Азотът е химичен елемент с атомен номер 7 и означение N. Намира се в 15 (5A) група, втори период на периодичната система и при обикновени условия е двуатомен газ с атомна маса 14,00674. Той е най-лекият елемент в азотната група и при стайна температура е прозрачен газ без миризма. Азотът е често срещан във Вселената елемент – според оценките на около седмо място по общо количество в Млечния път и Слънчевата система. На Земята на азота се падат около 77% от атмосферата и е най-изобилният несвързан химичен елемент. Азотът е открит като отделим компонент на въздуха от шотландския лекар Даниъл Ръдърфорд през 1772 година, ученик на Джозеф Блек, който го описал като веществото, което съставя онази част от въздуха, която не гори и не поддържа горенето. Почти по същото време азот е бил получен и от шведския химик Карл Шелле, а също и от английските химици Джордж Пристли и Хенри Кавендиш. През 1776 г. френският химик Антоан Лоран Лавоазие подробно изучавайки тази „отровна“, „лоша“ част от въздуха установил, че това е просто вещество, като другата част от въздуха е кислородът. Една година по-късно той дал първоначалното му име – „безжизнен“, от гръцките думи „а“ – отрицание и „зоос“ – живот. Латинското название на азота „нитрогениум“ и символ N са въведени от французина Жан-Антоан Шаптал през 1790 г., което означава „раждащ селитра“, за да се покаже присъствието му в селитрата (калиев нитрат KNO3).
Азотът образува множество стопански значими химични съединения, като амоняк, азотна киселина, органични нитрати (взривни вещества) и цианиди. Изключително здравата връзка между атомите на чистия азот (N≡N), с енергия на термична дисоциация 941 kJ/mol. е определяща за химичните свойства на азота. Тя затруднява биологичното и промишлено преобразуване на N2 в полезни съединения, но в същото време при тяхното горене, взривяване или разпадане се отделя голямо количество енергия, която може да бъде използвана.
Извън основната им употреба като торове и източник на енергия, азотните съединения имат и много други приложения. Азотът е част от разнородни материали – от кевларни тъкани до цианоакрилатни лепила. Той присъства в молекулите на всички основни фармакологични категории, включително антибиотиците. Много лекарства наподобяват естествени азотсъдържащи сигнални молекули – например, органичните нитрати нитроглицерин и нитропрусид контролират кръвното налягане, като се метаболизират до естествен азотен оксид. Всички растителни алкалоиди (често действащи като защитни химикали) съдържат азот, поради което много известни азотсъдържащи продукти, като кофеин и морфин са или алкалоиди, или синтетични аналози, действащи по подобен начин на рецепторите на животинските невротрансмитери.
Азотът присъства във всички организми, най-вече в аминокиселините (и съответно в белтъците) и в нуклеиновите киселини (ДНК и РНК). Около 7% от масата на човешкото тяло е формирана от азот – той е четвъртият най-изобилен елемент в тялото след кислорода, въглерода и водорода.
Разпространение Азотът се намира в свободно място в атмосферата и е 78% от въздуха. Той е най-разпространеният елемент в свободно състояние. В някои вулканични местности той се среща като амоняк. Негови минерали са Ca(NO3)2 (норвежка селитра), KNO3 (индиийска селитра) и NaNO3 (чилска селитра). Калиевият нитрат сесреща в много малко количество в някои сухи райони на Индия, Боливия, Италия и Русия. В много по-големи количества се среща NaNO3 – главно по източното крайбрежие в серено Чили. Числската селитра има органичен произход и до откриването на синтеза на амоняка тя се използва като изкуствен тор в селското стопанстно.
Азотът е биогенен елемент в живите организми.
История и наименование Съединения на азота са добре познати още през Средновековието. Алхимиците наричат азотната киселина aqua fortis („силна вода“), а сместа от азотна и солна киселина е наричана aqua regia („царска вода“), известна със свойството си да разтваря дори златото. Ранните практически приложения на азота включват използването на селитра, главно в барута, а по-късно и за наторяване.
Азотът е открит през 1772 година от шотландския лекар Даниъл Ръдърфорд, който му дава името „нездрав газ“. Макар че не го разпознава като напълно различно химично вещество, той ясно го разграничава от „устойчивия въздух“. Фактът, че съществува компонент на въздуха, който не поддържа горенето, е ясен за Ръдърфорд. По същото време азотът е изследван от Карл Вилхелм Шееле, Хенри Кавендиш и Джоузеф Пристли, които го наричат „изгорял въздух“ или „флогистиран въздух“.
Наименованието „азот“ (, „безжизнен“) е дадено от Антоан Лавоазие, тъй като в него, освен че горенето се прекратява, и животните се задушават. Жан-Антоан Шаптал нарича газа „nitrogène“ – име, което се използва в много езици, като английския и испанския, и участва в имената на различни азотни съединения, като нитратите и нитритите.
През 1910 година Джон Уилям Стрът открива, че електрически разряд в азотния газ създава „активен азот“ – едноатомна алотропна форма на азота. „Въртящият се облак от блестяща жълта светлина“, създаден от него, реагира с живака, образувайки взривоопасния живачен нитрид.
Дълго време източниците на азотни съединения са ограничени. Естествените източници са или биологични, или отложения на нитрати, създадени от атмосферни реакции. Промишлените технологии за азотна фиксация, като процеса на Франк-Каро и процеса на Хабер-Бош, разрешават този проблем, като днес половината от световното производство на храни разчита на синтетични азотни торове. Същевременно процесът на Оствалд за производство на нитрати дава възможност за масовото производство на нитратни експлозиви по време на двете световни войни през XX век.
Получаване Азотът е технически газ, произвеждан чрез фракционна дестилация на втечнен въздух или по механичен път от газообразен въздух. Използваният в стопанството азот често е страничен продукт от производството на кислород за металургията или за други нужди. Той обикновено се доставя под налягане в стоманени цилиндрични бутилки и често се нарича безкислороден азот.
В лабораторни условия азотът се получава чрез реакция на концентрирани водни разтвори на амониев хлорид и натриев нитрит:
NH4Cl_{(aq)}{} + NaNO2_{(aq)}{} -> N2_{(g)}{} + NaCl_{(aq)}{} + 2 H2O_{(l)}
При тази реакция се получават и малки количества NO и HNO3. Те могат да се отстранят чрез преминаване на газа през воден разтвор на солна киселина, съдържащ калиев дихромат.
Друга реакция за лабораторно получаване на азота е чрез оксиляване на амоняк със силен окислител. Реакцията се извършва във воден разтвор:
8NH3 + 3Br2 -> 6NH4Br + N2.
Окисляването на амоняка може да стане и като се прекара през нажежен меден оксид:
2NH3 + 3CuO -> N2 + 3Cu + 3H2O.
Техничски азотът се получава при втачняване на въздуха. От течинят въздух най-напред се изпарява азотът поради по-ниската температура на кипене от кислорода. Очистването му става, като се прекара сместа над нажежени медни стърготини. Възможно е очистването да стане и като сместа се прекара през разтвор на пирогликол C6H3(OH)3, който лесно се окислява. Така полученият азот съдържа аргон и други благородни газове, които не пречат за създаване на инертна среда вхимически и други производства. Очистването на азота от тези газове става чрез адсорбцията им върху активен въглен. Методът за получаване на азот чрез втечняване на въздух е следваща дестилация е скъп. Затова се търсят и други методи – например чрез молекулни сита се разделят молекурите на азота от тези на кислорода.
Спектарлно чист азот може да се получи чрез топлинно разграждане на бариев или натриев азид при 275°С:
2 NaN3 -> 2 Na + 3 N2
Физични свойства Азотът е безцветен газ, без вкус и миризма. Течният азот също е безцветен. Той се държи в открити съдове. Поради неполярният характер на молекулата, азотът се разтваря слабо в полярни разтворители, като разтворимостта му се повишава с увеличаване на налягането.
При атмосферно налягане молекулният азот (14N2) кондензира при температура 77 K (−195,79°C) и замръзва при 63 K (−210,01°C), образувайки кристална алотропна форма с хексагонална решетка, а под 35,4 K (−237,6°C) азотът се трансформира в кубична алотропна форма. Течният азот се получава, като първоначално се втечнява въздуха и тъй като температурата на втечняване на кислорода е -195,79°C, то след изпарението му остава азотът. Течният азот външно наподобява водата, но има само 80,8% от нейната плътност (плътността на течния азот при точката на кипене е 0,808 g/mL) и относително тегло от 0,807 g/mol, е често използван криоген.
Двата атома в молекулата на азота са свързани с много здрава тройна връзка, с висока температура на термична дисоциация – 941 kJ/mol. Това е най-стабилната от всички известни двуатомни молекули. При нормално налягане и температура от около 3000°C се дисоциират едва 0,1% от азотните молекули, тъй като енергията на връзката N≡N е 6 пъти по-голяма от единичната връзка N-N.
Молекулният азот е до голяма степен прозрачен за инфрачервената и видимата светлина, тъй като молекулата му е хомонуклеарна и няма диполен момент, съчетаващ се с електромагнитното излъчване в тези честоти. Значителна абсорбция се наблюдава при високочестотните ултравиолетови лъчи с дължина на вълната над 100 нанометра. Това се свързва с електронния преход в молекулата към състояния, в които зарядът не е разпределен равномерно между азотните атоми. Азотната абсорбция води до значително поглъщане на ултравиолетово излъчване в атмосферата на Земята. По същата причина молекулният азотен лазер излъчва в ултравиолетовия спектър.
Изотопи Азотът има два естествени устойчиви изотопа: 14N и 15N. В природата 14N е много по-разпространен (99,634%), тъй като се образува в големи количества в звездите при въглерод-азот-кислородния цикъл на нуклеосинтеза.15N (0,366%) е образуван при термоядрения синтез на водорода. Сред десетте изкуствено синтезирани изотопа на азота (с масови числа от A=10 до A=23),13N има период на полуразпад 9,965 минути – чрез електронен захват, а останалите са с периоди на полуразпад от порядъка на секунди или по-малко. Първата ядрена реакция, експериментално създадена от човека, и осъществена от Ърнест Ръдърфорд през 1919 г., включва превръщането на азот при бомбардирането му с алфа-частици в кислород:
^14N + ^4He -> ^17O + ^1H
В земната атмосфера само 0,73% от молекулния азот е от изотопа 14N15N, а почти всичко останало е 14N2. Биохимичните процеси, като асимилация, нитрификация и денитрификация, силно влияят на динамиката на азота в почвата. Те обикновено водят до обогатяване на субстрата с 15N за сметка на обедняване на продукта.
Радиоактивният изотоп 16N е основен радионуклид в охлаждащите вещества на много съвременни ядрени реактори при тяхното нормално функциониране. Той се получава при ядрена реакция на 16O във вода. 16N има кратък период на полуразпад, около 7,1 s, но при разпадането му обратно до 16O излъчва високоенергийна гама радиация (5 до 7 MeV). По тази причина първият контур на реакторите с вода под налягане е недостъпен по време на работа. 16N е основно средства за незабавно идентифициране на дори минимални течове от първия във втория контур. По същата причина е недостъпен и парният цикъл на кипящите реактори, в които кондензатът от кондензатора обикновено се задържа за 10 минути, за да се даде възможност за разпадане на 16N.
Алотропни форми В лабораторни условия са получавани и неустойчиви алотропни форми на азота с повече от два азотни атома – N3 и N4. При изключително високо налягане (110 000 MPa) и висока температура (2000 K), каквито се получават чрез диамантена наковалня, азотът полимеризира в кубична кристална решетка. Тя е подобна на тази на диаманта, като и двете имат много здрави ковалентни връзки, поради което N4 понякога е наричан „азотен диамант“.