Азот
Происходит
от греческого слова azoos - безжизненный, по-латыни Nitrogenium. Химический знак элемента - N. Азот - химический элемент V группы
периодической системы Менделеева, порядковый номер 7, относительная атомная
масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса.
Историческая справка.
Соединения
азота - селитра, азотная кислота, аммиак - были известны задолго до получения
азота в свободном состоянии. В 1772 г. Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие
вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный
им “удушливым воздухом”, не поддерживает дыхания и горения. В 1787 г. А.
Лавуазье установил, что “жизненный” и “удушливый” газы, входящие в состав
воздуха, это простые вещества, и предложил название “азот”. В 1784 г. Г.
Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское
название азота (от позднелатинского nitrum - селитра
и греческого gennao - рождаю, произвожу),
предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем. К началу ХIX в. были
выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и исключительная
роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота.
Распространенность в природе.
Азот -
один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса
(около 4*1015 т.)сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В
воздухе свободный азот (в виде молекул N2
) составляет 78,09% по объему ( или 75,6% по массе ), не считая
незначительных примесей его в виде аммиака и окислов. Среднее содержание азота
в литосфере 1,9*10-3% по массе. Природные соединения азота -
хлористый аммоний NH4CI и различные нитраты.
Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата ( Чили,
Средняя Азия ). Долгое время селитры были главным поставщиком азота для
промышленности ( сейчас основное значение для связывания азота имеет промышленный
синтез аммиака из азота воздуха и водорода ). Небольшие количества связанного
азота находятся в каменном угле ( 1 -
2,5% ) и нефти ( 0,02 - 1,5% ), а также в водах рек, морей и океанов. Азот
накапливается в почвах ( 0,1% ) и в
живых организмах ( 0,3% ).
Хотя
название “азот” означает “не поддерживающий жизни”, на самом деле это -
необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16 - 17% азота. В организмах
плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ,
имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют
белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические.
Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим
микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения
азота.
В
природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют микроорганизмы
- нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др. Однако в результате
извлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота ( особенно
при интенсивном земледелии ) почвы оказываются обедненными. Дефицит азота
характерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит азота и в
животноводстве ( “белковое голодание” ). На почвах, бедных доступным азотом,
растения плохо развиваются. Хозяйственная деятельность человека нарушает
круговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает атмосферу азотом, а заводы,
производящие удобрения, связывают азот из воздуха. Транспортировка удобрений и
продуктов сельского хозяйства перераспределяет азот на поверхности земли.
Азот -
четвертый по распространенности элемент Солнечной системы ( после водорода,
гелия и кислорода).
Атом, молекула.
Внешняя электронная оболочка атома азота состоит из 5 электронов
( одной неподеленной пары и трех неспаренных - конфигурация 2s22p3 ). Чаще всего азот в соединениях
3-ковалентен за счет неспаренных электронов ( как в аммиаке NH3 ). Наличие неподеленной пары электронов может
приводить к образованию еще одной ковалентной связи, и азот становится
4-ковалентным ( как в ионе аммония NH4+ ).
Степени окисления азота меняются от +5 ( в N2O5
) до -3 ( в NH3 ). В обычных условиях в свободном состоянии азот
образует молекулу N2, где
атомы азота связаны тремя ковалентными связями. Молекула азота очень устойчива:
энергия диссоциации ее на атомы составляет 942,9 кдж/моль, поэтому даже при
температуре 33000С степень диссоциации азота составляет лишь около
0,1%.
Физические и химические свойства.
Азот
немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м3 ( при 00С и
101325 н/м2 или 760 мм. рт. ст. ), tпл-209,860С,
tкип-195,80С. Азот
сжижается с трудом: его критическая температура довольно низка (-147,10С), а критическое
давление высоко 3,39 Мн/м2 (34,6 кгс/см2);плотность жидкого азота
808 кг/м3. В воде азот менее растворим, чем кислород: при 00С
в 1 м3 H2O растворяется 23,3 г
азота. Лучше, чем в воде, азот растворим в некоторых углеводородах.
Только с такими активными
металлами, как литий, кальций, магний, азот взаимодействует при нагревании до
сравнительно невысоких температур. С большинством других элементов азот
реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены
соединения азота с кислородом N2O, NO, N2O3,
NO2 и N2O5. Из них
при непосредственном взаимодействии элементов ( 40000С ) образуется
окись NO, которая при охлаждении легко окисляется далее до
двуокиси NO2. В воздухе окислы азота
образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь
азота с кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого N2O3 и азотного N2O5 ангидридов соответственно
получаются азотистая кислота НNO2 и
азотная кислота НNO3, образующие соли -
нитриты и нитраты. С водородом азот соединяется только при высокой температуре
и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH3. Кроме аммиака, известны и другие многочисленные
соединения азота с водородом, например гидразин H2N-NH2,
диимид HN-NH, азотистоводородная кислота HN3 (H-N=N=N), октазон N8H14 и др.; большинство соединений
азота с водородом выделено только в виде органических производных. С галогенами
азот непосредственно не взаимодействует, поэтому все галогениды азота получают
косвенным путем, например фтористый азот NF3
- при взаимодействии фтора с аммиаком. Как правило, галогениды азота -
малостойкие соединения ( за исключением NF3 );
более устойчивы оксигалогениды азота - NOF,
NOCI, NOBr, NO2F и NO2CI. С серой также не происходит непосредственного
соединения азота; азотистая сера N4S4 получается
в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии раскаленного
кокса с азотом образуется циан (СN)2. Нагреванием
азота с ацетиленом С2Н2 до 15000С может быть получен
цианистый водород HCN. Взаимодействие азота с металлами
при высоких температурах приводит к образованию нитридов (например, Mg3N2 ).
При
действии на обычный азот электрических разрядов или при разложении нитридов
бора, титана, магния и кальция, а также при электрических разрядах в воздухе
может образоваться активный азот, представляющий собой смесь молекул и атомов
азота, обладающих повышенным запасом энергии. В отличие от молекулярного,
активный азот весьма энергично взаимодействует с кислородом, водородом, парами
серы, фосфором и некоторыми металлами.
Азот
входит в состав очень многих важнейших органических соединений ( амины,
аминокислоты, нитросоединения и др. ).
Получение и применение.
В
лаборатории азот легко может быть получен при нагревании концентрированного
нитрита аммония: NH4NO2 ® N2 + 2H2O.
Технический способ получения азота основан на разделении предварительно
сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.
Основная
часть добываемого свободного азота используется для промышленного производства
аммиака, который затем в значительных количествах перерабатывается на азотную
кислоту, удобрения, взрывчатые вещества и т. д. Помимо прямого синтеза аммиака
из элементов, промышленное значение для связывания азота воздуха имеет
разработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 10000С
карбид кальция (получаемый накаливанием смеси известии угля в электрической
печи) реагирует со свободным азотом: CaC2 + N2
® CaCN2 + C. Образующийся цианамид кальция при действии
перегретого водяного пара разлагается с выделением аммиака: CaCN2 + 3H2O ® CaCO3 + 2NH3.
Cвободный азот применяют во многих отраслях промышленности:
как инертную среду при разнообразных химических и металлургических процессах,
для заполнения свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке
горючих жидкостей и т. д. Жидкий азот находит применение в различных холодильных
установках. Его хранят и транспортируют в стальных сосудах Дьюара, газообразный
азот в сжатом виде - в баллонах. Широко применяют многие соединения азота.
Производство связанного азота стало усиленно развиваться после 1-й мировой
войны и сейчас достигло огромных масштабов.
На чём основаны промышленные способы получения кислорода и азота из жидкого воздуха. Решение задач по теме получение аммиака из водорода и азота. В атмосфере земли кислорода по массе содер не меньше азота. Содержание азота и водорода в стали Москва Россия Москве. Какую самую нисшую степень окисления имеет азот. Степень окисления азота принадлежит соединению. Азотная кислота распространенность в природе. Где заправит баллон азотом в ростове на дону. Относительная атомная масса азотной кислоты. Презентация на тему азот и его соединения. Молекулы газов входящие в состав воздуха. Электронная и графическая формула азота. Степень окисления атома азота в аммиаке. Органическое соединение магния с азотом. Происхождение названия азотной кислоты.
|
