Что такое азот для 3 класса: Азот: что это такое и где он используется?

Содержание

Азот: что это такое и где он используется?

Поиск по вики-сайту о сжатом воздухе

  • Компрессоры

  • Подготовка воздуха

  • Промышленные газы

  • Основная информация

  • Рекомендации

Nitrogen

Industrial Gases

Basic Theory

Compressed Air Wiki

Compressed Air

Знаете ли вы, что большая часть воздуха, которым мы дышим, состоит из азота? Кислород необходим для выживания, однако воздух на 78% состоит из азота, и всего лишь на 21% – из кислорода и незначительного количества других газов. Несмотря на то, что человеческий организм не использует этот азот, он очень полезен в различных направлениях промышленности. Проще говоря, существует неограниченный источник азота, доступный для использования, который позволяет вам производить собственный азот, а не приобретать его у различных поставщиков. Все, что вам нужно – это компрессор и генератор азота, который отделяет молекулы азота от молекул кислорода в сжатом воздухе. В результате вы получаете неограниченную, экономичную и безопасную подачу газа, доступную в любое время суток.  

Что такое азот?

Во-первых, это инертный газ. Он не имеет запаха, цвета и не поддерживает жизнь, однако он важен для роста растений и является ключевой добавкой в удобрениях. Его применение распространяется далеко за пределы садоводства. Азот обычно имеет жидкую или газообразную форму (однако также можно получить твердый азот). Жидкий азот используется в качестве хладагента, который способен быстро замораживать продукты и объекты медицинских исследований, а также возможно его применение для репродуктивных технологий. Для пояснения мы остановимся на газообразном азоте.

Азот широко используется, главным образом, по причине того, что он не вступает в реакцию с другими газами, в отличие от кислорода, который является крайне реактивным. Из-за своего химического состава атомы азота требуют больше энергии для разрушения и взаимодействия с другими веществами. С другой стороны, молекулы кислорода легче разрываются, поэтому газ становится гораздо более реактивным. Газообразный азот обладает противоположными свойствами, обеспечивая, при необходимости, инертную среду.

Генераторы азота обеспечивают преимущества практически для всех отраслей промышленности

Отсутствие реактивной способности у азота является его самым важным качеством. В результате газ используется для предотвращения медленного и быстрого окисления. Электронная промышленность представляет собой прекрасный пример такого использования, поскольку при производстве печатных плат и других небольших компонентов может возникать медленное окисление в виде коррозии. Кроме того, медленное окисление характерно для производства продуктов питания и напитков, в этом случае азот используется для замещения или замены воздуха, чтобы лучше сохранить конечный продукт. Взрывы и пожары являются хорошим примером быстрого окисления, поскольку для их распространения требуется кислород. Удаление кислорода из резервуара с помощью азота уменьшает вероятность возникновения этих аварий.

Собственное производство азота

Если в системе необходимо использовать азот, то рекомендуется рассмотреть три основных способа получения газа. Первым является аренда резервуара с азотом на месте и подача газа, вторым – использование газообразного азота, поставляемого в баллонах под высоким давлением. Третьим способом является производство собственного азота с использованием сжатого воздуха. Покупка или аренда азота может оказаться очень неудобной, неэффективной и дорогостоящей, поскольку приходится иметь дело со сторонним поставщиком. По этим причинам многие компании отказались от аренды и приняли решение производить свой собственный азот с возможностью контроля количества, чистоты и давления для требуемого применения. Дополнительные преимущества включают стабильную стоимость, отсутствие транспортных расходов или задержек, устранение опасностей, связанных с криогенным хранением, и исключение отходов, вызванных потерями от испарения или возврата баллонов под высоким давлением, которые никогда не опустошаются полностью. Существует два типа генераторов азота: мембранные генераторы азота, а также генераторы азота, использующие технологию PSA (метод короткоцикловой адсорбции), которые обеспечивают очень высокую степень чистоты – 99,999% или 10 PPM (частей на миллион) и даже выше. Узнайте больше о последнем варианте здесь.

Какие варианты практического применения газообразного азота существуют?

Поскольку азот является инертным газом, он подходит для широкого спектра применений во многих отраслях промышленности. Следует отметить, что для разных областей применения могут потребоваться разные уровни чистоты. Несмотря на то, что для некоторых областей применения может потребоваться исключительно чистый азот, например, в пищевой промышленности или фармацевтическом секторе, этот газ может иметь меньшую степень чистоты в других областях, таких как предотвращение пожаров. 

Взгляните на некоторые типичные промышленные применения газообразного азота ниже.

 

Нефтегазовая отрасль

Нефтегазовая отрасль

Электроника

Электроника

Упаковка продуктов питания и напитков

Упаковка продуктов питания и напитков

Лаборатории

Лаборатории

Предотвращение пожара

Предотвращение пожара

Фармацевтика

Фармацевтика

Судостроение и судоходство

Судостроение и судоходство

Основные сферы применения

Основные сферы применения

Другие статьи по этой теме

Read more

What is Compressed Air?

Compressed air is all around us, but what is it exactly? Let us introduce you to the world of compressed air and the basic workings of a compressor.

Read more

Compressed Air Applications: Where is compressed air used?

Compressed air is all around us, but where is it used exactly? Discover the different ways compressed air is used and how it impacts our everyday lives.

Read more

Азот — степени окисления, свойства и реакции

Азот (N2) — первый представитель V группы главной подгруппы и 2 периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Если рассматривать местоположение азота в длиннопериодной таблице Менделеева, то там он занимает лидирующее место в 15 группе. Для представителей этой группы было предложено название пниктогены (от греческого корня πνῑ́γω — удушливый, плохо пахнущий). Явно это относится к водородным соединениям представителей данной группы.

Электронное строение азота

Рассмотрим строение атома и электронную конфигурацию азота, а затем сделаем некоторые заключения.

Атомный или порядковый номер азота равен 7, что соответствует количеству электронов и протонов в ядре. Молярная масса равна 14,00728 г/моль, а количество нейтронов в атоме этого изотопа равно семи.

Теперь перейдем к электронному строению. В основном состоянии электронная формула азота: 1s2 2s2 2p3, в сокращенном виде — [He]2s2 2p3. На внешнем энергетическом уровне 5 валентных электронов, среди которых 3 неспаренных p-электрона.

Исходя из такой конфигурации, азот может образовывать только 3 связи по обменному механизму и еще одну по донорно-акцепторному механизму. Это связано с тем, что на втором подуровне у азота больше нет вакантных орбиталей, куда могли бы распариться электроны с 2s-подуровня. Отсюда вытекает максимальная валентность азота IV.

Важно

Валентности азота V нет!

Для азота характерен весь спектр возможных степеней окисления от −3 до +5.

Давайте рассмотрим шкалу, где отражены соединения азота в различных веществах.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Строение молекулы азота

Азот — двухатомная молекула, атомы которой связаны между собой прочной тройной связью. Длина связи — 0,110 нм.

Почему именно тройная связь и из чего она состоит?

Напомним, что у каждого атома в молекуле азота 3 неспаренных электрона, которые и образуют впоследствии тройную связь, которая, в свою очередь, состоит из одной сигма-связи и двух пи-связей.

Физические свойства азота

Азот как простое вещество — бесцветный газ, который не имеет запаха и плохо растворяется в воде. По своей молярной массе азот легче, чем воздух. Благодаря наличию тройной неполярной связи и относительно маленьким радиусам атомов азот имеет низкие температуры кипения и плавления: tпл = −210 °С и tкип = −196 °С. Аллотропных модификаций азот не имеет. Несмотря на то, что основное состояние азота — газообразное, он бывает еще и жидким. Например, 1 литр жидкого азота при нагревании до 20 °С превращается в 700 литров газообразного азота. Более подробную информацию можно узнать в нашем видео:

Химические свойства азота

Азот химически малоактивен из-за наличия все той же тройной связи. Она же обуславливает малую термическую устойчивость соединений азота при нагревании. В химических реакциях азот может проявлять себя и как окислитель, и как восстановитель благодаря широкому спектру возможных степеней окисления.

Как восстановитель азот реагирует:

Эти реакции проходят при температуре выше 1000 градусов Цельсия либо в электрическом заряде.

Как окислитель азот реагирует:

  • с металлами
    N2 + 6Li = 2Li3N

    азот реагирует при обычных условиях только с литием, а с щелочноземельными металлами — только при нагревании;

  • с водородом
    N2 +3H2 = 2NH3

    реакция протекает обратимо в присутствии металлического железа в качестве катализатора.

Рассмотрим способы получения азота. В промышленности его получают фракционной перегонкой жидкого воздуха, а вот в лаборатории азот получают иначе. Вот лишь некоторые способы:

Азот — основной компонент любого белка в организме человека. Давайте рассмотрим способы получения исходных компонентов для синтеза собственных белков.

Важнейшие соединения азота

Аммиак

В первую очередь поговорим о водородном соединении азота — аммиаке. Аммиак — бесцветный газ с характерным резким запахом. Давайте рассмотрим строение молекулы аммиака:

Аммиак имеет форму тригональной пирамиды. Этот газ очень ядовит и способен вызывать химический ожог глаз, а пары сильно раздражают слизистые оболочки органов дыхания. В то же время аммиак обладает достаточно высокой растворимостью в воде из-за образования водородных связей с молекулами воды. Вас когда-нибудь приводили в чувства после потери сознания ваткой, смоченной чем-то гадко пахнущим? Поздравляю, это было ваше первое знакомство с раствором аммиака в воде.

Поговорим теперь о химических свойствах этого газа.

В отличие от самого азота, аммиак является крайне реакционноспособным соединением. Так как азот находится в аммиаке в своей низшей степени окисления (−3), то аммиак проявляет только восстановительные свойства.

Например, аммиак реагирует с кислородом (при нагревании):

Как видно из уравнений, аммиак вступает в реакции окисления, а продукты его окисления напрямую зависят от силы окислителя и условий проведения реакций.

Со сложными веществами — окислителями аммиак реагирует следующим образом:

С кислотами аммиак реагирует благодаря своим оснóвным свойствам, что приводит к образованию различных солей:

А теперь рассмотрим получение аммиака. Различают два типа способов: промышленный и лабораторный.

  1. Промышленный способ — синтез из простых веществ:

  2. Лабораторный способ:

    В данном способе аммиак собирают в перевернутую вверх дном колбу, так как аммиак легче воздуха.

Азотная кислота

Азотная кислота — одна из важнейших неорганических кислот. Это летучая бесцветная жидкость с резким запахом, которая способна смешиваться с водой в любых пропорциях.

Получают ее в промышленности в несколько этапов. Рассмотрим подробнее каждый из них:

  1. Окисление аммиака кислородом воздуха на платиновом катализаторе
    4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

  2. Окисление оксида азота (II)
    2NO + O2 = 2NO2

  3. Поглощение образующегося оксида азота (IV) водой в избытке воздуха
    4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3

Для азотной кислоты характерны особые химические свойства исходя из ее концентрации.

Например, с металлами данная кислота никогда не будет реагировать с выделением газообразного водорода. Рассмотрим таблицу с примерами металлов с различными концентрациями азотной кислоты:

Также азотная кислота как сильный окислитель способна окислять некоторые неметаллы до их кислот. Давайте рассмотрим примеры:

Азотная кислота в соотношении 1:3 с соляной кислотой образуют смесь под названием царская водка. Это желтовато-оранжевая дымящаяся жидкость, которая получила свое название от алхимиков благодаря способности растворять «царские» металлы — золото и платину.

Оксиды азота

В отличие от других химических элементов, азот образует большое число оксидов: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5, каждый из которых является кислотным. В таблице показали, какой оксид какой кислоте соответствует:

Оксид азота (I) N2O. Несолеобразующий оксид, представляет собой бесцветный газ с приятным запахом и сладковатым привкусом. По своей молярной массе тяжелее воздуха и растворим в воде. У этого оксида есть и другие названия, самое распространенное из них — закись азота. Оксид азота (I) применяли в медицине в качестве наркоза более 200 лет назад. При вдыхании этого газа человека охватывает радость и безудержный смех, отчего оксид получил еще одно название — веселящий газ.

Оксид азота (II) NO. Несолеобразующий оксид, который при нормальный условиях является бесцветным газом, плохо растворяется в воде и в больших концентрациях ядовит для человека.

Оксид азота (III) N2O3. Соединение очень неустойчивое и существует только при низких температурах. В твердом и жидком состоянии оксид азота (III) окрашен в ярко-синий цвет. При температуре выше 0 градусов разлагается до оксида азота (II) и оксида азота (IV).

Оксиды азота (IV) NO2 и N2O4. Твердый оксид азота (IV) бесцветный, так как состоит из молекул N2O4. При нагревании появляется коричневая окраска, которая усиливается с повышением температуры по мере увеличения NO2 в смеси. Эти оксиды хорошо растворимы в воде и взаимодействуют с ней.

Оксид азота (V) N2O5. Азотный ангидрид, который образуется в виде летучих бесцветных гигроскопичных кристаллов. Это крайне неустойчивое вещество, которое распадается в течение нескольких часов. При нагревании распадается со взрывом на оксид азота (IV) и газообразный кислород.

Вопросы для самопроверки

  1. Какую связь образуют между собой атомы азота?

    1. Одинарную.

    2. Двойную.

    3. Тройную.

  2. Выберите высшую и низшую степени окисления азота:

    1. −3 и +5,

    2. −5 и +3,

    3. 0 и +4,

    4. −3 и +3.

  3. Максимальная валентность азота равна:

    1. V,

    2. III,

    3. IV,

    4. II.

  4. В каком качестве выступает аммиак в окислительно-восстановительных реакциях?

    1. Только окислитель.

    2. Только восстановитель.

    3. И окислитель, и восстановитель.

    4. Не участвует в реакциях с изменением степеней окисления.

  5. Выберите формулу веселящего газа:

    1. NO,

    2. N2O3,

    3. N2O,

    4. N2O4.

Ответы

  1. c

  2. a

  3. c

  4. b

  5. c

Что такое круговорот азота и почему он является ключом к жизни? · Frontiers for Young Minds

Abstract

Азот, самый распространенный элемент в нашей атмосфере, имеет решающее значение для жизни. Азот содержится в почве и растениях, в воде, которую мы пьем, и в воздухе, которым мы дышим. Это также необходимо для жизни: ключевой строительный блок ДНК, который определяет нашу генетику, необходим для роста растений и, следовательно, необходим для пищи, которую мы выращиваем. Но, как и во всем, ключевым является баланс: слишком мало азота, и растения не могут развиваться, что приводит к низкой урожайности; но слишком много азота может быть токсичным для растений, а также может нанести вред окружающей среде. Растения, которым не хватает азота, становятся желтоватыми, плохо растут и могут иметь более мелкие цветы и плоды. Фермеры могут добавлять азотные удобрения для получения лучших урожаев, но слишком много может повредить растениям и животным и загрязнить наши водные системы. Понимание круговорота азота — того, как азот перемещается из атмосферы на землю, через почву и обратно в атмосферу в бесконечном цикле, — может помочь нам выращивать здоровые культуры и защищать окружающую среду.

Введение

Азот, или N, используя его научное сокращение, представляет собой бесцветный элемент без запаха. Азот находится в почве под нашими ногами, в воде, которую мы пьем, и в воздухе, которым дышим. На самом деле, азот является самым распространенным элементом в атмосфере Земли: примерно 78% атмосферы состоит из азота! Азот важен для всех живых существ, включая нас. Он играет ключевую роль в росте растений: слишком мало азота, и растения не могут развиваться, что приводит к низкой урожайности; но слишком много азота может быть токсичным для растений [1]. Азот необходим для нашего питания, но избыток азота может нанести вред окружающей среде.

Почему важен азот?

Тонкий баланс веществ, важных для поддержания жизни, является важной областью исследований, и баланс азота в окружающей среде не является исключением [2]. Когда растениям не хватает азота, они желтеют, останавливаются в росте и дают более мелкие плоды и цветы. Фермеры могут добавлять удобрения, содержащие азот, к своим посевам, чтобы увеличить рост урожая. Ученые подсчитали, что без азотных удобрений мы потеряли бы до одной трети урожая, от которого зависит производство продуктов питания и других видов сельского хозяйства. Но нам нужно знать, сколько азота необходимо для роста растений, потому что слишком много азота может загрязнить водные пути, нанеся вред водным обитателям.

Азот — ключ к жизни!

Азот является ключевым элементом нуклеиновых кислот ДНК и РНК , которые являются наиболее важными из всех биологических молекул и имеют решающее значение для всех живых существ. ДНК несет генетическую информацию, то есть инструкции по созданию формы жизни. Когда растения не получают достаточного количества азота, они не могут производить аминокислоты (вещества, содержащие азот и водород и составляющие многие живые клетки, мышцы и ткани). Без аминокислот растения не могут производить специальные белки, необходимые клеткам растений. Отсутствие достаточного количества азота отрицательно сказывается на росте растений. При слишком большом количестве азота растения производят избыточную биомассу или органические вещества, такие как стебли и листья, но недостаточно корневой структуры. В крайних случаях растения с очень высоким уровнем абсорбции азота из почвы могут отравить сельскохозяйственных животных, поедающих их [3].

Что такое эвтрофикация и можно ли ее предотвратить?

Избыток азота может также выщелачиваться или стекать из почвы в подземные источники воды, или он может поступать в водные системы в виде надземного стока. Этот избыток азота может накапливаться, что приводит к процессу, называемому эвтрофикацией . Эвтрофикация происходит, когда слишком много азота обогащает воду, вызывая чрезмерный рост растений и водорослей. Избыток азота может даже привести к тому, что озеро станет ярко-зеленым или другого цвета с «цветением» вонючих водорослей, называемых 9.0017 фитопланктон (см. рисунок 1)! Когда фитопланктон погибает, находящиеся в воде микробы разлагают его. Процесс разложения уменьшает количество растворенного кислорода в воде и может привести к «мертвой зоне», в которой не хватает кислорода для поддержания большинства форм жизни. Организмы в мертвой зоне погибают от недостатка кислорода. Эти мертвые зоны могут возникать в пресноводных озерах, а также в прибрежной среде, где реки, полные питательных веществ из сельскохозяйственных стоков (перелив удобрений), впадают в океаны [4].

  • Рисунок 1. Эвтрофикация на выходе сточных вод в реку Потомак, Вашингтон, округ Колумбия
  • Вода в этой реке ярко-зеленая, потому что она подверглась эвтрофикации из-за избытка азота и других питательных веществ, загрязняющих воду, что привело к увеличению фитопланктона и цветению водорослей, поэтому вода стала мутной и может окрашиваться в разные цвета, например как зеленый, желтый, красный или коричневый, в зависимости от цветения водорослей (Wikimedia Commons: https://commons. wikimedia.org/wiki/Category:Eutrophication#/media/File:Potomac_green_water.JPG).

На рис. 2 показаны этапы эвтрофикации (изображение Wikimedia Commons в открытом доступе с https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Eutrophicationmodel.svg).

  • Рисунок 2 – Этапы эвтрофикации.
  • (1) Излишки питательных веществ попадают в почву и землю. (2) Некоторые питательные вещества растворяются в воде и выщелачиваются или просачиваются в более глубокие слои почвы. В конце концов, они попадают в водоем, такой как озеро или пруд. (3) Некоторые питательные вещества стекают с почвы и перетираются прямо в воду. (4) Дополнительные питательные вещества вызывают цветение водорослей. (5) Солнечный свет блокируется водорослями. (6) Фотосинтез и рост растений под водой будут ослаблены или потенциально остановлены. (7) Далее цветение водорослей отмирает и падает на дно водоема. Затем бактерии начинают разлагать или расщеплять останки, расходуя при этом кислород. (8) В результате процесса разложения в воде снижается содержание кислорода, что приводит к образованию «мертвых зон». Более крупные формы жизни, такие как рыбы, не могут дышать и умирают. В настоящее время водоем подвергся эвтрофикации.

Можно ли предотвратить эвтрофикацию? Да! Люди, управляющие водными ресурсами, могут использовать различные стратегии для уменьшения вредного воздействия цветения водорослей и эвтрофикации водных поверхностей. Они могут перенаправлять избыточные питательные вещества из озер и уязвимых прибрежных зон, использовать гербициды (химикаты, используемые для уничтожения нежелательного роста растений) или альгициды (химикаты, используемые для уничтожения водорослей), чтобы остановить цветение водорослей, а также уменьшить количество или комбинацию используемых питательных веществ. в сельскохозяйственных удобрениях, среди прочего [5]. Но часто бывает трудно найти источник избытка азота и других питательных веществ.

После того, как озеро подверглось эвтрофикации, ликвидировать последствия становится еще труднее. Альгициды могут быть дорогими, и они также не устраняют источник проблемы: избыток азота или других питательных веществ, которые в первую очередь вызвали цветение водорослей! Другое потенциальное решение называется биоремедиацией , которая представляет собой процесс целенаправленного изменения пищевой сети в водной экосистеме для уменьшения или контроля количества фитопланктона. Например, водные менеджеры могут ввести организмы, которые питаются фитопланктоном, и эти организмы могут помочь уменьшить количество фитопланктона, поедая их!

Что такое азотный цикл?

Круговорот азота представляет собой повторяющийся цикл процессов, в ходе которых азот перемещается как через живые, так и через неживые объекты: атмосферу, почву, воду, растения, животных и бактерий . Для прохождения различных частей цикла азот должен менять формы. В атмосфере азот существует в виде газа (N 2 ), но в почвах он существует в виде оксида азота, NO, и диоксида азота, NO 2 , и при использовании в качестве удобрения может быть найден в других формах. , такие как аммиак, NH 3 , который может быть переработан в другое удобрение, нитрат аммония или NH 4 NO 3 .

Круговорот азота состоит из пяти стадий, и теперь мы обсудим каждую из них по очереди: фиксация или улетучивание, минерализация, нитрификация, иммобилизация и денитрификация. На этом изображении микробы в почве превращают газообразный азот (N 2 ) в то, что называется летучим аммиаком (NH 3 ), поэтому процесс фиксации называется улетучиванием. Выщелачивание — это когда определенные формы азота (такие как нитрат или NO 3 ) растворяются в воде и просачиваются из почвы, потенциально загрязняя водные пути.

Стадия 1: Фиксация азота

На этой стадии азот перемещается из атмосферы в почву. Атмосфера Земли содержит огромное количество газообразного азота (N 2 ). Но этот азот «недоступен» для растений, потому что газообразная форма не может быть непосредственно использована растениями без превращения. Для использования растениями N 2 должен быть преобразован посредством процесса, называемого фиксацией азота. Фиксация превращает азот из атмосферы в формы, которые растения могут усваивать через корневую систему.

Небольшое количество азота может быть зафиксировано, когда молния обеспечивает энергию, необходимую для реакции N 2 с кислородом с образованием оксида азота NO и диоксида азота NO 2 . Затем эти формы азота попадают в почву с дождем или снегом. Азот также можно зафиксировать с помощью промышленного процесса, в результате которого создаются удобрения. Эта форма фиксации происходит при высокой температуре и давлении, во время которых атмосферный азот и водород объединяются с образованием аммиака (NH 3 ), который затем может быть переработан для получения нитрата аммония (NH 4 NO 3 ), формы азота, которую можно добавлять в почву и использовать растения.

Большая часть фиксации азота происходит естественным путем в почве бактериями. На рисунке 3 (выше) вы можете увидеть фиксацию азота и обмен формы, происходящие в почве. Некоторые бактерии прикрепляются к корням растений и имеют симбиотические (полезные как для растения, так и для бактерий) отношения с растением [6]. Бактерии получают энергию посредством фотосинтеза и, в свою очередь, фиксируют азот в нужной растению форме. Затем фиксированный азот переносится в другие части растения и используется для формирования растительных тканей, чтобы растение могло расти. Другие бактерии свободно живут в почве или воде и могут фиксировать азот без этих симбиотических отношений. Эти бактерии также могут создавать формы азота, которые могут использоваться организмами.

  • Рисунок 3 – Стадии азотного цикла.
  • Круговорот азота: Круговорот азота в различных формах в почве определяет количество азота, доступного растениям для поглощения. Источник: https://www.agric.wa.gov.au/soil-carbon/immobilisation-soil-nitrogen-heavy-stubble-loads.

Стадия 2: Минерализация

Эта стадия происходит в почве. Азот переходит из органических материалов, таких как навоз или растительные материалы, в неорганическую форму азота, которую могут использовать растения. В конце концов, питательные вещества растения израсходованы, и растение умирает и разлагается. Это становится важным на второй стадии азотного цикла. Минерализация происходит, когда микробы воздействуют на органический материал, такой как навоз животных или разлагающий растительный или животный материал, и начинают преобразовывать его в форму азота, которая может использоваться растениями. Все растения в культуре, кроме бобовые (растения с расщепленными пополам семенными коробочками, такие как чечевица, фасоль, горох или арахис) получают необходимый им азот через почву. Бобовые получают азот посредством фиксации, которая происходит в их корневых клубеньках, как описано выше.

Первой формой азота, образующейся в процессе минерализации, является аммиак, NH 3 . Затем NH 3 в почве реагирует с водой с образованием аммония NH 4 . Этот аммоний удерживается в почве и доступен для использования растениями, которые не получают азот в результате симбиотических азотфиксирующих отношений, описанных выше.

Стадия 3: Нитрификация

Третья стадия, нитрификация, также происходит в почвах. В процессе нитрификации аммиак в почвах, образующийся при минерализации, превращается в соединения, называемые нитритами, NO 2 − , и нитратами, NO 3 − . Нитраты могут использоваться растениями и животными, которые потребляют растения. Некоторые бактерии в почве могут превращать аммиак в нитриты. Хотя нитриты не используются растениями и животными напрямую, другие бактерии могут превращать нитриты в нитраты — форму, пригодную для использования растениями и животными. Эта реакция обеспечивает энергию для бактерий, участвующих в этом процессе. Бактерии, о которых мы говорим, называются nitrosomonas и nitrobacter. Nitrobacter превращает нитриты в нитраты; nitrosomonas превращают аммиак в нитриты. Оба вида бактерий могут действовать только в присутствии кислорода O 2 [7]. Процесс нитрификации важен для растений, так как он производит дополнительный запас доступного азота, который может быть поглощен растениями через их корневую систему.

Стадия 4: Иммобилизация

Четвертая стадия азотного цикла — иммобилизация, иногда описываемая как обратная минерализации. Вместе эти два процесса контролируют количество азота в почве. Как и растения, микроорганизмов , живущих в почве, нуждаются в азоте в качестве источника энергии. Эти почвенные микроорганизмы вытягивают азот из почвы, когда остатки разлагающихся растений не содержат достаточного количества азота. Когда микроорганизмы поглощают аммоний (NH 4 + ) и нитраты (NO 3 − ), эти формы азота больше не доступны для растений и могут вызвать азотную недостаточность или нехватку азота. Таким образом, иммобилизация связывает азот в микроорганизмах. Однако иммобилизация важна, потому что она помогает контролировать и балансировать количество азота в почве, связывая или иммобилизуя азот в микроорганизмах.

Стадия 5: Денитрификация

На пятой стадии азотного цикла азот возвращается в воздух, поскольку нитраты превращаются в атмосферный азот (N 2 ) бактериями в процессе, который мы называем денитрификацией. Это приводит к общей потере азота из почвы, поскольку газообразная форма азота перемещается в атмосферу, туда, где мы начали наш рассказ.

Азот имеет решающее значение для жизни

Циркуляция азота в экосистеме имеет решающее значение для поддержания продуктивных и здоровых экосистем без избытка или недостатка азота. Производство растений и биомасса (живой материал) ограничены наличием азота. Понимание того, как работает цикл азота между растениями и почвой, может помочь нам принимать более правильные решения о том, какие культуры выращивать и где их выращивать, чтобы у нас был достаточный запас пищи. Знание круговорота азота также может помочь нам уменьшить загрязнение, вызванное внесением слишком большого количества удобрений в почву. Некоторые растения могут поглощать больше азота или других питательных веществ, таких как фосфор, другое удобрение, и даже могут использоваться в качестве «буфера» или фильтра для предотвращения попадания чрезмерного количества удобрений в водоемы. Например, исследование, проведенное Haycock и Pinay [8], показало, что деревья тополя ( Populus italica ), используемый в качестве буфера, удерживает до 99% нитратов, поступающих в подземный сток зимой, в то время как прибрежная зона, покрытая специфической травой ( Lolium perenne L.), удерживает до 84% нитратов. , предотвращая его попадание в реку.

Как вы видели, недостаток азота в почве оставляет растения голодными, а избыток хорошего может быть плохим: избыток азота может отравить растения и даже домашний скот! Загрязнение наших водных источников избыточным азотом и другими питательными веществами является огромной проблемой, поскольку морская жизнь задыхается от разложения мертвых цветков водорослей. Фермеры и местные сообщества должны работать над улучшением усвоения сельскохозяйственными культурами дополнительных питательных веществ и должным образом обрабатывать отходы навоза. Нам также необходимо защищать естественные буферные зоны растений, которые могут поглощать стоки азота до того, как они попадут в водоемы. Но наши нынешние методы вырубки деревьев для строительства дорог и других сооружений усугубляют эту проблему, потому что осталось меньше растений, способных поглощать избыток питательных веществ. Нам необходимо провести дополнительные исследования, чтобы определить, какие виды растений лучше всего выращивать в прибрежных районах, чтобы поглощать избыток азота. Нам также необходимо найти другие способы решить или избежать проблемы избыточного выброса азота в водные экосистемы. Работая над более полным пониманием круговорота азота и других циклов во взаимосвязанных природных системах Земли, мы сможем лучше понять, как лучше защитить драгоценные природные ресурсы Земли.

Глоссарий

ДНК : ↑ Дезоксирибонуклеиновая кислота, самовоспроизводящийся материал, который присутствует почти во всех живых организмах в качестве основного компонента хромосом и носителя генетической информации.

РНК : ↑ Рибонуклеиновая кислота, нуклеиновая кислота, присутствующая во всех живых клетках, действует как мессенджер, несущий инструкции от ДНК.

Эвтрофикация : ↑ Чрезмерное количество питательных веществ (например, азота) в озере или другом водоеме, вызывающее плотный рост водных растений, таких как водоросли.

Фитопланктон : ↑ Крошечные микроскопические морские водоросли (также известные как микроводоросли), которым для роста требуется солнечный свет.

Биоремедиация : ↑ Использование других микроорганизмов или крошечных живых существ для поедания и расщепления загрязнений с целью очистки загрязненного участка.

Бактерии : ↑ Микроскопические живые организмы, обычно содержащие только одну клетку и встречающиеся повсеместно. Бактерии могут вызывать разложение или разрушение органического материала в почве.

Выщелачивание : ↑ Когда минерал или химическое вещество (такое как нитрат или NO 3 ) вытекает из почвы или другого грунтового материала и просачивается в окружающую среду.

Бобовые : ↑ Член семейства гороховых: фасоль, чечевица, соевые бобы, арахис и горох, растения с расщепленными пополам семенными коробочками.

Микроорганизм : ↑ Организм или живое существо, которое слишком маленькое, чтобы его можно было увидеть без микроскопа, например бактерия.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Каталожные номера

[1] ↑ Бритто, Д. Т., и Кронзукер, Х. Дж. 2002. NH 4 + токсичность у высших растений: критический обзор. J. Завод Физиол . 159: 567–84. дои: 10.1078/0176-1617-0774

[2] ↑ Weathers, K.C., Groffman, P.M., Dolah, E.V., Bernhardt, E., Grimm, N.B., McMahon, K., et al. 2016. Границы экологии экосистем с точки зрения сообщества: будущее безгранично и светло. Экосистемы 19:753–70. doi: 10.1007/s10021-016-9967-0

[3] ↑ Брейди, Н., и Вейл, Р. 2010. «Циклы питательных веществ и плодородие почвы», в Elements of the Nature and Properties of Soils, 3rd Edn , ed VR Anthony (Upper Saddle River, Нью-Джерси: Pearson Education Inc.), 396–420.

[4] ↑ Foth, H. 1990. Глава 12: «Отношения макроэлементов между растениями и почвой», в Fundamentals of Soil Science , 8th Edn , ed John Wiley and Sons (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wiley Компания), 186–209.

[5] ↑ Числок М. Ф., Достер Э., Зитомер Р. А. и Уилсон А. Э. 2013 г. Эвтрофикация: причины, последствия и меры контроля в водных экосистемах. Нац. Образовательный Знать . 4:10. Доступно на сайте: https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/eutrophication-causes-consequences-and-controls-in-aquatic-102364466

[6] ↑ Пиплз, М. Б., Херридж, Д. Ф., и Ладха, Дж. К. 1995. Биологическая фиксация азота: эффективный источник азота для устойчивого сельскохозяйственного производства? Почва для растений 174:3–28. дои: 10.1007/BF00032239

[7] ↑ Manahan, SE 2010. Химия окружающей среды , 9-е издание . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 166–72.

[8] ↑ Хейкок, Н. Е., и Пинай, Г. 1993. Динамика содержания нитратов в подземных водах в прибрежных буферных полосах, покрытых травой и тополем, зимой. Дж. Окружающая среда. Качество . 22:273–8. doi: 10.2134/jeq1993.00472425002200020007x

Что такое азотный цикл?

Автор Emma Vanstone Оставить комментарий

Азот является важным элементом для живых организмов, поскольку он необходим для производства белков для роста и восстановления и других биологических функций. Азот движется через воздух, почву и живые организмы (растения, животные и бактерии) в процессе, называемом азотным циклом .

Где содержится азот?

  • В воздухе в виде газа. Около 78% воздуха в нашей атмосфере состоит из азота, но, как правило, животные и растения не могут его использовать в этой форме.
  • Растения в виде белков
  • Животные в виде белков
  • Отходы животных и растений
  • В почве

Азот находится в различных состояниях в различные моменты цикла.

Азот атмосферный N 2

Nitrates NO 3

Nitrites NO s

Ammonium NH 4

Stages of the Nitrogen Cycle

Legume plants ( peas, beans and клевер) являются домом для азотфиксирующих бактерий. Они превращают газообразный азот в нитраты, которые представляют собой азот в форме, которую растения могут использовать для производства белков.

Небобовые растения поглощают нитраты из почвы.

Животные питаются растениями и таким образом получают азот из растительных белков.

Некоторое количество азота возвращается в почву, когда бактерии разлагают отходы животноводства.

Свободноживущие нитрифицирующие бактерии превращают аммоний в почве в нитраты.

Бактерии являются жизненно важной частью круговорота азота, поскольку именно благодаря им нитраты доступны растениям для поглощения их корнями. Растения не могут использовать азот в других его формах.

Денитрифицирующие бактерии в почве превращают нитраты обратно в газообразный азот.

Газообразный азот также превращается в нитраты молнией!!

Факты о азотном цикле

Процесс, в котором бактерии превращают азот в аммоний, называется фиксацией азота .

Следующий процесс называется нитрификация , здесь бактерии превращают аммоний в нитраты.

Аммонификация – это процесс, при котором растительные остатки превращаются из нитратов обратно в аммоний.

Растениям нужен азот, чтобы сделать хлорофилл , необходимый для фотосинтеза.

Закись азота является парниковым газом. Избыток закиси азота может привести к кислотным дождям.

Как люди влияют на азотный цикл?

При сжигании ископаемого топлива в воздух выделяется оксид азота, который в сочетании с другими элементами образует смог и кислотные дожди.

Использование азотных удобрений вносит в почву дополнительное количество нитратов, что нарушает естественный азотный цикл. Избыток азота вымывается в грунтовые воды, где это может привести к чрезмерному росту водорослей.

Похожие сообщения

Сделайте модель круговорота воды , чтобы узнать о круговороте воды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *