Il ciclo dell'azoto in natura. Proprietà dell'azoto. Il ruolo dell'azoto in natura

Uno degli elementi chimici più comuni nell'ambiente è l'azoto. La quantità di azoto nell'atmosfera è elevata: quattro quinti dell'atmosfera sono costituiti da questo elemento chimico. La maggior parte dell'elemento è in forma libera, in cui due atomi formano una molecola N ₂ . A causa del legame abbastanza forte tra gli atomi nella molecola, non è possibile utilizzare direttamente un composto del genere.
Affinché gli organismi viventi assimilino pienamente questo elemento chimico, deve essere trasferito in uno stato "vincolato". In questo stato, l'azoto è uno ione nitrico carico NO3-, in cui può essere assorbito dalle piante.

Il ciclo dell'azoto in natura è impossibile senza il processo di "legame", poiché è la scissione della molecola N ₂ che rende possibile supportare vari processi vitali sul nostro pianeta.

Caratteristiche di azoto

L'azoto è un gas incolore, non tossico, che si trova principalmente in natura in uno stato libero (non legato). Questa è la parte principale dell'atmosfera - quasi l'80% di esso è occupato da materiale molecolare. Nella sua forma molecolare, l'azoto è inutile per vivere la natura - in condizioni normali, le sue molecole reagiscono chimicamente solo con il litio. Ma l'importanza dell'azoto nella natura della biosfera è difficile da sovrastimare. Questa sostanza è parte integrante di qualsiasi, anche la più semplice molecola proteica. Ma è la proteina che è un elemento essenziale di tutti gli organismi viventi.

Com'è il ciclo

Il ciclo dell'azoto in natura, infatti, è una catena di percorsi interconnessi chiusi attraverso i quali circola l'azoto nella biosfera terrestre. In natura, vari microrganismi sono il principale fornitore di questo elemento correlato. È grazie ai lavoratori microscopici da 90 a 140 milioni di tonnellate di ioni di azoto che entrano nelle condizioni necessarie per la biosfera.

La presenza di azoto in natura è in gran parte dovuta all'attività vitale di batteri e alghe. Il ciclo N ₂ in natura ha origine nelle attività di vari microrganismi che estraggono l'azoto dai rifiuti in decomposizione. Una parte dell'elemento viene convertita in molecole necessarie per l'esistenza di questi microrganismi. L'altra parte viene rilasciata sotto forma di ioni ammonio e molecole di ammoniaca. Diversi tipi di batteri convertono l'azoto da queste sostanze in forma di nitrato. I composti azotati sotto forma di fertilizzante vengono assorbiti dalle piante e attraverso di essi gli animali. Dopo la morte dell'organismo, l'oligoelemento ritorna nel terreno per ricircolare il ciclo dell'azoto in natura. Il flusso di azoto è mostrato sotto.

Durante il ciclo, N ₂ può essere incluso nei sedimenti inorganici o rilasciato a causa dell'attività di alcuni batteri. Inoltre, eruzioni vulcaniche il lavoro dei geyser aumenta la proporzione di questa sostanza nell'atmosfera terrestre.

Uso di azoto in agricoltura

Fertilizzare il terreno con composti azotati al tasso di - un chilogrammo di fertilizzante per ettaro di terra, è possibile aumentare la resa colture di cereali di pochi percento.
Nell'agricoltura, sotto forma di coltura, l'azoto viene trasportato nella quantità di 1 milione di tonnellate, mentre i fertilizzanti azotati sono utilizzati in due volte di meno. Nonostante l'elevata redditività dell'uso di fertilizzanti minerali, le esigenze delle piante di questa sostanza sono coperte artificialmente solo del 20-25%. Il resto della sua quantità viene estratto dal terreno a causa della fissazione biologica (fertilizzanti naturali). Un ulteriore aumento della resa dipenderà solo dall'uso razionale del letame, dall'aumento della produzione di fertilizzanti minerali e dall'uso efficace di azoto legato "biologico" (prodotto da microrganismi).

L'uso di azoto nell'industria

L'azoto è usato nell'industria. La maggior parte delle sostanze sintetizzate rappresentava la produzione di ammoniaca, sistemi esplosivi, varie tinture. Viene utilizzato nell'industria manifatturiera, ad esempio nella lavorazione della coca cola. Le proprietà dell'azoto sono ampiamente conosciute e prese in considerazione nella produzione di vari additivi alimentari. L'azoto liquido è un refrigerante eccellente ed è ampiamente utilizzato per congelare il cibo. Ma ancora il modo principale per usarlo è la produzione di fertilizzanti minerali.

I batteri più famosi che convertono l'azoto si trovano nei tuberi delle leguminose. Le proprietà benefiche dell'azoto contribuiscono a migliorare la fertilità del terreno: sul campo seminano dapprima lenticchie, piselli o fagioli, poi le piante vengono arate nel terreno. Poi altre colture vengono coltivate su questo sito che può utilizzare l'azoto come fertilizzante naturale.

Fertilizzanti minerali

Ma l'azoto naturale, adatto come fertilizzante, non era abbastanza per mantenere i raccolti. E la gente cominciò a usare fertilizzanti minerali, incluso l'azoto legato. La tecnologia di legame dell'azoto su scala industriale è stata scoperta dagli scienziati militari tedeschi alla vigilia della prima guerra mondiale. Quindi è stato sviluppato uno schema di produzione di ammoniaca per le esigenze dell'industria della difesa. Avendo migliorato la tecnologia, gli scienziati hanno elaborato uno schema affidabile per la produzione di azoto fisso per l'agricoltura. Ora gli agricoltori usano più di 80 milioni di tonnellate di azoto fisso per coltivare colture alimentari.

Azoto legato naturale

Sorprendentemente, una certa quantità di azoto atmosferico è legata durante un temporale. I lampi si verificano molto più frequentemente di quanto si pensi comunemente. Entro 10 secondi circa cinquecento lampi di luce nel mondo. Una scarica di elettricità riscalda l'atmosfera attorno a sé, l'azoto si combina con l'ossigeno. Esiste una reazione di combustione dell'azoto, alla cui uscita si ottengono vari tipi di composti azotati con ossigeno. Questa è una forma piuttosto bella di fissazione dell'azoto, ma rilascia solo circa 10 milioni di tonnellate all'anno.

Azoto legato artificialmente

Come è stato scritto sopra, la principale fonte di azoto sono i fertilizzanti minerali, che sono ampiamente utilizzati in agricoltura nella maggior parte dei paesi del mondo. La combustione di tutti i tipi di combustibili fossili (carbone, gas, derivati ​​del petrolio) porta anche al legame dell'azoto libero. Oltre alla combustione diretta, durante il funzionamento di motori e generatori elettrici, sorge anche il calore, che è necessario per la reazione dell'azoto con l'ossigeno. In generale, circa 20 milioni di tonnellate di azoto adatte alla biosfera vengono prodotte nel corso di un anno.

conclusione

Come si presenta il ciclo dell'azoto in natura? Lo schema di questo movimento può essere presentato visivamente. Ad esempio, si può immaginare che l'intera biosfera sia costituita da due contenitori interconnessi. La grande capacità è la presenza di azoto in natura principalmente nell'idrosfera e nell'atmosfera. Molto piccolo contiene azoto, che fa parte della vita. Uno stretto passaggio collega entrambi i contenitori, in cui l'azoto in un modo o nell'altro entra in uno stato legato. Nell'ambiente naturale, è attraverso tali passaggi che l'azoto entra negli organismi viventi e ne diventa parte natura inanimata dopo la sua morte.

Per un periodo di tempo relativamente breve attività umana ha cominciato a influenzare il livello di N ₂ nell'ambiente naturale. Il ruolo dell'azoto in natura non è ancora completamente compreso. È già chiaro che ogni sistema ecologico è in grado di assimilare solo una certa quantità di questa sostanza. L'eccesso di azoto in qualsiasi ecosistema porta a un'eccessiva crescita delle piante, all'inquinamento dei fiumi e dei corpi idrici. Questo problema è chiamato eutrofizzazione - inquinamento delle alghe. Quando si verifica questo problema, le alghe scuriscono il serbatoio, spostando da esso forme di vita in competizione. Dopo la morte di una grande quantità di alghe sarà necessario tutto l'ossigeno contenuto nell'acqua, in modo che i residui vegetali possano decomporsi. Pesci, crostacei e altri animali lasciano corpi idrici poveri di ossigeno. L'acqua diventa paludosa e in alcuni anni diventa coperta di fango. Un lago o uno stagno si trasforma in una palude morta.

Un ulteriore studio del ciclo dell'azoto in natura aiuterà a prevenire le conseguenze di tali problemi ea mantenere un equilibrio tra le attività umane e gli ecosistemi naturali.