Многие известные научные открытия были сделаны двумя учеными, которые работали независимо друг от друга, и такие случаи довольно многочисленны. Однако в том, что касается открытия элемента азота, приоритет пришлось отдавать одному из трех известных химиков. Все они выделили азот из воздуха, используя немного различающиеся методики получения, и сделали это практически в одно и то же время, в конце XVIII века.
Англичанин Генри Кавендиш пропускал воздух над раскаленным углем, сжигая кислород, а затем фильтровал его через раствор щелочи, чтобы избавиться от примеси углекислого газа. В итоге он получил газ, не поддерживающий дыхание и горение, и названный им «мефитическим воздухом». Джозеф Пристли поместил в закрытый сосуд горящую свечу и описал образование аналогичного газа, который назвал «флогистированным воздухом». Однако их соотечественник Даниэль Резерфорд оказался более предприимчивым и менее медлительным: получив свой «удушливый воздух», он тут же опубликовал открытие и описал методику получения вещества. В результате все современные школьники знают, что азот был открыт Резерфордом, а заслуги талантливых химиков Кавендиша и Пристли, увы, оказались частично преданы забвению.
Что же касается названия элемента, то его предложил француз Антуан Лоран Лавуазье, и этот термин в полной мере отражает суть наблюдений всех трех ученых, которые впервые изучали его свойства. Слово состоит из двух частей: приставки «а», означающей отрицание, и корня слова «зое», которое переводится с греческого как «жизнь». Безжизненный, не дающий жизнь – вот что «азот» значит в смысловом переводе.
Известный ученый и был прав, и ошибался одновременно. Пусть газообразный азот и не поддерживает дыхания, однако он образует множество органических веществ, из которых построены компоненты живых клеток, в первую очередь, молекулы белка. Это определяет абсолютную незаменимость азота для жизни на Земле и делает его одним из главных макроэлементов живой клетки, наряду с кислородом, водородом и углеродом.[7]
Азот
Азот
Использовано изображение:[10]
Физические и химические свойства
Азот – химический элемент V группы системы Менделеева. Атомный номер – 7, атомная масса – 14,0067. Природный азот составлен из двух стабильных изотопов.[6]
Азот – бесцветный газ, не имеющий запаха.
- Температура кипения – 195,80 °С,
- Температура плавления – 210,00 °С.
В воде малорастворим, легче воздуха. Молекулярный азот химически малоактивен. При комнатной температуре взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует с кальцием, магнием, титаном. Реакция взаимодействия с водородом проходит под воздействием высоких температур, высокого давления и в присутствии катализатора, с кислородом – при температуре 3000–4000°С.
Наибольшее значение из соединений с водородом имеет аммиак – газ без цвета с характерным запахом нашатырного спирта.
С кислородом азот образует ряд оксидов: закись азота N2O, окись азота NO, диоксид азота NO2, азотистый ангидрид N2O3.[3]
Содержание в природе
Общее содержание азота в литосфере 1 х 10-2 % по массе. Наибольшая часть данного химического элемента находится в атмосфере в свободном состоянии. Он является главной составной частью воздуха. В атмосфере земли азот составляет 75,6 % по массе и 78,09 % по объему.
В связанном состоянии азот встречается повсеместно: в воздухе, водах рек, океанов и морей. В земной коре образует три основных типа минералов, отличающихся входящими в их состав ионами, – CN-, NO3- и NH4+.
Крупные залежи натриевой селитры NaNO3 находятся в Чили на берегу Тихого океана. Это единственное в мире крупное месторождение, содержащее неорганическое соединение азота.
Элемент входит в состав всех живых организмов. Его содержание обнаруживается в каменном угле (1,0–2,5 %), нефти (0,2–1,7 %). Азот не поддерживает дыхание и горение, однако значение азота в жизнедеятельности растений и животных огромно. В белках его содержится до 17 %. Более того, без азотной составляющей белки не существуют.[3]
Круговорот азота в природе
Круговорот азота в природе
Содержание азота в различных типах почв
На долю органических соединений – белков, аминов, амидов, аминокислот и прочих – приходится 93–95 % почвенного азота. Однако органический азот практически недоступен растениям и становится усваиваемым ими только после минерализации.
Минеральный азот, входящий в состав нитратных и аммиачных форм, накапливается в почве в результате процессов аммонификации и нитрификации, которые осуществляют различные группы микроорганизмов.
Разложение азотистых органических соединений в различных типах почв проходит по единой схеме:
белки → гуминовые вещества → аминокислоты → амиды → аммиак → нитриты → нитраты
Скорость минерализации основного запасного фонда азота – органических веществ почвы – зависит от многих факторов: влажности почвы, температурного режима, кислотности, характера органического вещества. Поэтому количество образующихся минеральных форм азота постоянно пребывает в динамичном состоянии. Максимальное количество накапливается в весенний период, наиболее благоприятный по режиму температуры и влажности для нитрификации. Однако нитраты – подвижные соединения, и они могут вымываться из почвы или подвергаться биологической денитрификации (образованию газообразных форм). В результате почва теряет часть азота.
Валовое содержание азота в почве сильно варьирует и зависит от типа почвы, гранулометрического состава, запасов органики, режима увлажнения и степени окультуренности почвы.
Содержание общего азота тем больше, чем больше содержание гумуса. Кроме того, содержание доступного элемента значительно возрастает при окультуривании почвы.
содержат 0,1–0,16 % азота. Количество минеральных соединений (обменно-поглощенного аммония и нитратов) мало – оно не превышает 1–3 % общего содержания данного элемента.
Содержание и запасы азота в метровом слое данных почв суглинистого состава в 2–2,5 раза больше, чем в песчаных. Кроме того, содержание азота снижается в нижележащих горизонтах.
Содержание и запасы азота в дерново-подзолистых почвах, согласно данным:[2]
|
Глубина взятия образца,
см |
Гумус,
% |
Общий азот,
% |
Запасы общего азота,
т/га |
Фиксированный аммоний
мг/кг % от общ. N |
Среднесуглинистая почва на моренном суглинке |
4 - 20 |
2,45 |
0,179 |
6,4 |
51,2 |
2,9 |
30 - 40 |
0,69 |
0,064 |
1,4 |
41,4 |
6,5 |
55 - 68 |
0,32 |
0,054 |
2,8 |
44,0 |
8,2 |
90 - 100 |
0,20 |
0,031 |
3,5 |
33,8 |
10,9 |
165 - 175 |
0,07 |
0,025 |
2,3 |
40,4 |
16,2 |
Легкосуглинистая на лессовидном суглинке |
2 - 18 |
1,69 |
0,119 |
3,1 |
46,0 |
3,9 |
30 - 40 |
0,81 |
0,091 |
3,7 |
42,5 |
4,7 |
55 - 65 |
0,51 |
0,056 |
3,8 |
44,0 |
7,9 |
102 - 114 |
0,28 |
0,320 |
1,7 |
37,3 |
11,7 |
140 - 150 |
0,22 |
0,036 |
4,7 |
43,0 |
11,9 |
Связнопесчаная, подстилаемая моренным суглинком |
5 - 15 |
1,30 |
0,070 |
2,2 |
14,5 |
2,1 |
25 - 35 |
0,48 |
0,039 |
1,2 |
11,8 |
3,0 |
50 - 65 |
0,14 |
0,014 |
0,6 |
1,7 |
1,2 |
80 - 100 |
0,14 |
0,021 |
1,6 |
18,4 |
8,8 |
140 - 150 |
0,07 |
0,013 |
1,1 |
24,5 |
18,9 |
отличаются повышенным содержанием азота. С увеличением гидроморфности его содержание возрастает. Запасы валовых форм азота в метровом слое временно избыточно увлажняемых почв больше, чем в аморфных: в суглинистых – на 27 %, супесчаных – на 14 %, песчаных – на 11 %. Характерно, что с возрастанием степени гидроморфности почв доля минерального азота снижается, а трудногидролизуемого и легкогидролизуемого – возрастает.
[1]
. Общий запас азота в пахотном слое может достигать до 15 тонн на гектар.
[2]
наиболее богаты по содержанию азота – 2,5–5,2 %. Например, в пахотном горизонте (0–25 см) торфяно-болотных почв Беларуси содержание общего азота составляет 16–20 т/га, в верхнем горизонте может накапливаться до 300–500 кг/га минерального азота. Мелиорация торфяно-болотных почв способствует активизации процессов минерализации азота и уплотнения торфа.
[1]
Азотофиксирующие клубеньки бобовых
Азотофиксирующие клубеньки бобовых
1 – корни сои с клубеньками; 2 – схематичное изображение клубеньков
Использованы изображения:[13][9]
Биохимические функции
Химические соединения – источники азота
– основной источник азота для растений. Кроме того, растения способны усваивать и некоторые из растворимых в воде органических соединений азота: аминокислоты, мочевину, аспарагин.
В тканях растения азотистые соединения подвергаются сложным превращениям, результатом которых становиться образование аминокислот, а затем белков.
– единственное соединение азота, поглощаемое из почвы, которое непосредственно используется для синтеза аминокислот. Аммиак в свободном виде может содержаться в тканях растений, но в незначительном количестве.
Значительное накопление аммиака при недостатке углеводов (источника кетокислот), приводит к аммиачному отравлению растений. Однако растения обладают способностью связывать избыток свободного аммиака. Большая его часть вступает во взаимодействие с ранее синтезированными аспарагиновой и глутаминовой аминокислотами с образованием амидов – аспарагина и глутамина (играют важную роль в синтезе белков). Этот процесс позволяет растениям не только защититься от аммиачного отравления, но и создавать резерв аммиака, который будет использоваться в дальнейшем по мере необходимости.
Симптомы недостатка азота, согласно данным:[5]
|
Культура |
Симптомы недостатка |
Общие симптомы |
Изменение окраски листа с зеленой до бурой, уменьшение размера листьев, ослаблено ветвление и плодоношение |
Злаковые |
Ослаблено кущение |
Картофель |
Рост стеблей и листьев ослабляется, боковые побеги не образуются или мелкие,
Стебли тонкие, прямостоячие,
Листья нижнего яруса бледно-зеленые, постепенно желтеют и засыхают,
Молодые листья мелкие, светло-зеленые с засохшими и завернутыми краями,
Клубни интенсивно поглощают хлор и становятся токсичными |
Капуста белокочанная и цветная |
Цвет листьев нижнего яруса: сначала желтовато – зеленые, затем розовые, оранжевые или пурпурные,
Раннее усыхание листьев,
Кочан мелкий |
Томаты |
Листья мелкие, зелено-желтые,
Жилки и стебли голубовато-красные,
Плоды мелкие деревянистые, бледно-зеленые, при созревании ярко окрашены |
Лук |
Рост задерживается, листья короткие, диаметр небольшой, цвет – бледно-зеленый,
Начиная от вершин, краснеют |
Огурцы |
Новые листья замедляют рост,
Цвет нижних листьев - от бледно-зеленой до зеленовато-желтой и ярко-желтой окраски,
Стебли тонкие, волокнистые, твердые,
Плоды мелкие, плохого качества |
Свекла |
Листья удлиненные, мелкие, вертикально расположенные, бледно-зеленые и желтовато-зеленые,
Образование новых листьев |
Земляника |
Рост листьев останавливается,
Цвет – от светло-зеленого до желтого,
На старых листьях краснеющие зубчики,
По мере старения зубчики желтеют,
Часть пластины листа отмирает. |
Черная смородина |
Короткие и тонкие побеги,
Цветение и образование ягод слабое. |
Яблоня |
Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,
Рост побегов ослабевает,
Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,
Верхушечные почки формируются рано,
Плодовых почек и цветков мало,
Плоды сильно окрашены,
Плоды твердые, грубые, нетипичного вкуса и окраски,
Отличаются хорошей лежкостью |
Груша |
Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,
Рост побегов ослабевает,
Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,
Верхушечные почки формируются рано,
Плодовых почек и цветков мало,
Плоды сильно окрашены |
Вишня |
Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,
Рост побегов ослабевает,
Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,
Верхушечные почки формируются рано,
Плодовых почек и цветков мало,
Плоды сильно окрашены |
Слива |
Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано.
Рост побегов ослабевает,
Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,
Верхушечные почки формируются рано,
Плодовых почек и цветков мало,
Плоды сильно окрашены |
– вовлекаются в синтез аминокислот только после восстановления в тканях растения. Редукция нитратов до аммиака проходит уже в корнях. Этот процесс осуществляется с помощью флавиновых металлоферментов, с сопровождением изменения валентности атомов азота. При поступлении нитратного азота в растения в избытке часть его в неизменном состоянии доходит до листьев, где происходит восстановление нитратов.
Нитратный азот растения могут накапливать в значительных количествах, без особого вреда для собственной жизнедеятельности.
Биосинтез аминокислот (аминирование)
(биосинтез аминокислот) осуществляется в результате взаимодействия аммиака с кетокислотами (пировиноградной, щавеллевоуксусной, кетоглуаровой и др.). Данные кислоты образуются в процессе дыхания при окислении углеводородов. Аминирование проходит с помощью ферментов.
В аминокислотах азот присутствует в виде аминогруппы – NH2. Образование аминокислот может происходить как в подземной (корнях), так и в наземных частях растений.
Установлено, что уже через несколько минут после подкормки растений аммиачными удобрениями в их тканях обнаруживаются аминокислоты, синтезированные с использованием внесенного в подкормку аммиака. Первой аминокислотой, образующейся в растении, является аланин, затем синтезируются аспарагиновая и глутаминовая кислоты.
Переаминирование аминокислот
Реакция переаминирования аминокислот заключается в переносе аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. При этом образуются другие амино- и кетокислоты. Эта реакция катализируется ферментами аминоферазами и трансаминазами.
Путем переаминирования синтезируется значительное число аминокислот. Наиболее легко в этот процесс вовлекаются глутаминовая и аспарагиновая кислоты.
Разнообразие белковых и небелковых азотистых соединений
Как указывалось ранее, аминокислоты представляют собой основные структурные единицы белков и полипептидов, поскольку белки образуются из синтезированных в полипептидные цепи аминокислот. Различный набор и пространственное расположение аминокислот в полипептидных цепях способствуют синтезу огромного разнообразия белков. Известно свыше 90 аминокислот. Значительная их часть (около 70) присутствует в растительных тканях в свободном состоянии и не входит в состав белковых молекул.
В состав белков растений входят незаменимые для жизнедеятельности человека и животных белки: лизин, фенилаланин, триптофан, валин, треонин, метионин и другие. В организме млекопитающих и других высших животных данные белки синтезироваться не могут.
Растения содержат 20 – 26% небелкового органического азота от общего количества. В неблагоприятных условиях (дефицит калия, недостаток освещенности) количество небелковых азотистых соединений в растениях повышается.
Дезаминирование аминокислот
Белки и небелковые азотистые соединения находятся в тканях растений в подвижном равновесии. Наряду с синтезом аминокислот и белковых соединений, постоянно проходят процессы их распада.
заключается в отщеплении аминогруппы от аминокислоты с образованием кетокислоты и аммиака. Освободившаяся кетокислота идет на биосинтез углеводов, жиров и прочих веществ. Аммиак вступает в реакцию аминирования других кетокислот, образуя соответствующие аминокислоты. При избытке аммиака образуются аспарагин и глутамин.
Весь сложнейший цикл трансформации и превращения азотистых соединений в растении начинается с аммиака и завершается аммиаком.
Обмен азотистых веществ в различные периоды развития растения
За время роста растения синтезируют большое количество разнообразных белков, и в разные периоды роста процесс обмена азотистых веществ протекает по-разному.
При прорастании семенного материала наблюдается распад ранее запасенных белков. Продукты распада идут на синтез аминокислот, амидов и белков в тканях проростков до выхода их на поверхность почвы.
По мере образования листового аппарата и корневой системы синтез белков проходит за счет минерального азота, поглощенного из почвы.
В органах молодых растений преобладает синтез белков. В процессе старения распад белковых веществ начинает преобладать над синтезом. Из стареющих органов продукты распада движутся в молодые, интенсивно растущие, где и находят применение для синтеза белка в точках роста.
При созревании и формировании репродуктивных органов растения происходит распад веществ в вегетативных частях растений и передвижение их в репродуктивные органы, где они используются в процессах синтеза запасных белков. В это время потребление азота из почвы значительно ограничивается или совсем прекращается.[8]
Недостаток (дефицит) азота в растениях
Азот плохо усваивается растениями при холодной погоде, на кислых неизвесткованных почвах, на почвах, содержащих большое количество небобовых культур и опилок.
Первый признак азотного голодания – изменение окраски листовой пластинки с зеленой на бледно-зеленую, а затем желтоватую и бурую из-за недостаточного образования хлорофилла.
При дальнейшем усилении дефицита азота размер листьев уменьшается. Они становятся узкими, мелкими, располагаются под острым углом к стеблю или ветви. Ветвление у растений ослабляется, уменьшается число плодов, зерен или семян.[5]
Нарушение содержания азота в растениях
Нарушение содержания азота в растениях
1 – недостаток: хлороз, ослабление кущения, отставание в росте у пшеницы;
2 – избыток: увеличение вегетативной массы, яркая окраска листьев у табака.
Использованы изображения:[11][12]
Избыток азота
Избыток азота в молодом возрасте подавляет рост растений. В более взрослом наблюдается бурное развитие вегетативной массы в ущерб запасающим и репродуктивным органам. Снижается урожай, вкусовые качества и лежкость овощей и плодов.
Избыток азота во второй половине лета затягивает рост и созревание, вызывает полегание знаков, ухудшает качество зерна, корнеплодов, фруктов. Понижается устойчивость растений к грибковым заболеваниям. Повышается концентрация в растениях биологически несвязанного азота в виде нитратов и нитритов.
Избыток азота приводит к некрозу тканей растений: хлороз развивается сначала на краях листьев, потом распространяется между жилками, появляется некроз с коричневым окрасом, концы листовых пластинок свертываются, листья опадают.[5]
Содержание азота в удобрениях, согласно данным:[1][4]
|
Удобрение |
Содержание азота |
Нитратные удобрения |
Натриевая селитра (нитрат натрия, чилийская селитра), NaNO3 |
16% |
Кальциевая селитра, Са(NО3)2 |
13 - 15% |
Аммонийные азотные удобрения |
Сульфат аммония, или сернокислый аммоний, (NH4)2SО4 |
20,5 - 21% |
Хлористый аммоний, NН4Сl |
24 – 26% |
Аммонийно-нитратные удобрения |
Аммиачная селитра |
34,6% |
Аммиачные удобрения |
Безводный аммиак (NH3) |
82,3% |
Аммиачная вода (NH4OH + NH3) |
20,5 и 18% |
| Амидные удобрения |
| Карбамид (мочевина) — СО(NН2)2 |
46% |
КАС (карбамид - аммиачная селитра) |
28; 30 или 32% |
Медленнодействующие азотные удобрения |
Карбамид с гумат содержащими добавками |
46% |
Сульфат аммония с защитным покрытием |
20% |
Карбамид с полимерным покрытием |
не менее 42% |
Сульфат аммония с полимерным покрытием |
20% |
Комплексные азотно-фосфорно-калийные удобрения |
Для яровых зерновых культур и картофеля |
N:Р2О5:К2О = 16:12:20 |
Для озимых зерновых культур |
N:Р2О5:К2О = 5:16:3 |
| Органические удобрения |
| Свежий навоз на соломенной подстилке |
0,45 – 0,83 |
| Полуперепревший подстилочный навоз |
0,50 – 0,86 |
| Торф |
0,8 – 3,3 |
| Навозная жижа |
0,26 – 0,39 |
| Птичий помет |
0,5 – 1,6 |
| Подстилочный помет |
1,6 – 2,22 |
Содержание азота в различных соединениях
Производство азотных удобрений основывается на получении аммиака из молекулярного азота воздуха и водорода. Источником последнего могут служить природный газ, коксовые или нефтяные газы.
Азотные удобрения подразделяют на шесть групп:
Источником азота для растений служат органические удобрения:
может содержать общего азота 0,45 – 0,83 %, белкового азота 0,28 – 0,35 %, аммиачного азота 0,14 – 0,20 %. В полуперепревшем подстилочном навозе содержится общего азота 0,50 – 0,86 %, аммиачного азота – 0,07 – 0,15%.
Торф также богат азотом. Его содержание колеблется от 0,8 – 1,2% в верховом до 1,0 – 2,3 % в переходном и 2,3 – 3,3 % в низинном торфе. Однако органические соединения азота, присутствующие во всех видах торфа, плохо усваиваются растениями. В связи с эти его применение в чистом виде неэффективно, и расходы на добычу и применение чистого торфа редко окупаются прибавкой урожая.
– наиболее ценное азотно-калийное удобрение. Относится к быстродействующим. В среднем содержит от 0,26 до 0,39 % азота.
Птичий помет, содержит большое количество азота. В зависимости от вида птиц и скармливаемых им кормов, процентный состав азота в птичьем помете колеблется от 0,5 до 1,6 %. Еще богаче азотом подстилочный птичий помет. В зависимости от вида подстилки, он включает в себя от 1,6 до 2,22 % азота.[4]
Способы применения азотных удобрений
Натриевая селитра (нитрат натрия, чилийская селитра) используется повсеместно на разных почвах и под все сельскохозяйственные культуры для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на подкормку.[8]
Кальциевая селитра для большинства растений равноценна натриевой селитре. Исключение – сахарная свекла и корнеплоды. В данном случае удобрение менее эффективно.[8]
удобрения (сульфат аммония, хлористый аммоний) – эффективность использования зависит от степени кислотности и буферности почв и биологических особенностей удобряемых культур. Применяется для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на
подкормку.
[8]
– универсальное удобрение. Можно применять под любые культуры, на всех почвах перед посевом, как припосевное удобрение и на
подкормку. Наиболее целесообразно использовать для
подкормок озимых зерновых культур, пастбищ и сенокосов.
[1]
применяют как основное допосевное удобрение под все сельскохозяйственные культуры. Вносятся как весной, перед посевом, так и осенью.
[1]
предпочтительно вносить одновременно с немедленной заделкой в почву под предпосевную обработку, под яровые зерновые культуры, кукурузу. Не рекомендуется вносить в холодную погоду, ранней весной.
[1]
применяют для
основного внесения и
подкормок.
[8]
вносятся в высоких дозах один раз в два-три года. Обеспечивают питание азотом первой и последующих культур.
[8]
Оставьте свой отзыв:
Отзывы:
Комментарии для сайта Cackle