Кругообіг азоту в природі. Властивості азоту. Роль азоту в природі
Одним з найпоширеніших хімічних елементів у навколишньому середовищі є азот. Кількість азоту в атмосфері велике - чотири п'ятих атмосфери складається з цього хімічного елемента. Велика частина елемента перебуває у вільній формі, при якому два атоми утворюють молекулу N2. Через досить міцного зв'язку між атомами в молекулі використовувати таке з'єднання безпосередньо не представляється можливим.
Щоб живі організми могли повноцінно засвоювати цей хімічний елемент, його потрібно перевести в «пов'язане» стан. У такому стані азот являє собою заряджений нітрат-іон NO3-, в такому вигляді він може засвоюватися рослинами.
Кругообіг азоту в природі неможливий без процесу «зв'язування», оскільки саме розщеплення молекули N2 дає можливість підтримувати різні життєві процеси на нашій планеті.
Характеристики азоту
Азот є безбарвним неотруйним газом, який здебільшого перебуває в природі у вільному (незв'язаному) стані. Це основна частина атмосфери - майже 80% її займає молекулярне речовина. В молекулярному вигляді азот марний для живої природи - молекули його при нормальних умовах хімічно реагують тільки з літієм. Зате значення азоту в природі біосфери важко переоцінити. Ця речовина є невід'ємною частиною будь, навіть найпростішої молекули білка. А адже саме білок є необхідним елементом всіх живих організмів.
Як відбувається кругообіг
Кругообіг азоту в природі, по суті, є ланцюжком замкнутих взаємопов'язаних шляхів, якими азот циркулює в біосфері Землі. У природі основним постачальником цього пов'язаного елемента виступають різні мікроорганізми. Саме завдяки мікроскопічним трудівникам від 90 до 140 млн. Тонн іона азоту переходить в потрібне для біосфери стан.
Знаходження азоту в природі багато в чому пов'язане з життєдіяльністю бактерій і водоростей. Кругообіг N2 в природі бере свій початок в діяльності різних мікроорганізмів, які витягують азот з розкладаються відходів. Одна частина елемента перетворюється в молекули, необхідні для існування цих мікроорганізмів. Інша частина вивільняється у вигляді іонів амонію і молекул аміаку. Різні різновиди бактерій переводять азот з цих речовин у форму нітратів. Азотисті сполуки у вигляді добрива засвоюються рослинами, а через них і тваринами. Після смерті організму мікроелемент повертається в грунт, щоб заново зробити кругообіг азоту в природі. Схема руху азоту представлена нижче.
Під час скоєння кругообігу N2 може включатися до складу неорганічних відкладень або вивільнятися в результаті діяльності деяких бактерій. Крім цього, виверження вулканів, робота гейзерів збільшують частку цієї речовини в земній атмосфері.
Застосування азоту в сільському господарстві
Удобрюючи землю азотистими сполуками з розрахунку - кілограм добрив на гектар землі, можна підвищити врожайність зернових культур на кілька відсотків.
У сільському господарстві у вигляді врожаю азот виноситься в кількості 1 млн. Тонн, при цьому азотистих добрив використовується в два рази менше. Незважаючи на високу рентабельність використання мінеральних добрив, потреби рослин в цій речовині покриваються штучним шляхом всього на 20-25%. Решта його кількість витягується з грунту за рахунок біологічної фіксації (природні добрива). Подальше підвищення врожайності буде залежати лише від раціонального застосування гною, нарощування виробництва мінеральних добрив та ефективного використання «біологічного» (виробленого мікроорганізмами) пов'язаного азоту.
Застосування азоту в промисловості
Застосовується азот і в промисловості. Велика частина синтезованого речовини припадає на виробництво аміаку, вибухових систем, різних барвників. Застосовується він і в обробній промисловості - наприклад, при обробці коксу. Властивості азоту широко відомі і враховуються при виробництві різних харчових добавок. Рідкий азот - відмінний холодоагент і широко застосовується для заморозки продуктів харчування. Але все одно основним способом застосування його є виробництво мінеральних добрив.
Найвідоміші бактерії, що перетворюють азот, містяться в бульбах рослин сімейства бобових. 
Корисні властивості азоту допомагають підвищувати родючість грунту: в поле спочатку сіють сочевицю, горох або квасоля, потім рослини заорюють в землю. Потім на цьому місці вирощують інші культури, які можуть використовувати азот в якості природного добрива.
Мінеральні добрива
Але природного азоту, придатного в якості добрив, виявилося недостатньо для підтримки врожайності. І люди почали використовувати мінеральні добрива, що включають в себе зв'язаний азот.
Технологія зв'язування азоту в промислових масштабах була відкрита німецькими військовими вченими напередодні Першої світової війни. Тоді була розроблена схема виробництва аміаку для потреб оборонної промисловості. Допрацювавши технологію, вчені придумали надійну схему виробництва пов'язаного азоту для сільського господарства. Зараз аграріями застосовується більше 80 млн. Тонн пов'язаного азоту для вирощування продовольчих культур.
Природний зв'язаний азот
Дивно, але певна частина атмосферного азоту зв'язується під час грози. Спалахи блискавок відбуваються набагато частіше, ніж прийнято думати. Протягом 10 секунд у світі виблискує близько п'ятисот блискавок. Розряд електрики розігріває навколо себе атмосферу, азот з'єднується з киснем. Відбувається реакція горіння азоту, на виході якої і виходять різні види сполук азоту з киснем. Це досить красива форма зв'язування азоту, але вона вивільняє тільки близько 10 млн. Тонн на рік.
Штучний зв'язаний азот
Як було написано вище, основним джерелом азоту є мінеральні добрива, які активно використовуються в сільському господарстві більшості країн світу. Згоряння всіх видів викопного палива (вугілля, газ, нафтові похідні) також призводить до зв'язування вільного азоту. Крім прямого згоряння, при роботі двигунів і електрогенераторів також виникає теплота, необхідна для реакції азоту з киснем. Загалом, протягом року при спалюванні виходить близько 20 мільйонів тонн азоту, придатного для біосфери.
Висновок
Як відбувається кругообіг азоту в природі? Схема цього руху може бути представлена наочно. Наприклад, можна уявити, що вся біосфера являє собою дві сполучені між собою ємності. Велика ємність являє собою знаходження азоту в природі головним чином в гідросфері і атмосфері. Дуже маленька містить азот, який є частиною життєдіяльності. Вузький прохід з'єднує обидві ємності, в ньому азот тим чи іншим чином переходить в зв'язаний стан. У природному середовищі саме через такі проходи азот потрапляє в живі організми і стає частиною неживої природи після своєї загибелі.
За порівняно короткий період часу діяльність людини стала впливати на рівень N2 у природному середовищі. Роль азоту в природі до кінця ще не вивчена. Вже зараз ясно, що кожна екологічна система здатна засвоїти лише певну кількість цієї речовини. Надлишок азоту в будь-якій екосистемі призводить до надмірного росту рослин, засміченості річок і водойм.
Така проблема називається евтрофікацією - забрудненням водоростями. При виникненні цієї проблеми водорості затемнюють водойму, витісняючи з нього конкуруючі форми життя. Після загибелі великої кількості водоростей знадобиться весь кисень, що міститься у воді, щоб залишки рослин змогли розкластися. З бідних киснем водойм йде риба, ракоподібні та інші тварини. Вода заболачівается і через кілька років покривається тванню. Озеро або ставок перетворюється на мертве болото.
Подальше вивчення кругообігу азоту в природі допоможе запобігти наслідкам таких проблем і дотримати баланс між господарською діяльністю людини і природними екосистемами.
