АЗОТ І ФОСФОР БЕЗЖИТТЄВИЙ І ЖИТТЯ

АЗОТ І ФОСФОР

БЕЗЖИТТЄВИЙ І ЖИТТЯ

Азот був відкритий англійським природодослідником Даніелем Ре­зерфордом у 1772 р. Учений досліджував повітря ізольованого від атмосфери дзвона, в якому, проживши трохи, гинула миша.

...Найпершу характеристику дано азоту з суто негативного боку. Навряд чи якому іншому елементу «не пощастило» з назвою так, як азоту. «Азотикон» по-грецькому означає «безжиттєвий». Німці на­звали його ще категоричніше - «задушлива речовина». Безжиттєвий, задушливий... А тим часом життя і азот нероздільні. «Життя - це спосіб існування білкових тіл»,- сказав Ф. Енгельс, а без азоту білка немає.

Уся величезна маса рослин і живих організмів на Землі складається в основному з чотирьох елементів, про які можна сказати чотиривіршем Шіллера:

Чотири елементи,

Зливаючись в одно,

Дають життя

І будують світ.

Ці чотири елементи - вуглець, водень, кисень і азот. Хімічна інерт­ність - ось чому зобов'язаний азот своєю назвою. При кімнатній тем­пературі він сполучається тільки з літієм: молекула азоту складається з двох атомів, які зв'язані дуже міцно. Щоб із ста молекул азоту п'ять одночасно розпались на атоми, потрібна температура 3500° С, а щоб у 40 молекулах розірвати зв'язок атомів, потрібна колосальна температу­ра (8000°С). Зрозуміло, що у звичайних умовах азот не реагує з кис­нем і воднем.

З підвищенням температури і при малому вмісті кисню азот стає значно активнішим. Він завдає багато клопоту металургам, які вида­ляють його із сплаву в шлак, добавляючи титан, який жадібно сполу­чається з азотом.

У ЗЕМНІЙ КОРІ, АТМОСФЕРІ, НА ДАЛЕКИХ ПЛАНЕТАХ

Основна маса азоту міститься в атмосфері. На кожний квадратний метр земної поверхні припадає 8 т атмосферного азоту; така кількість здатна забезпечити живлення рослин більш як на мільйон років.

У земній корі його кількість ледве досягає 0,4% за масою. І це «е дивно. Адже азот інертний. Дивно інше: звідки він узявся у зв'язаному стані? Щодо цього існує багато теорій. За однією з них, азот реагував з іншими елементами в далеку геологічну епоху, коли Земля була роз­плавленою в'язкою масою, вкритою тоненькою твердою кірочкою, яку то тут, то там проривали потужні фонтани пари й газів. Розплавлені метали реагували з азотом, утворюючи нітриди.

Можливо, азот фіксувався трохи пізніше, коли поверхня Землі хова­лась під жаркою і вологою атмосферою, в якій виблискували одночасно тисячі блискавок незвичайної сили. Вони і сполучали азот з киснем, а потужні зливи приносили на Землю азотну кислоту, яка, просочую­чись, реагувала з металами і утворювала азотнокислі солі.

Азот міститься і за межами земної атмосфери у вигляді сполук. Англійські вчені Бернал та Мессі припускають, що, коли не на Землі, то на великих планетах сонячної системи - Урані та Юпітері, в атмосфе­рі яких е аміак, може зустрічатись «металічний» амоній, який утворює «рудні жили» у товщі планет. У звичайних умовах вільний амоній - аналог калію і натрію за хімічними властивостями - добути не вдає­ться, бо він негайно розкладається на аміак і водень.

Учені підрахували, що при температурі, близькій до абсолютного нуля, і тиску близько 250 тис. ат «металічний» амоній стійкий і рівно­вага 2NН₃ + Н₂ =2NН₄ зсувається вправо. Такі умови існують на далеких і холодних планетах Сонячної системи.

Сонячна атмосфера містить азот у формі нейтральних та іонізова­них атомів; спектральні лінії азоту виявлено в кометах і туманностях.

Живі організми містять цей елемент у досить великій кількості: 1 - 10% від загальної маси сухої речовини.

РОДОВІД ФОСФОРУ

Майже 300 років відділяють нас від того моменту, коли гамбурзький алхімік Геннінг Бранд відкрив новий елемент - фосфор. Подібно до ін­ших алхіміків Бранд намагався відшукати елексир життя або філософ­ський камінь, з допомогою яких старі молодіють, хворі одужують, а не­благородні метали перетворюються в золото. Не турбота про людське благо, а користь керувала Брандом. Про це свідчать факти з історії єди­ного справжнього відкриття, яке він зробив.

Під час одного з дослідів він випарив сечу, змішав залишок з вугіл­лям, піском і продовжив випарювання. Незабаром у реторті утворилась речовина, яка світилася в темряві. Правда, Каїіез Реиег (холодний во­гонь), або «мій вогонь», як Бранд його називав, не перетворював сви­нець у золото і не змінював вигляду старих людей, але те, шо добута речовина світилась без підігрівання, було незвичайним і новим.

Цією властивістю нової речовини Бранд поспішив скористатися. Він почав показувати фосфор різним привілейованим особам, одержуючи від них подарунки і гроші. Зберігати таємницю добування фосфору було нелегко, і незабаром Бракд продав її дрезденському хімікові І. Крафту. Кількість демонстраторів фосфору збільшилась, коли рецепт його виго­товлення став відомий І. Кункелю і К. Кірхмейєру. У 1680 р. незалежно від попередників новий елемет добув знаменитий англійський фізик і хі­мік Роберт Бойль. Проте незабаром Бойль помер, а його учень А. Танк-віц зрадив чисту науку і знову відродив «фосфорну спекуляцію». Лише в 1743 р. А. Марграф відшукав досконаліший спосіб добування фосфору і опублікував свої дані для всіх. Ця подія поклала кінець брандів-ському бізнесу і була початком серйозного вивчення фосфору та його сполук.

На першому - п'ятдесятирічному - етапі історії фосфору, крім від­криття Р. Бойля, лише одна подія відмічена історією науки: у 1715 р. Генсінг встановив наявність фосфору в мозковій тканині. Після дослідів А. Марграфа історія елемента, якому через багато років присвоїли но­мер 15, стала історією багатьох великих відкриттів.

...Фосфор - аналог азоту. Хоч фізичні і хімічні властивості цих еле­ментів дуже відмінні, є у них і спільне, зокрема те, що обидва вони аб­солютно необхідні тваринам і рослинам. Академік О. Є. Ферсман називав фосфор «елементом життя 1 мислення», і це означення навряд чи можна віднести до категорії літературних перебільшень. Фосфор виявлено бук­вально в усіх органах зелених рослин: у стеблах, корінні, листі, але най­більше його у плодах і насінні. Рослини нагромаджують фосфор і поста­чають ним тварин. В організмі тварин фосфор зосереджений головним чином у скелеті, м'язах та нервовій тканині. З продуктів людського хар­чування особливо багатий на фосфор жовток курячих яєць.

Тіло людини містить у середньому близько 1,5 кг елемента № 15. З цієї кількості 1,4 кг припадає на кістки, близько 130 г - на м'язи і 12 г - на нерви і мозок. Майже всі найважливіші фізіологічні процеси, що відбуваються в нашому організмі, зв'язані з перетворенням фосфор­органічних речовин. До складу кісток фосфор входить головним чином у вигляді фосфату кальцію. Зубна емаль - це теж сполука фосфору, яка за складом і кристалічною будовою відповідає найважливішому мінералу фосфору - апатиту Са5(РО₄)₃(Р, СІ).

Природно, що, як і всякий життєвонеобхідний елемент, фосфор здій­снює в природі кругообіг. З ґрунту його беруть рослини, від рослин цей елемент потрапляє в організми людини і тварин. У грунт фосфор повер­тається з екскрементами і під час гниття трупів. Фосфоробактерії пере­водять органічний фосфор у неорганічні сполуки.

Проте за одиницю часу з грунту виноситься значно більше фосфору, ніж надходить його назад. Світовий урожай зараз щороку виносить з по­лів понад 3 млн. т фосфору. Природно, що для одержання стійких уро­жаїв цей фосфор має бути повернений у грунт, і тому немає нічого дивно­го в тому, що світовий видобуток фосфоритів досяг у 1964 р. 58,5 млн. т.

У земній корі фосфор зустрічається виключно у вигляді сполук. Це головним чином малорозчинні солі ортофосфорної кислоти, катіоном найчастіше є іон кальцію. На частку фосфору припадає 0,08% маси зем­ної кори. Щодо поширеності йому належить 13-те місце серед усіх еле­ментів. Фосфор міститься не менш як у 190 мінералах, з яких найголов­ніші:

фторапатит Са₅(РО₄)₃Р,

гідроксил апатит Са₅(РО₄)зОН,

фосфорит Са₃(РО₄)₂

Рідше зустрічається вівіаніт Fе₃ (РO₄)₂ • 8Н ₂О,

монацит (Се, Lа)РО₄,

амблігоніт LіА1(РО₄)F,

трифіліт Li(Fе, Мn)РО₄

іще рідше ксенотим YРО₄ і

торберніт Сu(UО₂)₂[РО₄]₂ • 12Н₂О.

Мінерали фосфору поділяються на первинні і вторинні. З первинних особливо поширені апатити, які часто зустрічаються серед порід магма­тичного походження. Ці мінерали утворилися в момент становлення зем­ної кори. На відміну від апатитів фосфорити залягають серед порід оса­дового походження, які утворилися в результаті відмирання живих істот. Це вторинні мінерали.

У вигляді фосфідів заліза, кобальту, нікелю фосфор зустрічається в метеоритах. Звичайно, цей поширений елемент є і в морській воді в кількості 6- 10-⁶%.