АЗОТ ХІМІЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ
Химия

АЗОТ ХІМІЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ


clip_image002

Походить від грецького слова azoos – неживий, латиною Nitrogenium. Хімічний знак елемента – N. Азот – хімічний елемент V групи періодичної системи Менделєєва, порядковий номер 7, відносна атомна маса 14,0067; безбарвний газ, що не має запаху та смаку.

Історична довідка.

Сполуки азоту — селітра, азотна кислота, аміак — були відомі задовго до отримання азоту у вільному стані. У 1772 р. Д. Резерфорд, спалюючи фосфор та інші речовини у скляному дзвоні, показав, що що залишається після згоряння газ, названий їм “задушливим повітрям”, не підтримує дихання і горіння. У 1787 р. А. Лавуазьє встановив, що «життєвий» та «задушливий» гази, що входять до складу повітря, це прості речовини, і запропонував назву «азот». У 1784 р. Г. Кавендіш показав, що азот входить до складу селітри; звідси й походить латинська назва азоту (від пізньолатинського nitrum – селітра та грецького gennao – народжую, виробляю), запропоноване 1790 року Ж. А. Шапталем. На початку ХІХ ст. були з’ясовані хімічна інертність азоту у вільному стані та виняткова роль його у сполуках з іншими елементами як зв’язаний азот.

Поширеність у природі.

Азот – один із найпоширеніших елементів на Землі, причому основна його маса (близько 4*1015 т.) зосереджена у вільному стані у атмосфері. У повітрі вільний азот (як молекул N2 ) становить 78,09% за обсягом ( чи 75,6% за масою ), крім незначних домішок його як аміаку і оксидів. Середній вміст азоту у літосфері 1,9*10-3% за масою. Природні сполуки азоту – хлористий амоній NH4CI та різні нітрати. Великі скупчення селітри характерні для сухого порожнього клімату (Чілі, Середня Азія). Довгий час селітри були головним постачальником азоту для промисловості (тепер основне значення для зв’язування азоту має промисловий синтез аміаку з азоту повітря та водню). Невеликі кількості зв’язаного азоту перебувають у кам’яному вугіллі ( 1 – 2,5% ) та нафти ( 0,02 – 1,5% ), і навіть у водах річок, морів та океанів. Азот накопичується в ґрунтах (0,1%) та в живих організмах (0,3%).

Хоча назва “азот” означає “не підтримує життя”, насправді це – необхідний життєдіяльності елемент. У білку тварин та людини міститься 16 – 17% азоту. В організмах м’ясоїдних тварин білок утворюється за рахунок споживаних білкових речовин, що є в організмах травоїдних тварин та в рослинах. Рослини синтезують білок, засвоюючи азотисті речовини, що містяться в грунті, головним чином неорганічні. Значні кількості азоту надходять у ґрунт завдяки азотфіксуючим мікроорганізмам, здатним переводити вільний азот повітря на сполуки азоту.

У природі здійснюється кругообіг азоту, головну роль якому грають мікроорганізми – нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие та інших. Однак у результаті вилучення з грунту рослинами великої кількості пов’язаного азоту ( особливо за інтенсивному землеробстві ) грунту виявляються збідненими. Дефіцит азоту уражає землеробства багатьох країн, спостерігається дефіцит азоту й у тваринництві ( “білкове голодування” ). На ґрунтах, бідних на доступний азот, рослини погано розвиваються. Господарська діяльність людини порушує кругообіг азоту. Так, спалювання палива збагачує атмосферу азотом, а заводи, що виробляють добрива, пов’язують азот із повітря. Транспортування добрив та продуктів сільського господарства перерозподіляє азот на поверхні землі.

Азот — четвертий за поширеністю елемент Сонячної системи (після водню, гелію та кисню).

атом, молекула.

Зовнішня електронна оболонка атома азоту складається з 5 електронів (одної неподіленої пари та трьох неспарених – конфігурація 2s22p3 ). Найчастіше азот у з’єднаннях 3-ковалентен за рахунок неспарених електронів (як в аміаку NH3 ). Наявність неподіленої пари електронів може призводити до утворення ще одного ковалентного зв’язку, і азот стає 4-ковалентним (як іоні амонію NH4+ ). Ступені окислення азоту змінюються від +5 ( N2O5 ) до -3 ( в NH3 ). У звичайних умовах у вільному стані азот утворює молекулу N2де атоми азоту пов’язані трьома ковалентними зв’язками. Молекула азоту дуже стійка: енергія дисоціації її на атоми становить 942,9 кДж/моль, тому навіть за температури 33000Зі ступінь дисоціації азоту становить лише близько 0,1%.

Фізичні та хімічні властивості.

Азот трохи легший за повітря; густина 1,2506 кг/м3 (при 00С та 101325 н/м2 чи 760 мм. рт. ст. ), tпл-209,860З, tстос-195,80З. Азот зріджується важко: його критична температура досить низька (-147,10С), а критичний тиск високо 3,39 Мн/м2 (34,6 кгс/см2);щільність рідкого азоту 808 кг/м3. У воді азот менш розчинний, ніж кисень: при 00З 1 м3 H2O розчиняється 233 г азоту. Краще, ніж у воді, азот розчинний у деяких вуглеводнях.

clip_image003Тільки з такими активними металами як літій, кальцій, магній, азот взаємодіє при нагріванні до порівняно невисоких температур. З більшістю інших елементів азот реагує за високої температури й у присутності каталізаторів. Добре вивчені сполуки азоту із киснем N2O, NO, N2O3, NO2 та N2O5. З них при безпосередній взаємодії елементів (40000С) утворюється окис NO, який при охолодженні легко окислюється далі до двоокису NO2. У повітрі оксиди азоту утворюються за атмосферних розрядів. Їх можна отримати також дією на суміш азоту з киснем іонізуючих випромінювань. При розчиненні у воді азотистого N2O3 та азотного N2O5 ангідридів відповідно виходять азотна кислота НNO2 та азотна кислота НNO3, що утворюють солі – нітрити та нітрати. З воднем азот з’єднується лише за високої температурі й у присутності каталізаторів, у своїй утворюється аміак NH3. Крім аміаку, відомі інші численні сполуки азоту з воднем, наприклад гідразин H2N-NH2, діімід HN-NH, азотистоводнева кислота HN3 (HN=N=N), октазон N8H14 та ін.; більшість сполук азоту з воднем виділено лише органічних похідних. З галогенами азот безпосередньо не взаємодіє, тому всі галогеніди азоту одержують непрямим шляхом, наприклад, фтористий азот NF3 — При взаємодії фтору з аміаком. Як правило, галогеніди азоту — малостійкі сполуки (за винятком NF3 ); стійкіші оксигалогеніди азоту — NOF, NOCI, NOBr, NO2F та NO2CI. З сіркою також не відбувається безпосередньої сполуки азоту; азотиста сірка N4S4 виходить внаслідок реакції рідкої сірки з аміаком. При взаємодії розпеченого коксу з азотом утворюється ціан (СN)2. Нагріванням азоту з ацетиленом2Н2 до 15000З може бути отриманий ціаністий водень HCN. Взаємодія азоту з металами за високих температур призводить до утворення нітридів (наприклад, Mg3N2 ).

При дії на звичайний азот електричних розрядів або при розкладанні нітридів бору, титану, магнію і кальцію, а також при електричних розрядах у повітрі може утворитися активний азот, що є сумішшю молекул і атомів азоту, що володіють підвищеним запасом енергії. На відміну від молекулярного, активний азот дуже енергійно взаємодіє з киснем, воднем, парами сірки, фосфором та деякими металами.

Азот входить до складу дуже багатьох найважливіших органічних сполук (аміни, амінокислоти, нітросполуки та ін).

Отримання та застосування.

В лабораторії азот легко можна отримати при нагріванні концентрованого нітриту амонію: NH4NO2 ® N2 + 2H2O. Технічний спосіб отримання азоту заснований на розділенні попередньо зрідженого повітря, яке потім піддається розгонці.

clip_image004clip_image004[1]clip_image004[2]clip_image005Основна частина видобутого вільного азоту використовується для промислового виробництва аміаку, який потім у значних кількостях переробляється на азотну кислоту, добрива, вибухові речовини і т. д. заснований на тому, що при 10000З карбід кальцію (одержуваний розжарюванням суміші повідомленні вугілля в електричній печі) реагує з вільним азотом: CaC2 + N2 ® CaCN2 + C. Цианамид кальцію, що утворюється при дії перегрітої водяної пари, розкладається з виділенням аміаку: CaCN2 + 3H2O ® CaCO3 + 2NH3.

Вільний азот застосовують у багатьох галузях промисловості: як інертне середовище при різноманітних хімічних та металургійних процесах, для заповнення вільного простору в ртутних термометрах, при перекачуванні горючих рідин тощо. буд. Рідкий азот знаходить застосування у різних холодильних установках. Його зберігають та транспортують у сталевих судинах Дьюара, газоподібний азот у стислому вигляді – у балонах. Широко застосовують багато сполук азоту. Виробництво зв’язаного азоту стало посилено розвиватися після 1-ї світової війни і сьогодні досягло великих масштабів.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *