Azot Nedir?

Nitrojen, N sembolü ile gösterilen ve atom numarası 7 olan bir elementtir. İlk olarak 1772’de İskoç doktor Daniel Rutherford tarafından keşfedilmiş ve izole edilmiştir. Nitrojen adı, Fransız kimyager Jean-Antoine-Claude Chaptal tarafından 1790’da önerildi. Antoine Lavoisier azot, boğucu bir gaz olduğu için zehirli hava adını önerdi. Bu isim Fransızca, İtalyanca, Rusça, Romence ve Türkçe gibi birçok dilde kullanılmaktadır.

Azot, periyodik tablodaki 15. grubun en hafif üyesidir ve genellikle yanmış hava olarak adlandırılır. Samanyolu ve Güneş Sistemi’nde en bol bulunan yedinci elementtir. Standart sıcaklık ve basınçta elementin iki atomu, N2 formülüne sahip renksiz ve kokusuz bir diatomik gaz olan dinitrojeni oluşturur. Dinitrojen, Dünya atmosferinin yaklaşık %78’ini oluşturur ve evrenin en bol bulunan elementidir. Azot, tüm organizmalarda öncelikle amino asitlerde (ve dolayısıyla proteinlerde), nükleik asitlerde (DNA ve RNA) ve enerji transfer molekülü adenozin trifosfatta oluşur. İnsan vücudunda oksijen, karbon ve hidrojenden sonra en bol bulunan dördüncü element kütlece yaklaşık %3 azot içerir. Azot döngüsü; elementin havadan biyosfere ve organik bileşiklere, ardından tekrar atmosfere doğru hareketi olarak tanımlanır.

Amonyak, nitrik asit, organik nitratlar (itici gazlar ve patlayıcılar) ve siyanürler gibi endüstriyel açıdan önemli birçok bileşik nitrojen içerir. Nitrojen bileşiklerinin nitrojen gazı oluşturmak için yakılması, patlatılması veya ayrıştırılması büyük miktarlarda enerji açığa çıkarır. Sentetik olarak üretilen amonyak ve nitratlar anahtar endüstriyel gübrelerdir ve gübre nitratları su sistemlerinin ötrofikasyonunda anahtar kirleticilerdir.

Nitrojen gübre ve enerji depolarında kullanımının yanı sıra yüksek mukavemetli kumaşlardaki süper yapıştırıcı olarak kullanılan siyanoakrilat gibi çeşitli organik bileşiklerde kullanılan bir bileşendir. Azot, antibiyotikler de dahil olmak üzere her büyük farmakolojik ilaç sınıfının bir bileşenidir. Birçok ilaç, doğal nitrojen içeren sinyal moleküllerinin benzeridir. Örneğin organik nitratlar, nitrogliserin ve nitroprusit, nitrik okside metabolize olarak kan basıncını kontrol eder. Doğal kafein, morfin veya sentetik amfetaminler gibi pek çok önemli nitrojen içeren ilaç, hayvan nörotransmiterlerinin reseptörleri üzerinde etkilidir.

Tarihçe

Azot bileşiklerinin çok uzun bir geçmişi vardır, amonyum klorür Herodot tarafından keşfedilmiştir. Orta Çağ’da azot iyi bilinen bir elementti. Simyacılar nitrik asidi, aqua fortis (güçlü su) olarak; amonyum tuzları ve nitrat tuzları gibi diğer bileşikleri nitrojen bileşikleri olarak biliyorlardı. Nitrik asit ve hidroklorik asitlerin karışımı en değerli metal olan altını çözme özelliğiyle aqua regia (kraliyet suyu) olarak biliniyordu.

Nitrojen, 1772’de onu zehirli hava olarak adlandıran İskoç doktor Daniel Rutherford tarafından keşfedilmiştir. Bu keşfi tamamen farklı bir kimyasal madde olarak tanımlamamasına rağmen, onu Joseph Black’in “sabit havasından” veya karbondioksitten farklı olarak tanımladı. Rutherford için nitrojen, yanmayı arttırmayan bir hava bileşiğiydi. Bunun yanmanın bir unsuru olduğunun farkında değildi. Nitrojen Rutherford’la yaklaşık aynı zamanlarda Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish ve Joseph Priestley tarafından incelenmiştir. Diğer bilim insanları nitrojeni, yanmış hava veya flojistik hava olarak tanımlamışlardır. Fransız kimyager Antoine Lavoisier, nitrojen gazından “mefitik hava” veya diğer adıyla azot gazı olarak tanımlamıştır. Lavoisier’in sunduğu isim İngilizce olarak kabul edilmemiş olsa da, hemen hemen tüm gazların (aslında, sadece oksijen hariç) mefitik olduğu belirtildiğinden birçok yerde kullanılmaktadır. Hidrazin ve azid bileşikleri gibi nitrojende boğucu gaz olarak sınıflandırılmıştır.

İngilizce nitrojen (1794) kelimesi, Fransız kimyager Jean-Antoine Chaptal (1756-1832) tarafından 1790’da icat edilen aynı zamanda güherçile olarak da adlandırılan Fransız nitrojeninden literatüre girdi. Chaptal’in tanımı, nitrojenin nitrik asidin temel parçası olduğuydu ve bunun da nitritten üretildi yönündeydi. Daha önceki zamanlarda nitrit, Yunanca’da (nitron) olarak adlandırılan Mısırca “natron” (sodyum karbonat) ile karıştırılmıştı (adında nitrat içermemesine rağmen).

Nitrojen bileşiklerinin en eski uygulamaları; askeri, endüstriyel ve tarımsal uygulamalardır. Özellikle barutta daha sonra gübre olarak güherçile (sodyum nitrat veya potasyum nitrat) kullandı. 1910’da Lord Rayleigh, nitrojen gazındaki elektriksel deşarjın tek atomlu bir nitrojen allotropu olan aktif nitrojen ürettiğini keşfetti. Aparatın ürettiği parlak sarı ışığın dönen bulutu cıva ile reaksiyona girerek patlayıcı cıva nitrürü elde etti.

Eldesi uzun süre nitrojen bileşiklerinin kaynakları sınırlıydı. Doğal kaynaklar ya biyolojiden ya da atmosferik reaksiyonlarla üretilen nitrat birikintilerinden geliyordu. Frank- Caro prosesi (1895-1899) ve Haber-Bosch prosesi gibi endüstriyel süreçlerle yapılan azot fiksasyonu ile küresel gıda üretiminin yarısı artık sentetik azotlu gübrelere dayanmaktaydı ve bu durum nitrojen bileşiğine olan ihtiyacı azalttı. Ostwald prosesinin endüstriyel nitrojen fiksasyonundan nitrat üretmek için kullanılması, 20. yüzyıldaki Dünya Savaşlarında endüstriyel patlayıcı üretimlerinin büyük miktarlarda yapılmasına olanak sağladı.

Üretim

Azot gazı fraksiyonlu damıtma ile  endüstriyel gaz olarak sıvı veya gaz olarak üretilen bir gazdır. Membranlar veya basınç salınımlı adsorpsiyon (PSA) kullanan nitrojen gazı jeneratörleri, genellikle toplu nitrojen üretimden daha maliyetlidir ancak enerji açısından daha verimlidir. Ticari nitrojen, genellikle çelik üretimi ve diğer amaçlar için endüstriyel oksijen konsantrasyonu için hava işleminin bir yan ürünüdür. Silindirler içinde sıkıştırılmış olarak tedarik edildiğinde buna genellikle OFN (oksijensiz nitrojen) denir. Ticari sınıftaki nitrojen en fazla 20 ppm oksijen içerir, ayrıva en fazla 2 ppm oksijen ve 10 ppm argon içeren özel olarak saflaştırılmış sınıflar da mevcuttur. 

Kimya laboratuvarında, sulu amonyum klorür çözeltisinin sodyum nitrit ile tepkimesiyle hazırlanır. 

NH4Cl + NaNO2 → N2 + NaCl + 2H2O

Bu reaksiyonda küçük miktarlarda NO ve HNO3 safsızlıkları da oluşur. Safsızlıklar, gazı potasyum dikromat içeren sulu sülfürik asitten geçirerek ayrılabilir. Çok saf nitrojen, baryum azit veya sodyum azidin termal ayrışması ile hazırlanabilir.

2 NaN3 → 2Na + 3N2

Uygulamalar

Gaz

Nitrojen bileşiklerinin uygulamala alanları bu sınıfın çok büyük olması nedeniyle oldukça geniş bir çeşitlilik göstermektedir. Bu nedenle burada yalnızca saf nitrojenin uygulamaları ele alınacaktır. Sanayide üretilen nitrojenin üçte ikisi gaz, geri kalan üçte biri ise sıvı olarak satılmaktadır. Gaz, havadaki oksijenin yangın, patlama veya oksitlenme tehlikesi oluşturduğu durumlarda çoğunlukla inert bir ortam oluşturmak amacıyla kullanılır. Bazı örnekler şunlardır: 

• Paketlenmiş gıdaların tazeliğini korumak ve nitrojenlemek için saf veya karbondioksit ile karıştırılarak bir atmosfer oluşturulur. Gıda katkı maddesi olarak kullanılan saf nitrojen, Avrupa Birliği’nde E numarası, E941 ile etiketlenmiştir.
• Akkor ampullerde argona ucuz bir alternatif olarak.
• Bilgi teknolojisi (BT) ekipmanlarıı için yangın söndürme sistemlerinde
• Paslanmaz çelik imalatında
• Çeliğin nitrasyonla sertleştirilmesinde
• Bazı uçak yakıt sistemlerinde yangın tehlikesini azaltmak için ( İnertleme sistemi).
• Yarış arabası ve uçak lastiklerini şişirmek, doğal havadaki nem ve oksijenden kaynaklanan kontrolsüz genişleme ve büzülme sorunlarını azaltmak amacıyla nitrojen kullanılır.

Kimyasal analizde numune hazırlama sırasında genellikle azot kullanılır. Sıvı numunelerin hacmini konsantre etmek ve azaltmak amacıyla kullanılır. Basınçlı nitrojen gazı akımının sıvının yüzeyine dikey olarak yönlendirilmesi, çözünenleri ve buharlaşmamış solventi bırakırken solventin buharlaşmasına neden olur. 

Azot, ürettiği daha küçük kabarcıklar nedeniyle bazı biraların özellikle de stoutların ve İngiliz biralarının fıçılarını basınçlandırmak amacıyla karbondioksit yerine veya karbondioksit ile birlikte kullanılabilir. Bu da dağıtılan birayı daha pürüzsüz ve daha yumuşak hale getirir. Genel olarak “parçacık” olarak bilinen basınca duyarlı nitrojen kapsülü, nitrojen yüklü biraların teneke kutularda ve şişelerde paketlenmesine olanak sağlar. Azot tankları paintball silahları için ana güç kaynağı olarak karbondioksit yerine kullanılmaktadır. Azot CO2‘den daha yüksek basınçta tutulmalıdır, bu da N2 tanklarını daha ağır ve daha pahalı hale getirir. Azot gazı, inert gaz boğulması için tercih edilen inert gazı haline geldi ve Oklahoma’da ölümcül enjeksiyonun yerine kullanılması düşünülüyor. Hava yastıklarının şişirilmesinde, sodyum azitin parçalanmasıyla oluşan azot gazı kullanılmaktadır.

Nitrojen boğucu bir gaz olduğundan bazı yargı mercileri, saf nitrojen solunması yoluyla gerçekleşen inert gazı boğulmasının ölümcül enjeksiyon yerine uygulanması gereken bir ölüm cezası olması gerektiğini savunmuşlardır. Ancak 2020 itibariyle herhangi bir yargı mercii tarafından nitrojen gazı kullanan bir infaz henüz gerçekleştirilmedi. Nitrojen boğulması protokolünü uygun gören bir yargı mercii olan Oklahoma hükümeti, bu uygulamadan vazgeçti.

Sıvı

Sıvı nitrojen kriyojenik bir sıvıdır. Dewar şişeleri gibi uygun kaplarda izole edildiğinde çok fazla buharlaşma kaybı olmadan taşınabilir.

Kuru buz gibi sıvı nitrojenin de ana kullanımı soğutucu akışkandır. Diğer şeylerin yanı sıra kanın, üreme hücrelerinin (sperm ve yumurta) ve diğer biyolojik numunelerin ve materyallerin dondurularak korunmasında kullanılır. Kriyoterapide klinik ortamda ciltteki kistleri ve siğilleri yok etmek amacıyla kullanılır. Belirli laboratuvar ekipmanları için kızılötesi dedektörleri veya X-ışını dedektörlerini soğutmak amacıyla kullanılır. Ayrıca, merkezi işlem birimlerini ve hız aşırtmalı ve normal çalışmadan daha fazla ısı üreten bilgisayarlardaki diğer cihazları soğutmak için de kullanılmaktadır. Düşük maliyeti nedeniyle sıvı nitrojen yiyeceklerin soğutulması, dondurulması, vanalar olmadığında akışı durdurmak için boruların dondurulması ve kazı sırasında tam donmayan toprağın sağlamlaştırılması gibi bu tür düşük sıcaklıklar gerektiren işlerde sıklıkla kullanılır.  Sıvı nitrojen, vakum pompası sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kaynak: 1 (Erişim: )