Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение основная общеобразовательная школа №21 имени героя РФ Виктора Емельяновича Омелькова муниципального образования города-курорта Анапа Проект тема: «Азот в нашей жизни» Выполнил: ученица 9 «Б» класса Федорина Ангелина Проверил: учитель химии Алатырцева Ирина Ивановна Анапа 2021 – 2022 2 Содержание Введение………………………………………………………………………..3 I. Теоретическая часть………………………………………………….……. 5 1.1 История открытия химического элемента азота……………………….5 1.2 Сколько видов азота существует? ……………………………………...6 1.3 Как растение поглощает азот?..................................................................6 1.4 Физические свойства азота………………………………………………7 1.5 Химические свойства, строение молекулы……………………………..8 1.6 Способы получения азота (лабораторные и в промышленности)…….9 II. Практическая часть………………………………………………………...10 2.1 Методика проведения опыта «Влияние азот содержащих удобрений на рост перца»…………………………………………………………………….10 2.1 Результаты исследования…………………………………………………12 III. Заключение ………………………………………………………………...13 IV. Литература ……………………………………………………………..….13 Приложение ……………………………………………………………………14 3 Введение Азот – необходимое вещество в жизни всего живого. Азот входит в состав клеток организма, содержится в белках и нуклеиновых кислотах (ДНК и РНК), участвующих в передаче молекул энергии. Породы, которые составляют Землю, имеют очень малое содержание азота. Данный газ составляет 78,08% атмосферного воздуха. В переводе название обозначает «нежизненный», то есть не поддерживает горение и дыхание. Тем не менее, действительно интересна фиксация атмосферного азота сельскохозяйственными культурами. Фиксация азота - это молекулярный азот ( N2) химический процесс, в воздухе превращается при котором в аммиак ( NH3) или родственные азотистые соединения в почве. Атмосферный азот - это молекулярный диазот , относительно инертная молекула, которая метаболически бесполезна для всех, кроме нескольких микроорганизмов. Биологическая фиксация азота или диазотрофия - важный микробиологический процесс, который превращает газообразный азот (N2 ) в аммиак (NH3 ) Цель нашей работы: 1. Изучение полезных свойств азота. 2. Освоение методики воздействие азотистых удобрений на рост растений. Задачи: 1. Познакомиться с историей открытия такого химического элемента как азот. 2. Узнать о физических и химических свойствах азота и строении его молекулы. 3. Познакомится со способами получения азота 4. Исследовать полезное воздействие азотистых удобрений на рост растений. 4 5. Сделать вывод о пользе азота Гипотеза исследования: Читая дополнительную литературу, Узнать больше информации об азоте. Изучить влияние азота на рост растений. Объект исследования: азотные удобрения, растения Методы исследования: эксперимент, наблюдение, анализ, сравнение, обобщение, изучение специальной литературы, работа с Интернет источниками Новизна работы состоит в том, что она позволила почувствовать себя в роли экспериментаторов и самостоятельно изучить влияние азотного удобрения на рост растения. 5 Теоретическая часть I. 1.1 История открытия химического элемента азота В 1772 году Генри Кавендиш провёл опыт: он многократно пропускал воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. С позиций современной химии ясно, что в реакции с раскалённым углём кислород воздуха связывался в углекислый газ, который затем поглощался щёлочью. При этом остаток газа представлял собой по большей части азот. Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что это новое простое вещество (химический элемент), и описал его как мефитический воздух (от английского mephitic — ‘вредный’). В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли. Интересен тот факт, что он сумел связать азот с кислородом при помощи разрядов электрического тока, а после поглощения оксидов азота в остатке получил небольшое количество газа, абсолютно инертного, хотя, как и в случае с азотом, не смог понять, что выделил новый химический элемент — инертный газ – аргон. Джозеф Пристли в это время проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, также неверно истолковал полученные результаты — он решил, что выделил флогистированный воздух (то есть насыщенный флогистоном). В сентябре 1772 года шотландский химик Даниэль Резерфорд опубликовал магистерскую диссертацию «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе», в которой описал азот как вредный, ядовитый воздух и предположил, что это новый химический элемент, а также описал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Резерфорд также был сторонником флогистонной теории, поэтому также не смог понять, что же он выделил. 6 Таким образом, чётко определить первооткрывателя азота невозможно В то же время азот выделил Карл Шееле: летом 1772 года он получил азот по методу Кавендиша и исследовал его в течение пяти лет, затем опубликовал результаты своих исследований. В этой публикации Шееле первым описал воздух как смесь отдельных газов: «огненного воздуха» (кислорода) и «грязного воздуха» (азота). Из-за того, что Шееле задержался с публикацией своих исследований, до сих пор идут споры о первооткрывателе азота. 1.2 Сколько видов азота существует? Фиксация азота в почве не происходит в органической форме, которая не усваивается любым растением. До этого он должен пройти процесс, он должен перейти от органического к минеральному. Что касается этих минеральных форм, нам известны две: Аммонийная форма (NH4+) Нитратная форма (NО3-) Аммонийная форма, со временем и под действием климата и микроорганизмов переходит в нитратную форму, легко поглощаемую растениями (растворимую). Здесь необходимы микроорганизмы и качество почвы, поскольку без них было бы невозможно перейти от NH4+ к NO3-. Ничего не остается, как заботиться о своих почвенных микроорганизмах. Мочевина Мочевина представляет собой химическую форму диамида угольной кислоты. Мочевина разлагается на аммоний, который, в свою очередь, переходит в нитрат. 1.3 Как растение поглощает азот? Основными источниками азота в питании растений служат соли азотной кислоты и соли аммония. Азотсодержащие соединения, которые хорошо растворяются в воде усваиваются растениями. Речь идет о таких соединениях, как мочевина. 7 Растения поглощают нитратный азот. Следовательно, многие фермеры используют в качестве основного удобрения аммиачный азот или мочевину, поскольку они, останутся в почве как можно дольше. Тем не менее, для азота является обычной практикой внесение в почву как в аммиачной (NH4+), так и в нитратной (NO3-) форме. Корни растений поглощают азот из почвы в виде нитрата (NO3-) или аммония (NH4+). В большинстве почв действие нитрифицирующих бактерий приводит к тому, что культуры поглощают в основном азот в нитратной форме. В других особых ситуациях в почве, таких как анаэробные условия, растения могут поглощать относительно больше NH4+, чем NO3-. Точно так же это может произойти сразу же после применения аммонийных удобрений или на ранних стадиях роста, когда температура по-прежнему низкая для быстрой нитрификации. 1.4 Физические свойства При нормальных условиях азот — это бесцветный газ, не имеет запаха, мало растворим в воде (2,3 мл/100 г при 0 °C, 1,5 мл/100 г при 20 °C, 1,1 мл/100 г при 40 °C, 0,5 мл/100 г при 80 °C). Плотность азота составляет 1,2506 кг/м³ (при нормальных условиях). В жидком состоянии (температура кипения -195,8 °C) — бесцветная, подвижная, как вода, жидкость. Плотность жидкого азота 808 кг/м³. При контакте с воздухом поглощает из него кислород. При -209,86 °C азот переходит в твёрдое состояние в виде снегоподобной массы или больших белоснежных кристаллов. При контакте с воздухом поглощает из него кислород, при этом плавится, образуя раствор кислорода в азоте. 1.5 Химические свойства, строение молекулы 8 Азот в свободном состоянии существует в форме двухатомных молекул N2 (приложени1). Атом азота имеет 7 электронов, 7 протонов, 7 нейтронов. Атомная масса составляет 14 (г/моль). Плотность атома 0,001251 (г/см3). Температура плавления -209,9 o С, а кипения -195,8 oС . Диссоциация молекул азота при нормальных условиях практически не происходит. Молекула азота неполярная и слабо поляризуется, силы взаимодействия между молекулами очень слабые, поэтому в обычных условиях азот газообразен. В высоких слоях атмосферы происходит фотохимическая диссоциация молекул N2. В лабораторных условиях можно получить атомарный азот, пропуская газообразный высокочастотного N2 при электрического сильном разряда. разрежении Атомарный через азот поле намного активнее молекулярного: в частности, при обычной температуре он реагирует с серой, фосфором, мышьяком и с рядом металлов, например, с ртутью. Вследствие большой прочности молекулы азота некоторые его соединения эндотермичны (многие галогениды, азиды, оксиды), соединения азота термически малоустойчивы и довольно легко разлагаются при нагревании. Именно поэтому азот на Земле находится по большей части в свободном состоянии. Ввиду своей значительной инертности азот при обычных условиях реагирует только с литием, при нагревании он реагирует с другими металлами и неметаллами, также образуя нитриды. Наибольшее практическое значение имеет нитрид водорода (аммиак) NH3, получаемый взаимодействием водорода с азотом (приложение 2). 1.6 Способы получения азота Лабораторные способы: 1. Реакция внутримолекулярного окисления-восстановления при нагревании смеси растворов нитрита натрия и хлорида аммония при 80 °С: 9 NaNO2 + NH4Cl = N2 + 2H2O + NaCl Образующийся азот может быть загрязнен примесями оксида азота (II) и азотной кислоты, для удаления которых газ пропускают через подкисленный раствор бихромата калия. Твердый нитрит аммония разлагается с взрывом: NH4NO2 = N2 + 2H2O 1. Реакции окисления аммиака: 2NH3 + 3CuO = N2 + 3Cu + 3H2O 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O 1. Реакции взаимодействия металлов с азотной кислотой: 12HNO3 (разб.) + 5Mg = N2 + 5Mg(NO3)2 + 6H2O 1. Термическое разложение азида лития: 2LiN3 = 3N2 + 2Li В промышленности: Чистый азот в промышленности наряду с кислородом и другими газами получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Этот процесс включает три стадии. На первой стадии из воздуха удаляют частицы пыли, пары воды и углекислый газ. Затем воздух сжижают, охлаждая его и сжимая до высоких давлений. На третьей стадии фракционной перегонкой жидкого воздуха разделяют азот, кислород и аргон. Первым отгоняется азот, затем кислород. II. Практическая часть 2.1 Методика проведения опыта «Влияние азот содержащих удобрений на рост перца» Для опыта необходимо: 1 кг карбамида (мочевины) семена перца (красного, декоративного) одноразовые стаканчики (тара) грунт 10 Перцы предпочитают легкую рыхлую землю, имеющую пористую структуру. Грунт такого типа обеспечивает доступ влаги и воздуха. Для развития растений важно содержание в почве микроэлементов (азот, калий, фосфор, железо) и полезной микрофлоры. Поэтому я приобрела грунт со всеми выше описанными микроэлементами. Я взяла два одноразовых пластиковых стакана, засыпала их грунтом, посадила семена перца. На первый стаканчик я приклеила надпись с номером 1, а на второй с номером 2. Таким образом, имею два стакана, засаженные семенами перца, №1 и №2. Растения в ёмкостях содержатся в одинаковых условиях ухода: в комнате, которая периодически проветривается, есть солнечный свет, растения поливаются с одинаковым интервалом отстоянной водой комнатной температуры и раствором при подкормках. Но в стакан №1 я не вносила удобрения, а в стакане №2 производила регулярные подкормки азотным удобрением, карбамидом (мочевиной). Когда появляются первые всходы, то выполняется их обработка мочевиной. Для этого требуется водный раствор, содержащий мочевину (2,25 г/л) Пульверизатором распыляют раствор на листья, а с помощью лейки в почву. Первая подкормка выполняется при появлении у перцев второго листа. Через 2 недели выполняется вторая подкормка, когда перцы выпустят по третьему листу. Нормы внесения: Мочевины на овощные культуры (малую рассаду) приблизительно 15 г/10 л. Составив пропорцию (см приложение 3), я подсчитала, что на 1.5 л нужно 2,25 г карбамида. Итак, я засыпала грунтом и посадила в оба стаканчика по семечку перца, полила. Взвесила образцы: вес первого - 76,8 г вес второго – 76,82 г Приблизительно равный вес подтверждает одинаковые условия взращивания. Итак, я засыпала грунтом и посадила в оба стаканчика по семечку перца, полил. Семена начали прорастать, и я поливала стаканчик № 1 отстоянной 11 водой комнатной температуры, а стаканчик № 2 поливала той же водой и удобряла после первой недели и после второй. Результаты первой недели можно увидеть на фотографиях. Вес первого стаканчика составил 77,04 г, а второго 78 г. Вес после второй недели стаканчика №1 78,23 г а стаканчика №2 80,05 г. 2.2 Результаты исследования Растение во втором стаканчике взошло быстрее, ведь польза азотного удобрения состоит в том, что удобряемое растение быстрее растёт и быстрее даёт плоды, ведь азот активизирует все важные обменные процессы, такие как синтез хлорофилла или усвоение витаминов, а так же влияет на метаболизм и является строительным материалом для формирования нуклеиновых кислот и других соединений. 12 III. Заключение В данной работе я познакомилась с таким химическим элементом как азот, узнала о его физических и химических свойствах, узнала об истории его открытия. По полученной информации я решила на опыте раскрыть полезное воздействие на рост растений азота, входящего в состав азотистых удобрений, и результат оправдал мои ожидания. Из всей проделанной работы я узнала о способах получения азота, как в лаборатории, так и в промышленности, а так же раскрыла полезное свойство азота в удобрении. IV. Литература 1. Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия. 9 класс. ФГОС: учебник для общеобразовательных учреждений / Рудзитис Г. Е. - М.: Просвещение, 2019. 2. О. С. Габриелян, “Химия углубленный уровень 11 класс”, 2015 год, ООО “Дрофа”. -392 с. 3. Кретович, В. Л. Биохимия усвоения азота воздуха растениями /В. Л. Кретович. – М.: Наука, 2014 – 168 с. 4. Foodexpert.pro 5. Фото автора 13 Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Расчёт пропорции. 15 гр. – 10 л. x гр. – 1,5 л. 10x = 15 гр. * 1,5 гр. x = 2,25 гр. 2,25 гр. – 1,5 л.