynným i kapalným dusíkem;
ve výrobě elektroniky – pro čištění k odstranění kyslíku;
v potravinářském průmyslu – pro balení a skladování jako plynné médium, potravinářská přísada E941.

Používá se kapalný dusík:

v medicíně;
ve vakuových instalacích kryostaty jako chladicí kapalina pro hluboké chlazení;
při nalévání olejů a nesycených nápojů k vytvoření přetlaku a inertního prostředí v měkkých nádobách.

Úroveň nebezpečí a bezpečnostní opatření

Pokud nejsou dodržována bezpečnostní pravidla, při používání nebo skladování může být dusík nebezpečný pro lidský život a životní prostředí. Dusík je škodlivá látka, která škodlivě působí na dýchací ústrojí člověka, způsobuje dušení a může vést k rozvoji chronických onemocnění. Za určitých podmínek se dusík může stát zdrojem požáru a výbuchu [11].

Dusík patří do třídy nebezpečnosti 2 (GOST R 50597-93) v souladu s ruskou státní normou GOST 19433-88 „Jednotný systém identifikace a klasifikace nebezpečných látek“. Třída nebezpečnosti 2 udává, že se jedná o látky, které mohou způsobit zmrznutí tkání a při delším působení na lidský organismus toxický účinek na dýchací soustavu [11].

Proto při práci s dusíkem musí být splněny následující bezpečnostní normy (podle GOST 19433-88).

Dusík musí být skladován a přepravován mimo zdroje otevřeného ohně, vysokých teplot a na dobře větraném místě.
Při interakci s dusíkem musí pracovníci používat ochranné prostředky, které zahrnují speciální oděv, ochranné brýle a plynové masky.
Maximální přípustná koncentrace dusíku ve vzduchu pracovního prostoru by neměla být vyšší než 20 %.
Zabraňte náhodnému úniku dusíku do atmosféry. Pokud k tomu dojde, pak je třeba přijmout opatření k zamezení možnosti vzniku výbušných látek.
Zohledněte specifické podmínky pro zajištění bezpečné práce s dusíkem [11].

Literatura

Glinka N. L. Obecná chemie: učebnice pro střední odborné vzdělávání. – M.: KnoRus, 2019. – 360 s.
Glinka N. L. Obecná chemie: učebnice pro vysoké školy / ed. A. I. Ermaková. – M.: Integral-Press, 2003. – 728 s.
Karapetyants M. Kh. Obecná a anorganická chemie: učebnice / ed. M. Kh., S. I. Drakin. – M.: Lenand, 2018. – 600 s.
Knunyants I. L. (hlavní redaktor). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích – Moskva: Sovětská encyklopedie, 1988. – T. 1. – S. 58. – 623 s. — 100 000 výtisků.
Obecná chemie. Učebnice / vyd. S. F. Dunaeva. – M.: Academia, 2017. – 160 s.
Obecná a anorganická chemie: učebnice / ed. V. V. Denisová, V. M. Talanová. — Rn/D: Phoenix, 2018. — 144 s.

Poznámky

↑Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu.Atomové hmotnosti prvků 2011 (Technická zpráva IUPAC)(angl.) // Čistá a aplikovaná chemie. – 2013. – Sv. 85, č.p. 5. — S. 1047—1078. – doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02. Archivováno z originálu 5. února 2014.
↑Dusík: elektronegativity(angl.). WebElements. Datum přístupu: 5. srpna 2010.Archivováno z originálu 29. března 2016.
↑Knunyants I. L. (hlavní redaktor). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích – Moskva: Sovětská encyklopedie, 1988. – T. 1. – S. 58. – 623 s. — 100 000 výtisků.
↑ 4,04,14,24,34,44,54,64,74,84,9dusík(nespecifikováno) . Velká ruská encyklopedie. Datum přístupu: 18. května 2024.
↑Dusík. Chemie dusíku a jeho sloučenin(nespecifikováno) . Datum přístupu: 18. května 2024.
↑ 6,06,16,26,3Dusík: historie objevů, výskyt v přírodě, biochemický cyklus dusíku v přírodě(nespecifikováno) (13. ledna 2024). Datum přístupu: 20. května 2024.
↑ 7,007,017,027,037,047,057,067,077,087,097,10Tarasova A.V., Feofanov D.A., Finogenko T.M., Fabinsky P.V.Anorganická chemie. Dusík a jeho sloučeniny. — Krasnojarsk: Sibiřská státní univerzita pojmenovaná po. M. F. Reshetneva, 2022. – 96 s. — ISBN BBK 24.128я73.
↑ 8,08,1Biogeochemické cykly uhlíku, dusíku, fosforu(nespecifikováno) . YaClass. Datum přístupu: 6. srpna 2024.
↑ 9,09,19,29,39,4Kuzněcovová I.V., Khmelev S.S.Chemie dusíku a jeho nejdůležitějších sloučenin. — Saratovská státní univerzita. — 50 s.
↑ 10,010,1dusík(nespecifikováno) . Datum přístupu: 8. září 2024.
↑ 11,011,111,2Třída nebezpečnosti dusíku podle GOST // GOST R – národní normy Ruské federace.

reference

Dusík, chemický prvek // Encyklopedický slovník Brockhausa a Efrona: v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). – Petrohrad. , 1890—1907.

Historie objevu dusíku.

V roce 1772 D. Rutherford zjistil, že vzduch zbývající pod kapotou, kde žila myš, po spálení fosforu v ní nepodporuje spalování a dýchání. Nazval tento plyn „jedovatý vzduch“. Ve stejném roce D. Priestley, který přijal „jedovatý vzduch“ jiným způsobem, jej nazval „flogistický vzduch“. V roce 1773 K. Scheele, švédský lékárník z města Stralsund, zjistil, že vzduch se skládá ze dvou plynů, a nazval plyn, který nepodporuje spalování a dýchání, „špatný nebo zkažený vzduch“. V roce 1776 slavný francouzský vědec A. Lavoisier, který podrobně prostudoval „jedovatý“, „flogistický“ a „špatný“ vzduch, mezi nimi prokázal identitu. A po letech jako člen komise pro vývoj nového chemického názvosloví navrhl tuto část vzdušného dusíku nazvat (z řeckých slov „a“ – což znamená negace, a „zoo“ – život). Latinský název dusíku pochází ze slova „nitrogenium“, což znamená „produkující ledek“ („tvořící ledek“). Tento termín zavedl do vědy v roce 1790 J. Chaptal.

Být v přírodě.

Dusík je po vodíku, heliu a kyslíku čtvrtým nejrozšířenějším prvkem ve sluneční soustavě. Dusík byl nalezen ve spektrech hvězd, včetně fotosféry Slunce, v meteoritech, kometách, slunečním větru a v mezihvězdných oblacích plynu. Molekulární dusík je pozorován v atmosférách Venuše a Marsu a čpavek je charakteristický pro Jupiter a Saturn. Ve všech vesmírných objektech se dusík nachází pouze v redukovaném stavu.

Dusík zaujímá 20. místo v množství v zemské kůře. Jeho naprostá většina je soustředěna v těchto hlavních nádržích: atmosféra (3,86 * 10 15 t), litosféra (1,7 * 10 15 t), hydrosféra (2,2 * 10 13 t) a biosféra (~ 10 10 t ). V atmosféře volný dusík ve formě molekulárního N₂ je 78,09 % objemových (nebo 75,6 % hmotnostních), nepočítaje jeho drobné nečistoty ve formě amoniaku a oxidů.

V litosféře je průměrný obsah dusíku 6*10 -3 hm. %. Většina dusíku v silikátech je v chemicky vázaném stavu ve formě NH₄ + , izomorfně nahrazující draselný iont v silikátové mřížce. Kromě toho se v přírodě vyskytují také dusíkaté minerály: amoniak (NH₄C1), uvolňovaný ze sopek v poměrně velkém množství, baddingtonit (NH₄AlSi₃O 8-*0,5 N₂O) jediný hlinitokřemičitan amonný nalezený se zeolitovou vodou. Ve velmi blízkopovrchových oblastech litosféry byla objevena řada minerálů, sestávajících převážně z dusičnanových solí. Mezi nimi je známý ledek (NaNO₃), jejichž velké akumulace jsou charakteristické pro suché pouštní klima (Chile, Střední Asie). Po dlouhou dobu byl ledek hlavním zdrojem fixovaného dusíku. (Nyní má prvořadý význam průmyslová syntéza amoniaku ze vzdušného dusíku a vodíku.) Fosilní organická hmota je oproti silikátovým minerálům výrazně obohacena dusíkem. Ropa obsahuje od 0,01 do 2% dusíku a uhlí – od 0,2 do 3%. Diamanty mají zpravidla vysoký obsah dusíku (až 0,2 %).

V hydrosféře je průměrný obsah dusíku 1,6-*10 -3 hm. %. Převážná část tohoto dusíku je molekulární dusík rozpuštěný ve vodě; chemicky vázaný dusík, kterého je přibližně 25x méně, je zastoupen dusičnanovými a organickými formami. Voda obsahuje amoniak a dusitanový dusík v menším množství. Koncentrace fixovaného dusíku v oceánu je přibližně 104krát nižší než v půdách vhodných pro zemědělskou výrobu.

Ačkoli název dusík znamená „neudržující život“, ve skutečnosti je nezbytným prvkem pro život. V rostlinných organismech je obsažen v průměru 3 %, v živých organismech do 10 % sušiny. Dusík se hromadí v půdách (průměrně 0,2 hm. %). Průměrný obsah dusíku v živočišných a lidských bílkovinách je 16 %.

Mezi atmosférou, litosférou a biosférou probíhá nepřetržitá výměna, která je spojena se změnou chemických forem dusíku. Tato výměna určuje cyklus dusíku v přírodě. Výměna dusíku mezi atmosférou a biosférou se nazývá biochemický cyklus dusíku. Hlavním procesem pohybu dusíku v biosféře je jeho přechod z jedné chemické formy do druhé v uzavřeném cyklu. Neustálá změna chemických forem dusíku je zdrojem života pro mnoho organismů, od mikroorganismů až po vysoce organizované formy života. Zásoby fixovaného dusíku nashromážděné v půdě slouží jako zdroj výživy pro vyšší rostliny, odkud se fixovaný dusík může dostat i do organismů živočichů. Rostliny a zvířata, když umírají, dávají vzniknout organickému dusíku, který se nachází především v aminokyselinách. V procesu amonifikace organických zbytků se dusík organických sloučenin přeměňuje na amonnou (amoniakovou) formu. Ten se pomocí mikroorganismů přemění na dusitanovou formu. V tomto případě se uvolňuje asi 70 kcal / mol. Další skupina mikroorganismů dokončuje oxidaci amoniaku na dusičnany. Dusičnan získaný při procesu nitrifikace je absorbován rostlinami a cyklus pohybu dusíku v biosféře je uzavřen.

Hlavními anorganickými sloučeninami dusíku v půdách jsou dusičnany, amonium a v přírodních podmínkách se vyskytující zřídka dusitany. Chování prvních dvou složek v půdě je zcela odlišné. Pokud je dusičnan snadno pohyblivá sloučenina, není sorbován půdními minerály a zůstává rozpuštěný ve vodě, pak se amonium snadno chemisorbuje jílovými minerály, i když to nebrání tomu, aby se za určitých podmínek snadno oxidovalo na dusičnany. Tento rozdíl v pohyblivosti dusičnanů a amonia určuje zdroje dusíkaté výživy pro rostliny. Z energetického hlediska je výhodnější amonná forma dusíku, protože mocenství dusíku v ní je stejné jako mocenství dusíku v aminokyselinách.

Dusičnanová forma slouží jako hlavní zdroj dusíkaté výživy pro vegetaci díky své pohyblivosti, a to i přes nutnost vydat další energii spojenou s redukcí dusičnanů rostlinou.

Zásoby chemicky vázaného dusíku nevyužitého živou hmotou se vlivem mikroorganismů průběžně přeměňují na formy dostupné pro dusíkatou výživu rostlin. Amonium fixované jílovými minerály se tedy oxiduje na dusičnany. Za určitých podmínek, v nepřítomnosti volného kyslíku a v přítomnosti dusičnanů nevyužitých živou hmotou, může dojít k redukci dusíku na molekulární dusík v důsledku procesu denitrifikace s jeho uvolňováním do atmosféry.

Množství dusíku odstraněného denitrifikačními bakteriemi z biosféry je kompenzováno procesy fixace dusíku z atmosféry bakteriemi fixujícími dusík. Ti se dělí na dvě skupiny: na ty, kteří žijí samostatně, a na ty, kteří žijí v symbióze s vyššími rostlinami nebo s hmyzem. První skupina bakterií zaznamenává přibližně 10 kg/ha. Symbionti vyšších rostlin fixují výrazně větší množství dusíku. Tak symbionti luskovin zaznamenávají až 350 kg/ha. Se srážkami klesá dusík v řádu několika kilogramů na hektar.

