Надо Знать

добавить знаний



Азот



План:


Введение

Азот ( лат. Nitrogenium , N) - химический элемент V группы периодической системы с атомным порядковым номером 7 и атомной массой 14.008. Два атома азота, обьеднюючись составляют молекулу химического вещества азота.

Азот - газ без цвета, запаха, вкуса, состоит из двухатомных молекул N 2. При нормальных условиях 1 л азота весит 1.25046 г, критическая t равен -147,16 , мало растворим в воде. При обычных условиях азот химически малоактивен, при высоких температурах и давлении, при наличии катализаторов азот образует соединения с водородом, металлами, кислородом и др.. В природе азот существует как главная составная часть воздуха (75.5% по весу), в форме нитратов и солей аммония; входит в состав угля, нефти, алкалоидов, белковых веществ. Азот воздуха используют в производстве аммиака, азотной кислоты, удобрений, а также как инертный газ.


1. История открытия

В работе Химический трактат о воздухе и огне" шведский химик К. Шееле описал получение и свойства "огненного воздуха" и отметил, что атмосферный воздух состоит из двух "видов воздуха: огненного - кислорода и "флогистованого - азота. Однако приоритет открытия кислорода принадлежит Джозефу Пристли, потому что труд Шееле был опубликован только в 1777 году.
В 1772 году азот (под названием "испорченного воздуха) как простое вещество описал Даниэль Резерфорд, он опубликовал магистерскую диссертацию, где указал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Именно Даниэль Резерфорд и считается первооткрывателем азота.


2. Происхождение названия

Название Азот (от греч. ἀζωτος - Безжизненный, (другими языками: лат. Nitrogenium - Тот, рождающий селитру), нем. Stickstoff - Удушающий вещество), вместо прежних названий ("флогистоване", "мефитичне" и "испорченный" воздух) предложил в 1787 Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских ученых разрабатывал принципы химической номенклатуры.


3. Распространение в природе

Общее содержание азота в земной коре составляет 1.10 -2% по массе. Основная его масса находится в воздухе, в свободном молекулярном виде - N 2. Сухой воздух содержит в среднем 78,09% по объему (или 75,6% по массе) свободного азота, что соответствует 4 10 15 т [1]. В отношении малых количествах свободный азот находится в растворенном состоянии в водах океанов. В виде соединений с другими элементами (связанный азот) входит в состав всех растительных и животных организмов. Мощные месторождения азота в виде так называемой чилийской селитры известны только в Чили ( Южная Америка). Кроме того, небольшие количества азота содержатся в почве, главным образом в виде органических соединений и солей азотной кислоты.

В земной коре создает три основных типа минералов, содержащих ионы CN -, NO 3 -, NH 4 +. Промышленное значение имеет натриевая селитра NaNO 3, крупные залежи которого есть в Чили и калийная селитра KNO 3 (крупнейшие залежи в Индии).


4. Изотопы

Азот имеет два стабильных изотопы : 14 N 7 атомная масса 14.00751 (99.63%) и 14 N 8 атомная масса 15.00489 (0.37%). Искусственно получено 4 радиоактивных изотопов азота с массовыми числами 12, 13, 16, 17.

5. Физические свойства

Азот - бесцветный газ без запаха и вкуса. Кипит при температуре -195,8 C, замерзает при -209,86 C. Азот не поддерживает ни дыхания, ни горения. В воде растворяется мало. Его растворимость при 20 C составляет 1,54 см 3 на 100 г воды (кислорода - 3,1 см 3). Поэтому растворенное в воде воздуха богаче кислородом, чем атмосферное.

