Ваш текст удалили из Википедии? Сохраните его на Викизнании или Вавилон-wiki!

Азот → 

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск
Эта статья нуждается в доработке. Прямо сейчас Вы можете отредактировать её — дополнить, исправить замеченные ошибки, добавить ссылки.

(Этой пометке соответствует строчка {{Черновик}} в теле статьи. Все статьи с такой пометкой отнесены к категории Викизнание:Черновики.)

Азот
Элемент
Латинское название:Nitrogenium
ОбозначениеN
Порядковый номер7
Период/группа2/5А
Сериянеметалл
Атомная масса14,00674
Атомный радиус0,92 Å
Атомный объём17,3 см3/моль
Ковалентный радиус0,75 Å
Электронное строение1s22s22p3
Степени окисления5, 4, 3, 2, −3
Потенциалы ионизации14,53 эВ
Высший оксидN2O5
Содержание в атмосфере земли79% (об.), 76,8% (мас.)
Содержание в кменном угле0,75%
Вещество
Химическая формулаN2
Температура плавления63,29 K
Теплота плавления? Дж/моль
Температура кипения77,4 K
Теплота испарения? Дж/моль
При 0° C
Агрегатное состояниегаз
Плотность0,008987 кг/м3
Цветбесцветный
Вкус, Запахнет
Удельная теплоёмкость1.042 Дж/(K·моль)
Теплопроводность0.026 Вт/(м·K)
</td></tr>

</table>

Азотхимический элемент; бесцветный газ, в газообразном состоянии является главной составной частью воздуха; очень мало растворим в воде.

Распространение[править]

В свободном газообразном состоянии азот имеется в воздухе в количестве 78,06% по объему (или 75,50% по весу — Ледюк). Присутствие его в воздухе указано довольно определенно в 1772 г. Рутерфордом; окончательно оно установлено опытами Пристлея, Шееле, Кавендиша и Лавуазье.

Соединённый он находится в почвах: в виде азотнокислых солей, в виде остатков, некогда входивших в состав растений (и животных) белковых и др. (?) азотистых веществ (в гумусе, торфе, каменных углях и т. д.), в неизвестном состоянии (азотистые металлы?) в различных минералах (Тильден).

Азот входит в состав азотной кислоты (Нашёл Кавендиш), вместе с водородом входит в состав аммиака (установил Бертоллэ) и его солей (имеются в воздухе и почве), в гидразин, азотистоводородную кислоту, гидроксиламин, в цианистые соединения и в многочисленные, как искусственные, так и естественные органические соединения (амины, амиды, имины, имиды, глицины, нитрилы; азо-, диазо-, гидразо- и азоксисоединения; альд- и кетоксимы [см. Изонитрозосоединения]; нитро- и нитрозосоединения; алкалоиды и другие азотсодержащие гетероциклические соединения, и наконец, многочисленные белки).

Также он входит в состав казеина, крови, шерсти и прочих органических образований животного и растительного царства; особенно много его в мочевине, в кофеине и теобромине, а также в алкалоидах (хинин, морфин, стрихнин, бруцин, атропин и т. д.)

Физические, биологические свойства[править]

При обыкновенных условиях азот бесцветный газ без вкуса и запаха; два последних отрицательных признака, очевидно, обусловлены его полнейшей химической индифферентностью к нервным тканям дыхательных путей и языка. Масса литра при 0° С и 760 мм рт. ст. = 1,2505 (Райлей). О цвете и спектре азота в Гейслеровых трубках см. работы Плюккера и Гитторфа, Ангстрема, Талена, Шустера, Вюльнера и Деландра. О строгом подчинении Аазота (с 1% аргона!) при давлениях от 0,011 мм до 1,49 мм рт. ст. закону Бойля — работа Райлея (1901). Отступления от этого закона при больших давлениях (от 39,359 мм до 181,985 мм рт. ст.) изучены Кальетэ (1879), а затем Амага (1893) в очень широких пределах (до 3000 атм.); к сожалению, все эти данные относятся к так наз. «атмосферному» А. (с 1% аргона) и потому, несомненно, ошибочны не только количественно, но, может быть, и качественно. При −146°С (Ольшевский), −146,25° (Врублевский) и 35 (Ольшевский) — 32,29 атм. (Врублевский) азот («атмосферный») переходит из газообразного в парообразное состояние; кривая давления насыщенного пара «химического» А. изучена Бэли («Рhil. Mag.», 1900); температура кипения чистого азота (по Бэли) −195,4°; температура плавления азота −214° C, давление при тройной точке - 60 мм рт. ст. (Ольшевский). Коэффициент светопреломления «химического» азота = 1,0163 (воздух — 1; Рамзей и Траверс, «Zeit. ph. ch.», 1898) [Работа интересна в том отношении, что в ней авторы отрицают аддитивность (см. Аддитивные свойства) для коэффициентов светопреломления в газовых смесях.]. Теплоёмкость азота («атмосферного») изучали: Малляр и Ле-Шателье («С. R.», 1881), Вьейль (ib., 1883) и Бертело и Вьейль (ib., 1884). Растворимость изучена Винклером («В. В.», 1891), Брауном («Z. ph. Ch.», 1900) и Юстом (ib., 1901). По Винклеру, растворимость азота в воде: при 0° — 0,02334; при 20° — 0,01507; при 40° — 0,01097; при 60° — 0,00822; при 80° — 0,00510.

Пикте в Женеве и Кальете в Париже удалось сгустить азот, подвергая его высокому давлению при весьма низких температурах.

Химические, электрохимические свойства[править]

Азот не способен поддерживать ни дыхания, ни горения, трудно вступает в соединение с другими элементами и почти никогда не соединяется с ними прямо. Важнейшие соединения азота суть:

  1. с кислородом: закись азота, азота оксид, азотистая кислота, азотноватый ангидрид и азотная кислота;
  2. с водородом: аммиак (и органические производные его, как, напр., анилин) и гидроксиламин;
  3. с углеродом: циан, или синерод.

Что касается химического характера, т. е. физико-химической роли азота в системах из двух и более независимых слагаемых (двух «не зависимых друг от друга тел», см. Правило фаз), то при нормальных условиях температуры и давления эта роль характеризуется почти исключительно отрицательными признаками: только металлическим литием азот поглощается при нормальной температуре с образованием азотистого лития — Li3N2 (Деландр); по отношению ко всем другим простым и сложным телам он, насколько известно, химически индифферентен. При высоких температурах или при электрических разрядах это отношение меняется и азот оказывается энергичным элементом, образующим иногда очень постоянные соединения. Так, уже Кавендиш нашёл, что при горении гремучей смеси, содержащей азот, образующаяся вода обладает кислой реакцией, благодаря образованию азотной (азотистой ?) кислоты (см. Флогистон); если водород при этом находится в избытке, то вместо азотной кислоты образуется некоторое количество аммиака (де Соссюр); образование последнего наблюдено и Бертело при сжигании железа или цинка в калориметрической бомбе (?); П. и А. Тенары установили образование аммиака из смеси азота с водородом под влиянием электрических искр (реакция изучалась потом Г. Сент-Клер Девиллем). Об условиях соединения азота с кислородом см. подробнее Горение и Азотная кислота. Соединение с углеродом (с углеродистыми металлами ?) имеет место при температуре доменных печей, судя по образующимся в них цианистым металлам. О соединениях азота с другими металлоидами см. частные описания последних. С галоидами азот не соединяется непосредственно, но под влиянием тихого разряда на смеси азота, кислорода и хлора образуются белые, легко расплывающиеся на воздухе кристаллы, распадающиеся при 105° с выделением бурых паров; состав их N4Cl2O15 (по всей вероятности = 2N2О 4 + Сl2О7; Готфейль и Шаппюи). Бор горит при нагревании (до 1000° С) в атмосфере азота, образуя азотистый бор (Муассан); кремний реагирует, по-видимому, при более низкой темп. (Вёлер и С.-Клер Девилль). Гораздо легче реагируют металлы; об отношении лития см. выше (Уврар, Деландр); магний (Гейтер и Бриглеб, С.-Клер Девилль и Карон, Россель), барий и стронций (Гейтер, Гюнц, Макэн) горят при нагревании в азота до температуры ниже красного каления; поглощение азота железом и алюминием несомненно (Буссенго, Фреми, Буи, Улльгрен, Россель); азотистые соединения образуют уран, торий, празеодимий и неодимий (Myacсан), торий, церий, лантан и самарий (Матиньон). По-видимому, все соединения азота с металлами относятся к типу аммиака, так как они выделяют его или при действии воды (соединения щелочных и щелочноземельных металлов), или же при действии кислот. Бертело показал, что под влиянием тихого разряда азот медленно фиксируется многими органическими соединениями, но характер большинства последних до сих пор не выяснен и нельзя сказать о них ничего определенного. Основываясь на образовании азота при нагревании азотистоаммиачной соли Стерри Гэнт («С. R.», 1862) высказал убеждение, что азот, как простое вещество, представляет нитрил азотистой кислоты; такой взгляд возможен, но ни одна реакция нитрилов пока не разработана экспериментально для азота — До сих пор не установлено с точностью, существуют ли какие-нибудь аллотропические (см. Изомерия) видоизменения азота Наблюдение J. Thomson'a и Threlfall'a («R. Soc. Рrос.», 40) над сокращением объёма азота под давлением 20 мм при пропускании электрических искр, по-видимому, взято Threlfall'ом назад; что же касается наблюдений Teudt'a ("Zeitschr. ph. Ch.", 1898) над изменением коэффициента расширения «атмосферного» азота выше 350° С и отсутствия такого изменения для «химического» азота, то его нельзя считать столь решительным, как это предполагает сам автор. О качественном открытии азота в органических соединениях см. Органический анализ, о количественных методах определения см. Нитрометрия и Нитрометр. В газообразном состоянии азот обыкновенно характеризуется отрицательными реакциями (газ не горит, не мутит известковой воды и тушит зажжённую лучину — отличие от водорода и углекислого газа), но, несомненно, что его можно характеризовать и положительными реакциями, а именно — образованием окислов азота по Кавендишу, образованием синильной кислоты при пропускании электрических искр через смесь азота и ацетилена:

С2Н2 + N2 = 2NCH,

по Бертело, и наконец, образованием Mg3N2 или Ca3N2 (Гейтер, Рамзай, Макэн, Муассан); для получения свободного кальция можно в последнем случае нагревать смесь негашёной извести с магнием. Применения азота пока носят лабораторный характер, а именно, он употребляется обыкновенно для создания при различных реакциях так назыв. «индифферентной» атмосферы. О технических попытках утилизации «атмосферного» азота см. Азотная кислота и Цианистые металлы.

Получение азота[править]

Получить азот можно из воздуха отнятием от последнего кислорода фосфором, сжигая фосфор под колоколом, наполненным воздухом и погруженным в воду. В чистом виде азот получается при пропускании через водный раствор аммиака, хлора или, еще лучше, при кипячении концентрированного раствора азотисто-аммиачной соли, разлагающейся при этом на воду и азот.

Невозможно добыть азот в чистом состоянии из воздуха (удалением из последнего углекислого газа, паров воды и кислорода), так как вместе с азотом остаются: аргон и спутники последнего: гелий, неон, криптон и ксенон, и неизвестен метод отделения их от азота, потому для получения химически чистого азота приходится прибегать к выделению его из химических соединений. Для этого можно:

  1. отнимать водород от водородистых соединений азота;
  2. отнимать кислород от его кислородных соединений;
  3. вызывать разложение с выделением азота некоторых его органических соединений.

По первому способу азот получается:

  1. при пропускании аммиака над нагретой окисью меди (Гаркорт и Лёптон):
    2NH3 + 3СuО = N2 + 3H2O + 3Сu;
    получающийся газ должен быть освобожден от образующихся при этом отчасти окислов азота пропусканием над раскалённой металлической медью, а от оставшегося неизмененным аммиака и паров воды пропусканием через серную кислоту и над фосфорным ангидридом;
  2. при действии хлора на водный раствор аммиака в избытке:
    3Cl2 + 8NH3 = N2 + 6NH4Cl
    (Фуркруа); получающийся газ содержит ещё кислород (Андерсон) и должен быть очищен по-предыдущему; способ неудобен ввиду возможности образования взрывчатого хлористого азота;
  3. при действии белильной соли на сернокислый аммоний в водном растворе (Маршан, Кальверт, Нейман, Лунге); если белильная соль спрессована в кубиках, то для добывания азота может быть применён аппарат Киппа; и здесь возможно, однако, образование хлористого азота; по всей вероятности, газ не химически чист;
  4. при действии крепкого раствора NH4Cl на сильно щелочной раствор NaBrO (полученный прибавлением Br2 к водному NaOH на холоду):
    3NaBrO + 2NH4Cl = N2 + 3NaBr + 3Н 2O + 2НСl (?);
    реакция идёт быстро и бромистого азота не получается;
  5. при действии бромноватистого щёлока на мочевину:
    N2H4CO + 3NaBrO = N2 + СО2 + 2Н2О + 3NaBr;
    газ содержит между прочим закись азота (Ралей);
  6. при нагревании двухромовокалиевой соли с нашатырем:
    Cr2O7K2 + 2NH4Cl = 2KCl + Cr2O3 + 4H2O + N2
    (Леви, Рамон де Луна); газ освобождают от кислорода (окислы азота), пропуская его над накалённой медью. (В. Мейер);
  7. при нагревании гидразина гидрата с окисью ртути (Лобри де Брюэн):
    N2H4·H2O + 2HgO = N2 + 3H2О + 2Hg
    [неизвестно, насколько чист такой азот];
  8. при пропускании окиси азота (и других его окислов) над накалённой металлической медью:
    2NO + 2Cu = N2 + 2CuO;
  9. при одновременном пропускании над нагретой медью аммиака и окиси азота (или кислорода):
    6NO + 4NH3 + Cu = 5N2 + 6Н2О + Сu
    (Лёптон);
  10. при нагревании азотистоаммиачной соли:
    NH4NO2 = N2+2H2O,
    или, что удобнее, смеси крепких растворов азотистокалиевой соли и нашатыря (Корренвиндер):
    KNO2 + NH4Cl = KCl + N2 + 2H2O
    (ср. ниже);
  11. при нагревании диазосолей неорганических кислот с водою, особенно в присутствии закисных соединений меди или металлической меди (Зандмейер, Гаттерманн, Тобиас), напр.:
    C6H5N2Cl + H2O = C6H5(OH)[фенол] + N2 + НСl.
Из перечисленных реакций для добывания азота пригодны: разложение азотистоаммиачной соли и диазосоединений (?). В первом случае нагревают раствор 1 части азотистонатриевой соли, 1—2 серноаммонийной (употребление солей других кислот повышает содержание в азоте его окиси — NO) и 1 ч. хромокалиевой соли; газ промывают раствором, который получается смешением 5 об. насыщенного при обыкн. темп. раствора двухромовокалиевой соли и 1 об. крепкой серной кисл. (такой раствор окисляет NO в азотную кислоту, но не выделяет в условиях опыта свободного кислорода — Knorre, «Chem. Ind.», 1902, там же литература предмета). Во втором — исходят из чистой кристаллической сернокислой соли диазобензола (напр.); получающийся азот должен быть промыт едкой щёлочью и высушен; вполне ли он лишен окислов азота, неизвестно. О трудностях получения спектроскопически чистого азота см. Threlfall, «Phil. Mag.» [5], 35, 1. Всех случаев образования азота нельзя перечислить; достаточно упомянуть, что они наблюдались:
  1. при действии водорода в присутствии платинированного асбеста на окись и закись A.:
    2NO + 2H2= N2 + 2H2O и N2O + H2 = N2 + H2O
    (Кнорре и Арндт); одновременно образуется аммиак (Кл. Винклер);
  2. при действии йодопроизводного азотистоводородной кислоты на ее серебряную соль: N3I + AgN3 = AgI + 3N2 (Ганч);
  3. при действии воды и щелочи (на свету) на йодоаммиак:
    N2H3I3= N2+3HI (Чатэуей и Ортон);
  4. при окислении гидроксиламина целым рядом окислителей (HNO3, МnО2, HMnO4, H2CrO4, CuSO4, HgCl2, Н2 О2 и т. д., Кнорре и Арндт);
  5. при электролизе гидразина и его солей (Szarvasy);
  6. при действии хлорноватистых солей на желатин, альбумин, шерсть, шёлк и т. п. (Кальверт);
  7. при горении и при детонации всех взрывчатых азотсодержащих смесей (порох дымный и др., см. соотв. статью), нитросоединений, азотнокислых эфиров и пр. (разновидности бездымных порохов, гремучая ртуть и т. п.);
  8. наконец, азот же образуется биологическим путём восстановлением некоторыми гнилостными микроорганизмами азотно (азотисто)-кислых солей или разрушением азотсодержащих органических веществ.

Впервые биологическое восстановление азотнокислых солей констатировано Дегереном с Маккенем и Шлёзингом; вопрос изучался многими исследователями (Тайон и Дюпти, Вагнер, Брэаль, Гримберт, Пэркс, Врублевский); Бухнер и Рапп («Berl. Ber.», 34, 1526 [1901]), нашедшие, что отжатый от дрожжей сок (стерилизованный) выделяет в присутствии азотистокислых солей довольно большие количества азота, сводят это явление на взаимодействие азотистокислых солей с аминокислотами или другими аминопроизводными, так как уже Бешан и Шютценбергер показали, что в водной вытяжке дрожжей имеются тирозин и лейцин; тою же реакцией объясняется, по их мнению, и выделение азота из азотистых удобрений (навоза), на каковое особенно обращал внимание сельских хозяев Дегерен, наблюдавший при брожении навоза понижение содержания азота в нем на 13,4%.

Происхождение наименования[править]

Своим названием азот обязан французской комиссии, думавшей на основании известных тогда фактов, что удушающее действие азота на животные организмы наиболее для него характерно. Несомненно, что нет другого элемента с менее удачным названием:

  1. равно удушающе действуют на высшие животные организмы (На растения и на многие микроорганизмы газообразный азот не действует убивающим образом, на анаэробные микроорганизмы таким образом действует кислород воздуха.) и все другие газы (за исключением кислорода), хотя бы они и не действовали разрушительно на ткани их дыхательных путей (подобно фтору или хлору, напр.);
  2. в атмосфере чистого кислорода высшие животные гибнут благодаря быстро наступающим воспалительным процессам, азот же воздуха, уменьшая концентрацию кислорода, умеряет его разрушительное действие (дыхание сопровождается медленным горением) и тем способствует поддержанию жизни;
  3. азот представляет непременную составную часть белковых тел и принадлежит таким образом к биогенным элементам. Однако, название азота освящено временем и уже очень прочно укоренилось; этим названием объясняется и знак Az, употреблявшийся для его обозначения французами; знак N происходит от названия Nitrogène (лат. nitrogenium), предложенного для азота. Шапталем (в 1790 г.); он принят во всей нефранцузской химической литературе.

См. также[править]

Статья из Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона


Эта статья подлежит модернизации и корректировке!

Если Вы заметили неточность — Вы можете исправить её с помощью ссылки редактировать на этой странице.

Азот (Nitrogenium), - N, - химический элемент V группы периодической системы элементов Д .И. Менделеева, порядковый номер 7, ат. в. 14,008. Название «азот» произошло от греч. а - не (отрицание) и СШУ] - жизнь, что означает «но поддерживающий жизни».

Историческая справка. Соединения А.- селитра, азотная кислота, аммиак (см.) - были известны задолго до получения А. в свободном состоянии. В 1756 М. В. Ломоносов, обжигая металлы в «запаянных накрепко стеклянных сосудах», обнаружил остаток воздуха, не соединяющийся с металлами; как мы теперь знаем, это был А. В 1772 Д. Рёзерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся в колоколе газ, названный им «удушливым воздухом», не поддерживает дыхания и горения. В том же году подобные наблюдения были сделаны и другими исследователями. В 1774-75 Лавуазье, произведя опыты, аналогичные тем, к-рые сделал Ломоносов, показал, что воздух состоит из смеси двух газов: «жизненного» и «удушливого»; причём было показа но, что объём воздуха, в к-ром горел фосфор, уменьшается на Vs- В 1787 Лавуазье установил, что это - простые вещества, и назвал их кислородом и азотом. В 1784 Кэвендиш, пропуская электрические разряды через воздух в закрытом сосуде, где образовавшиеся при этом окислы А. поглощались едкой щёлочью, доказал, что А. входит в состав селитры (лат. nitrum); отсюда название А.- Nitrogenium (селитро-образователь).

К началу 19 в. были выяснены химическая инертность А. в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота, а также в процессах живой природы. Идея первого технич. способа связывания атмосферного А. принадлежит русскому учёному В. Н. Каразипу, к-рый в 1814 предложил получать селитру «посредством облачной электрической силы», т. е. электрич. разрядов в воздухе. Этот способ был осуществлён на практике лишь в начале 20 в. О других способах связывания А. см. Аммиак.

Физические свойства. При обычных условиях температуры и давления А.- газ без цвета, запаха и вкуса. Молекула N2 состоит из двух атомов, молекулярный вес 28,016; при 0° С и 1 атм. 1 кг/моль (28,016 кг) занимает объём 22,404.М3; 1 кг А. занимает объём 0,79969 м/\ 1 м3 А. весит 1,25046 кг.

Обычпмй Л. состоит из двух изотопов (см.): ri^'1 (99,62%)- ат. в. 14,00751 и ,№5 (0,38%)- ат. в. 15,00489. Обнаружены татке радиоактивные ядра A. ,Nla и ,N'e. Радиус атома Л. 0,71А (0,71-10~а см); радиус ядра А., определённый двумя различными способами, оказался равным 4-10-13 см и 2, 4-10~'гс.и. При электроразрлдах под уменьшенным давлением (1-2 мм ртутного столба) образуется активный аэот (см.).

