7
 
14,007
Таблица
<<=     =>>
v

Даниэль Резерфорд

шотландский химик, ботаник и врач (1749–1819 )
(фото сайта physchem.chimfak.rsu.ru)

Твердый азот можно получить быстрым испарением жидкого в сосуде Дьюара

(фото сайта periodictable.ru/)
Поделиться в

№7 Азот

История открытия:

Азот (англ. Nitrogen, франц. Azote, нем. Stickstoff) был открыт почти одновременно несколькими исследователями. Кавендиш получил азот из воздуха (1772), пропуская последний через раскаленный уголь, а затем через раствор щелочи для поглощения углекислоты. Кавендиш не дал специального названия новому газу, упоминая о нем как о мефитическом воздухе (лат. - mephitis - удушливое или вредное испарение земли). Официально открытие азота обычно приписывается Резерфорду, опубликовавшему в 1772 г. диссертацию "О фиксируемом воздухе, называемом иначе удушливым", где впервые описаны некоторые химические свойства азота. В эти же годы Шееле получил азот из атмосферного воздуха тем же путем, что и Кавендиш. Он назвал новый газ испорченным воздухом (Verdorbene Luft). Пристли (1775) назвал азот флогистированным воздухом (Air phlogisticated). Лавуазье в 1776-1777 гг. подробно исследовал состав атмосферного воздуха и установил, что 4/5 его объема состоят из удушливого газа (Air mofette).
Лавуазье предложил назвать элемент "азот" от отрицательной греческой приставки "а" и слова жизнь "зоэ", подчеркивая его неспособность поддерживать дыхание. В 1790 году для азота было предложено название "нитроген" (nitrogene - "образующий селитру"), что и стало в дальнейшем основой международного названия элемента (Nitrogenium) и символа азота - N.

Нахождение в природе, получение:

Азот в природе встречается главным образом в свободном состоянии. В воздухе объемная доля его составляет 78,09%, а массовая доля - 75,6%. Соединения азота в небольших количествах содержатся в почвах. Азот входит в состав белковых веществ и многих естественных органических соединений. Общее содержание азота в земной коре 0,01%.
В атмосфере азота содержится примерно 4 квадрильона (4·1015) тонн, а в океанах - около 20 триллионов (20·1012) тонн. Незначительная часть этого количества - около 100 миллиардов тонн - ежегодно связывается и включается в состав живых организмов. Из этих 100 миллиардов тонн связанного азота только 4 миллиарда тонн содержится в тканях растений и животных - все остальное накапливается в разлагающих микроорганизмах и в конце концов возвращается в атмосферу.
В технике азот получают из воздуха. Для получения азота воздух переводят в жидкое состояние, а затем испарением отделяют азот от менее летучего кислорода (tкипN2 = -195,8°С, tкипO2 = -183°С)
В лабораторных условиях чистый азот можно получить разлагая нитрит аммония или смешивая при нагревании растворы хлорида аммония и нитрита натрия:
NH4NO2 N2 + 2H2O;       NH4Cl + NaNO2 NaCl + N2 + 2H2O.

Физические свойства:

Природный азот состоит из двух изотопов: 14N и 15N. При обычных условиях азот - газ без цвета, запаха и вкуса, немного легче воздуха, плохо растворяется в воде (в 1 л воды растворяется 15,4 мл азота, кислорода - 31 мл). При температуре -195,8°C азот переходит в бесцветную жидкость, а при температуре -210,0°C - в белое твердое вещество. В твердом состоянии существует в виде двух полиморфных модификаций: ниже -237,54°C устойчива форма с кубической решеткой, выше - с гексагональной.
Энергия связи атомов в молекуле азота очень велика и составляет 941,6 кДж/моль. Расстояние между центрами атомов в молекуле 0,110 нм. Молекула N2 диамагнитна. Это свидетельствует о том, что связь между атомами азота тройная.
Плотность газообразного азота при 0°C 1,25046 г/дм3

Химические свойства:

При обычных условиях азот - химически малоактивное вещество из-за прочной ковалентной связи. В обычных условиях реагирует только с литием, образуя нитрид: 6Li + N2 = 2Li3N
С повышением температуры активность молекулярного азота увеличивается, при этом он может быть может быть и окислителем (с водородом, металлами), и восстановителем (с кислородом, фтором). При нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора азот взаимодействует с водородом образуя аммиак: N2 + 3H2 = 2NH3
С кислородом азот соединяется только в электрической дуге с образованием оксида азотa(II): N2 + O2 = 2NO
В электрическом разряде возможна и реакция со фтором: N2 + 3F2 = 2NF3

Важнейшие соединения:

Азот способен образовывать химические соединения, находясь во всех степенях окисления от +5 до -3. Соединения в положительных степенях окисления азот образует с фтором и кислородом, причем в степенях окисления больше +3 азот может находиться только в соединениях с кислородом.
Аммиак, NH3 - бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворяется в воде ("нашатырный спирт"). Аммиак обладает основными свойствами, взаимодействует с водой, галогеноводородами, кислотами:
NH3 + H2O <=> NH3*H2O <=> NH4+ + OH - ;       NH3 + HCl = NH4Cl
Один из типичных лигандов в комплексных соединениях: Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2 (фиол., р-рим)
Восстановитель: 2NH3 + 3CuO 3Cu + N2 + 3H2O.
Гидразин - N2H4 (пернитрид водорода), ...
Гидроксиламин - NH2OH, ...
Оксид азота(I), N2O (закись азота, веселящий газ). ...
Оксид азота(II), NO - бесцветный газ, не имеет запаха, в воде малорастворим, относится к несолеобразующим. В лаборатории получают при взаимодействии меди и разбавленной азотной кислоты:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
В промышленности получают каталитическим окислением аммиака при получении азотной кислоты:
4NH3 + 5O2 4NO + 6 H2O
Легко окисляется до оксида азота(IV): 2NO + O2 = 2NO2
Оксид азота(III), ??? ...
...
Азотистая кислота, ??? ...
...
Нитриты, ??? ...
...
Оксид азота(IV), NO2 - ядовитый газ бурого цвета, имеет характерный запах, хорошо растворяется в воде, давая при этом две кислоты, азотистую и азотную: H2O + NO2 = HNO2 + HNO3
При охлаждении переходит в бесцветный димер: 2NO2 <=> N2O4
Оксид азота(V), ??? ...
...
Азотная кислота, HNO3 - бесцветная жидкость с резким запахом, tкип = 83°С. Сильная кислота, соли - нитраты. Один из сильнейших окислителей, что обусловлено наличием в составе кислотного остатка атома азота в высшей степени окисления N+5. При взаимодействии азотной кислоты с металлами в качестве основного продукта выделяется не водород, а различные продукты восстановления нитрат-иона:
Cu + 4HNO3 (конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O;
4Mg + 10HNO3 (оч.разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 5H2O.
Нитраты, ??? ...
...

Применение:

Широко используется для создания инертной среды - наполнения электрических ламп накаливания и свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке жидкостей, в пищевой промышленности как упаковочный газ. Им азотируют поверхность стальных изделий, в поверхностном слое образуются нитриды железа, которые придают стали большую твердость. Жидкий азот часто используется для глубокого охлаждения различных веществ.
Важное значение азот имеет для жизни растений и животных, поскольку он входит в состав белковых веществ. В больших количествах азот применяется для получения аммиака. Соединения азота находят применение в производстве минеральных удобрений, взрывчатых веществ и во многих отраслях промышленности.

Л.В. Черкашина
ХФ ТюмГУ, гр. 542(I)


Источники:
Г.П. Хомченко. Пособие по химии для поступающих в вузы. М., Новая волна, 2002.
А.С. Егоров, Химия. Пособие-репетитор для поступающих в вузы. Ростов-на-Дону, Феникс, 2003.
http://www.chem.msu.su/rus/history/element/N.html
КонТрен – Химия для школьников, студентов, учителей ...
подготовка к экзаменам и олимпиадам