Azot (N) — Özellikleri, Kullanım Alanları ve Detaylı Bilgi

Azot, periyodik sistemin 15. grubunda yer alan renksiz, kokusuz ve tadı olmayan bir ametaldir. Atom numarası 7'dir; elektron dizilimi [He] 2s² 2p³ biçimindedir ve iki elektron katmanı 2-5 düzenindedir. Yani beş değerlik elektronuna sahiptir ve tam sekizliye ulaşmak için üç elektrona ihtiyaç duyar; bu “açlık”, onun kimyasal karakterini belirler. En yaygın hâli N₂ molekülüdür: iki azot atomu, kimyada en güçlü bağlardan biri olan üçlü bağ (N≡N) ile birbirine kenetlenmiştir. Bu yüzden azot gazı son derece tepkimsizdir; havada serbest hâlde, kendine güvenen bir tembel gibi dolaşır.

Oysa bu tembellik yalnızca bir görünüştür. Atmosferimizin yaklaşık dörtte üçünden fazlası (%78'i) azot gazıdır ve azot aynı zamanda amino asitlerin, proteinlerin ve DNA'nın yapı taşlarındandır. Yani hem en bol havayı hem de canlılığın çekirdeğini bu element tutar. Bitkiler onu doğrudan kullanamaz; onun önce amonyak ya da nitrat biçiminde “sindirilmesi” gerekir. Modern tarımın, suni gübrenin ve dolayısıyla günümüz nüfusunun ayakta kalması, bu sindirim işlemini sanayi ölçeğinde yapmayı öğrenmemize bağlıdır. Azotun hikâyesi, havadan sofraya uzanan bir hikâyedir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Azotun atomik kütlesi 14,007 u'dur. Gaz hâldeki yoğunluğu (standart koşullarda) 1,251 g/L'dir; bu değer, havanın ortalama yoğunluğundan hafifçe düşüktür ve azotun havadan biraz daha hafif olduğunu gösterir. Erime noktası 63,15 K, kaynama noktası 77,355 K'dır; yani azot, soğutulduğunda yaklaşık −196 °C'de kaynayarak sıvılaşır. Bu olağanüstü düşük sıcaklık, sıvı azotu laboratuvarların en soğuk ve en kullanışlı araçlarından biri yapar. Elektronegatifliği 3,04 ile ametaller arasında en yüksek değerlere yakın bir konumdadır; bu yüzden bileşiklerinde −3'ten +5'e uzanan geniş bir yükseltgenme basamağı yelpazesi sergiler.

Azotu asıl ilginç kılan, kimyasal kişiliğindeki keskin tezatlıktır: N₂ gazı üçlü bağı sayesinde son derece tepkimsizken, azotun bazı bileşikleri güçlü yükseltgenlerdir ve patlayıcı bileşiklerin enerji kaynağıdır. Çünkü üçlü bağı kırmak büyük enerji ister; ama o bağ bir kez kırıldığında azot, oksijen ve hidrojenle çok kararlı bağlar kurmaya heveslenir. Güherçile ve dinamitin arkasındaki güç ile gübrenin bereketi aynı mekanizmadan doğar. Elektron dizilimi [He] 2s² 2p³ olan bu element, 15. grubun tepesinde durur; aşağıdaki fosfor gibi kardeşleriyle birlikte p-blokun bu ailesini oluşturur.

Tarihi ve Keşfi

18. yüzyılın sonlarında “havanın hangi parçası yanmayı sürdürür?” sorusu kimyayı meşgul ediyordu. İskoçyalı hekim Daniel Rutherford, 1772'de kapalı bir kapta havadaki oksijeni yanma ve solunumla tüketerek geriye kalan gazı inceledi: Bu gaz ne yanmayı destekliyor ne de yaşamı sürdürüyordu. Rutherford, bu “bozuk havayı” tanımlayarak azotu keşfetmişti. Aynı yıllarda Scheele ve Cavendish de benzer bir gazdan söz ediyordu; ama Lavoisier'in modern yanma kuramı, bu gazın havanın ayrı bir bileşeni olduğunu ilk kez sağlam temele oturttu.

