Азот – це що за речовина? Типи та властивості азоту. Азот - Велика радянська енциклопедія Атомний номер азоту в менделєєвій таблиці

Позначення – N (Nitrogen);
Період – II;
Група – 15 (Va);
Атомна маса – 14,00674;
Атомний номер – 7;
Радіус атома = 92 пм;
Ковалентний радіус = 75 пм;
Розподіл електронів - 1s 2 2s 2 2p 3;
t плавлення = -209,86 ° C;
t кипіння = -195,8 ° C;
Електронегативність (по Полінгу/по Алпреду та Рохову) = 3,04/3,07;
Ступінь окиснення: +5, +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3;
Щільність (н. у.) = 0,808 г/см 3 (-195,8 ° C);
Молярний об'єм = 17,3 см3/моль.

З'єднання азоту:

Рівняння окисно-відновних реакцій азоту.

Однозначно назвати вченого, який першим відкрив азот не є можливим з тієї простої причини, що це практично одночасно зробили в 1772 відразу троє - Генрі Кавендіш, Джозеф Прістлі і Даніель Резерфорд (ще до цього списку можна зарахувати і Карла Шееле). Однак, жоден із вчених свого часу так і не зрозумів до кінця свого відкриття. Багато "пальму першості" віддають шотландцю Даніелю Резерфорду, оскільки він першим опублікував магістерську дисертацію, в якій описав основні властивості "зіпсованого повітря".

Власне назва було запропоновано у 1787 році А. Лавуазьє.

Азот є четвертим найпоширенішим хімічним елементом Сонячної системи (після водню, гелію та кисню). Азот є одним із найпоширеніших елементів на Землі:

в земній атмосфері азоту міститься 3,87 10 18 кг - 75,6% (за масою) або 78,08% (за обсягом);
в земної кориазоту міститься (0,7-1,5) 10 18 кг;
в земній мантії азоту міститься 1,3 10 19 кг;
в гідросфері азоту міститься 2 10 16 кг (7 10 14 кг у вигляді сполук).

Азот грає найважливішу роль життєдіяльності організмів - він у білках, амінокислотах, амінах, нуклеїнових кислотах.

Природний азот складається з двох стабільних ізотопів 14 N – 99,635% та 15 N – 0,365%.

Атом азоту містить 7 електронів, які розташовуються на двох орбіталях (s та p) (див. Електронна структура атомів). На внутрішній орбіталі розташовані 2 електрони; на зовнішній - 5 (одна вільна електронна пара + три неспарені електрони, які можуть утворювати три ковалентні зв'язки; див. Ковалентний зв'язок).

Вступаючи в реакції з іншими хімічними елементами, атом азоту може виявляти ступінь окислення від +5 до -3 (крім трьох валентних електронів ще один зв'язок може утворюватися донорно-акцепторного механізму за рахунок вільної електронної пари з атомом, що має вільну орбіталь).

Ступені окислення азоту:

+5 - HNO 3;
+4 - NO 2;
+3 - HNO 2;
+2 - NO;
+1 - N 2 O;
-1 - NH 2 OH;
-2 - N 2 H 4;
-3 (Найпоширеніша) - NH 3 .

N 2

Три неспарених р-електрона атома азоту, що лежать на його зовнішньому енергетичному рівні, мають форму рівноплечої вісімки, розташовуючись перпендикулярно один до одного:

При утворенні молекули азоту (N 2) p-орбіталь, розташована по осі X, одного атома, перекривається з аналогічною p x -орбіталлю іншого атома - у місці перетину орбіталей утворюється підвищена електронна щільність з формування ковалентного зв'язку ( σ-зв'язок).

Дві інші орбіталі одного атома, розташовані по осях Y і Z, перекриваються бічними поверхнями зі своїми "побратимами" іншого атома, утворюючи ще два ковалентні зв'язки ( π-зв'язку).

У результаті, в молекулі азоту (N 2) утворюються 3 ковалентні зв'язки (два π-зв'язку + одна σ-зв'язок), тобто, виникає дуже міцна потрійна зв'язок (див. Множинні зв'язки).

Молекула азоту дуже міцна (енергія дисоціації 940 кДж/моль), має низьку реакційну здатність.

Властивості молекулярного азоту

У нормальних умовах азот є малоактивною речовиною, що пояснюється досить міцними міжатомарними зв'язками в його молекулі, оскільки вони утворені аж трьома парами електронів. З цієї причини зазвичай азот вступає в реакції при високих температурах.

газ без запаху та кольору;
погано розчинний у воді;
розчинний в органічних розчинниках;
може реагувати з металами та неметалами при нагріванні у присутності каталізатора (під впливом іонізуючого опромінення);
азот входить у реакції як окислювач (виняток становлять кисень і фтор):
- за нормальних умов азот реагує тільки з літієм:
  6Li + N 2 = 2Li 3 N;
- при нагріванні азот реагує з металами:
  2Al + N 2 = 2AlN;
- при температурі 500°C і високому тиску в присутності заліза азот реагує з воднем:
  N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3;
- при температурі 1000°C азот реагує з киснем, бором, кремнієм:
  N 2 + O 2 ↔ 2NO.
азот взаємодіє, як відновник:
- з киснем:
  N 2 0 +O 2 0 ↔ 2N +2 O -2 (оксид азоту II)
- з фтором:
  N 2 0 +3F 2 0 = 2N+3F 3 -1 (фторид азоту III)

Отримання та застосування азоту

Отримання азоту:

промисловим способом азот одержують зрідженням повітря з наступним відділенням азоту шляхом випаровування;
лабораторні способи одержання азоту:
- розкладанням нітриту амонію:
  NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O;
- відновленням азотної кислоти активними металами:
  36HNO 3 + 10Fe = 10Fe(NO 3) 3 + 3N 2 + 18H 2 O;
- розкладанням азидів металів (чистий азот):
  2NaN 3 → (t) 2Na + 3N 2;
- атмосферний азот отримують реагуванням повітря з розпеченим коксом:
  O 2 + 4N 2 + 2C → 2CO + 4N 2;
- пропусканням аміаку над оксидом міді (II) при t=700°C:
  2NH 3 + 3CuO → N 2 + 3H 2 O + 3Cu.