Молекула А. при обычном давлении и t°~3.500°C диссоциирует па ато.\пл па 5%, а при 8.000°-па 40%; энергии диссоциации 170 ккал /моль. Критические постоян-Hbie:t°Kpum.-147,16°C(126°K). PKpum.=33,5 arM.,dKpttm.

0,3110 г/c-vt3. Тройная, точка (см.) характеризуется: Т=.63,136°К,р=94,01л1Л1 ртутного столба. При 1 атм. t°Kun_

А. -195,8° (77,348° К), tV,.-209,9° (83,30°К). В твёрдом

состоянии А. существует в виде я-модификации - кубической системы, с плотностью при Г=20,6°К равной 1,0265 г/еж3 и ^-модификации - гексагональной системы, с плотностью при Т;--63°К равной 0,8792 г/см3.

Растворимость газообразного А. в воде уменьшается с увеличением температуры; при 0°С и I атм. в 1 л воды растворяется 23,5 см" А., при 25°С - 14,3 см3.

Химические свойства. А. при обычной температуре мало активен химически. Лишь с литием он непосредственно соединяется при комнатной температуре и даже ниже 0°. С другими элементами А. либо вовсе не реагирует, либо вступает во взаимодействие только при высоких температурах или же при высоких давлениях и в присутствии катализаторов. С металлами А. образует нитриды (см.). Наиболее важными для промышленности и сельского хозяйства являются соединения А. с водородом и кислородом. В соединениях с водородом, металлами и галогенами А. проявляет себя трёхвалентным элементом. С водородом А. образует четыре ряда соединений, напоминающих гомологические ряды углеводородов. В молекулах этих соединений имеются цепи атомов, составленные из атомов азота.

К I ряду водородных соединений А. относятся: аммиак NH3, гидразин H..N - N11.,, триазаи H..N- NH - NH.,, тетразан H3N-NH - NH - NH.,. Этот ряд выражается общей формулой NnHn + 2. Первые два члена I ряда - аммиак и гидразин (см.) известны в свободном виде, триазап и тетразап, так же как и большинство других соединений последующих рядом, пстречаютен лишь в виде органических производных. Представителями II ряда с

§В Б: С. Э. т. 1.

общей формулой N,,IIn являются: диимид HN=NH, триа-зеи HN=N- Nil, и др.; III ряда (N riHn-2)-aaomucmo-еодородная кислота (см.) N,,11; IV ряда (NnIIn_/1)- окт-азон N,H,. Важнейшим соединением азота с водородом является аммиак.

С кислородом А. образует ряд окислов: закись A. N,O, окись А. N0, азотистый ангидрид, или трёхокись А. N2O3, двуокись A. N02, азотный ангидрид, или пптиочись А. N»O5; к кислородным соединениям опосятся такте азотистая кислота (см.), азотная кислота и ряд других.

Соединения А. с кислородом представляют яркий пример качественного изменения тел иод влиянием изменения их количественного состава. Эту особенность соединений А. подчёркивает Энгельс в «Диалектике природы»: «Как отличен веселящий газ (закись азота N20) от азотного ангидрида (пяти-окиси азота N205)l Первый - это газ, второй, при обыкновенной температуре - твердое кристаллическое тело. А между тем все отличие между ними по составу заключается в том, что во втором теле в пять раз больше кислорода, чем в первом, и между обоими расположены ещё три других окисла азота (NO, N203, N02), которые все отличаются качественно от них обоих и друг от друга» (см. изд. 1948, стр. 43).

При нагревании в атмосфере А. карбида кальция последний поглощает А., образуя технически важный продукт - цианамид кальция (см.): CaCa+Na=CaGN,+C. Накалённая смесь окиси алюминия и угля взаимодействует с А. с образованием нитрида алюминия: A1,0, + 3C+N,= =2AIN+3CO. При нагревании смеси соды с углем поглощается А. и образуется цианистый натрий (см. Синильная кислота): Na,CO, + 4C+N2=2NaCN + 3cO. А. непосредственно не соединяется с ралогспами, с хлором и иодом образует очень непрочные соединения ГТС1, и NJa, к-рые легко распадаются со взрывом. NBr, не получен, a NF, химически очень устойчив и невзрывчат. С серой А. образует азотистую серу NaS4, с углеродом -дипиап CaNa и т. д.

В технике используют главным образом реакцию соединения А. с водородом для связывания атмосферного А. с целью получения важных химических продуктов: аммиака, азотистой и азотной кислот, мпчевишл, цианистого натрия (см.) и т. д., и азотных минеральных удобрений: аммиачной селитры, кальциевой селитры, цианамида кальция, сернокислого аммония и др. (см. Азотные, удобрения).

Распространение в природе. В свободном состоянии на земле А. встречается в виде молекул Ns гл. обр. в атмосфере (75,5% по весу). В небольших количествах А. встречается в связанном состоянии, в виде нитратных и аммонийных соединении и дождевой, речной и морской воде, в горных породах"; он входит в состан ископаемых углей (1-2,5%) и нефти (0,02-1,5%). Большие количества связанного А. находятся в залежах селитры в Чили, Бенгалии, Египте, Испании и других странах. Эти источники имеют крупное промышленное значение и долгое время являлись единственными для получения других соединений А. Особенно крупные залежи А. в виде азотнокислого натрия (см.), или так называемой чилийской селитры, находятся и Чили; добыча селитры в отдельные годы составляла более 3 млн. т. Азот входит в состав белковых молекул п многих естественных органических соединений.

Общее содержание А. в земной коре было вычислено в 1932 советским учёным А. Е. Ферсманом; оно составляет 0,04%. Основная масса немного А. содержится в воздухе в свободном виде; его количество составляет 4-Ю15 т. Атмосферный А. в 20 л. стал основным источником промышленного производства связанного А. В нижних слоях атмосферы содержание А. в сухом воздухе, тте содержащем углекислого газа, в сродном составляет 78,111% по объёму. С увеличением расстояния от поверхности земли

содержание Л. сначала увг-лпчппяется, а затем падает. Так, если допустить, что у поверхности земли содержание А. (с учётом наличия в воздухе углекислого газа и паров йоды) 74,14% по объёму, то на различных высотах будет следующее содержание Л.:

Высота от поверхности земли (км)

Содержание А. в % по объёму ....

77,89

^ 30 50 60 70

С.2 84, 2G 80,78 81 ,21 61 ,83

А. обнаружен в вице нейтральных и ионизированных атомов в хвостах комет, туманностях и атмосфере Солнца, в виде аммиака - на Сатурне, Юпитере и других планетах солнечной системы. В связанном состоянии А. широко распространён в виде органич. соединений в растениях и особенно в организмах животных и человека, в белке которых содержится 16-17% А. В организмах плотоядных животных белок образуется за счёт потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных ив растениях. Последние синтезируют белок, усваивая азотистые вещества, содержащиеся в почве. Как установлено, растения могут усваивать только А. неорганический, находящийся в почве и виде азотнокислых и аммиачных солей (см. Лянт а рис-тениях).

Согласно одной нз гипотез, первоначальное накопление связанного неорганического А. в почве произошло н отдалённую геологическую эпоху, когда высокая температура на земле способствовала образованию соединений А. (нитридов) с другими эле-.ментами. По другой гипотезе первоначальное накопление связанного А. произошло в результате частых н мощных грозовых разрядов в очень тёплой и влажной атмосфере в более позднюю геологическую эпоху. В этих условиях А. окислялся до N02 и переходил в азотную кислоту, it-рая имеете

с дождём попадала в почву; там она вступала во взаимодействие с углекислыми солями, образуя азотнокислые соли.

Дальнейшее пополнение почвы связанным азотом происходит следующими путями. Отмирающие растения и животные организмы и продукты их жизнедеятельности иод воздействием особых бактерий разлагаются, а связанный в них А. переходит п аммиак и соли аммония (аммонификация), которые окисляются далее до азотной кислоты. Последний процесс известен под названием нитрификации. Он был изучен русским учёным С. Н. Виноградским (с 1890). Вторым источником пополнения почвы связанным А. является жизнедеятельность так называемых клубеньковых бактерий, которые образуют на корнях растений из семейства бобовых (клевер, люцерна, люпии, горох, фасоль) особые наросты (клубеньки); они переводят свободный А. воздуха в связанное состояние. Этот А. усваивается затем растениями. Значительное количество А. поступает в почву в результате жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий, которые в присутствии органических веществ

Круговорот

природе.

способны переводить свободный А. воздуха в связанные соединения. Наконец, хотя в нашу эпоху грозовые разряды и не ]ямеют того значения, как в отдалённые времена, всё же они и теперь доставляют почве некоторое количество связанного А.


.- Наряду с источниками пополнения

почвы А. существуют и потери. Часть связанного А., переходит в свободный А. при деиитрификации, вызываемой с особыми денитрифицирующими бактериями. Полностью освобождается А. при пожарах, сжигании топлива. Но особенно большое количество А. уносится из почвы сельскохозяйственными культурами; содержащийся в них связанный А. в значительной части не возвращается в почву. .Что особенно ощущается при интенсификации сельского хозяйства. При среднем мировом сборе сельскохозяйственных культур около 1 млрд. то в год из почвы уносится ок. 25 млн. т А. Сохранению и накоплению А. в почве способствует правильная система земледелия. Однако и при этих условиях, особенно для таких культур, как хлопчатник, в первую очередь необходимо искусственное внесение A. i почву.

В начале 20 в. решена проблема получения связанного А. из воздуха, этого неиссякаемого источника. Эта огромной важности победа открыла широкие возможности для использования А. в сельском хозяйстве и в промышленности.

II о л у ч е н и е А. в л а бора т о р н ы х у с-л о пиях может быть осуществлено одним нз следующих способов: 1) к насыщенному на холоде раствору азотистокислого натрия прибавляют но каплям таким же образом приготовленный раствор хлористого (можно сернокислого) аммония при нагревании на водяной бане; при этом выделяется A.: Na.NO, + NI14CI = N2 + NaU-f 2I12O. Полученный этим способом А. для очистки пропускают над раскалёнными медными стружками; 1!) поглощением кислорода из воздуха аммиачным раствором нолухлористон меди CuCI; в полученном этим способом газе содержатся .гл. обр. А. и элементы нулевой группы.

Т е х н и ч е с г; и и с п о с об по л у ч е н п я А. основан па разделении предварительно сжиженного воздуха, к-рый затем подвергается разгонке. Жидкие А. и кислород смешиваются во всех отношениях, но не образуют нераздельно кипящих смесей (см. Лярпт/югпше. смеси)', t°»;«n. А. -195,8' С, кислорода -182,9(i0 С. Отгоняя из жидкого воздуха газовые фракции, более богатые А., можно получить жидкую фракцию, более богатую кислородом. Конденсируя затем отогнанные фракции и повторяя вновь испарение, получают чистый газообразный А. н жидкий кислород. Разгонку кислорода и А. осуществляют в ректификационных колоннах (см.). Установка производительностью 400 мл А. и 100 .и3 кислорода расходует, в зависимости от сьособа сжижения воздуха, на производство 1 м3 А. 0,19-О,НЗ квт-чэлектроэнергии и 0,011-0,015 .«3 воды. Газообразный азот, если он не идёт на производстве аммиака, хранят в сжатом виде в стальных баллонах.

II р и м е н е н не А. Основная масса А. идёт на синтез аммиака, к-рый затем в значительных количествах перерабатывается на удобрения, азотную кислоту и т. д. Свободный А. применяется в различных отраслях промышленности; А. служит инертной средой в электрич. лампах накаливания, идёт для заполнения свободного пространства в ртутных термометрах для измерения высоких температур, для ведения нек-рых химич. реакций и инертной среде,

где присутствие кислорода воздуха нежелательно, при перекачке горючих жидкостей и т. п.

Получение А. из воздуха для синтеза аммиака стало широко развиваться гл. обр. после первой мировой воины и достигло весьма высокого уровня к началу второй мировой войны.

Мировое производство связанного Л. (в тыс. т. азота) (без СССР).

Источники 1913 1938 1940

Природная селитра ...... 430 224 242

Аммиак при коксовании угля Кальциевая селитра ..... 284 1 5 460 195 550

Цианамид кальция ...... Синтетич. аммиак ...... 38 7 305 1.696 335 3.765

774 2.880 4.892

В 1947-48 выработано связанного А. 3.260 тыс. т. Азотная промышленность, связанная с производством аммиака и других продуктов, в настоящее время является одной из крупнейших отраслей химич. пром-сти с весьма сложным техническим оборудованием.

Производство связанного А. в СССР. Царская Россия азотной промышленности совершенно не имела. Азотная промышленность в Советском Союзе была создана в годы первых сталинских пятилеток; к ней в полной мере относятся слова И. В. Сталина, скапанные в 1933: «У нас не было серьезной и современной химической промышленности. У нас она есть теперь» (Стали н, Вопросы ленинизма, 11 изд., стр. 373). За годы предвоенных сталинских пятилеток был построен ряд крупнейших азотных заводов (Сталиногорский, Берсз-никовский и др.), оборудованных самой передовой техникой. В 1931 был создан крупный научный центр - Институт азотной промышленности, к-рый разрабатывает важнейшие вопросы получения связанного А.

В противоположность капиталистическим странам, где азотная промышленность работает в первую очередь для нужд войны, в СССР азотная промышленность имеет своей целью удовлетворить возрастающий спрос социалистического сельского хозяйства на азотные удобрения. «Азот в сложении с капитализмом - это война, разрушение, смерть. Азот в сложении с социализмом - это высокий урожай, в ы с о к а я п р о-и з в о д и т е л ь н о с т ь труда, высокий материальный и культурный уровень трудящихся» (из передовой газ. «Правда», 1932, 25 апреля, № 115).

Азотная промышленность имеет исключительное значение для обороны. Великая Отечественная война потребовала огромного количества взрывчатых веществ, основой которых является связанный А. Отечественная азотная промышленность по время войны показала все преимущества пород промышленностью фашистской Германии. Несмотря на то, что часть территории Советского Союза, с находящимися на пей азотными заводами, была временно захвачена противником, азотная промышленность СССР с честью справилась со своими задачами; Советская Армия не испытывала недостатка в боеприпасах.

В капиталистических странах азотная промышленность имеет большие неиспользуемые мощности. Это обстоятельство вызывается уродствамикапиталистич. системы, когда, с одной стороны, промышленность могла бы снабдить сельское хозяйство большим ко 68*

личеством удобрений, а, с другой стороны, сельское хозяйство, нуждающееся в азотных удобрениях, лишено возможности потреблять их ввиду дороговизны и нерентабельности.

Лит.. У н а н л н п Т. П., Минеральные удобрения. Статистический справочник по зарубежным странам, М.-л., 1949; Э п ш т е и н Д. А. [.и др. ].. Химия и техно-логин связанного азота, [М.-Л.|, 1934; Общая химическая технология, под ред. С. И. Вольфковича, т. 1, М., 1940; G m e I ins, Handbuch cler anorganischen Chemie, 8 Aufl., System-Num. 4, Stickstoff, Lfg 1 - 4, Lpz.-В., 1934-36; D о n ,1 о s t M. and Russell II., Systematic inorganic chemistry of the fifth-and-sixtti-group rioiimetallic elements. L., 1946.

Азот в растениях АЗОТ В РАСТЕНИЯХ. «Азот более драгоценен с общебиологической точки зрения, чем самые редкие из благородных металлов»,- писал крупный советский микробиолог В. Л. Омелянский; без азота не могут синтезироваться белковые вещества, а без белковых веществ не может строиться и протоплазма живой клетки.

Основная масса А. сосредоточена в атмосфере, где над каждым квадратным метром земной поверхности содержится ок. 8mA. Над каждым гектаром почвы в атмосфере находится ок. 80 тыс.т А., к-рые в состоянии обеспечить азотное питание растений более чем на миллион лет. Несмотря на это, растения чаще всего испытывают недостаток именно в азотистой пище, потому что они не способны использовать молекулярный азот непосредственно. Лок-рые микроорганизмы и синезелёные водоросли используют этот источник А. в качестве азотистой пищи, но и это возможно только в определённых условиях и в ограниченном масштабе.

Кроме А. в атмосфере, значительные запасы А. содержатся в почве в форме различных органических и минеральных соединений. Только в пахотном слое 1 га почвы (30-е,и слой) содержится ок. 6 т А. в подзолах и более 18 то в чернозёмах. Этого запаса хватило бы, по меньшей мере, на 100-200 лет, т. к. для формирования урожая требуется всего 80-100 кг А. на 1 га. Между тем, на подзолах нельзя получить хорошего урожая и в течение 10 лет, если не вносить азотные удобрения (см.). Объясняется это тем, что растения могут непосредственно использовать лишь неорганические соединения А., в первую очередь азотнокислые и аммиачные солн| содержание которых в почве не превышает 1% от общего запаса А. в ней.

Так как и водных культурах растениями лучше используются соли азотной кислоты (особенно кальциевые), то в течение долгого времени считалось, что они являются единственной азотистой пищей для растений. Даже в тех случаях, когда устанавливалось, что аммиачные соли так же хорошо усваиваются растением (особенно в почвенных .культурах), пытались доказывать, что в почве всегда происходит процесс нитрификации и аммиачные соли окисляются в азотную кислоту. Однако опыты в стерильных культурах бесспорно показали, что растения могут и непосредственно пользоваться аммиачными солями, если их концентрация невелика. Только при высоких концентрациях аммиачные соли вредно отзываются на развитии растений, т. к. высокие дозы аммиака ядовиты. Кроме того, при использовании для питания растений аммиачного азота из аммонийных солей тех или иных кислот в растворе накапливается соответствующая минеральная кислота, сильно подкисляющая субстрат; иначе говоря, аммонийные соли физиологически кислы. Исключение из ятого правила составляют только азотнокислые и фосфорнокислые соли аммония, из к-рых, в подходящих условиях, одинаково быстро могут по требляться как аммиачный, так и кислотный ионы. Однако физиологич. кислотность большинства аммиачных солей не является препятствием для их использования в качестве источников А. в почвенных условиях. Обширные исследования русских учёных, вначале П. С. Коссовича (1898), а затем главным образом акад. Д. Н. Прянишникова и его учеников (И. С. Шулов, Г. Г. Петров и др.), начатые еще в конце 19 в. и подытоженные Прянишниковым в 1923, 1925, показали, что при различных внешних условиях отношение растений к аммиачным и нитратным солям резко меняется, и при создании надлежащих условий аммиачные соли могут использоваться растением с не меньшей эффективностью, чем азотнокислые. И даже, наоборот, как пишет Д. Н. Прянишников, при одновременном присутствии в растворе тех и других аммиак «обычно быстрее поглощается и потребляется в процессах синтеза, чем нитраты.- Но как неправильно было прежнее мнение об абсолютном преимуществе нитратного питания перед аммиаком, точно так же неправильно было бы из вышесказанного делать обратный общий вывод об абсолютном преимуществе аммиачного питания перед нитратным, так как в зависимости от условий внутренних и внешних результат будет различен, и оптимальные комбинации этих условий для аммиака и нитратов не совпадаю т» (Прянишников Д. II., Азот в жизни растений и в земледелии СССР, 1945, стр. 131). Так как растения легче переносят изменение реакции в щелочную сторону, чем в кислую, то на почвах, бедных основаниями, хлористый или сернокислый аммоний действует значительно хуже, чем селитра. В этих случаях, особенно при повторном применении указанных солей , известкование почвы становится совершенно неизбежным. Здесь более пригодными были бы соединения аммония с азотной, фосфорной и угольной кислотами. Но даже и в этих случаях аммиачные соли всё же вытесняют часть кальция из почвенного поглощающего комплекса, в то время как кальциевая селитра, наоборот, способствует пополнению поглощающего комплекса кальцием. Кроме аммиачных и азотнокислых солей частично доступны растению ещё азотистокислые соли. Другие источники минеральных соединений А. практически недоступны растениям, так же как практически недоступны им (кроме паразитов, сапрофитов и нек-рых водорослей) и органические азотистые вещества (белковые вещества растительных и животных остатков, гумус и др.), в составе которых находится основная масса почвенного А. Анализы показывают, что на долю органич. азотистых веществ приходится почти 99% всего запаса А. в почве. Хотя опытысостерильными культурамирастенийясно установили, что нек-рые органич. азотистые вещества (аминокислоты) также могут усваиваться зелёными растениями, но этот процесс идёт столь медленно, что эти вещества не могут играть значительной роли в азотном питании растений. А. этих соединений, так же как и почвенного перегноя, усваивается растениями только после минерализацииегопочвеиными бактериями, разлагающими эти соединения с образованием аммиака. Все эти особенности азотного питания растений позволяют понять, почему при наличии в почве и в воздухе огромных запасов А. растения часто не обеспечены необходимым минимумом его и дают плохие урожаи из-за недостатка именно азотистой пищи. Конечными продуктами усвоения А. растениями являются белковые вещества, входящие в состав протоплазмы и ядра в качестве структурных частей,

а также отлагающиеся, при известных условиях, в качестве запасных питательных веществ. Так как белковая молекула очень, сложна, то её синтез осуществляется через промежуточное образование аминокислот. Химизм их синтеза в настоящее время может считаться окончательно установленным. Имеются твёрдые основания предполагать, что аммиак вступает во взаимодействие с кетогруппой соответствующих органических кислот, возникающих в ходе окисления углеродистых соединений, в частности углеводов. По этой схеме (В. Л. Кретович) образование аланина, напр., можно представить себе через пировиноградную кислоту следующим образом:

CH3.CO-COOII+NH3+2H->CH3-CIINH,COOH + H,O.

Аналогичное образование аспарагиновой кислоты должно итти через щавелевоукеусную кислоту:

нооссн.со COOH+NH,+

+ 211-^HOOCCHiCHNHjCOOH+H.O.

Так, невидимому, возникают многие аминокислоты.

Синтез аминокислот может быть связан с переами-нированием и использованием аминогруппы (-NH2) из аспарагиновой или же глютаминовой кислоты (А. Е. Браунштейн).Приэтом радикал аспарагиновой кислоты вновь превращается в щавелевоуксусную кислоту и, присоединяя аммиак, может снова дать аспарагиновую кислоту. «Благодаря легкости образования аспарагиновой и глютаминовой кислот,- замечает по этому поводу Д. Н. Прянишников (1945),- из соответствующих кетонокислот и их способности к переаминированию, можно сказать, что дикарбоновые моноаминокислоты являются как бы большими воротами на пути, ведущем к синтезу других аминокислот, а следовательно и белков'» (там ж е, стр. 63-64). Из этих данных следует, что превращения аммиака в растениях связаны с непосредственным использованием его на синтез аминокислот и белковых веществ.

Однако имеются некоторые обстоятельства, меняющие ход этого процесса. Аммиак ядовит для растений, и поэтому он не может транспортироваться по растению в неизменном виде. Как показали исследования Д. Н. Прянишникова, В. С. Бутке-вича и ряда других, аммиак сначала переводится в растениях в органическую форму аспарагина или глютамина и только после этого транспортируется в те части растения, где осуществляется синтез аминокислот белковых веществ. Совершенно естественно, что необходимостьнредварительнойпереработкиаммиака несколько затрудняет питание растений аммиачными солями, так как для образования аспарагина и глютамина требуется, кроме аммиака, ещё и углеродистый радикал, возникающий яри окислении углеводов. Поэтому наличие углеводов в растениях является одним из существенных условий лёгкого использования ими аммиачных солей, в товремя как для использования азотнокислых солей это условие необязательно. Хотя и по отношению к нитратам рядом работ было показано, что они предварительно восстанавливаются до нитритов, а затем и до аммиака (через промежуточную стадию гидроксиламина), однако транспорт нитратов по растению возможен и в неизменном виде. Так, напр., в темноте нитраты могут накапливаться даже в листьях. Только на свету они быстро исчезают, и А., содержащийся в них, легко переходит в белковую форму. Из этого следует, что процесс усвоения нитратов тесно связан с фотосинтезом, точнее - с продукцией углеводов в результате фотосинтеза. Работами И. Г. Дикусар и других твёрдо установлено, что восста Ноплепие нитратов до аммиака и синтез амидов происходят еще в корнях ассимилирующих нитраты растений, если они снабжены достаточным количеством углеводов. При нехватке же углеводов (напр, при слишком обильном притоке нитратов в корень или же ослаблении фотосинтеза) значительная часть нитратов (до 50% и более) восстанавливается в надземных органах растения, богатых углеводами, в частности в листьях. Этим, вероятно, и обусловливается общеизвестный факт, что нитраты легче восстанавливаются па свету параллельно с восстановлением углекислоты в процессе фотосинтеза, хотя окончательное решение вопроса, является ли свет прямым участником этого процесса или его роль только косвенная, связанная с образованием углеводов, требует ещё дальнейших исследований.

Питание растений А., естественно, но ограничивается поступлением и переработкой минеральных азотистых веществ в структурные элементы протоплазмы и ядра. Значительная часть ассимилированного А. может отлагаться в растении в форме запасных питательных веществ, гя. обр. запасных белков; кроме того, А. входит в состав алкалоидов, широко распространённых у многих, гл. обр. двудольных растений. Химич. природа запасных белков мало отличается от химич. природы структурных белковых веществ. При гидролизе их также получаются аланин, лейцин, пролин фенилаланин, тирозин, ас-парагиновая кислота, глютаминовая кислота, аргинин, лизин, гистидин и ряд других аминокислот. В наибольших количествах представлены глютаминовая кислота (до 40% от веса белка) и аргинин (до 15% от веса белка).

Гидролиз белка осуществляется ферментами-про-теазами; возникающие при этом аминокислоты могут далее диффундировать из клетки в клетку и используются как исходные продукты синтеза структурных белков, обычно более сложных, чем запасные белки, и представленных в протоплазме клетки двумя комплексами: липоидно-протеиповым, входящим в состав цитоплазмы, и нуклеопротеииовым комплексом, входящим в состав ядерного вещества клетки. В ходе этих процессов ряд аминокислот может расщепляться вплоть до образования аммиака, к-рый и обезвреживается опять-таки превращением в ас-парагин или глютамин. Таким образом, аспарагин и глютамин могут образоваться как за счёт первичного проникновения аммиака в растение, так и за счёт его вторичного образования при гидролизе и превращении запасных белков. Это и послужило в своё время основанием для известного тезиса Д. Н. Прянишникова, что «аммиак есть альфа и омега в обмене азотистых веществ у растений» (там же, стр. 43). Возникающий в этих случаях аспарагин вновь ги-дролизуется в соответствующих частях растений и используется далее для построения белковых веществ растущих клеток. Хотя такого рода превращения аминокислот и имеют место в растении, однако из внешнего субстрата высшие растения используют только минеральные азотистые вещества и не способны воспринимать органические азотистые вещества в силу почти полной непроницаемости корневых клеток для последних. Этим растения отличаются от животных организмов и многих микроорганизмов, способных использовать органические азотистые вещества. Исключение из этого правила составляют только растения-полунаразиты, паразиты и сапрофиты. У нолупаразитов листовая поверхность хорошо развита, а корни - очень слабо, но они снабжены присосками, к-рые проникают в

организм растения-хозяина, и т. о. растония-полу-паразиты получают минеральную и азотистую пищу (многие норичниковые, омела и др.). Кроме того, нск-рые растения, в частности относимые к группе насекомоядных, могут получать органические азотистые вещества за счёт использования белка насекомых, улавливаемых ими при помощи специальных, у иек-рых очень специализированных приспособлений (напр.,росянка, жирянка, венерина мухоловка, Nepenthes и др.). Выделяя кислый сок, содержащий пепсин, они отчасти, вероятно при содействии бактерий, переваривают белки захваченных насекомых до понтонов; последние всасываются тканью листа и подвергаются дальнейшим превращениям с конечным превращением в белковые вещества тела насекомоядного растения. Такой способ пополнения недостатка в органической азотистой пище связан с тем, что все эти растения живут в местах, содержащих мало доступного им азота. Среди высших растений имеются также полные паразиты, которые и азотистую и углеродистую пищу добывают только от растения-хозяина (например повилика, заразиха и др.). Такие растения-паразиты теряют свою способность синтезировать углеродистые соединения путём фотосинтеза. У повилики, напр., отсутствуют и органы фотосинтеза - зелёные листья. В общем жо подавляющее большинство зелёных растений использует только нитраты и аммиачные соли. Поэтому с точки зрения общего круговорота А. в природе огромное значение имеет деятельность пск-рых почвенных бактерий, способных связывать молекулярный азот атмосферы и переводить его в белковые соединения своего тела. Способность бактерий фиксировать свободный азот впервые была установлена в 1893 русским микробиологом С. Н. Ви-ноградским у свободно живущего в почве микроба, названного им Closlridium Pasteurianum. За 30 лет перед этим М. С. Ворониным было обнаружено, что клубеньки на корнях бобовых содержат бактерии, к-рые, как было впоследствии показано, также способны усваивать газообразный азот.

К свободно живущим в почве азотфиксирующим бактериям относится также азотобактер (см.).

Хотя можно считать твёрдо установленным факт фиксации этими бактериями А. из атмосферы, однако механизм фиксации до сих пор еще остаётся недостаточно выясненным. Многочисленные гипотезы, высказанные различными исследователями для объяснения механизма этого процесса, можно объединить в три группы: 1) гипотезы, основанные па гидролизе А., 2) гипотезы, основанные на восстановлении А. (С. П. Костычев и С. Н. Виноград-ский), и 3) гипотезы, основанные на непосредственном взаимодействии между катализатором азотфик-сации и А. (М. В. Фёдоров).

Как бы ни осуществлялся первый этап связывания инертного молекулярного А. бактериями, самая возможность осуществления ими этого процесса имеет важнейшее значение в балансе связанных соединений А. в природе вообще и в с.-х. производстве в частности. На каждом гектаре почвы, заселённой свободно живущими азотфиксаторами, связывается ежегодно от 20 до 50 кг атмосферного А.; на каждом гектаре почвы, запятой бобовыми растениями, имеющими на корнях клубеньки, связывается от 100 до 400 кг А. атмосферы в год. Часть последнего (ок. 30%) остаётся в виде пожнивных остатков в почве, и поэтому посевы бобовых представляют особый интерес для с.-х. производства. Кобовые растения могут фиксировать атмосферный А. только в том случае, если они имеют на корнях клубеньки, в

к-рых находятся активные клубеньковые бактерии. Последние попадают п корень бобового через корневой волосок и проникают во внутренние покровы корня в форме т. н. инфекционной нити. При проникновении бактерий клетки корня сначала усиленно делятся, давая массу мелких клеток, а затем начинают укрупняться, в результате чего и получается уродливый нарост, или клубенёк.

В первое время после заражения рост растений несколько тормозится, т. к. в это время бактерии существуют за счёт питательных веществ растения, а затем заражённые растения оправляются и начинают развиваться лучше незаражённых. В это время между растением и бактериями устанавливается еимбиоти-ческое сожительство. Бактерии получают от растения углеродистую пищу (сахар) и минеральные соединения, а взамен предоставляют ему азотистые вещества. Так как более 75% всего фиксированного бактериями А. переходит из клубенька в растение, то нужно предполагать, что транспорт азотистых веществ идёт за счёт продуктов первоначального синтеза, ане засчётпроцессовпротеолизабактериаль-ных клеток, как это считают до сих пор нек-рые исследователи.

Клубеньковые бактерии, впервые обнаруженные М. С. Ворониным, были выделены в чистую культуру Бейеринком и получили название Bacterium radicicola. Они очень специфичны и могут заражать корневую систему только определённых бобовых растений. Поэтому при введении в культуру новых бобовых растений или же высеве их на почву, где давно уже данная культура не произрастала, необходимо семена заражать соответствующей клубеньковой бактерией. Для этой цели применяется особое бактериальное «удобрение» (нитрагин), содержащее данную культуру бактерий на стерильной почве.

Помимо клубеньковых бактерий, азотобактера и Clostridium Pasteurianum, несомненной азотфик-сирующей способностью обладают и нек-рые сине-зелёные водоросли. Довольно долго вопрос о способности этих организмов фиксировать А. атмосферы был спорным, гл. обр. из-за трудности получения чистой культуры этих водорослей и малых количеств фиксируемого ими А., но в последние годы азотфик-сирующая активность была бесспорно доказана у Nostoc rnuscorum при помощи радиоактивного «меченого» азота (N16). Культивируя водоросли в замкнутом сосуде, содержавшем воздух, обогащённый «меченым» азотом, удалось найти часть этого «меченого» А. в составе клеток водоросли и этим доказать их азотфиксирующую способность. Роль этих организмов в обогащении почвенного слоя А., особенно на залитых водою рисовых полях, а также в различных водоёмах в период их цветения, весьма значительна.

Так как растения усваивают преимущественно минеральные азотистые вещества, то весь А. отмерших растений и животных оставался бы для них недоступным и выходил из круговорота этого элемента па земной поверхности, если бы на ней отсутствовали сапрофитные микроорганизмы, разлагающие органические азотистые соединения с образованием и, при известных условиях, с накоплением аммиака. Этот процесс получил название аммонификации (см.) и имеет важное значение в мобилизации органического А. Возникающие при этом аммиачные соли частью усваиваются растениями, а частью подвергаются далее окислению иод влиянием специфической группы нитрифицирующих бактерий и превращаются в азотнокислые соли. Нитрифицирующие бактерии были впервые открыты С. 11. Виноградским в 1890. Он уста новил, что процесс нитрификации протекает в две фазы под влиянием двух микробов. Один из них (Nitrosomonas) окисляет аммиак до нитритов, другой (Nitrobacter) окисляет нитриты до нитратов. Этот процесс получил название нитрификации (см.). Он не менее важен, чем аммонификация, т. к. при этом получаются легко доступные растению соединения. Но при плохой аэрации и наличии в почве растворимых органических веществ нитраты могут подвергнуться восстановлению с образованием молекулярного А. Этот процесс вызывается жизнедеятельностью денитрифицирующих бактерий и получил название денитрификации (см.). Благодаря этому процессу часть доступного растениям А. теряется, и это могло бы привести к уменьшению количества доступного растениям А., если бы в почве не жили азотфиксирующие бактерии (клубеньковые бактерии, азотобактер и др.), способные усваивать атмосферный А. и переводить его в связанные азотистые соединения. Благодаря азотфиксации происходит не только компенсация потерь азота за счёт процесса денитрификации, но, при известных условиях (в частности, при богатстве почвы безазотистыми органич. веществами) и значительное обогащение почвы связанным А. Создание этих условий в почве позволяет с.-х. производству вовлекать в круговорот связанных соединений А. дополнительные количества молекулярного А. атмосферы, что имеет важнейшее значение и должно постоянно учитываться.

Совокупность всех фактов, добытых экспериментальным путём, свидетельствует о том, что основные достижения в исследовании значения и многообразных путей превращения азота в растениях связаны с именами русских и советских учёных. Многие исследователи за пределами нашей страны при изучении указанной проблемы исходят из принципов, установленных нашими соотечественниками.

Лит.: Б у т к е в и ч B.C., Регрессивный метаморфоз белковых веществ в высших растениях, М., 1904 (Известия MUCH. с.-х. ин-та, кн. 1); П е т р о в Г. Т., Усвоение азота высшим растением на свету и в темноте, М., 1917; Прянишников Д. II., Аммиак, как альфа и омега обмена азотистых веществ в растении, в кн.: Сборник статей, посвящённый Клименту Аркадьевичу Тимирязеву его учениками в ознаменование семидесятого дня его рождения, под ред. Ф. Н. Крашенинникова, М.. 1916; его ж е, К вопросу о сравнительном использовании аммиака и нитратов высшими растениями, «Журнал Русского ботанического общества», 1923, т. 8; его же, Азот в жизни растений и в земледелии СССР, М.- Л-, 1945; Фёдоров М. В., Биологическая фиксация азота атмосферы, М., 1948.


Требуется проверка викификации!
Шаблон:Проверить источники


Статья из Большой советской энциклопедии

Эта статья подлежит модернизации и корректировке!

Если Вы заметили неточность — Вы можете исправить её с помощью ссылки редактировать (или править) на этой странице.
Требуется сведение текстов!

Эта статья фактически состоит из нескольких не связанных между собой фрагментов. Требуется исправить ее так, чтобы она была однородной! Вы можете сделать это с помощью ссылки редактировать или править.

Хочешь уточнить, добавить или исправить текст?
Редактировать статью