Азот

Азот экспериментальным путем был обнаружен шотландским химиком Д. Резерфордом в 1772 году. В природе азот находится в основном в свободном состоянии и является одной из главных составляющих воздуха. Каковы же физические и химические свойства азота?

Общая характеристика

Азот – химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 7, атомная масса 14, формула азота – N2. Перевод названия элемента – «безжизненный» – может относится к азоту как к простому веществу. Однако азот в связанном состоянии является одним из главных элементов жизни, входит в состав белков, нуклеиновых кислот, витаминов и т.д.

Электронная конфигурация азота

Рис. 1. Электронная конфигурация азота.

Азот – элемент второго периода, не имеет возбужденных состояний, так как атом не имеет свободных орбиталей. Но этот химический элемент может проявлять в основном состоянии валентность не только III, но и IV за счет образования ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму с участием неподеленной электронной пары азота. Степень окисления, которую может проявлять азот, изменяется в широких пределах от -3 до +5.

при изучении строения молекулы азота необходимо помнить, что химическая связь осуществляется за счет трех общих пар p-электронов, орбитали которых направлены по осям x, y, z.

Химические свойства азота

В природе азот встречается в виде простого вещества – газа N2 (объемная доля в воздухе 78%) и в связанном состоянии. В молекуле азота атомы связаны прочной тройной связью. Энергия этой связи составляет 940 кДж/моль. При обычной температуре азот может взаимодействовать только с литием (Li3 N). После предварительной активизации молекул путем нагревания, облучения или действием катализаторов азот вступает в реакции с металлами и неметаллами. Азот может вступать в реакции с магнием, кальцием или, например, алюминием:

3Mg+N2=Mg3N2
3Ca+N2=Ca3N2
2Al+N2=2AlN

Особенно важен синтез аммиака из простых веществ – азота и водорода в присутствии катализатора (губчатое железо):N2+3H2=2NH3+Q. Аммиак – бесцветный газ с резким запахом. Он хорошо растворим в воде, что в значительной степени обусловлено образованием водородных связей между молекулами аммиака и воды, а также реакцией присоединения к воде по донорно-акцепторному механизму. Слабощелочная реакция раствора обусловлена наличием в растворе ионов OH- (в небольшой концентрации, так как степень диссоциации гидроксида аммония очень мала – это слабое растворимое основание).

Аммиак

Рис. 2. Аммиак.

Из шести оксидов азота – N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5, где азот проявляет степень окисления от +1 до +5, два первых – N2O и NO – несолеобразующие, остальные вступают в реакцию с образованием солей.

Азотную кислоту, самое важное соединение азота, в промышленности получают из аммиака в 3 стадии:

  • окисление аммиака на платиновом катализаторе:
4NH3 +5O2=4NO+6H2O
  • окисление NO до NO2 кислородом воздуха:
2NO+O2=2NO2
  • поглощение NO2 водой в избытке кислорода:
4NO2 +2H2O+O2=4HNO3

Азот также может реагировать при высоких температурах и давлении (в присутствии катализатора) с водородом:

N2+3H2=2NH3

Азотная кислота

Рис. 3. Азотная кислота.

Применение азота

Основное применение азот находит в качестве исходного продукта для синтеза аммиака, а также для производства азотной кислоты, минеральных удобрений, красителей, взрывчатых веществ и других азотосодержащих соединений. Жидкий азот используют в охладительных системах. Для придания стали большей твердости, увеличения износостойкости, коррозионной стойкости и теплостойкости ее поверхность насыщают азотом при высоких температурах. Такая сталь выдерживает нагревание до 500 градусов без потери своей твердости.

Что мы узнали?

Азот – бесцветный газ без запаха, цвета и вкуса. В школьном курсе химии изучаются его основные свойства, а также способность вступать в реакцию с металлами и неметаллами при нормальных условиях, а также под действием катализаторов.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 75.

Предметы