V bilanci fixovaného dusíku nabývá na významu uměle syntetizovaný amoniak, jehož množství se každých 6 let zdvojnásobuje. V blízké budoucnosti to může způsobit nerovnováhu mezi procesy fixace a denitrifikace v biosféře.

Za povšimnutí stojí subcyklus koloběhu amoniaku a oxidů dusíku atmosférou, zvláště uvážíme-li, že tento subcyklus reguluje rozsah vývoje biosféry. Zdrojem atmosférického amoniaku jsou biochemické procesy v půdě a především amonifikace. Při oxidaci amoniak produkuje většinu oxidů dusíku v atmosféře. Oxid dusný získaný při procesu denitrifikace je zodpovědný za obsah oxidů dusíku ve stratosféře, které katalyticky ničí ozón, který chrání živou hmotu biosféry před škodlivými účinky tvrdého ultrafialového záření. V přírodě tak byly stanoveny určité limity rozvoje biosféry.

Lidská činnost hrozí narušením nastolené rovnováhy. Výpočty tedy ukázaly, že množství uvolněného oxidu dusíku při plánovaných letech nadzvukových letadel ve stratosféře bude srovnatelné s jeho příjmem z přírodních zdrojů. Tím je cyklus pohybu molekulárního dusíku biosférou dokončen. V tomto geochemickém cyklu je samotná existence dusíkové atmosféry Země určena rychlostmi fixačních a denitrifikačních procesů. Při prudké nerovnováze těchto rychlostí může zemská dusíková atmosféra zmizet během několika desítek milionů let.

Biosféra kromě atmosféry určuje existenci dalšího velkého rezervoáru dusíku v zemské kůře – litosféry, neboť právě interakce živé hmoty s molekulárním dusíkem hraje hlavní roli v procesu cirkulace povrchového dusíku. přes zemskou kůru. Malá část fixovaného dusíku nashromážděného v biosféře je spolu se srážkami unášena hluboko do zemské kůry. Za prudce redukujících podmínek mizí dusičnanová forma dusíku ze sedimentárních hornin. S nárůstem teploty a tlaku a překročením hranic biosféry se transformační reakce organické hmoty stávají jednostrannými a posouvají se směrem k destrukci organické formy dusíku. Hlavní formou vázaného dusíku se stává amonný iont. Se zvýšením stupně metamorfózy sedimentárních hornin se amoniakový dusík začíná hroutit a opouštět horniny. Ve vysokých stádiích metamorfózy tento proces prakticky končí a tím končí koloběh povrchového dusíku v zemské kůře. Životnost dusíku v tomto cyklu je asi 1 miliarda let.

Izotopy dusíku.

Dusík je jediným prvkem na Zemi, ve kterém jsou nejběžnější jádra izotopu 14 N lichého-lichého typu (7 protonů, 7 neutronů). Obsah 14N a 15N ve vzduchu je 99,634 a 0,366 %.

V horních vrstvách atmosféry dochází vlivem neutronů z kosmického záření k přeměně 14N na radioaktivní izotop 14C, který je základem pro geochronologické datování geologických vzorků obsahujících „dávný“ uhlík.

V současné době je možné získat chemické sloučeniny dusíku uměle obohacené těžkým izotopem 15 N až na 99,9 atom. Vzorky obohacené o 15 N se používají ve výzkumu v biochemii, biologii, medicíně, chemii a fyzikální chemii, fyzice, zemědělství, technologii a chemickém inženýrství, analytické chemii atd.

Naše chemická laboratoř provádí práce v oblasti výzkumu polymerních materiálů, analýzy polymerů a analýzy kaučuků. Cena práce na chemické analýze polymerů a analýze kaučuku je smluvní. Veškeré práce provádí tým profesionálů s mnohaletými zkušenostmi. Máte-li jakékoli dotazy týkající se analýzy polymerů a pryžových produktů. Naše centrum nápovědy pro laboratoře můžete kdykoli kontaktovat na telefonním čísle +7(903)572-88-14; 8-800-600-62-40; (495)969-35-06; nebo použijte formulář pro zpětnou vazbu.