Азот (симбол -{N}-, ) је неметал са атомским бројем 7. У периодном систему налази се у -{V}-A групи и 2. периоди. Спада у неметале. У елементарном облику азот постоји искључиво у облику двоатомских молекула (динитроген, -{N2}-). Са 78% удела је један од основних састојака ваздуха. У Земљиној кори неоргански азот се ретко јавља у једињењима; изузетак су депозити шалитре. Његова заступљеност на Земљи износи 0,0019%. Стабилни изотопи су му 14N и 15N. Азот сачињава 78% атмосфере.
Током еволуције у екосистемима се формирао циклус азота: као основни састојак бјеланчевина и многих других природних супстанци, азот је незамјењив за жива бића, а она у својим енергетски интензивним животним процесима (као што је фиксирање азота) вежу и претварају у биорасположиви азот. То се на пример дешава под утицајем ензима у такозваном жељезо-сумпорном кластеру, који је кофактор ензима нитрогеназе.
Име Словенски назив за азот је душник или душик, и овај елемент име је добио по томе што гуши (души) дисање и пламен, а слично порекло има и грчка реч -{ἀζωτικός [azotikos]}- - који не подржава живот. Латинско име -{nitrogen}- изведено је из старогрчког -{νίτρον [nitron]}- — „сода”, „шалитра”, и -{γένος [genos]}- — „порекло”.
Историја мини|лево|Карл Вилхелм Шиле Природна хемијска једињења азота, као што су нитрати и соли амонијака, била су позната се још у античког доба када су их користили углавном алхемичари. Обе врсте једињења се могу, поред својих природних налазишта као минерали, добити и из излучевина. Тако, на пример, стари Египћани су добијали амонијум хлорид (салмијак) из девиног измета, а шалитра се дуго времена добијала од тла сакупљеног из штала.
Карл Вилхелм Шиле је 1771. године доказао да је азот основни састојак ваздуха. Чисти амонијак први пут је добио енглески хемичар Џозеф Пристли 1774. године. Све до почетка 20. века шалитра је била једини знатан извор азотних једињења. Након увођења Франк–Каровог процеса (добијања калцијум цијанамида које су развили Адолф Франк и Никодем Каро) први пут је успешно искориштен азот из ваздуха. За добијање азотне киселине Кристијан Биркеланд и Сам Ајд развили су процес назван по њима Биркеланд-Ајдеов процес. Овај процес је врло брзо превазиђен, а Фриц Хабер и Карл Бош су развили напреднији Хабер-Бошов процес за синтезу амонијака из водоника и азота из ваздуха. Поред овог, развијен је и каталитички Оствалдов процес по Вилхелм Оствалду за претварање амонијака у азотну киселину.
Амонијак
Немачки хемичар Фриц Хабер (1868—1934) је с Карлом Бошом остварио синтезу амонијака (Хабер-Бошова синтеза). Хабер је добио Нобелову награду 1918. године за развој синтезе амонијака. Амонијак је уз сумпорну киселину један од најважнијих продукта хемијске индустрије, а добија се Хабер-Бошовим поступком – каталитичком синтезом из елемената. Реакција је повратна и егзотермна. Сировине за ову синтезу су јефтине и практично неисцрпне будући да се азот добија из ваздуха, а водоник из природног гаса. Мешањем азота и водоника у запреминском односу 1:3 добија се синтетички гас из којег се производи амонијак.
Бољем искориштењу реакције погодује нижа температура, а будући да се током реакције смањује број честица, искориштењу реакције погодује виши притисак. У погледу брзине реакције и њеног искоришћења, најпогоднији су услови производње амонијака температура 550 °C и притисак 150-400 бара. Као катализатор користи се смеша гвожђа и алуминијум оксида и једињења алкалних метала.
У лабораторији се амонијак добија реакцијом јаких база с амонијачним једињењима. Загревањем смеше амонијум хлорида и калцијум хидроксида, настаје амонијак, који даље при повишеној температури редукује бакар(-{II}-) оксид у бакар, док се амонијак притом оксидује у елементарни азот.
Амонијак неутрализацијом с киселинама даје амонијеве соли, на пример: -{NH3 + HCl --> NH4Cl}- -{NH3 + HNO3 --> NH4NO3}- -{2 NH3 + H2SO4 --> (NH4)2SO4}-
Амонијак је редукционо средство. При повишеној температури може редуковати неке металне оксиде до елемената. Амонијеве соли се користе углавном као минерално ђубриво.
Азотна киселина
Азотна киселина је уз амонијак најважније једињење азота. Једна је од најважнијих индустријских киселина и производи се у великим количинама из амонијака. Немачки хемичар и филозоф Вилхелм Оствалд (1853—1932), један је од оснивача физичке хемије и утврдио је услове под којима се амонијак може у индустријским количинама превести у азотну киселину. Процес се одвија у три фазе.
У првој фази процеса амонијак се оксидује у безбојни гас, азот(-{II}-) оксид.
-{4 NH3 + 5 O2 --> 4 NO + 6 H2O}-
Иако је реакција егзотермна, при температури 25 °C врло је спора па се користи катализатор (-{Pt-Rh}--мрежица) угрејана на 900 °C. Код оваквих услова искористивост реакције је 98%.
У другој фази азот(-{II}-) оксид реагује с кисеоником и настаје црвеносмеђи гас (азот(-{IV}-) оксид). -{2 NO + O2--> 2 NO2(g)}-
Трећа фаза Оствалдовог процеса је реакција азот(IV) оксида с водом: -{3 NO2 + H2O --> 2 HNO3 + NO}-
Настали гасовити азот(-{II}-) оксид се оксидује поново у азот(-{IV}-) оксид, рециклира и користи даље у процесу производње. Овим поступком добија се киселина масеног удела 50%. Већа концентрација киселине, до 68%, може се добити накнадном фракцијском дестилацијом.
Чиста азотна киселина (w=100%) је безбојна испарљива течност (tv=83 °C), неугодног мириса. На ваздуху се, већ при собној температури, под утицајем светлости распада. -{4 HNO3 --> 4 NO2(g) + 2 H2O + O2(g)}-
Због насталог азот-диоксида обоји се жутосмеђе и назива се димећа азотна киселина.
Азотна киселина је јака киселина и јако оксидационо средство. -{HNO3 --> H+(aq) + NO3-(aq)}-
Концентрисана азотна киселина због јаког оксидационог деловања пасивира неке метале (на пример: гвожђе, алуминијум и хром) стварањем заштитне оксидне превлаке. Концентрисана -{HNO3}- превози се у жељезним или алуминијумским спремницима.
Азотна киселина реагује са свим металима осим злата, платине, иридијума и родијума. Злато се раствара у смеши концентрисане азотне и хлороводоничне киселине запреминског односа 1:3. Настала смеша се назива царска вода. -{Au + 4 HCl + HNO3 --> HAuCl4 + NO + 2 H2O}-
Концентрисана азотна киселина може осим метала оксидовати и неметале (на пример сумпор и фосфор) у одговарајуће киселине. -{S(s) + 6 HNO3 --> H2SO4 + 6 NO2(g) + 2 H2O}- -{P4(s) + 20 HNO3 --> 4 H3PO4 + 20 NO2(g) + 4 H2O}-
Деловањем азотне киселине на метале, оксиде метала, хидроксиде и карбонате настају соли азотне киселине – нитрати који такође делују као оксиданси. Азотна киселина се убраја међу најважније индустријске киселине, јер се користи за добијање нитрата, за нитрирање органских једињења (која су често експлозивна, па се и користе као експлозиви, нпр. тринитротолуол (ТНТ) и нитроглицерин), у индустрији боја и фармацеутској индустрији, те у производњи минералних ђубрива, што је једна од најважнијих примена, итд.
Распрострањеност и циклус
Већ у 19. веку примећено је да већи део биљне материје садржи азот и да је он важни градивни елеменат свих живих бића. Он је један од основних елемената који граде беланчевине и беланчевинасте материје, као и ДНК. Азот је и основни састојак свих ензима, који управљају метаболизмом код биљака, животиња и човека. Стога је он незамјењив за целокупни живот на Земљи.
