Úvod
Dusík (N) je chemický prvek, který tvoří přibližně 78 % zemské atmosféry, což z něj činí nejrozšířenější plyn v našem okolí. Jedná se o bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je za běžných podmínek poměrně málo reaktivní. Jeho protonové číslo je 7 a v periodické tabulce prvků ho řadíme do 15. skupiny (pniktogeny). Průmyslově se získává frakční destilací zkapalněného vzduchu. Ačkoli se nám může zdát inertní, dusík je naprosto klíčový pro život, neboť ho najdeme jako součást všech bílkovin a nukleových kyselin v živých organismech.
Vlastnosti
Dusík, chemická značka N a protonové číslo 7, je typický nekov 15. skupiny periodické tabulky. Za standardních podmínek tvoří bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, sestávající z dvouatomových molekul N₂. Tyto molekuly jsou výjimečně stabilní díky extrémně pevné trojné kovalentní vazbě, která způsobuje jeho značnou chemickou inertnost při běžných teplotách. Jeho bod varu je -195,79 °C, což umožňuje jeho existenci jako kapalného kryogenika. Dusík vykazuje širokou škálu oxidačních stavů, od -3 v amoniaku po +5 v dusičnanech, a je zásadní pro tvorbu aminokyselin a nukleových kyselin.
Vznik názvu
Český název „dusík“ vytvořil v roce 1828 Jan Svatopluk Presl. Je odvozen od slovesa „dusit“, což přesně vystihuje jeho základní vlastnost. Na rozdíl od kyslíku totiž nepodporuje hoření ani dýchání – plameny i živé tvory v čisté dusíkové atmosféře jednoduše „udusí“.
Objev
Objev dusíku je připisován skotskému lékaři Danielu Rutherfordovi v roce 1772. Rutherford při svých experimentech odstranil ze vzorku vzduchu kyslík a oxid uhličitý a zjistil, že zbývající plyn nepodporuje hoření ani dýchání. Nazval jej „zkažený vzduch“. Nezávisle na něm izolovali dusík ve stejné době i další vědci jako Carl Wilhelm Scheele a Henry Cavendish. Významný francouzský chemik Antoine Lavoisier mu dal jméno „azote“, z řeckého „azotikos“ znamenající „bez života“, což odkazuje na jeho neschopnost udržet život. České jméno „dusík“ zavedl Jan Svatopluk Presl, vycházeje z jeho dusivých účinků.
Výskyt v přírodě
Dusík je nejrozšířenějším prvkem v zemské atmosféře, kde tvoří přibližně 78 % jejího objemu v podobě molekul N₂. Je také zásadní biogenní prvek, nezbytný pro všechny živé organismy jako součást aminokyselin, bílkovin a nukleových kyselin. Jeho koloběh v přírodě je klíčový. V zemské kůře se vyskytuje méně často, především ve formě dusičnanů, například jako chilský ledek. Průmyslově se dusík získává téměř výhradně frakční destilací zkapalněného vzduchu. Během tohoto procesu se zkapalněný vzduch postupně zahřívá a dusík, který má nižší bod varu než kyslík, se odpařuje jako první a je následně jímán.
Využití
Dusík je nejrozšířenějším prvkem v zemské atmosféře, tvoří přibližně 78 % jejího objemu. Pro veškerý život je naprosto nepostradatelný, jelikož je základním stavebním kamenem bílkovin a nukleových kyselin, jako jsou DNA a RNA. V přírodním koloběhu ho fixují bakterie, čímž ho zpřístupňují rostlinám. Člověk ho masivně využívá k výrobě amoniaku pro zemědělská hnojiva, která zásadně zvyšují výnosy plodin. Kapalný dusík slouží jako účinné chladivo v kryogenice a potravinářství. Plynný dusík vytváří inertní atmosféru při svařování nebo balení potravin, čímž prodlužuje jejich trvanlivost.
Sloučeniny
Dusík tvoří obrovské množství sloučenin, jak přírodních, tak syntetických. V přírodě je klíčovou součástí aminokyselin, z nichž se skládají proteiny, a nukleových kyselin nesoucích genetickou informaci. Vyskytuje se ve formě dusičnanů a dusitanů v půdě, které jsou životně důležité pro rostliny. Průmyslově vyráběný amoniak je základní surovinou pro hnojiva i kyselinu dusičnou. Ta se dále používá při výrobě výbušnin jako nitroglycerin. Mezi další známé umělé sloučeniny patří oxid dusný, neboli rajský plyn, používaný jako anestetikum, nebo odolná vlákna jako nylon a kevlar.
Zajímavosti
Při potápění ve velkých hloubkách může dusík v dýchací směsi způsobovat stav známý jako dusíková narkóza, připomínající opilost. Příliš rychlý výstup pak vede k dekompresní nemoci, kdy se v těle tvoří nebezpečné bublinky plynu. V atmosféře je dusík zodpovědný za úchvatné nebeské jevy; excitované molekuly dusíku září červenými a modrofialovými barvami polární záře. Navíc tvoří přes 98 % husté atmosféry Saturnova měsíce Titanu. Jeho mimořádná chemická netečnost je způsobena extrémně pevnou trojnou vazbou mezi jeho dvěma atomy v molekule N₂.
