ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Азот (nitrogenium)
Порядковый номер: 7
Группа: v
Период: 2
Электронное строение: 2s2 2p3
Атомная масса: 14,0067
Электроотрицательность: 3,04
Температура плавления: -209,86?С
Температура кипения: -195,8?С
Плотность (г/см3): 0,0012506
Характерные степени окисления: -3 +5
Цвет: Серовато-белый
Кем открыт: Даниэль Резерфорд
Год открытия: 1772
Страна открытия: Шотландия
Кристалическая структура:
гексагональная

Азот (от греч. azoos — безжизненный, лат. nitrogenium), n, химический элемент v группы периодической системы Менделеева, атомный номер 7, атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса.

Историческая справка. Соединения А. — селитра, азотная кислота, аммиак — были известны задолго до получения А. в свободном состоянии. В 1772 Д. Резерфорд, сжигая фосфор и др. вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им «удушливым воздухом», не поддерживает дыхания и горения. В 1787 А. Лавуазье установил, что «жизненный» и «удушливый» газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название «А.». В 1784 Г. Кавендиш показал, что А. входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название А. (от позднелатинское nitrum — селитра и греческое gennao — рождаю, произвожу), предложенное в 1790 Ж. А. Шапталем. К началу 19 в. были выяснены химическая инертность А. в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с др. элементами в качестве связанного азота. С тех пор «связывание» А. воздуха стало одной из важнейших технических проблем химии.

Распространённость в природе. А. — один из самых распространённых элементов на Земле, причём основная его масса (около 4 ? 10 15 т ) сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере . В воздухе свободный А. (в виде молекул n 2 ) составляет 78,09% по объёму (или 75,6% по массе), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и окислов. Среднее содержание А. в литосфере 1,9 ? 10 -3 % по массе. Природные соединения А. — хлористый аммоний nh 4 cl и различные нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата (Чили, Средняя Азия). Долгое время селитры были главным поставщиком А. для промышленности (сейчас основное значение для связывания А. имеет промышленный синтез аммиака из А. воздуха и водорода ). Небольшие количества связанного А. находятся в каменном угле (1—2,5%) и нефти (0,02—1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. А. накапливается в почвах (0,1%) и в живых организмах (0,3%).

Хотя название «А.» означает «не поддерживающий жизни», на самом деле это — необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16 — 17% А. В организмах плотоядных животных белок образуется за счёт 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 А. поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам , способным переводить свободный А. воздуха в соединения А.

В природе осуществляется круговорот А., главную роль в котором играют микроорганизмы — нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др. Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного А. (особенно при интенсивном земледелии) почвы оказываются обеднёнными А. Дефицит А. характерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит А. и в животноводстве («белковое голодание»). На почвах, бедных доступным А., растения плохо развиваются. Азотные удобрения и белковая подкормка животных — важнейшее средство подъёма сельского хозяйства. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот А. Так, сжигание топлива обогащает атмосферу А., а заводы, производящие удобрения, связывают А. воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет А. на поверхности земли.

А.— четвёртый по распространённости элемент Солнечной системы (после водорода , гелия и кислорода).

Изотопы, атом, молекула. Природный А. состоит из двух стабильных изотопов: 14 n (99,635%) и 15 n (0,365% ). Изотоп 15 n применяют в химических и биохимических исследованиях в качестве меченого атома . Из искусственных радиоактивных изотопов А. наибольший период полураспада имеет 13 n (t 1/2 = 10,08 мин ) , остальные весьма короткоживущие. В верхних слоях атмосферы, под действием нейтронов космического излучения, 14 n превращается в радиоактивный изотоп углерода 14 c. Этот процесс используют и в ядерных реакциях для получения 14 c. Внешняя электронная оболочка атома А. состоит из 5 электронов (одной неподелённой пары и трёх неспаренных — конфигурация 2 s 2 2 p 3) . Чаще всего А. в соединениях З-ковалентен за счёт неспаренных электронов (как в аммиаке nh 3 ). Наличие неподелённой пары электронов может приводить к образованию ещё одной ковалентной связи, и А. становится 4-ковалентным (как в ионе аммония nh 4 + ). Степени окисления А. меняются от +5 (в n 2 0 5 ) до —3 (в nh 3 ). В обычных условиях в свободном состоянии А. образует молекулу n 2 , где атомы n связаны тремя ковалентными связями. Молекула А. очень устойчива: энергия диссоциации её на атомы составляет 942,9 кдж/моль (225,2 ккал/моль ) , поэтому даже при t около 3300°С степень диссоциации А. составляет лишь около 0,1%.

