Susipažinkime su elementais

Paradoksalusis azotas

Azotas (N) – vienas paradoksalesnių cheminių elementų! Jis įeina į daugelio biologiškai aktyvių junginių – vitaminų, baltymų, nukleininių ir aminorūgščių – sudėtį. Tačiau, kita vertus, nepalaiko degimo, o jo atmosferoje gyvūnas netrukus miršta. Atmosferinis azotas N₂ nepaprastai inertiškas, o tuo tarpu kai kurie azoto turintys junginiai, nitratai, yra stiprių sprogstamųjų medžiagų sudėtinės dalys. Tad azotas – ir gyvybės, ir mirties šaltinis. Pvz., nitroglicerinas yra ir sprogmuo, ir vaistas. Net jo atradimas ir pavadinimas – vienas labiausiai intriguojančių chemijos istorijos puslapių.

Azotas – 15-as D. Mendelejevo lentelės elementas, įeinantis į pniktogenų grupę. Ir nors azotas, fosforas, arsenas, stibis ir bismutas buvo atrasti gerokai anksčiau nei gretimų 16 ir 17 grupių elementai, tačiau ilgai neturėjo bendro pavadinimo. Dar 1811 m. Johanas Šveigeris¹⁾ pasiūlė chlorą (kiti 17-os grupės elementai dar buvo nežinomi) pavadinti halogenu (t.y. „sudarančiu druskas“). 1932 m. Verneris Fišeris²⁾ 16-os grupės elementus apjungė halkogenų („sudarančių rūdas“) pavadinimu. O štai pniktogenų („dusinančių“) pavadinimą tik 20 a. 7-o dešimtm. pradžioje pasiūlė olandas Antonis van Arkelis³⁾, tačiau tik 2005 m. IUPAC patvirtino terminus pniktogenas ir pniktidai.

18 a. antroje pusėje azoto atradimas tarsi sklandė ore – tad net keli pretenduoja į jo atradėjus: 1772 m. H. Kavendišas išskyrė jį iš oro, pradžioje orą praleidęs virš įkaitusios medžio anglies (kai deguonis virsta CO₂, o tada per šarminį tirpalą (anglies dvideginio sugėrimui). Ir jis atkreipė dėmesį į nedidelį oro tūrio sumažėjimą. Likusias dujas trumpai aprašęs kaip kažkokį mefitinį (t.y. žalingą) orą, jose neįžvelgė naujo elemento ir net nepaskelbė savo bandymų rezultatų, o tik laišku pranešė Džozefui Pristliui. Šis irgi tokiu būdu išskyrė azotą, tačiau, būdamas flogistono teorijos šalininku. Manė kad išskyrė flogistuotą orą. Tad užtikrintai naujo elemento buvimą pasiūlė Danielis Rezerfordas, naujų dujų, kaip kenksmingo, nuodingo oro, savybes aprašęs savo 1772 m. disertacijoje, apgintoje rugsėjį. Bet atradėju galima laikyti ir švedų farmakologą Karlą Šelę⁴⁾, keli mėnesiai iki D. Rezerfordo disertacijos gynimo, minėtu būdu išskyrusį azotą, bet apie tai neskubėjusį pranešti pasauliui – jo straipsnis pasirodė tik po 5 m. ir K. Šelė azotą laikė ne kažkokio „suirimo“ produktu, o įprastinio oro dalimi.

O štai kas pirmasis azotą pavadino azotu, gerai žinoma – tai Antuanas Lavuazjė, kuris prie graikų žodžio „zoos“ (gyvybė) prijungė neigiantį priešdėlį „a-“. Ir čia paradoksas – elementas, vaidinantis tokį svarbų vaidmenį gyvybės procesuose, pavadintas „be gyvybės“. Tad nenuostabu, kad nemažai A. Lavuazjė amžininkų laikė „azoto“ pavadinimą netinkamu – ir 1790 m. jo gentainis Žanas-Antuanas Šaptalis⁵⁾ pasiūlė pervardinti į nitrogene („sudarantį salietrą“). Dabar chemikai azoto turintiems junginiams naudoja abu pavadinimus (pvz., azoto druskos vadinamos nitratais) – ir šis pavadinimas prigijo anglų kalboje (nitrogen). Ir azotas yra vienas iš nedaugelio elementų, turėjusių kelis žymenis. Taip 19 a. pradžioje, iki tarptautinės žymenų sistemos nusistovėjimo, kai kuriose šalyse (tarp jų ir Prancūzijoje) jis buvo žymimas Az.

Azotas sudaro apie 4/5 Žemės atmosferos, tačiau tik nedaugelis mikroorganizmų sugeba jį pasiimti iš oro, versdami amoniaku (tarp jų ir ankštinių kultūrų gumbinės bakterijos). Tuo užsiėmė Fricas Haberis, 20 a. pradžioje pradėjęs tyrinėjimus, atvedusius prie 1918 m. Nobelio premijos. Jo amoniako gavimo metodas reikalauja aukštos temperatūros (300-600^oC) ir aukšto slėgio (virš 200 atmosferų), bet jis gelbėja nuo bado.

Paprastai azotas suprantamas kaip dviejų atomų, jungiamų trimis kovalentiniais ryšiais, molekulė. Tačiau 2004 m. M. Planko vardo instituto mokslininkai pirmąkart susintetino alotropinį azoto variantą, kuriame visi atomai sujungti vienetiniais ryšiais, panašiai kaip yra deimante. Tai atlikta 2000^o temperatūroje ir daugiau nei milijono atmosferų slėgyje. Gautas polimeras turi unikalias savybes. Sugrįžtant į normalią būseną išsilaisvina milžiniškas energijos kiekis, dėl ko jis vertingas gaminant raketų kurą ar sprogmenis. Ir tai tikrai visiškai ekologiškas energijos šaltinis! Galiausiai paaiškėjo, kad esant tam tikroms sąlygoms (apie 800 GPa slėgiui) azoto vandenilių chemija gali būti turtingesnė už angliavandenių ir sudaryti ne tik paprastas molekules (NH, NH₂, N₂H ir t.t.), bet ir ilgas polimerines grandines. Tokios molekulės turi savitas kristalines struktūras ir turi nepaprastų savybių. Ir kadangi dujinės milžinės planetos (Uranas, Saturnas) daugiausia sudarytos iš vandenilio, anglies, deguonies ir azoto, galima šiek tiek pafantazuoti apie ten galimą nežinomos formos gyvybę…

---

¹⁾ Johanas Šveigeris (Johann Salomo Christoph Schweigger, 1779-1857) – vokiečių chemikas, fizikas, profesorius Erlangene. Jo darbai skirti elektros reiškiniams ir elektrinių prietaisų konstravimui. Išrado elektrometrą (1808), spyruoklinį galvanometrą, jautrų elektromagnetinį multiplikatorių (1820). 1811 m. pasiūlė chloro pavadinimą pakeisti į halogeną, tačiau 1826 m. švedų chemikas Jons Jacob Berzelius halogeno („sudarančio druskas“) pavadinimą pasiūlė ne vienam elementui, o 4-ių elementų grupei.

²⁾ Verneris Fišeris (Werner Fischer,  1902-2001) – vokiečių chemikas, Hanoverio un-to profesorius (1944-68). Dėnesį skyrė dviem skirtingom sritims: tyrė halogenidų ir metalų oksidų šilumines savybes; sukūrė skysčių paskirstymą atskiriant chmiškai panašius elementus (pvz., lantanoidus ir kt.). 1932 m. pasiūlė apibendrinantį halkogenų pavadinimą 6-os pagrindin4s grupės elementams. Palaikė glaudžius ryšius su pramone.

³⁾ Antonis van Arkelis (Anton Eduard van Arkel, 1893-1976) - olandų chemikas, darbavęsis neorganinės chemijos srityje. 3-io dešimtm. pradžioje kartu su J. de Buru sukūrė pereinamųjų metalų (tokių, kaip hafnis, cirkonis, titanas) atskyrimo ir išvalymo procesą. 1941 m. paskelbė Van Arkel-Ketelaar’o trikampį, diagramiškai pavaizduojantį galinčius susidaryti cheminius ryšius. Pasiūlė pniktogeno ir pniktidų pavadinimus 15-os grupės elementams. Parašė kelias knygas.

⁴⁾ Karlas Šelė (Carl Wilhelm Scheele, 1742-1786) – švedų farmakologas iš Pomeranijos (tuo metu prilausiusios Švedijai). Jis pirmasis išskyrė deguonį, atrado organines vyno, oksalo, šlapimo, pieno ir citrinų rūgštis, taip pat vandenilio cianidą ir arseno bei vandenilio fluorido rūgštis. Traktate „Apie orą ir ugnį“ (1775) nurodė, kad oras sudarytas iš dviejų dalių: „ugninės“ – deguonies ir flogistinės - azoto. Taip pat pirmasis gavo ir ištyrė kalio permanganatą (KmnO₄). Jo garbei pavadintas krateris Mėnulyje ir mažoji planeta 12356.

⁵⁾ Žanas-Antuanas Šaptalis (Jean-Antoine Chaptal, 1756-1832) - prancūzų chemikas, gydytojas, agronomas. valstybės veikėjas (1800-04 m. Vidaus reikalų ministras). Daugiausia užsiėmė praktine chemija. Stojo į Prancūzijos revoliucijos pusę ir 1791 m. dalyvavo šturmuojant vietos Monpeljė citadelę. Buvo įsitraukęs į Prancūzijos industrializaciją Napoleono ir Burbonų restauracijos laikais, organizavo pramonės parodas Paryžiuje. Buvo pramoninis hidrochloro, salietros ir sieros druskų gamintojas. Jam pavyko paprastu būdu pagreitinti parako gamybą. Iškėlė idėja, kad mineralinės medžiagos dirvai tėra cheminių procesų skatintojos. Jo išrastas vyno pagerinimo būdas vadinamas „šaptalizacija“.

Talis ir samaris
Lutecis ir iterbis
Augalai - chemikai
Metalinis vandenilis
Šaltoji branduolių sintezė
Nobelio laureato pėdsakais
Galvaninės teorijos pradžia
Vilniaus Universiteto chemikai
Kodėl chemikai nemėgsta J ir Q
Celuloidas – plastmasių prosenelis
Kelionė po cheminių elementų lentelę
Kvantinė chemija – ateities mokslas?
Mokslo riboženkliai: 1867-ieji – kartų kaita
Šiuolaikinė fizika – į tiesą panašus mitas?
Chemikai: Nobelio premijos laureatai
8 alternatyvūs energijos šaltiniai
Elektra, kol dar nebuvo vartotojų
3-iojo tūkstantmečio mokslas
Garo tramdytojas
Vartiklis