Що таке азот і для чого він використовується?

Азот – це хімічний елемент з атомним номером 7. Чи є газом без запаху, смаку і кольору.

Таким чином, людина не відчуває присутності азоту в земній атмосфері, тим часом як вона складається з цієї речовини на 78 відсотків. Азот відноситься до найпоширеніших речовин на нашій планеті. Часто можна чути, що без азоту не було б життя на Землі, і це правда. Адже білкові сполуки, з яких складається все живе, обов’язково містять в собі азот.

Азот в природі

Азот знаходиться в атмосфері у вигляді молекул, що складаються з двох атомів. Крім атмосфери, азот є в мантії Землі і в гумусно шарі грунту. Основне джерело азоту для промислового виробництва – це корисні копалини.

Однак в останні десятиліття, коли запаси мінералів стали виснажуватися, виникла гостра необхідність виділення азоту з повітря в промислових масштабах. В даний час ця проблема вирішена, і величезні обсяги азоту для потреб промисловості видобуваються з атмосфери.

Роль азоту в біології, круговороті азоту

На Землі азот зазнає ряд трансформацій, в яких беруть участь і біотичні (пов’язані з життям) і абіотичні чинники. З атмосфери і грунту азот надходить в рослини, причому не безпосередньо, а через мікроорганізми. Азотофіксуюючі бактерії утримують і переробляють азот, перетворюючи його в форму, легко засвоювану рослинами. В організмі рослин азот переходить до складу складних сполук, зокрема – білків.

По харчовому ланцюгу ці речовини потрапляють в організми травоїдних, а потім – хижаків. Після загибелі всього живого азот знову потрапляє в грунт, де піддається розкладанню (аммонификации і денітрифікації). Азот фіксується в грунті, мінералах, воді, потрапляє в атмосферу, і коло повторюється.

Застосування азоту

Після відкриття азоту (це сталося в 18-м столітті), були добре вивчені властивості самої речовини, його з’єднань, можливості використання в господарстві. Оскільки запаси азоту на нашій планеті величезні, даний елемент став використовуватися вкрай активно.

Чистий азот застосовується в рідкому або газоподібному вигляді. Рідкий азот має температуру мінус 196 градусів за Цельсієм і застосовується в наступних областях:

– в медицині. Рідкий азот є холодоагентом при процедурах кріотерапії, тобто лікування холодом. Миттєва заморозка застосовується для видалення різних новоутворень. У рідкому азоті зберігають зразки тканин і живі клітини (зокрема – сперматозоїди і яйцеклітини). Низька температура дозволяє зберегти біоматеріал протягом тривалого часу, а потім розморозити і використовувати.

Можливість зберігати в рідкому азоті цілі живі організми, а при необхідності розморожувати їх без будь-якої шкоди висловлена ​​письменниками-фантастами. Однак в реальності освоїти цю технологію поки не вдалося;

– в харчовій промисловості рідкий азот використовується при розливі рідин для створення інертного середовища в тарі.

Взагалі азот застосовується в тих областях, де необхідна газоподібне середовище без кисню, наприклад,

– в пожежогасінні. Азот витісняє кисень, без якого процеси горіння не підтримуються і вогонь згасає.

Газоподібний азот знайшов застосування в таких галузях:

• виробництво продуктів харчування. Азот використовується як інертна газове середовище для збереження свіжості продуктів в упаковці;
• в нафтовидобувній промисловості і гірничій справі. Азотом продувають трубопроводи і резервуари, його нагнітають в шахти для формування вибухобезпечної газового середовища;
• в літакобудуванні азотом накачують шини шасі.

Все вищесказане відноситься до застосування чистого азоту, але не варто забувати, що цей елемент є вихідною сировиною для виробництва маси всіляких з’єднань:

• аміак. Надзвичайно затребуване речовина з вмістом азоту. Аміак йде на виробництво добрив, полімерів, соди, азотної кислоти. Сам по собі застосовується в медицині, виготовленні холодильної техніки;
• азотні добрива;
• вибухові речовини;
• барвники і т.д.

Азот – не тільки один з найбільш поширених хімічних елементів, але і дуже потрібний компонент, який застосовується в багатьох галузях людської діяльності.

Що таке азот і для чого використовується?

Азот – це хімічний елемент з атомним номером 7. Чи є газом без запаху, смаку і кольору.

Таким чином, людина не відчуває присутності азоту в земній атмосфері, тим часом як вона складається з цієї речовини на 78 відсотків. Азот відноситься до найпоширеніших речовин на нашій планеті. Часто можна чути, що без азоту не було б життя на Землі , і це правда. Адже білкові сполуки, з яких складається все живе, обов’язково містять в собі азот.

Азот в природі

Азот знаходиться в атмосфері у вигляді молекул, що складаються з двох атомів. Крім атмосфери, азот є в мантії Землі і в гумусно шарі грунту. Основне джерело азоту для промислового виробництва – це корисні копалини.

Однак в останні десятиліття, коли запаси мінералів стали виснажуватися, виникла гостра необхідність виділення азоту з повітря в промислових масштабах. В даний час ця проблема вирішена, і величезні обсяги азоту для потреб промисловості видобуваються з атмосфери.

Роль азоту в біології, круговорот азоту

На Землі азот зазнає ряд трансформацій, в яких беруть участь і біотичні (пов’язані з життям) і абіотичні чинники. З атмосфери і грунту азот надходить в рослини, причому не безпосередньо, а через мікроорганізми. Азотфиксирующие бактерії утримують і переробляють азот, перетворюючи його в форму, легко засвоювану рослинами. В організмі рослин азот переходить до складу складних сполук, зокрема – білків.

По харчовому ланцюгу ці речовини потрапляють в організми травоїдних, а потім – хижаків. Після загибелі всього живого азот знову потрапляє в грунт, де піддається розкладанню (аммонификации і денітрифікації). Азот фіксується в грунті, мінералах, воді, потрапляє в атмосферу, і коло повторюється.

застосування азоту

Після відкриття азоту (це сталося в 18-м столітті), були добре вивчені властивості самої речовини, його з’єднань, можливості використання в господарстві. Оскільки запаси азоту на нашій планеті величезні, даний елемент став використовуватися вкрай активно.

Чистий азот застосовується в рідкому або газоподібному вигляді. Рідкий азот має температуру мінус 196 градусів за Цельсієм і застосовується в наступних областях:

– в медицині. Рідкий азот є холодоагентом при процедурах кріотерапії, тобто лікування холодом. Миттєва заморозка застосовується для видалення різних новоутворень. У рідкому азоті зберігають зразки тканин і живі клітини (зокрема – сперматозоїди і яйцеклітини). Низька температура дозволяє зберегти біоматеріал протягом тривалого часу, а потім розморозити і використовувати.

Можливість зберігати в рідкому азоті цілі живі організми, а при необхідності розморожувати їх без будь-якої шкоди висловлена ​​письменниками-фантастами. Однак в реальності освоїти цю технологію поки не вдалося;

– в харчовій промисловості рідкий азот використовується при розливі рідин для створення інертного середовища в тарі.

Взагалі азот застосовується в тих областях, де необхідна газоподібне середовище без кисню, наприклад,

– в пожежогасінні. Азот витісняє кисень, без якого процеси горіння не підтримуються і вогонь згасає.

Газоподібний азот знайшов застосування в таких галузях:

– виробництво продуктів харчування. Азот використовується як інертна газове середовище для збереження свіжості продуктів в упаковці;

– в нафтовидобувній промисловості і гірничій справі. Азотом продувають трубопроводи і резервуари, його нагнітають в шахти для формування вибухобезпечної газового середовища;

– в літакобудуванні азотом накачують шини шасі.

Все вищесказане відноситься до застосування чистого азоту, але не варто забувати, що цей елемент є вихідною сировиною для виробництва маси всіляких з’єднань:

– аміак. Надзвичайно затребуване речовина з вмістом азоту. Аміак йде на виробництво добрив, полімерів, соди, азотної кислоти. Сам по собі застосовується в медицині, виготовленні холодильної техніки;

Азот – не тільки один з найбільш поширених хімічних елементів, але і дуже потрібний компонент, який застосовується в багатьох галузях людської діяльності.

Ґрунтовий аналіз: форми та оптимальні способи внесення азоту

Чимало аграріїв з досвідом і роками, проведеними в полі, майже на інтуїтивному рівні обирають добрива та розуміють, які елементи потрібні різним культурам для хорошого врожаю. Проте вищий пілотаж в агро — не лише розуміти, що саме потрібно внести, але й знати чому.

Щоб дізнатися все про найважливіші для аграрія елементи в ґрунті, чому вони такі важливі, як правильно читати результати аналізів та які висновки з цього робити, Kurkul.com поспілкувався з засновницею лабораторії «Агротест», кандидаткою хімічних наук Катериною Губіною.

На основі нашої розмови ми підготували матеріал, присвячений азоту (нітрогену), адже від цього елемента, такою ж мірою, як і від кисню чи водню, залежить існування не лише рослин, а й всього живого.

Для довідки: лабораторія «Агротест» проводить дослідження ґрунту і рослин вже протягом 17 років і є першою в Україні лабораторією, яка бере участь в міжнародній програмі Agricultural Laboratory Proficiency (ALP).

Форми азоту в ґрунті

Азот знаходиться в ґрунті в амонійній NH₄ + , амідній NH₂, амінній NH, нітритній NO₂ 1- і нітратній NO₃ 1- формах. Процес нітрифікації (перетворення інших форм азоту в нітратну) у ґрунті забезпечує життєдіяльність бактерій. Нітроген у будь-якій формі, потрапляючи в ґрунт, з часом перетворюється у нітратну форму, і саме ця форма доступна для живлення рослин.

Завдяки окислювально-відновлювальним процесам і діяльності бактерій разом із процесом нітрифікації одночасно відбувається денітрифікація — перетворення нітрату знову в амонійну форму.

Амонійна форма теж доступна для рослин, але при підвищенні температур і вологи вона може перетворитися в газоподібний аміак (NH₃). Тому амонійну форму добрив використовують, як засіб для цільового внесення, що одразу буде поглинутий рослиною.

Рідкий аміак, або ж амонійна вода, вноситься на поля пізно восени, коли температури низькі й не утворюється газоподібний аміак, спричиняючи серйозні втрати при нітрифікації амонійної води.

Тож найоптимальніша форма азоту, придатна для споживання рослиною — нітратна. За нею за ступенем засвоюваності йде амонійна, а решта внаслідок життєдіяльності рослини переходить в імідну чи імінну форми.

Внесення азоту в ґрунт

При розрахунку норми внесення азоту потрібно врахувати чимало супутніх чинників: вміст органічної речовини у ґрунті, винос елементів по культурах сівозміни на одиницю врожаю, урожайність, азотні кредити конкретної ділянки.

Процеси активної життєдіяльності мікроорганізмів починаються вже при +14 °C в ґрунті. Тож дуже важливо пам’ятати, що результати аналізу на нітроген в холодну пору будуть зовсім іншими, ніж з цієї ж ділянки при температурі понад 14 °C.

Карбамід, або сечовина — СО(NH₂)₂, має 46% нітрогену. Містить азот в амідній формі. Вміст нітрогену найвищий з усіх добрив. Сечовина — це вид добрив, що вноситься прицільно та потребує заробляння в ґрунт одразу після внесення. Вона може мати пролонговану дію саме завдяки процесам нітрифікації в ґрунті.

Вміст нітрогену в амонійно-нітратних добривах, або ж аміачній селітрі (NH₄NO₃), орієнтовно 32%. Тож аміачна селітра поступається калорійністю лише сечовині. Головний недолік — ціна таких добрив.

Донести азот до рослин можна з добривами, що містять нітратну групу і які ми називаємо селітрами: калієвою селітрою, кальцієвою селітрою. Тільки натрієва селітра дуже небезпечна, оскільки має токсичний вплив на рослину внаслідок вмісту іонів натрію.

У сульфаті амонію нітроген входить до складу катіону амонію і його вміст становить 22–25%.

Рідкий аміак вноситься пізно восени та є досить небезпечним для ґрунту добривом, оскільки при вприскуванні рідкого аміаку в ґрунт відбувається його «замороження» і гине вся біота. Попри те, що вміст азоту у безводному аміаку складає 82,2%, потенційна небезпека та складність у застосуванні обмежують його використання.

Останнім за ефективністю добривом буде амофос, до складу якого входять азот (12%) і фосфор (52%).

Амофоска на додачу до азоту і фосфору має калій та сірку, тож перерахунок на нітроген буде ще нижчий.

Нітратні добрива діють відразу після внесення і мають дещо пролонговану дію, як, наприклад, сечовина. А от амонійні добрива, які теж діють відразу, дуже швидко втрачають діючу речовину у вигляді газу.

Тож при внесенні необхідно чітко розуміти властивості добрив. Наприклад, нітрат має здатність до вимивання в більш глибинні ґрунтові шари, оскільки нітрати є максимально розчинними солями, якщо поглянути на таблицю розчинності. Тому нітратні форми добрив ніколи не застосовують з осені, щоб дощі не вимили його.

Повний комплекс послуг, пов’язаних з традиційним та точним землеробством

Варто додати, що ґрунт умовно має негативний заряд, тому частка, яка має позитивний заряд, буде утримуватись в ґрунті, а частка з негативним зарядом буде вимиватися. До прикладу, якщо амонійну селітру внести в ґрунт у дощовий період, то нітрат амонію дисоціює на катіон амонію NH 4+ і нітрат NO 3- . Нітрат не буде затримуватися в ґрунті, оскільки негативні заряди не взаємодіють, тож буде відбуватися вимивання. А от амоній буде затримуватися.

Карбамід має іншу функціональність, тому його можна здебільшого застосовувати по мерзлоталому ґрунту.

Дозу нітратних добрив потрібно ділити. Для озимої пшениці зазвичай кількість добрив ділять на 3 частини, з яких основну дають восени, іншу — перед зимою, а найменша частина за потреби вноситься незадовго до збирання по листу для підвищення якості зерна..

Визначення вмісту азоту в ґрунті

Визначення вмісту азоту в ґрунті може відбуватись за різними методиками. Існує понад 20 параметрів ґрунту за вмістом і видом нітрогену, що можуть визначатись, залежно від вимог агронома: загальний азот, легкогідролізований, нітратний, нітритний, амонійний і т.д., але для розрахунку доз живлення рослин під майбутній врожай потрібно тільки значення нітратного нітрогену.

Це динамічний показник, що залежить від життєдіяльності бактерій у ґрунті, рівня вологи та температури. Тому протягом вегетації він буде змінюватися.

Всі знають, якщо поле залишити на 2-3 роки, а потім взяти аналіз на нітратний нітроген, то показник буде дуже високим. Це означає, що протягом 3 років суттєво зросли колонії бактерій, які дуже активно перетворюють нітроген у нітратні форми.

Насправді розрахунки під врожай роблять із теоретичних показників, які базуються на кількості органічної речовини, температурного і водного режимів, знанні гранулометричного складу ґрунту, та попередників у сівозміні.

Запаси та кредити азоту, які можуть бути в ґрунтах, залежать від двох чинників. Перший — це технологія обробітку, кількість і тип добрив, які були використані на полі. Другий — наявність у сівозміні бобових. Тому спочатку враховують теоретичні показники для обраного регіону, які потім порівнюють з цими двома чинниками.

Саме аналіз нітратної форми дає можливість розрахувати кредит азоту в ґрунті.

Інтерпретація аналізу по нітратах майже у всіх лабораторіях однакова. Середньостатистичне значення нітрату азоту для здорового ґрунту дорівнює 7 мг/кг ґрунту. Якщо понад 15 мг/кг — це свідчить, що попередній врожай ще не «з’їв» нітроген, який внесли з добривами. Або ж цей ґрунт стояв під паром, якщо добрива не вносились.

Тому, хоча способів визначення азоту дуже багато, для аграріїв найціннішим буде визначення саме нітратного нітрогену йонометричним способом, загального нітрогену та нітратної форми. Решта аналізів корисними можуть бути для науковців.

Інтерпретація результатів аналізу на вміст азоту

Уявімо, що у фермера є на руках результати аналізу ґрунту. Якщо значення нітратного нітрогену від 0 до 2,5 мг/кг — це дуже низький показник:

✅ дуже високий — понад 15 мг/кг.

Показник понад 15 мг/кг можна отримати з поля під паром або ж після внесення амонійної селітри.

Великий вміст нітрогену спостерігається також у ґрунтах із високим значенням органічної речовини.

В Україні середнє значення вмісту органічної речовини становить 2-2,4%. Є, звісно, і більші значення на полях, де відбувається процес культивації ґрунтів, вирощують культури за продуманою технологією живлення і отримують відповідні високі врожаї.

Онлайн-асистент фермера у Instagram

Підписуйтесь та дізнавайтесь про сучасні технології та інновації аграрної галузі

Є і заторфовані ґрунти та заболочені ділянки з великим значенням вмісту органічної речовини 20-35%, та з очевидних причин для сільського господарства в такому вигляді вони не придатні.

Але рівень азоту — це ще не все, адже тоді саме торф’яники були б ґрунтами нашої мрії. Там вистачає своїх проблем, які потрібно розв’язувати, тож саме середні показники азоту є бажаними для кожного аграрія.

Проблему бідних на азот ґрунтів можна вирішити внесенням добрив та підвищенням вмісту органічних речовин, а також залишаючи пожнивні рештки на полі. Можна також ввести до сівозміни бобові культури та перейти на мінімальний обробіток ґрунту.

Вплив азотних добрив на кислотність ґрунту та інші його властивості

Потрібно розуміти, що нітратне добриво — це в першу чергу сіль. Сіль у воді завжди буде гідролізуватись, створюючи певне середовище.

Наприклад, у сульфаті амонію катіон амонію належить до слабкої основи, а сульфатна кислота є сильною. Тому при гідролізі буде створюватися кисле середовище.

Калійна селітра, наприклад, взагалі не буде суттєво змінювати pH, тому що гідроксид калію, як і нітратна кислота — сильні електроліти, які нейтралізують один одного.

При використанні амонійної селітри ґрунт буде підкислюватися, оскільки катіон амонію — слабка основа, а нітратна кислота — сильна.

Аналіз ґрунту та вмісту у ньому необхідних речовин, зокрема азоту — є важливим інструментом, коли мова йде про високі врожаї. За результатами аналізів можна чітко визначити необхідну кількість добрив з урахуванням усіх супутніх чинників, притаманних конкретній місцевості та уникнути зайвих витрат на добрива. Внесення добрив строго у необхідній кількості, у відповідній формі та потрібні строки є важливим кроком до підвищення рентабельності виробництва та зниження екологічного навантаження на довкілля.

© Андрій Яцина, Kurkul.com, 2021 р.