Физические и химические свойства. А. немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м 3 (при 0°С и 101325 н/м 2 или 760 мм рт. ст. ) , t пл —209,86°С, t кип —195,8°c. А. сжижается с трудом: его критическая температура довольно низка (—147,1 °С), а критическое давление высоко 3,39 Мн/м 2 (34,6 кгс/см 2 ); плотность жидкого А. 808 кг{м 3 . В воде А. менее растворим, чем кислород: при 0°С в 1 м 3 Н 2 О растворяется 23,3 г А. Лучше, чем в воде, А. растворим в некоторых углеводородах.

Только с такими активными металлами, как литий, кальций, магний, А. взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С большинством других элементов А. реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения А. с кислородом n 2 o, no, n 2 o 3 , no2 и n 2 o 5. Из них при непосредственном взаимодействии элементов (4000°c) образуется окись no, которая при охлаждении легко окисляется далее до двуокиси no 2 . В воздухе окислы А. образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь А. с кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого n 2 О 3 и азотного n 2 О 5 ангидридов соответственно получаются азотистая кислота hno2 и азотная кислота hno 3 , образующие соли — нитриты и нитраты . С водородом А. соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак nh 3 . Кроме аммиака, известны и другие многочисленные соединения А. с водородом , например гидразин h 2 n—nh 2 , диимид hn=nh, азотистоводородная кислота hn 3 (h—n=n ? n), октазон n 8 h 14 и др.; большинство соединений А. с водородом выделено только в виде органических производных. С галогенами А. непосредственно не взаимодействует, поэтому все галогениды А. получают только косвенным путём, например фтористый азот nf 3 — при взаимодействии фтора с аммиаком. Как правило, галогениды А. — малостойкие соединения (за исключением nf 3 ); более устойчивы оксигалогениды А. — nof, noci, nobr, n0 2 f и no2ci. С серой также не происходит непосредственного соединения А.; азотистая сера n 4 s 4 получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии раскалённого кокса с А. образуется циан (cn).;. Нагреванием А. с ацетиленом c 2 h 2 до 1500°c может быть получен цианистый водород hcn. Взаимодействие А. с металлами при высоких температурах приводит к образованию нитридов (например, mg 3 n 2 ).

При действии на обычный А. электрических разрядов [давление 130 — 270 н/м 2 (1— 2 мм рт ст )] или при разложении нитридов В, ti, mg и Са, а также при электрических разрядах в воздухе может образоваться активный А., представляющий собой смесь молекул и атомов А., обладающих повышенным запасом энергии. В отличие от молекулярного, активный А. весьма энергично взаимодействует с кислородом, водородом , парами серы, фосфором и некоторыми металлами.

А. входит в состав очень многих важнейших органических соединений ( амины , аминокислоты , нитросоединения и др.).

Получение и применение. В лаборатории А. легко может быть получен при нагревании концентрированного раствора нитрита аммония: nh4no2 = n 2 + 2h 2 О. Технический способ получения А. основан на разделении предварительно сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.

Основная часть добываемого свободного А. 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 А. воздуха имеет разработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 1000°c карбид кальция (получаемый накаливанием смеси извести и угля в электрической печи) реагирует со свободным А.: СаС­ + n­ -= cacn­ + С. Образующийся цианамид кальция при действии перегретого водяного пара разлагается с выделением аммиака:

cacn+ЗН 2 О=СаСО 3 +2nh 3 .

Свободный А. 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 А. находит применение в различных холодильных установках. Его хранят и транспортируют в стальных сосудах Дьюара, газообразный А. в сжатом виде — в баллонах. Широко применяют многие соединения А. производство связанного А. стало усиленно развиваться после 1-й мировой войны и сейчас достигло огромных масштабов.

Лит.: Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963: Химия и технология связанного азота, [М.— Л.], 1934; КХЭ, т. 1, М.,1961.

Скачать реферат на тему: "Азот"

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm