Αζωτο: κόντρα στο όνομά του

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο άζωτο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μια άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα

Βίος και πολιτεία

Τα πρώτα διαστημικά σκάφη που στάλθηκαν στον πλανήτη Αρη ήταν εφοδιασμένα με όργανα ανίχνευσης μεθανίου αλλά και αμμωνίας. Διότι η ύπαρξη αυτών των δύο μορίων είναι ένας πρώτος υπαινιγμός για ύπαρξη ζωής έστω και αν αυτή δεν είναι ορατή με γυμνό μάτι. Μιας ζωής βέβαια όπως την έχουμε εννοήσει εδώ στη Γη, όπου το άζωτο, συστατικό της αμμωνίας, είναι και συστατικό των πρωτεϊνών, των πιο σημαντικών για την ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό των ζωντανών οργανισμών. Περίπου 140 εκατομμύρια τόνοι αμμωνίας παράγονται κάθε χρόνο με βασική μέθοδο παρασκευής αυτή που ονομάζεται Haber-Bosch (1909), δηλαδή έχει ηλικία άνω των 100 ετών, θεωρήθηκε ως μια από τις εφευρέσεις του αιώνα και παίρνει το άζωτο από τον αέρα, μετά την υγροποίησή του, διότι περιέχεται εκεί άφθονο. Σε ποσοστό 75%. Αλλά αυτό γίνεται με τεράστια ενεργειακή δαπάνη. Σε θερμοκρασία 500 βαθμών Κελσίου, πίεση εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική, εισάγοντας αέρα μαζί με υγροποιημένο αέρα σε μια μεταλλική στήλη ύψους 20 μέτρων, μαζί με καταλύτη σιδήρου. Και όλη αυτή η φασαρία γίνεται διότι το άζωτο, ένα αέριο άχρωμο, άοσμο, άγευστο, προτιμά να εμφανίζεται στη Φύση, άρα και στον αέρα, όπως λέμε με τη μορφή διατομικού μορίου. Δύο δηλαδή άτομα σφιχτά δεμένα μεταξύ τους με τριπλό δεσμό, δημιουργώντας ένα από τα πιο σταθερά μόρια στη Φύση. Ομως για να χρησιμοποιηθεί από τους ζωντανούς οργανισμούς αλλά και τις βιομηχανίες είναι απαραίτητο να χωριστούν τα δύο αυτά άτομα. Γι’ αυτό ήταν μεγάλο νέο το ότι χημικοί ερευνητές στο διάσημο California Institute of Technology κατάφεραν με τη βοήθεια καταλύτη από σίδηρο και σε χαμηλές ενέργειες να κάνουν περίπου ό,τι κάνουν και τα φυτά, που αποσπούν άζωτο από τον αέρα, με έναν δικό τους και σε σύγκριση με τις βιομηχανίες πολύ πιο σιωπηλό και «ήρεμο» τρόπο.

Το είπαν και nitrogene και azote. Και τα δύο όπως είναι φανερό από ελληνικές ρίζες. Ο γάλλος χημικός και γιατρός Chaptal το 1790 επινόησε το πρώτο όνομα επειδή από το στοιχείο αυτό προκύπτει το νιτρικό κάλιο, που ονομαζόταν και νίτρο. Αυτό δηλαδή που γεννάει το νίτρο. Το άλλο όνομα οφείλεται στον διάσημο γάλλο χημικό Λαβουαζιέ που το 1775 έδειξε ότι πρόκειται για ξεχωριστό στοιχείο και επειδή μόνο του δεν είναι να το εισπνέεις και να σε συντηρεί όπως το οξυγόνο, δεν επιτρέπει δηλαδή τη ζωή, του έδωσε την ονομασία azote (=Α+Ζωτο).

Ατομικός αριθμός: 7

Ατομικό βάρος:14.00674

Σημείο βρασμού:-196 ^οC

Αριθμός ισοτόπων:17

Εκτός από την παρουσία του στα βιολογικά μόρια, κυρίως τις πρωτεΐνες, βοηθάει στην αγροτική παραγωγή αφού είναι το ένα από τα δύο βασικά συστατικά των συμβατικών λιπασμάτων (το άλλο είναι ο φωσφόρος).

Το μονοξείδιο του αζώτου χρησιμοποιήθηκε ακόμη από την αρχαία κινεζική ιατρική για να ανακουφίζει τη στηθάγχη, όπου έχουμε μειωμένη παροχή αίματος και οξυγόνου στον καρδιακό μυ. Εδιναν στον ασθενή να κρατήσει στο στόμα του κρυστάλλους νιτρικού καλίου, διότι τα βακτηρίδια της στοματικής κοιλότητας μετατρέπουν τη νιτρική ρίζα σε διοξείδιο του αζώτου και από εκεί προκύπτει μονοξείδιο που διαστέλλει τα αγγεία. Υπήρξαν και χάπια νιτρογλυκερίνης για τις καρδιοπάθειες. Σήμερα γνωρίζουμε ότι το μονοξείδιο του αζώτου μπορεί να δράσει σε 100 περίπου διαφορετικά σημεία του σώματος και αποτελεί κομβικό μόριο της δράσης του γνωστού χαπιού Viagra που αναστέλλει την… απαγόρευση να εισρεύσει αίμα στο «σπογγώδες σώμα» και να προκληθεί στύση.

Ο Αλφρεντ Νομπέλ έγινε πάμπλουτος γιατί επινόησε την ελεγχόμενη έκρηξη της νιτρογλυκερίνης, της γνωστής δυναμίτιδας

Πολλά εκρηκτικά έχουν σαν βασικό συστατικό το άζωτο. Το μπαρούτι είναι μείγμα άνθρακα, θείου και νιτρικού καλίου. Το 1846 παρασκευάστηκε για πρώτη φορά ένα μείγμα γλυκερίνης, θειικού οξέος και νιτρικού οξέος, η νιτρογλυκερίνη. Το 1867, ο σουηδός χημικός Αλφρεντ Νομπέλ σκέφτηκε να προσροφάται η νιτρογλυκερίνη σε ένα είδος πηλού και έτσι να μην είναι πλέον τόσο ανεξέλεγκτη και να προκαλείται η έκρηξή της με πυροκροτητή. Ετσι έγινε πάμπλουτος από την εφεύρεσή του που ήταν στην ουσία η δυναμίτιδα.

Από την αμμωνία στη βιομηχανία παράγεται νιτρικό οξύ και στη συνέχεια με διάφορες μεθόδους πολυουρεθάνη, νάιλον, αζωχρώματα.

Κάτι που γίνεται στη Φύση κάθε ημέρα και κάθε δευτερόλεπτο της ημέρας, δεν μπορεί να αναπαραχθεί στο εργαστήριο. Βακτηρίδια που ζουν στο έδαφος καταφέρνουν με τη βοήθεια ενός ενζύμου που ονομάζεται νιτρογενάση να αφαιρούν το άζωτο από τον αέρα, έτσι όπως είναι σφιχταγκαλιασμένα τα δύο άτομα, να διασπούν τον μεταξύ τους ισχυρό τριπλό δεσμό και να δίνουν στα φυτά το απαραίτητο άζωτο. Και όσο και αν φαίνεται αξιοπερίεργο δεν ήταν μέχρι σήμερα δυνατόν να αποκρυπτογραφηθεί πλήρως η δομή της νιτρογενάσης και ο μηχανισμός δράσης της. Διαθέτει ένα κέντρο με πολύ μπερδεμένη δομή όπου βρίσκονται άτομα σιδήρου και μολυβδαινίου αλλά δεν έχει ξεκαθαριστεί ακόμη ποιο από τα δύο είναι που παίζει τον βασικό ρόλο στο χωρισμό των δύο ατόμων αζώτου. Η ομάδα στην Καλιφόρνια επιμένει με την τελευταία της εργασία ότι το «κλειδί» της όλης διαδικασίας είναι… σιδερένιο (doi:10.1038/nature12435).

Οχι ακόμη, δυστυχώς, διότι η απόδοση είναι ακόμη πολύ χαμηλή. Πάντως έχουν γίνει πολλά βήματα προς την κατανόηση του πώς είναι η δομή της νιτρογενάσης (στο πολύπλοκο εκείνο κέντρο της έχει αναγνωριστεί, μετά από τεράστιες προσπάθειες, ότι υπάρχουν 1 άτομο μολυβδαινίου, 7 σιδήρου, 6 θείου και 1 άνθρακα).

Η αλήθεια είναι πως ζούσαμε και τρώγαμε ωραία και πριν χρησιμοποιήσουν υγρό άζωτο οι μάγειροι. Είναι όμως εντυπωσιακό και κάτι που πάει λίγο πιο πέρα την εξεζητημένη μαγειρική. Εκτός από το ωραίο σκηνικό με τον κάδο του αζώτου να βγάζει λευκούς ατμούς θεωρείται ότι διατηρούνται καλύτερα κάποια γευστικά τρόφιμα όταν ψυχθούν στιγμιαία στους -196 βαθμούς. Είναι βέβαιο ότι η απότομη ψύξη δεν επιτρέπει στο νερό που βρίσκεται μέσα σε αυτά να δημιουργήσει μεγάλους και αιχμηρούς κρυστάλλους που καταστρέφουν τη λεπτή υφή κάποιων υλικών. Θεωρείται επίσης ότι είναι καλύτερο να χρησιμοποιείς το υγρό άζωτο για πράγματα που δεν είναι πολύ συμπαγή διότι αργούν να αποψυχθούν ενώ μια μαρέγκα ή ένα αφρώδες, όπως η μους για παράδειγμα, διατηρούνται ιδανικά σε βαθιά κατάψυξη μέχρι να προσφερθούν.

Αντίθετα από ό,τι θα περίμενε κάποιος δεν κάνει έγκαυμα απευθείας αν έλθει σε επαφή με το δέρμα αλλά αν διαβρέξει ένα ρούχο που φοράμε. Επίσης δεν πρέπει να έρχεται σε επαφή με τα μάτια, να μένει σε ανοιχτό δοχείο κατά τη χρήση αλλά ο χώρος να αερίζεται πολύ καλά διότι μπορεί να γεμίσει με άζωτο που είναι ασφυξιογόνο.