Застосування азоту:

створення інертних середовищ у металургії;
синтез аміаку та азотної кислоти;
виробництво вибухових речовин;
створення низьких температур;
виробництво мінеральних добрив: калійна селітра (KNO 3); натрієва селітра (NaNO 3); амонійна селітра (NH 4 NO 3); вапняна селітра (Ca(NO 3) 2).

Азот - це всім відомий хімічний елемент, який позначається буквою N. Цей елемент, мабуть, є основою неорганічної хімії, його починають докладно вивчати ще у 8 класі. У цій статті ми розглянемо цей хімічний елемент, а також його властивості та типи.

Історія відкриття хімічного елемента

Азот - це елемент, який вперше був представлений знаменитим французьким хіміком Антуаном Лавуазьє. Але за звання першовідкривача азоту борються багато вчених, серед них і Генрі Кавендіш, Карл Шееле, Даніель Резерфорд.

В результаті досвіду першим виділив хімічний елемент, але так і не зрозумів, що він отримав просту речовину. Про свій досвід він повідомив, що теж проробляв ряд досліджень. Ймовірно, Прістлі теж вдалося виділити цей елемент, але вчений не зміг зрозуміти, що саме він отримав, тому не заслужив звання першовідкривача. Карл Шееле одночасно з ними проводив ті ж дослідження, але не дійшов потрібного висновку.

У тому ж році Даніель Резерфорд зумів не тільки отримати азот, а й описати його, опублікувати дисертацію та вказати основні Хімічні властивостіелемент. Але навіть Резерфорд так і не зрозумів, що він отримав. Однак саме його вважають першовідкривачем, тому що він був найближчим до розгадки.

Походження назви азоту

З грецького "азот" перекладається як "неживий". Саме Лавуазьє працював над правилами номенклатури і вирішив назвати елемент. У 18 столітті про цей елемент було відомо лише те, що він не підтримує жодного дихання. Тому цю назву прийняли.

У латинській мові азот називається "нітрогеніум", що в переклад означає "що породжує селітру". З латинської мови і з'явилося позначення азоту - літера N. Але сама назва у багатьох країнах не прижилася.

Поширеність елемента

Азот - це, мабуть, один із найпоширеніших елементів на нашій планеті, він займає четверте місце за поширеністю. Елемент також знайдений у сонячній атмосфері, на планетах Уран та Нептун. З азоту складаються атмосфери Титану, Плутона та Тритона. Крім цього, атмосфера Землі складається на 78-79 відсотків із цього хімічного елемента.

Азот грає важливу біологічну роль, адже він необхідний існування рослин і тварин. Навіть тіло людини містить від 2 до 3% цього хімічного елемента. Входить до складу хлорофілу, амінокислот, білків, нуклеїнових кислот.

Рідкий азот

Рідкий азот - це безбарвна прозора рідина, що є одним з агрегатних станів хімічного азоту широко використовується в промисловості, будівництві та медицині. Він використовується при заморожуванні органічних матеріалів, охолодження техніки, а в медицині для видалення бородавок (естетична медицина).

Рідкий азот не токсичний, а також вибухонебезпечний.

Молекулярний азот

Молекулярний азот - це елемент, який міститься в атмосфері нашої планети та утворює більшу її частину. Формула молекулярного азоту - N2. Такий азот входить у реакції коїться з іншими хімічними елементами чи речовинами лише за дуже високій температурі.

Фізичні властивості

За нормальних умов хімічний елемент азот - який не має запаху, кольору, а також практично не розчинний у воді. Азот рідкий за своєю консистенцією нагадує воду, так само прозорий і безбарвний. У азоту є ще один агрегатний стан, при температурі нижче -210 градусів він перетворюється на тверде тіло, утворює багато великих білих кристалів. Поглинає кисень із повітря.

Хімічні властивості

Азот відноситься до групи неметалів і переймає властивості інших хімічних елементів з цієї групи. Як правило, неметали не є добрими провідниками електрики. Азот утворює різні оксиди, наприклад NO (монооксид). NO або окис азоту є м'язовим релаксантом (речовина, яка значно розслаблює мускулатуру і при цьому не чинить ніякої шкоди та інших впливів на організм людини). Оксиди, де міститься більше атомів азоту, наприклад N 2 O - це газ, що веселить, трохи солодкуватий на смак, який використовується в медицині як анестезуючий засіб. Проте вже оксид NO 2 не має жодного відношення до перших двох, адже це досить шкідливий вихлопний газ, який міститься у вихлопах автомобілів та серйозно забруднює атмосферу.

Азотна кислота, яку утворюють атоми водню, азоту та три атоми кисню, є сильною кислотою. Її широко використовують у виробництві добрив, в ювелірній справі, органічному синтезі, військовій промисловості (виробництво вибухових речовин та синтезу отруйних речовин), виробництві барвників, ліків та ін. Азотна кислота дуже шкідлива для організму людини, на шкірі залишає виразки та хімічні опіки.

Люди помилково вважають, що вуглекислий газ – це азот. Насправді за своїми хімічними властивостями елемент реагує лише з невеликою кількістю елементів за нормальних умов. А вуглекислий газ – це оксид вуглецю.

Застосування хімічного елемента

Азот у рідкому стані застосовують у медицині для лікування холодом (кріотерапії), а також у кулінарії як холодоагент.

Цей елемент також знайшов широке застосування у промисловості. Азот - це газ, який вибухо- та пожежобезпечний. Крім цього, він перешкоджає гниття та окисленню. Наразі азот використовують у шахтах з метою створення вибухобезпечного середовища. Газоподібний азот застосовують у нафтохімії.

У хімічній промисловості без азоту обійтись дуже нелегко. Його використовують для синтезу різних речовин і сполук, наприклад, деяких добрив, аміаку, вибухових речовин, барвників. Зараз велику кількість азоту використовують для синтезу аміаку.

У харчовій промисловості ця речовина зареєстрована як харчова добавка.

Суміш чи чиста речовина?

Навіть вчені першої половини 18 століття, яким вдалося виділити хімічний елемент, думали, що азот це суміш. Але є велика різниця між цими поняттями.

Має цілий комплекс постійних властивостей, таких як склад, фізичні та хімічні властивості. А суміш - це з'єднання, в яке входить два або більше хімічних елементів.

Зараз ми знаємо, що азот – це чиста речовина, оскільки він є хімічним елементом.

При вивченні хімії дуже важливо зрозуміти, що азот є основою хімії. Він утворює різні сполуки, які всім нам зустрічаються, це і газ, що веселить, і бурий газ, і аміак, і азотна кислота. Недарма хімія у шкільництві починається саме з вивчення такого хімічного елемента, як азот.

АЗОТ, N (лат. Nitrogenium * а. nitrogen; н. Stickstoff; ф. azote, nitrogene; і. nitrogeno), - хімічний елемент V групи періодичної системиМенделєєва, атомний номер 7, атомна маса 14,0067. Відкритий 1772 англійським дослідником Д. Резерфордом.

Властивості азоту

За звичайних умов азот - газ без кольору та запаху. Природний азот складається з двох стабільних ізотопів: 14 N (99,635%) та 15 N (0,365%). Молекула азоту двоатомна; атоми пов'язані ковалентним потрійним зв'язком NN. Діаметр молекули азоту, визначений у різний спосіб, 3,15-3,53 А. Молекула азоту дуже стійка - енергія дисоціації 942,9 кДж/моль.

Молекулярний азот

Константи молекулярного азоту: f плавлення - 209,86 ° С, f кипіння - 195,8 ° С; щільність газоподібного азоту 1,25 кг/м 3 рідкого - 808 кг/м 3 .

Характеристика азоту

У твердому стані азот існує у двох модифікаціях: кубічній а-формі із щільністю 1026,5 кг/м 3 та гексагональної b-формі із щільністю 879,2 кг/м 3 . Теплота плавлення 25,5 кДж/кг, теплота випаровування 200 кДж/кг. Поверхневе натягування рідкого азоту в контакті з повітрям 8,5.10 -3 Н/м; діелектрична проникність 1,000538. Розчинність азоту у воді (см 3 на 100 мл Н 2 Про): 2,33 (0°С), 1,42 (25°С) та 1,32 (60°С). Зовнішня електронна оболонка атома азоту складається із 5 електронів. Ступені окислення азоту змінюються від 5 (N 2 Про 5) до -3 (NH 3).

З'єднання азоту

Азот за нормальних умов може реагувати із сполуками перехідних металів (Ti, V, Mo та інших.), утворюючи комплекси чи відновлюючись із заснуванням аміаку і гидразина. З такими активними металами, як азот взаємодіє при нагріванні до порівняно невисоких температур. З більшістю інших елементів азот реагує при високій температурі та у присутності каталізаторів. Добре вивчені сполуки азоту з : N 2 Про, NO, N 2 Про 5 . З азот з'єднується тільки при високій температурі та у присутності каталізаторів; при цьому утворюється аміак NH3. З галогенами азот безпосередньо не взаємодіє; тому всі галогеніди азоту одержують лише непрямим шляхом, наприклад фтористий азот NF 3 - при взаємодії з аміаком. Із сіркою також не відбувається безпосередньої сполуки азоту. При взаємодії розжареного з азотом утворюється ціан (CN) 2 . При дії на звичайний азот електричних розрядів, а також при електричних розрядах у повітрі може утворитися активний азот, що є сумішшю молекул і атомів азоту, що володіють підвищеним запасом енергії. Активний азот дуже енергійно взаємодіє з киснем, воднем, парами і деякими металами.

Азот - один з найпоширеніших елементів на Землі, причому основна його маса (близько 4.10 15 т) зосереджена у вільному стані. Щорічно при вулканічній діяльності в атмосферу виділяється 2.10 6 т азоту. Незначна частина азоту концентрується (середній вміст у літосфері 1,9.10 -3 %). Природні сполуки азоту - хлористий амоній та різні нітрати (селітри). Нітриди азоту можуть утворюватися тільки при високих температурах і тисках, що, мабуть, мало місце на ранніх стадіях розвитку Землі. Великі скупчення селітри зустрічаються лише за умов сухого пустельного клімату ( , та інших.). Невеликі кількості зв'язаного азоту перебувають у (1-2,5%) та (0,02-1,5%), а також у водах річок, морів та океанів. Азот накопичується в ґрунтах (0,1%) та живих організмах (0,3%). Азот входить до складу білкових молекул та багатьох природних органічних сполук.

Кругообіг азоту в природі

У природі здійснюється кругообіг азоту, який включає цикл молекулярного атмосферного азоту в біосфері, цикл в атмосфері хімічно зв'язаного азоту, кругообіг похованого з органічною речовиною поверхневого азоту в літосфері з поверненням його назад в атмосферу. Азот для промисловості раніше видобувався цілком із родовищ природних селітр, кількість яких у світі дуже обмежена. Особливо великі поклади азоту як азотнокислого натрію перебувають у Чилі; видобуток селітри в окремі роки становив понад 3 млн. т.