Adlandırma işi Fransız kimyacı Jean-Antoine Chaptal'a kaldı: Azotun güherçile (potasyum nitrat) üreten gaz olduğu için ona “nitrogène”, yani “güherçile doğuran” adını taktı. Türkçedeki “azot” adı ise Yunanca “hayatsız” anlamına gelen bir sözcükten gelir; gazın yaşamı sürdürmediği gözleminden doğmuştur. Oysa bu ad, elementin gelecekteki şöhretiyle acı bir ironi oluşturur: Kendini “hayatsız” ilan eden gaz, proteinleri ve DNA'yı inşa eden elementtir. 20. yüzyılın başında Haber-Bosch yönteminin geliştirilmesiyle azot, havadan gübreye dönüştürülebilecek ve tarım tarihi kökten değişecekti.

Doğada Bulunuşu ve Üretimi

Azot, Dünya'da en bol bulunduğu yeri atmosferdir: Kuru havanın yaklaşık %78'i N₂ gazıdır; atmosfer adeta dev bir azot deposudur. Buna karşılık yer kabuğundaki payı görece düşüktür ve orada hep bileşikler hâlinde bulunur: Güherçile (potasyum nitrat) mağaralarda ve eski gübre yığınlarında; Çili güherçilesi (sodyum nitrat) kurak Çili çöllerinde; organik azot ise toprakta, humusta ve canlı dokularında bulunur.

Sanayide azot gazı en çok sıvı havanın damıtılarak ayrıştırılmasıyla elde edilir: Hava önce sıvılaştırılır, sonra kaynama noktaları farkından yararlanılarak azot, oksijenden ve argondan ayrılır. Daha küçük ölçekli gereksinimlerde, havadaki oksijeni seçici olarak yakalayan ayırıcı katmanlar (basınç salınımlı adsorpsiyon yöntemi) da kullanılır. Canlılar için asıl kritik konu, atmosferdeki dev ama tepkimsiz azot havuzunun, bitkilerin kullanabileceği amonyak ve nitrat biçimlerine dönüştürülmesidir; bu dönüşüm doğada azot bağlayan bakteriler tarafından, sanayide Haber-Bosch yöntemiyle yapılır.

Kullanım Alanları

Azotun kullanım alanları, kimyanın günlük hayata dokunduğu en somut örneklerden birini sunar:

• Suni gübre ve tarım: Haber-Bosch yöntemiyle havadaki azot, amonyağa dönüştürülür; amonyaktan üre ve diğer nitratlı gübreler yapılır. Dünya nüfusunun önemli bölümünün beslenebilmesi bu teknolojiye borçludur.
• Sıvı azot ve soğutma: 77,355 K'da kaynayan sıvı azot; kan, doku, tohum ve laboratuvar örneklerini derin dondurma koşullarında saklamak için kullanılır. Mutfak şovlarındaki “anında donan tatlıların” da sırrıdır.
• Koruyucu atıl atmosfer: Cips paketlerinde, şarap ve zeytinyağı şişelerinde, patlayıcı üretiminde ve kaynakta; oksijenle bozulabilecek ya da tutuşabilecek maddelerin çevresindeki havayı azotla değiştirerek bozulmayı ve yangını önler.
• Kimya endüstrisi: Amonyak, nitrik asit ve bunlardan türeyen binlerce bileşiğin hammaddesidir; nitrik asit, gübre ve patlayıcı sanayisinin merkezi ara ürünlerinden biridir.
• Lastik şişirme: Uçak lastikleri azotla şişirilir; çünkü azot daha az nem taşır ve sıcaklık değişiminde hacmi daha öngörülebilir biçimde değişir.
• Gıda katkısı: Ambalaj gazı olarak kullanımı onaylıdır (E 948) ve paket içi hacmi koruyarak kırılgan ürünleri ezilmekten de korur.

Canlı Yaşamındaki Rolü

Azot, canlılığın çekirdek elementlerinden biridir. Amino asitlerin ve dolayısıyla proteinlerin amino (−NH₂) grupları, DNA ve RNA'daki azotlu bazlar (adenin, timin, guanin, sitozin, urasil) azot içerir; yani vücudun yapı ve yönetim şeması azot atomları üzerine kuruludur. Yeşil bitkilerin güneş ışığını yakalayan klorofil molekülü de azot içerir.

Canlılar atmosferdeki N₂'yi doğrudan kullanamaz; azot önce “bağlanmalıdır”. Baklagillerin köklerindeki nodüllerde yaşayan Rhizobium bakterileri azotu amonyağa çevirerek bitkiye hediye eder; bazı toprak ve su bakterileri de aynı işi yapar. Toprakta azot, nitrifikasyonla nitrat hâline gelir, bitkiler tarafından alınıp organik moleküllere gömülür, besin zincirinde dolaşır ve ayrışma ile döngüye geri döner; bu bütüne azot döngüsü denir. İnsanlar azotu proteinli besinlerden alır ve vücudumuz onu kullanıp üre olarak geri verir. Kısacası azot döngüsü, kum saatinin sürekli ters çevrilmesidir ve hayat bunun üstünde döner.

Güvenlik, Tehlikeler ve Önlemler

Azot gazı zehirli değildir ve havanın en büyük bölümünü zaten o oluşturur; ama tam da bu yüzden sessiz bir tehlike taşır: Kapalı alanlarda azot birikirse oksijeni yerinden eder ve ortama giren kişi boğulma riski yaşar; azot kokusuz olduğu için tehlike hiçbir sinyal vermeden kurulur. Bu yüzden azot dolu tanklar, depolar ve azot atmosferinde çalışan kapalı sistemler, havalandırma ve oksijen ölçer olmadan girilmemelidir.

Sıvı azot ise 77,355 K'da, yani yaklaşık −196 °C'de bulunur; cilde değdiği anda donma yaraları (kriyojenik yanıklar) yapar. Kapalı kaplarda buharlaşarak basınç oluşturur; bu yüzden asla tam kapanan kaplarda saklanmaz, havalandırmalı özel kaplarda (kriyojenik termoslar) taşınır. Azot bileşikleri tehlike açısından bakım ister: Nitratlı patlayıcılar ve yükseltgen nitratlar, nitritler de yutulduğunda toksiktir. Tarımda gübre dozajına dikkat edilmeli, aşırı nitrat içeren sular özellikle çocuklar için risk oluşturabilir. Özet: Azot, “zararsız gaz” etiketine rağmen kendine özgü kuralları olan bir elementtir.

İlginç Bilgiler

• Atmosferin yaklaşık %78'i azottur; yani her nefesimizde çektiğimiz havanın dörtte üçünden fazlası azot molekülüdür.
• N₂ molekülündeki üçlü bağ, bilinen iki atomlu moleküllerin en güçlü bağlarından biridir; kırmak ciddi enerji ister.
• Sıvı azot yaklaşık −196 °C'de kaynar; ciltle teması saniyeler içinde ciddi donma yaraları yapabilir.
• Azot adı Yunanca “hayatsız” demektir; oysa proteinleri ve DNA'yı kuran azot, adına ihanet eden bir yaşam elementidir.

Konuya Dair Bağlantılar

Periyodik Tablo sayfasından tüm elementlere göz atabilir, tüm konu anlatımlarımızı 9. Sınıf Kimya Konuları ve Genel Kimya kategorilerinde bulabilirsiniz.

Aynı grubun diğer üyeleri: Fosfor (P), Arsenik (As), Antimon (Sb), Bizmut (Bi), Moskovyum (Mc).

Sıralamadaki komşu elementler: ← Karbon | Oksijen →.

Konuyla ilgili ders anlatımları: periyodik sistem ve ozellikleri, atom yapisi ve elektron dizilimi.