Кипящий азот в металлической чашке (-196 C)

6. Химические свойства

Азот входит в главной подгруппы пятой группы периодической системы Менделеева. Порядковый номер его 7. Атомы азота имеют внешний электронной оболочке пять электронов. Поэтому они могут присоединять три электрона, которых им недостает для образования полностью заполненной восемью электронами оболочки, и восстанавливаться до ионов N 3 - или терять пять валентных электронов, превращаясь в положительно заряженные ионы N 5 + и проявляя при этом свою максимальную положительную валентность. Атомы азота также могут терять и меньшее количество электронов, проявляя при этом положительную валентность 1 +, 2 +, 3 + и 4 +.

Молекулы азота двухатомные, оба атома тесно связаны между собой тремя общими электронными парами.

Чтобы разложить молекулу азота на атомы, нужно потратить значительное количество энергии. Поэтому азот при обычных условиях химически довольно пассивен.

При высоких температурах, когда молекулы N 2 разлагаются и азот переходит в атомарное состояние, он сравнительно легко вступает в реакции с металлами (особенно активными), образуя так называемые нитриды, например:

  • 6Li + N 2 = 2Li 3 N (нитрид лития)
  • 3Ca + N 2 = Ca 3 N 2 (нитрид кальция)

При высокой температуре, высоком давлении и наличии катализатора азот соединяется с водородом с образованием аммиака. При температуре электрической искры (более 3000 C) азот реагирует с кислорода, образуя неустойчив при высокой температуре монооксид азота NO по реакции:

  • N 2 + O 2 = 2NO

В природе эта реакция происходит при грозовых разрядах.


7. Другие свойства

В обычных условиях азот физиологически инертен, но при вдыхании воздуха, сжатого до 2 -2 атм., Наступает состояние, которое называется азотным наркозом, подобный алкогольного опьянения. Эти случаи могут быть при водолазных работ на глубине нескольких десятков метров. Для предупреждения возникновения данного состояния порой пользуются искусственными газовыми смесями, в которых азот заменен гелием или каким-то другим инертным газом. При резком и значительном снижении парциального давления азота, растворимость его в крови и тканях настолько уменьшается, что часть его выделяется в виде пузырьков, что является одной из причин возникновения кесоновои болезни, наблюдается у водолазов при быстром их поднятии на поверхность и у пилотов при больших скоростях взлета самолета в верхние слои атмосферы.

В смеси с кислородом азот используется как слабый наркотик, вызывающий состояние опьянения, эйфории, притупление болевой чувствительности. Используется для ингаляционного наркоза.


8. Добыча

В лабораторных условиях чистый азот обычно получают путем разложения при нагревании раствора нитрита аммония по реакции:

  • NH 4 NO 2 = N 2 ↑ + 2H 2 O

В промышленности азот в больших количествах добывают из воздуха с помощью азотных станций.

Еще один из лабораторных способов - пропускание аммиака над оксидом меди (II) при температуре ~ 700 C:

2NH 3 + 3CuO → N 2 ↑ + 3H 2 O + 3Cu

Аммиак берут из его насыщенного раствора при нагревании. Количество CuO в 2 раза больше расчетного. Непосредственно перед применением азот очищают от примесей кислорода и аммиака пропусканием над медью и ее оксидом (II) (тоже ~ 700 C), затем сушат концентрированной серной кислотой и сухим лугом. Процесс происходит достаточно медленно, но газ получается довольно чистый.


9. Соединения

9.1. Оксиды азота

Азот образует несколько оксидов (N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 4, N 2 O 5). Из них наибольшее значение имеют монооксид азота NO и диоксид азота NO 2, поскольку это продукты при производстве азотной кислоты. Закись азота N 2 O известен как дурманящий газ и используется для наркоза.

9.2. Производные аммиака

Вместе с тремя атомами водорода атом азота образует молекулу аммиака NH 3. Аммиак реагирует с кислотами, образуя соли аммония. Замещение одного из атомов гидрорену аммиака атомом металла дает амиды (NaNH 2,...). Производные этого вещества называются аминами, а в случае с двумя аминными группы входят в состав мочевины.

Другое соединение азота с водородом - гидразин (H 2 N-NH 2).


9.3. Кислоты

Азот образует нитратную (HNO 3) и нитритные (HNO 2) кислоты, соли которых называются, соответственно, нитратами и нитритами.

Некисневи кислоты азота (атомы азота входят в состав псевдогалогенного группировки):

  • азотистоводородной водородная кислота HN 3 (соли называют азиды), (атомы азота (азота) моют разную валентность (N - = N + = N -))
  • Синильная кислота (HCN) является сильным ядом, так же, как и большинство ее солей ( цианидов) и некоторые из органических производных ( нитрилов)
  • Изоциановая кислота, HNC
  • Тиоцианинова кислота, HSCN (соли - роданиды)

9.4. Соединения с металлами

Нитриды щелочных и других активных металлов (Na 3 N, Mg 3 N 2) - солеподибни вещества при контакте с водой выделяют аммиак. Переходные металлы образуют нитриды с металлическим типом связи (TiN, CrN, нитриды ванадия). Известны также ковалентные нитриды (BN, Si 3 N 4).

9.5. Другие соединения

9.6. Органические соединения азота

Азот содержится в значительных количествах во всех живых организмах, в составе аминокислот и ДНК. Простейшими классами органических соединений азота являются:

  • Амины - производные аммиака (метламин - CH 3 NH 2, триэтиламин - (CH 3 CH 2) 3 N, ...)
  • Амиды - ацетамид, ДМФА, капрон, белки...
  • Нитрилы - производные циановодневои кислоты (ацетонитрил - CH 3 CN, ...)
  • Нитросоединения ( нитрометан - CH 3 3NO 2, тринитротолуол, гексоген)
  • Органические нитраты ( нитроглицерин, ...)
  • Оксимы, гидразоны
  • Производные мочевины
  • Соли диазония (C 6 H 5-NN + Cl -), диазосоединения (C 6 H 5-N = NC 6 H 5)
  • Азотсодержащие гетероциклы ( пиридин, нуклеиновые основания ДНК, витамин B6)

10. Биологическая роль

Азот - один из основных химических элементов живой природы. Он входит в состав аминокислот - химических блоков, из которых формируются белки, и нуклеиновых кислот. Несмотря на важную азота для живых организмов, ни растения, ни животные не могут усваивать атмосферный азот. Некоторые бактерии, однако, имеют фермент нитрогеназы, с помощью которого азот фиксируется.


11. Применение

Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии.

Промышленные применения газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро-и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений. В горнодобывающей деле азот может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасного среды, для распирания пластов породы. В производстве электроники азот применяется для продувки областей, не допускают наличия окисляет кислорода. Если в процессе, традиционно проходит с использованием воздуха, окисление или гниение являются негативными факторами - азот может успешно заместить воздух.

Большая часть получаемого в технике азота применяется на производство аммиака.

В последнее время значительное распространение получило использование азота для создания инертной среды при проведении некоторых химических реакций, при перекачке горючих жидкостей и т.п..

Основные сферы применения газообразного азота

Поскольку азот имеет низкую температуру кипения (77,4 К), сжиженный азот одна из главных веществ для криогеники.

Азот входит в широкого класса взрывчатых веществ. Взрывчатость соединений азота основан на том, что образование молекулы азота приводит к установлению очень мицноого тройной связи, а при этом высвобождается большое количество энергии.


См.. также

Примечания

  1. Кравчук П. А. Рекорды природы. - Любешова: Эрудит, 1993, 216 с.: Ил. ISBN 5-7707-2044-1

Источники

  1. Кравчук П. А. Рекорды природы. - Любешова: Эрудит, 1993, 216 с.: Ил. ISBN 5-7707-2044-1
  • Глоссарий терминов по химии / / Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им .. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет - М.: "Вебер", 2008. - 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Украинская советская энциклопедия. В 12-ти томах. / Под ред. М. Бажана. - 2-е изд. - М., 1974-1985.
  • Ф. А. Деркач "Химия" Л. 1968


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам