Азот

Происходитот греческого слова azoos - безжизненный, по-латыни Nitrogenium. Химический знак элемента - N. Азот- химический элемент V группыпериодической системы Менделеева, порядковый номер 7, относительная атомнаямасса 14,0067 бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. Историческая справка.Соединенияазота - селитра, азотная кислота, аммиак - были известны задолго до полученияазота в свободном состоянии.В 1772 г. Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества встеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им удушливым воздухом , не поддерживает дыхания и горения.

В 1787 г. А. Лавуазьеустановил, что жизненный и удушливый газы, входящие в состав воздуха, этопростые 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 - селитраи греческого gennao - рождаю, произвожу ,предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем.К началу ХIX в. были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии иисключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанногоазота.

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. Ввоздухе свободный азот в виде молекул N2 составляет 78,09 по объему или 75,6 по массе , не считая незначительныхпримесей его в виде аммиака и окислов.Среднее содержание азота в литосфере1,9 10-3 по массе.

Природные соединения азота - хлористый аммоний NH4CI и различныенитраты.Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата Чили, Средняя Азия . Долгое время селитры были главным поставщиком азота дляпромышленности сейчас основное значение для связывания азота имеет промышленныйсинтез аммиака из азота воздуха и водорода . Небольшие количества связанногоазота находятся в каменном угле 1 -2,5 и нефти 0,02 - 1,5 , а также в водах рек, морей и океанов.

Азотнакапливается в почвах 0,1 и вживых организмах 0,3 . Хотяназвание азот означает не поддерживающий жизни , на самом деле это -необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16 - 17 азота. В организмахплотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ,имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях.Растения синтезируютбелок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические.Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующиммикроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединенияазота.Вприроде осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют микроорганизмы- нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др. Однако в результатеизвлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота особеннопри интенсивном земледелии почвы оказываются обедненными.

Дефицит азотахарактерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит азота и вживотноводстве белковое голодание . На почвах, бедных доступным азотом,растения плохо развиваются.

Хозяйственная деятельность человека нарушаеткруговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает атмосферу азотом, а заводы,производящие удобрения, связывают азот из воздуха.Транспортировка удобрений ипродуктов 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 какв аммиаке NH3 .Наличие неподеленной пары электронов может приводить к образованию еще однойковалентной связи, и азот становится 4-ковалентным как в ионе аммония NH4 .Степени окисления азота меняются от 5 в N2O5 до -3 вNH3 . Вобычных условиях в свободном состоянии азот образует молекулу N2, где атомы азота связаны тремя ковалентнымисвязями.

Молекула азота очень устойчива энергия диссоциации ее на атомысоставляет 942,9 кдж моль, поэтому даже при температуре 33000С степеньдиссоциации азота составляет лишь около 0,1 . Физические и химические свойства.Азотнемного легче воздуха плотность 1,2506 кг м3 при 00С и101325 н м2 или 760 мм. рт. ст. , tпл-209,860С,tкип-195,80С. Азотсжижается с трудом его критическая температура довольно низка -147,10С , а критическоедавление высоко 3,39 Мн м2 34,6 кгс см2 плотностьжидкого азота 808 кг м3. В воде азот менее растворим, чем кислород при 00С в 1 м3H2Oрастворяется 23,3 газота. Лучше, чем в воде, азот растворим в некоторых углеводородах.Толькос такими активными металлами, как литий, кальций, магний, азот взаимодействуетпри нагревании до сравнительно невысоких температур.

С большинством другихэлементов 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 взаимодействииэлементов 40000С образуется окись NO,которая при охлаждении легко окисляется далее до двуокиси NO2. В воздухе окислы азота образуются приатмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь азота скислородом ионизирующих излучений.

При растворении в воде азотистого N2O3 и азотногоN2O5 ангидридовсоответственно получаются азотистая кислота НNO2 иазотная кислота НNO3, образующиесоли - нитриты и нитраты. С водородом азот соединяется только при высокойтемпературе и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH3. Кроме аммиака, известны и другие многочисленныесоединения азота с водородом, например гидразин H2N-NH2, диимидHN-NH, азотистоводороднаякислота HN3 H-N N N , октазонN8H14 и др. большинство соединений азота с водородом выделено только в виде органическихпроизводных.

С галогенами азот непосредственно не взаимодействует, поэтому всегалогениды азота получают косвенным путем, например фтористый азот NF3 - при взаимодействии фтора с аммиаком.

Какправило, галогениды азота - малостойкие соединения за исключением NF3 более устойчивы оксигалогениды азота - NOF, NOCI, NOBr, NO2F и NO2CI. С серой также не происходит непосредственногосоединения азота азотистая сера N4S4 получается в результате реакции жидкой серы саммиаком. При взаимодействии раскаленного кокса с азотом образуется циан СN 2. Нагреванием азота с ацетиленом С2Н2до 15000С может быть получен цианистый водород HCN. Взаимодействие азота с металлами при высокихтемпературах приводит к образованию нитридов например, Mg3N2 .Придействии на обычный азот электрических разрядов или при разложении нитридовбора, титана, магния и кальция, а также при электрических разрядах в воздухеможет образоваться активный азот, представляющий собой смесь молекул и атомовазота, обладающих повышенным запасом энергии.

В отличие от молекулярного,активный азот весьма энергично взаимодействует с кислородом, водородом, парамисеры, фосфором и некоторыми металлами.Азотвходит в состав очень многих важнейших органических соединений амины,аминокислоты, нитросоединения и др. . Получение и применение.Влаборатории азот легко может быть получен при нагревании концентрированногонитрита аммония NH4NO2 N2 2H2O.Технический способ получения азота основан на разделении предварительносжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.Основнаячасть добываемого свободного азота используется для промышленного производствааммиака, который затем в значительных количествах перерабатывается на азотнуюкислоту, удобрения, взрывчатые вещества и т. д. Помимо прямого синтеза аммиакаиз элементов, промышленное значение для связывания азота воздуха имеетразработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 10000Скарбид кальция получаемый накаливанием смеси известии угля в электрическойпечи реагирует со свободным азотом CaC2 N2 CaCN2 C. Образующийся цианамид кальция при действииперегретого 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 перекачкегорючих жидкостей и т. д. Жидкий азот находит применение в различных холодильныхустановках.

Его хранят и транспортируют в стальных сосудах Дьюара, газообразныйазот в сжатом виде - в баллонах.

Широко применяют многие соединения азота.Производство связанного азота стало усиленно развиваться после 1-й мировойвойны и сейчас достигло огромных масштабов.