Воздух для нас ассоциируется в первую очередь с кислородом. Но кислорода в нём немного, всего 1/5. А из чего состоят остальные 4/5? Почти полностью из азота, содержание азота в атмосфере Земли 78 %. Так что дышим мы, как ни парадоксально, в основном азотом.
Азот – везде вокруг нас. Это бесцветный прозрачный газ, без запаха и вкуса, как и все газы нашей атмосферы (что логично: если бы наши рецепторы постоянно чувствовали запах, а глаза ощущали цвет воздуха, нам жилось бы очень сложно). При охлаждении до –196 оС азот становится бесцветной жидкостью, а ниже –210 оС – белым твёрдым веществом, похожим на снег.
Это очень низкие температуры, на Земле таких в естественных условиях не бывает, но полюбоваться на жидкий азот очень просто. Получают его сжижением воздуха и дальнейшей его перегонкой, так что жидкий азот весьма дёшев. А кроме того – абсолютно безопасен. Поэтому он широко используется для охлаждения разных объектов в лабораториях, на производстве и даже в развлекательных целях: широко известны фокусы с замораживанием и разбиванием розы или резинового пальца. Хранят его в сосудах Дьюара, устроенных по принципу термоса: двойные стенки, между которыми вакуум, препятствующий проникновению тепла извне, и узкое горло.
Откуда азот взялся в таком количестве? В атмосферах других планет он отнюдь не преобладает. Если встречается что-то азотсодержащее, то это аммиак NH3. Аммиак находился и в первичной атмосфере Земли, но весь прореагировал с появившимся позже кислородом и превратился в азот. Также возможно, что аммиак разложился на водород и азот под солнечным излучением. Лёгкий водород улетел в космос, а более тяжёлый азот гравитация Земли смогла удержать. С тех пор он практически никуда не девается, а небольшие потери компенсируются вулканами.
Если бы азот состоял из атомов, то был бы сильным окислителем, третьим после фтора и кислорода. Но атомы азота связаны в молекулы крепчайшей тройной связью, которую очень трудно разорвать. Поэтому он почти ни с чем не реагирует. Часто его используют как дешёвую инертную среду. А если всё же требуется ввести его в реакцию, то приходится буквально заставлять! Например, для синтеза аммиака азот и водород нагревают до 500 оС, сжимают до 150–600 атм, но и этого недостаточно – необходим катализатор. И всё равно реакция протекает лишь на 15–20 %.
У замечательного писателя А.П. Казанцева есть роман «Пылающий остров», где описывается катализатор соединения азота и кислорода. Реакцию запустили, и атмосфера начала гореть. К счастью, это фантастика: ни один катализатор не может заставить энергетически невыгодную реакцию выделять тепло. И сместить равновесие в сторону оксида азота катализатор тоже неспособен, выход продукта даже в лучших условиях крайне мал. Эта реакция в очень небольшой степени протекает, например, во время грозы под действием электрического разряда. Правда, пытаться наблюдать её бессмысленно: из бесцветных прозрачных газов образуется немножко другого бесцветного прозрачного газа; видна только молния.
«Азот» в переводе с греческого означает «безжизненный». Честно говоря, с названием Антуан Лавуазье поторопился: мало какие элементы важнее для жизни, чем азот, ведь он содержится и в аминокислотах, и в нуклеиновых кислотах. Некоторые микроорганизмы – азотфиксирующие – с помощью азота получают энергию для жизнедеятельности, переводя его в аммиак. Да, синтез аммиака – энергетически выгодный процесс! Просто людям трудно его провести. А клубеньковые бактерии, сине-зелёные водоросли и другие микроскопические козявки делают это с лёгкостью и не задумываясь, потому что у них есть нужные ферменты.