Зміст статті

АЗОТ, N (nitrogenium), хімічний елемент (ат. номер 7) VA підгрупи періодичної системи елементів. Атмосфера Землі містить 78% (про.) азоту. Щоб показати, які великі ці запаси азоту, відзначимо, що в атмосфері над кожним квадратним кілометром земної поверхні знаходиться стільки азоту, що з нього можна отримати до 50 млн. т нітрату натрію або 10 млн. т аміаку (сполучення азоту з воднем), і все ж таки це становить малу частку азоту, що міститься в земній корі. Існування вільного азоту свідчить про його інертність та труднощі взаємодії з іншими елементами при звичайній температурі. Пов'язаний азот входить до складу як органічної, і неорганічної матерії. Рослинний та тваринний світ містить азот, пов'язаний з вуглецем та киснем у білках. Крім цього, відомі і можуть бути отримані в великих кількостяхазотовмісні неорганічні сполуки, такі як нітрати (NO 3 –), нітрити (NO 2 –), ціаніди (CN –), нітриди (N 3–) та азиди (N 3 –).

Історична довідка.

Досліди А.Лавуазьє, присвячені дослідженню ролі атмосфери у підтримці життя та процесів горіння, підтвердили існування щодо інертної речовини в атмосфері. Не встановивши елементну природу газу, що залишається після згоряння, Лавуазьє назвав його azote, що давньогрецькою означає «неживий». У 1772 Д. Резерфорд з Единбурга встановив, що це газ є елементом, і назвав його «шкідливе повітря». Латинська назва азоту походить від грецьких слів nitron і gen, що означає «утворює селітру».

Фіксація азоту та азотний цикл.

Термін "фіксація азоту" означає процес зв'язування атмосферного азоту N 2 . У природі це може відбуватися двома шляхами: або бобові рослини, наприклад горох, конюшина і соя, накопичують на своєму корінні бульбашки, в яких бактерії, що фіксують азот, перетворюють його на нітрати, або відбувається окислення атмосферного азоту киснем в умовах розряду блискавки. С.Арреніус встановив, що у такий спосіб фіксується до 400 млн. т азоту щорічно. В атмосфері оксиди азоту з'єднуються з дощовою водою, утворюючи азотну та азотисту кислоти. Крім того, встановлено, що з дощем та снігом на кожний гектар землі потрапляє бл. 6700 г азоту; досягаючи грунту, вони перетворюються на нітрити та нітрати. Рослини використовують нітрати для утворення рослинних білкових речовин. Тварини, харчуючись цими рослинами, засвоюють білкові речовини рослин і перетворюють їх на тваринні білки. Після смерті тварин і рослин відбувається їхнє розкладання, азотні сполуки перетворюються на аміак. Аміак використовується двома шляхами: бактерії, що не утворюють нітратів, руйнують його до елементів, виділяючи азот і водень, інші бактерії утворюють з нього нітрити, які іншими бактеріями окислюються до нітратів. Таким чином відбувається кругообіг азоту в природі, або азотний цикл.

Будова ядра та електронних оболонок.

У природі існують два стабільні ізотопи азоту: з масовим числом 14 (містить 7 протонів і 7 нейтронів) і з масовим числом 15 (містить 7 протонів і 8 нейтронів). Їхнє співвідношення становить 99,635:0,365, тому атомна маса азоту дорівнює 14,008. Нестабільні ізотопи азоту 12 N, 13 N, 16 N, 17 N отримані штучно. Схематично електронна будоваатома азоту таке: 1 s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Отже, на зовнішній (другій) електронній оболонці знаходиться 5 електронів, які можуть брати участь у освіті хімічних зв'язків; орбіталі азоту можуть приймати електрони, тобто. можливе утворення сполук зі ступенем окиснення від (-III) до (V), і вони відомі.

Молекулярний азот.

З визначень густини газу встановлено, що молекула азоту двоатомна, тобто. молекулярна формула азоту має вигляд Nє N (або N 2). У двох атомів азоту три зовнішні 2 p-електрона кожного атома утворюють потрійний зв'язок:N:::N:, формуючи електронні пари. Виміряна міжатомна відстань N-N дорівнює 1,095 Å. Як і у випадку з воднем ( см. Водень), існують молекули азоту з різним спином ядра – симетричні та антисиметричні. При звичайній температурі співвідношення симетричної та антисиметричної форм дорівнює 2:1. У твердому стані відомі дві модифікації азоту: a– кубічна та b– гексагональна з температурою переходу a ® b-237,39 ° С. Модифікація bплавиться при -209,96 ° С і кипить при -195,78 ° C при 1 атм ( см. табл. 1).

Енергія дисоціації моля (28,016 г чи 6,023Ч 10 23 молекул) молекулярного азоту на атоми (N 2 2N) дорівнює приблизно –225 ккал. Тому атомарний азот може утворюватися за тихого електричного розряду і хімічно активніший, ніж молекулярний азот.

Отримання та застосування.

Спосіб отримання елементного азоту залежить від необхідної його чистоти. У величезних кількостях азот отримують для синтезу аміаку, причому допустимі невеликі домішки благородних газів.

Азот із атмосфери.

Економічно виділення азоту з атмосфери обумовлено дешевизною методу зрідження очищеного повітря (пари води, CO 2 , пил, інші домішки видалені). Послідовні цикли стиснення, охолодження та розширення такого повітря призводять до його зрідження. Рідке повітря піддають фракційній перегонці при повільному підйомі температури. Першими виділяються шляхетні гази, потім азот, і залишається рідкий кисень. Очищення досягається багаторазовістю процесів фракціонування. Таким методом виробляють багато мільйонів тонн азоту щорічно, переважно для синтезу аміаку, який є вихідною сировиною в технології виробництва різних азотовмісних сполук для промисловості та сільського господарства. Крім того, очищену азотну атмосферу часто використовують, коли неприпустима присутність кисню.

Лабораторні методи.

Азот у невеликих кількостях можна отримувати в лабораторії різними способами, окислюючи аміак або іон амонію, наприклад:

Дуже зручний процес окислення іону амонію нітрит-іоном:

Відомі й інші способи - розкладання азидів при нагріванні, розкладання аміаку оксидом міді(II), взаємодія нітритів з сульфамінової кислоти або сечовиною:

При каталітичному розкладанні аміаку за високої температури теж можна отримати азот:

Фізичні властивості.

Деякі фізичні властивості азоту наведено у табл. 1.

Таблиця 1. ДЕЯКІ ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АЗОТА
Щільність, г/см 3	0,808 (рід.)
Температура плавлення, °С	–209,96
Температура кипіння, °С	–195,8
Критична температура, °С	–147,1
Критичний тиск, атма	33,5
Критична густина, г/см 3 а	0,311
Питома теплоємність, Дж/(мольк)	14,56 (15 ° С)
Електронегативність по Полінгу	3
Ковалентний радіус,	0,74
Кристалічний радіус,	1,4 (M 3–)
Потенціал іонізації, В б
перший	14,54
другий	29,60
а Температура та тиск, при яких щільності азоту рідкого та газоподібного стану однакові. б Кількість енергії, необхідне видалення першого зовнішнього і наступного його електронів, для 1 моль атомарного азоту.

Хімічні властивості.

Як було зазначено, переважною властивістю азоту за нормальних умов температури та тиску є його інертність, чи мала хімічна активність. Електронна структура азоту містить електронну пару на 2 s-рівні та три наполовину заповнені 2 р-орбіталі, тому один атом азоту може пов'язувати трохи більше чотирьох інших атомів, тобто. його координаційне число дорівнює чотирьом. Невеликий розмір атома обмежує кількість атомів або груп атомів, які можуть бути пов'язані з ним. Тому багато сполук інших членів підгрупи VA або зовсім не мають аналогів серед сполук азоту, або аналогічні сполуки азоту виявляються нестабільними. Так, PCl 5 – стабільне з'єднання, а NCl 5 немає. Атом азоту здатний зв'язуватися з іншим атомом азоту, утворюючи декілька досить стабільних сполук, такі як гідразин N 2 H 4 і азиди металів MN 3 . Такий тип зв'язку незвичайний для хімічних елементів (за винятком вуглецю та кремнію). За підвищених температур азот реагує з багатьма металами, утворюючи частково іонні нітриди M x N y. У цих сполуках азот заряджений негативно. У табл. 2 наведені ступені окислення та приклади відповідних сполук.

нітриди.

З'єднання азоту з більш електропозитивними елементами, металами та неметалами – нітриди – схожі на карбіди та гідриди. Їх можна розділити залежно від характеру зв'язку M–N на іонні, ковалентні та з проміжним типом зв'язку. Як правило, це кристалічні речовини.

Іонні нітриди.

Зв'язок у цих сполуках передбачає перехід електронів від металу до азоту із заснуванням іона N 3– . До таких нітридів відносяться Li 3 N, Mg 3 N 2 , Zn 3 N 2 і Cu 3 N 2 . Крім літію, інші лужні метали підгрупи IA нітридів не утворюють. Іонні нітриди мають високі температури плавлення, реагують з водою, утворюючи NH 3 гідроксиди металів.

Ковалентні нітриди.

Коли електрони азоту беруть участь у освіті зв'язку разом із електронами іншого елемента без переходу їхню відмінність від азоту до іншого атома, утворюються нітриди з ковалентної зв'язком. Нітриди водню (наприклад, аміак та гідразин) повністю ковалентні, як і галогеніди азоту (NF 3 та NCl 3). До ковалентних нітридів відносяться, наприклад, Si 3 N 4 , P 3 N 5 і BN – високостабільні білі речовини, причому BN має дві алотропні модифікації: гексагональну та алмазоподібну. Остання утворюється при високих тискахі температурах і має твердість, близьку до твердості алмазу.

Нітриди із проміжним типом зв'язку.

Перехідні елементи реакції з NH 3 при високій температурі утворюють незвичайний клас сполук, в яких атоми азоту розподілені між регулярно розташованими атомами металу. У цих сполуках немає чіткого усунення електронів. Приклади таких нітридів - Fe 4 N, W 2 N, Mo 2 N, Mn 3 N 2 . Ці з'єднання, як правило, абсолютно інертні і мають хорошу електричну провідність.

Водневі сполуки азоту.

Азот і водень взаємодіють, утворюючи сполуки, що віддалено нагадують вуглеводні. Стабільність азотоводородів зменшується зі збільшенням числа атомів азоту в ланцюзі на відміну вуглеводнів, які стійкі й у довгих ланцюгах. Найбільш важливі нітриди водню – аміак NH 3 та гідразин N 2 H 4 . До них відноситься також азотистоводнева кислота HNNN (HN 3).

Аміак NH3.

Аміак – один із найважливіших промислових продуктів сучасної економіки. Наприкінці 20 ст. США робили бл. 13 млн. т аміаку щорічно (у перерахунку на безводний аміак).

Будова молекули.

Молекула NH3 має майже пірамідальну будову. Кут зв'язку H–N–H становить 107°, що близько до величини тетраедричного кута 109°. Неподілена електронна пара еквівалентна приєднаній групі, в результаті координаційне число азоту дорівнює 4 і азот знаходиться в центрі тетраедра.

Властивості аміаку.

Деякі фізичні властивості аміаку порівняно з водою наведені у табл. 3.

Температури кипіння та плавлення у аміаку набагато нижчі, ніж у води, незважаючи на близькість молекулярних мас та подібність будови молекул. Це пояснюється відносно більшою міцністю міжмолекулярних зв'язків у води, ніж у аміаку (такий міжмолекулярний зв'язок називається водневим).

Аміак як розчинник.

Висока діелектрична проникність і дипольний момент рідкого аміаку дозволяють використовувати його як розчинник для полярних або іонних не органічних речовин. Аміак-розчинник займає проміжне положення між водою та органічними розчинниками типу етилового спирту. Лужні та лужноземельні метали розчиняються в аміаку, утворюючи темносині розчини. Можна вважати, що в розчині відбувається сольватація та іонізація валентних електронів за схемою

Синій колір пов'язують із сольватацією та рухом електронів або з рухливістю «дірок» у рідині. При високій концентрації натрію в рідкому аміаку розчин приймає бронзове забарвлення та відрізняється високою електропровідністю. Незв'язаний лужний метал можна виділити з такого розчину випаровуванням аміаку або додаванням натрію хлориду. Розчини металів в аміаку є добрими відновниками. У рідкому аміаку відбувається автоіонізація

аналогічно процесу, що протікає у воді:

Деякі хімічні властивості обох систем зіставлені у табл. 4.

Рідкий аміак як розчинник має перевагу в деяких випадках, коли неможливо проводити реакції у воді через швидку взаємодію компонентів з водою (наприклад, окислення та відновлення). Наприклад, в рідкому аміаку кальцій реагує з KCl з утворенням CaCl 2 і K, оскільки CaCl 2 нерозчинний в рідкому аміаку, а До розчинний, і реакція протікає повністю. У воді така реакція неможлива через швидку взаємодію Ca з водою.

Одержання аміаку.

Газоподібний NH 3 виділяється із солей амонію при дії сильної основи, наприклад, NaOH:

Метод застосовується в лабораторних умовах. Невеликі виробництва аміаку засновані також на гідролізі нітридів, наприклад Mg 3 N 2 водою. Ціанамід кальцію CaCN 2 при взаємодії з водою також утворює аміак. Основним промисловим методом отримання аміаку є каталітичний синтез його з атмосферного азоту та водню при високих температурі та тиску:

Водень для цього синтезу одержують термічним крекінгом вуглеводнів, дією парів води на вугілля або залізо, розкладанням спиртів парами води або електролізом води. На синтез аміаку отримано безліч патентів, що відрізняються умовами проведення процесу (температура, тиск, каталізатор). Існує спосіб промислового одержання при термічній перегонці вугілля. З технологічною розробкою синтезу аміаку пов'язані імена Ф.Габера та К.Боша.

Таблиця 4. ПОРІВНЯННЯ РЕАКЦІЙ У ВОДНОМУ І АМІАЧНОМУ СЕРЕДОВИЩІ
Водне середовище	Амічне середовище
Нейтралізація
OH - + H 3 O + ® 2H 2 O	NH 2 – + NH 4 + ® 2NH 3
Гідроліз (протоліз)


PCl 5 + 3H 2 O POCl 3 + 2H 3 O + + 2Cl –	PCl 5 + 4NH 3 PNCl 2 + 3NH 4 + + 3Cl –
Заміщення
Zn + 2H 3 O + ® Zn 2+ + 2H 2 O + H 2	Zn + 2NH 4 + ® Zn 2+ + 2NH 3 + H 2
Сольватація (комплексоутворення)
Al 2 Cl 6 + 12H 2 O 2 3+ + 6Cl –	Al 2 Cl 6 + 12NH 3 2 3+ + 6Cl –
Амфотерність
Zn 2+ + 2OH – Zn(OH) 2	Zn 2+ + 2NH 2 – Zn(NH 2) 2
Zn(OH) 2 + 2H 3 O + Zn 2+ + 4H 2 O	Zn(NH 2) 2 + 2NH 4 + Zn 2+ + 4NH 3
Zn(OH) 2 + 2OH – Zn(OH) 4 2–	Zn(NH 2) 2 + 2NH 2 – Zn(NH 2) 4 2–

Хімічні властивості аміаку.

Крім реакцій, згаданих у табл. 4, аміак реагує з водою, утворюючи сполуку NH 3 H 2 O, яку часто помилково вважають гідроксидом амонію NH 4 OH; насправді існування NH 4 OH у розчині не доведено. Водний розчин аміаку («нашатирний спирт») складається переважно з NH 3 , H 2 O та малих концентрацій іонів NH 4 + і OH – , що утворюються при дисоціації

Основний характер аміаку пояснюється наявністю неподіленої електронної пари азоту: NH3. Тому NH 3 – це основа Льюїса, яка має найвищу нуклеофільну активність, що виявляється у формі асоціації з протоном, або ядром атома водню:

Будь-які іон або молекула, здатні приймати електронну пару (електрофільне з'єднання), взаємодіятимуть з NH 3 з утворенням координаційного з'єднання. Наприклад:

Символ M n+ представляє іон перехідного металу (B-підгрупи періодичної таблиці, наприклад, Cu 2+, Mn 2+ та ін.). Будь-яка протонна (тобто Н містить) кислота реагує з аміаком у водному розчині з утворенням солей амонію, таких, як нітрат амонію NH 4 NO 3 , хлорид амонію NH 4 Cl, сульфат амонію (NH 4) 2 SO 4 , фосфат амонію (NH 4) 3 PO 4 . Ці солі широко застосовують у сільському господарстві як добрива для введення азоту в грунт. Нітрат амонію також використовують як недорогу вибухову речовину; вперше воно було застосовано з нафтовим паливом (дизельним маслом). Водний розчин аміаку застосовують безпосередньо для введення в ґрунт або з зрошуючою водою. Сечовина NH 2 CONH 2 отримана синтезом з аміаку і вуглекислого газу, також є добривом. Газоподібний аміак реагує з металами типу Na та K з утворенням амідів:

Аміак реагує з гідридами та нітридами також з утворенням амідів:

Аміди лужних металів (наприклад, NaNH 2) реагують з N 2 O при нагріванні, утворюючи азиди:

Газоподібний NH 3 відновлює оксиди важких металів до металів за високої температури, мабуть, завдяки водню, що утворюється в результаті розкладання аміаку на N 2 і H 2:

Атоми водню молекулі NH 3 можуть заміщатися на галоген. Йод реагує з концентрованим розчином NH 3 утворюючи суміш речовин, що містить NI 3 . Ця речовина дуже нестійка і вибухає при найменшому механічному впливі. При реакції NH 3 c Cl 2 утворюються хлораміни NCl 3 NHCl 2 і NH 2 Cl. При дії на аміак гіпохлориту натрію NaOCl (утворюється з NaOH та Cl 2 ) кінцевим продуктом є гідразин:

Гідразин.

Наведені вище реакції являють собою спосіб отримання моногідрату гідразину складу N 2 H 4 H 2 O. Безводний гідразин утворюється при спеціальній перегонці моногідрату з BaO або іншими водовіднімними речовинами. За властивостями гідразин злегка нагадує пероксид водню H2O2. Чистий безводний гідразин - безбарвна гігроскопічна рідина, що кипить при 113,5 ° C; добре розчиняється у воді, утворюючи слабку основу

У кислому середовищі (H +) гідразин утворює розчинні солі гідразону типу + X - . Легкість, з якою гідразин та деякі його похідні (наприклад, метилгідразин) реагують з киснем, дозволяє використовувати його як компонент рідкого ракетного палива. Гідразин та всі його похідні сильно отруйні.

Оксиди азоту.

У сполуках з киснем азот виявляє всі ступені окислення, утворюючи оксиди: N 2 O, NO, N 2 O 3 , NO 2 (N 2 O 4), N 2 O 5 . Є мізерна інформація про утворення пероксидів азоту (NO 3, NO 4). 2HNO 2 . Чистий N 2 O 3 може бути отриманий у вигляді блакитної рідини при низьких температурах (–20

При кімнатній температурі NO 2 – газ темнокоричневого кольору, має магнітні властивості завдяки наявності неспареного електрона. При температурах нижче 0° C молекула NO 2 димеризується тетраоксид діазоту, причому при –9,3° C димеризація протікає повністю: 2NO 2 N 2 O 4 . У рідкому стані недимеризовано лише 1% NO 2 , а при 100° C залишається у вигляді димеру 10% N 2 O 4 .

NO 2 (або N 2 O 4) реагує в теплій водііз заснуванням азотної кислоти: 3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO. Технологія NO 2 тому дуже важлива як проміжна стадія отримання промислово важливого продукту - азотної кислоти.

Оксид азоту(V)

N 2 O 5 ( устар. ангідрид азотної кислоти) – біла кристалічна речовина, що виходить зневодненням азотної кислоти в присутності оксиду фосфору P 4 O 10:

2MX + H 2 N 2 O 2 . При випарюванні розчину утворюється біла вибухова речовина з передбачуваною структурою H-O-N = N-O-H.

Азотиста кислота

HNO 2 не існує в чистому вигляді, проте водні розчини її невисокої концентрації утворюються при додаванні сірчаної кислоти до нітриту барію:

Азотиста кислота утворюється також при розчиненні еквімолярної суміші NO та NO 2 (або N 2 O 3) у воді. Азотиста кислота трохи сильніша за оцтову кислоту. Ступінь окислення азоту у ній +3 (її структура H–O–N=O), тобто. вона може бути і окислювачем, і відновником. Під дією відновників вона відновлюється зазвичай до NO, а за взаємодії з окислювачами окислюється до азотної кислоти.

Швидкість розчинення деяких речовин, наприклад, металів або йодид-іону, в азотній кислоті залежить від концентрації азотистої кислоти, присутньої у вигляді домішки. Солі азотистої кислоти – нітрити – добре розчиняються у воді, крім нітриту срібла. NaNO 2 застосовується у виробництві барвників.

Азотна кислота

HNO 3 – один із найважливіших неорганічних продуктів основної хімічної промисловості. Вона використовується в технологіях безлічі інших неорганічних та органічних речовин, наприклад, вибухових речовин, добрив, полімерів та волокон, барвників, фармацевтичних препаратів та ін.

Література:

Довідник азотника. М., 1969
Некрасов Б.В. Основи загальної хімії. М., 1973
Проблеми фіксації азоту. Неорганічна та фізична хімія. М., 1982

(Лат. Nitrogenum) хімічний елемент V групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 7, атомна маса - 14,0067. Безбарвний газ, без смаку та запаху. Один із найпоширеніших елементів, головна складова частина атмосфери Землі (4*10^15 т). Слово «азот», запропоноване французьким хіміком А. Лавуазьє наприкінці XVIII ст., грецького походження. «Азот» означає «неживий» (приставка «а» – заперечення. «Зое» – життя). Саме так вважав Лавуазьє. Саме так вважали його сучасники, у тому числі шотландський хімік і лікар Д. Резерфорд, який виділив азот з повітря трохи раніше від своїх відомих колег - шведа К. Шееле, англійців Д. Прістлі і Г. Кавендіша. Резерфорд у 1772р. опублікував дисертацію про так зване «мафічне», тобто. неповноцінному, повітрі, що не підтримує горіння та дихання.
Назва « азотдля нового газу здавалося досить точним. Але чи це так? Азот дійсно, на відміну від кисню, не підтримує дихання та горіння. Однак дихати чистим киснем постійно людина не може. Навіть хворим дають чистий кисень лише нетривалий час. На всіх орбітальних станціях, на космічних кораблях «Союз» і «Схід» космонавти дихали звичним атмосферним повітрям, яке майже на 4/5 складається з азоту. Очевидно, він не просто нейтральний розріджувач кисню. Саме суміш азоту з киснем найприйнятніша для дихання більшості жителів нашої планети.

А хіба справедливо називати неживим цей елемент? Чим підгодовують рослини, вносячи мінеральні добрива? Насамперед, сполуками азоту, калію та фосфору. Азот входить до складу незліченної множини органічних сполук, у тому числі таких життєво важливих, як білки та амінокислоти.
Для людства надзвичайно корисна відносна інертність цього газу. Будь він більш схильний до хімічним реакціям, атмосфера Землі було б існувати у вигляді, як вона існує. Сильний окислювач кисень вступив із азотом в реакцію, і утворилися б отруйні оксиди азоту. Але якби азот був справді інертним газом, таким, наприклад, як гелій, то тоді ні хімічні виробництва, ні всемогутні мікроорганізми не змогли б зв'язати азот атмосфери та задовольнити потребу всього живого у зв'язаному азоті. Не було б аміаку, азотної кислоти, необхідної для безлічі речовин, було б найважливіших добрив. Не було б життя на Землі, адже азот входить до складу всіх організмів. На долю азотуприпадає чимала частина маси людського організму.
Елементарний, не пов'язаний азот застосовується досить широко. Це найдешевший із газів, хімічно інертних у звичайних умовах, тому у тих процесах металургії та великої хімії, де треба захищати активну сполуку або розплавлений метал від взаємодії з киснем повітря, створюють суто азотні захисні атмосфери. Під захистом азоту зберігають у лабораторіях речовини, що легко окислюються. У металургії азотом насичують поверхні деяких металів і сплавів, щоб надати їм більшої твердості та зносостійкості. Широко відомо, наприклад, азотування сталі та титанових сплавів.

Рідкий азот(температури плавлення та кипіння азоту: - 210°С та - 196°С) використовують у холодильних установках. Мала хімічна активність азотупояснюється, передусім, будовою його молекули. Як і більшість газів (крім інертних), молекула азоту і двох атомів. В утворенні зв'язку між ними беруть участь по 3 валентні електрони зовнішньої оболонки кожного атома. Щоб зруйнувати молекулу азоту, необхідно витратити дуже велику енергію – 954,6 кДж/моль. Без руйнування молекули азот у хімічний зв'язок не вступить. За звичайних умов із ним здатний вступити у реакцію лише літій, даючи нітрид Li3N. Набагато активніший атомарний азот. При звичайній температурі він вступає в реакції з сіркою, фосфором, миш'яком та деякими металами, наприклад, з ртуттю. Але отримати азот у вигляді окремих атомів складно. Навіть при 3000 С немає помітного розкладання молекул азоту на атоми.
З'єднання азотумають величезне значення й у науки, й у багатьох галузей промисловості. Задля отримання пов'язаного азоту людство йде величезні енергетичні витрати.
Основним способом зв'язування азоту у промислових умовах залишається синтез аміаку NH3 (див. Синтез хімічний). Аміак один із наймасовіших продуктів хімічної промисловості, світове виробництво його - понад 70 млн. т. на рік. Процес йде при температурі 400-600° З тиску в мільйони паскалей (сотні ат) у присутності каталізаторів, наприклад губчастого заліза з добавками оксиду калію, оксиду алюмінію. Сам аміак використовується обмежено та зазвичай у вигляді водних розчинів(аміачна вода як рідке добриво, нашатирний спирт – у медицині). Але аміак, на відміну атмосферного азоту, досить легко входить у реакції приєднання і заміщення. Та й окислюється він легше, ніж азот. Тому аміак і став вихідним продуктом для отримання більшості азотовмісних речовин.
Пряме окиснення азотукиснем вимагає дуже високих температур (4000С°) чи інших дуже активних методів на міцні молекули азоту електричного розряду, іонізуючого випромінювання. Відомі п'ять оксидів азоту (II) N3O оксид азоту (III), N2O3 оксид азоту (III), N2O3 оксид азоту (III), NО2 оксид азоту (IV), N2O5, оксид азоту (V).
У промисловості широко застосовується азотна кислота HNO3, яка одночасно є сильною кислотою, і активним окислювачем. Вона здатна розчиняти всі метали, крім золота та платини. Хімікам азотна кислота відома, принаймні з XIII ст., нею користувалися давні алхіміки. Азотна кислота надзвичайно широко використовується для отримання нітросполук. Це головний нітруючий агент, за допомогою якого до складу органічних сполук вводять нітр-групи NO2. А коли такі групи з'являться, наприклад, в молекулі толуолу С6Н5СН3, то звичайний органічний розчинник перетворюється на вибухову речовину тринітротолуол, тротил, або тол. Гліцерин після нітрування перетворюється на небезпечну вибухову речовину нітрогліцерин.
Не менш важливою є азотна кислота у виробництві мінеральних добрив. Солі азотної кислоти-нітрати, насамперед нітрат натрію, калію та амонію, використовуються головним чином як азотні добрива. Але, як встановив академік Д. Н. Прянишников, рослина, якщо йому надана можливість вибору, віддає перевагу аміачному азоту нітратному.
Солі іншої кислоти азоту – слабкої азотистої HNO2 – називаються нітритами і також досить широко використовуються у хімічній та інших галузях промисловості. Нітрит натрію, наприклад, у невеликих дозах додають у ковбаси та шинку, щоб зберегти властивий м'ясу рожево-червоний колір.
Отримувати сполуки азотуз мінімальними енергетичними витратами за невеликих температур і тисків вчені прагнуть уже давно. Ідею у тому, деякі мікроорганізми можуть пов'язувати азот повітря, першим висловив російський фізик П. Коссович наприкінці ХІХ в. А виділив з ґрунту першу азотфіксуючу бактерію інший наш співвітчизник біохімік С. Н, Виноградський у 1890-ті рр. Але лише останнім часом став більш менш ясний механізм зв'язування азоту бактеріями. Бактерії засвоюють азот, перетворюючи його на аміак, який потім дуже швидко перетворюється на амінокислоти та білки. Процес іде за участю ферментів.
У лабораторіях кількох країн отримано комплексні сполуки, здатні пов'язувати атмосферний азот. Головна роль при цьому відводиться комплексам, що містять молібден, залізо та магній. В основному вже вивчено та розроблено механізм цього процесу.