У ваздуху Земљина атмосфера се састоји из 78,09% азота (по запреминском уделу) односно 75,53% по масеном уделу. Међутим, постоји врло мали број микроорганизама који могу директно да користити азот из ваздуха, и врше уградњу тог азота у своју телесну супстанцу или да га преносе на биљке. Колико је познато, биљке не могу директно да користите гасовити азот из ваздуха. Превођење азота у облик у којем га биљке могу искориштавати дешава се на један од следећих начина: Помоћу бактерија које фиксирају азот, а живе у корењу биљака из групе махунарки (легуминоза). Те бактерије се хране биљним асимилатима. Као против услугу дају биљци-домаћину амонијак. Он се добија деловањем једног посебног ензима, нитрогеназе, посредством кога се уз знатан утрошак енергије редукује азот из ваздуха. Таква животна заједница је симбиоза. Омогућава махунаркама насељавање и на слабије квалитетном земљишту, што човек искориштава нарочито при еколошком начину пољопривредне производње за обогаћивање тла неопходним азотом. Овде легуминозе представљају основни извор азота. Слободни микроорганизми, који не живе у симбиози, формирају несимбиотичка једињења азота. Ослањају се на способност да такви микроорганизми (на пример неке врсте бактерија -{Azotobacter}- и цијанобактерије) узимају азот из атмосфере и граде беланчевине у властитом организму. У пољопривредне сврхе узима се калкулативни ред величине стварања једињења из атмосферског азота које дају несимбиотски микроорганизми од 5-15 -{kg/ha}- на годишњем нивоу. Електрично пражњење при муњама: У подручјима богатим падавинама, у тло годишње може доспети 20-25 -{kg N/ha}- путем падавина. До тога долази зато што се при електричним пражњењима у ваздуху спајају кисеоник и азот дајући оксиде азота. Оксиди азота касније реагују са водом дајући азотну киселину која заједно са кишом пада на тло. У њему она у контакту са другим елементима даје нитрате. Синтеза амонијака: Хемичари Фриц Хабер и Карл Бош развили су почетком 20. века процес којим се може добити амонијак из водоника и азота из ваздуха. По њима назван, Хабер-Бошов процес омогућио је кориштење неисцрпних залиха азота из Земљине атмосфере, те је у наредним декадама тај процес знатно помогао повећању приноса и економичности у пољопривредној производњи. Тиме је такође повећана и опскрба храном стално растућег броја светског становништва. Биљке из апсорбованог амонијака производе биљне беланчевине, које даље једући биљну храну користе животиње и човек за изградњу властитих беланчевина. У животињском и људском организму беланчевине се највећим делом поновно разграђују те се излучују изметом и мокраћом. Процењује се да је до данас у просеку готово сваки трећи атом азота у биосфери барем једанпут прерађен у индустрији вештачких ђубрива. Испусни гасови возила: Сагоревањем фосилних горива (бензина, дизела и слично) при кориштењу моторних возила у атмосферу се испуштају једињења азота. При процесу сагоревања горива у моторима настају азотни оксиди (-{NOx}-, највише азот(-{IV}-) оксид, азот-диоксид -{NO2}-, али и азот(-{II}-) оксид, азот-моноксид, -{NO}- у друга једињења опште формуле -{NOx}-). У прошлости су та једињења директно отпуштана у околину, међутим данас већина моторних возила има уграђене катализаторе, који редукују ова једињења: -{NOx}- се у катализаторима редукује до амонијака, који се даље у присуству воде претвара у амонијум јоне (хемијска равнотежа амонијака и амонијум јона у закисељеном раствору: -{NH3 + H3O+ ⇔ NH4+ + H2O}-). Оксидована једињења азота, као и редукована једињења, преносе се ваздухом и у значајној мери утичу на еутрофикацију околних екосистема.
У тлу У површинском обрадивом слоју земљишта налази се више од 95% укупног азота у виду органски везаног азота у живој коријенској маси, угинулој биљној маси, хумусним материјама и живим бићима у тлу. Остатак од мање од 5% је неоргански азот у облику амонијака или нитрата и у веома малој количини као нитрити. Овај минерални удео азота се одређује у пролеће пре ђубрења -{Nmin}- методом. Укупна количина азота у тлу доста зависи од удела угљеника. На њега може утицати клима, вегетација, врста тла, конфигурација терена и мере које подузимају пољопривредници, као што је обрада земљишта.
У биљкама