Азот
  Азот
                                    [pic] 
   Происходит  от  греческого  слова  azoos   -   безжизненный,   по-латыни 
Nitrogenium. Химический знак элемента -  N.  Азот  -  химический  элемент  V 
группы периодической системы Менделеева, порядковый номер  7,  относительная 
атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. 
                            Историческая справка. 
   Соединения азота - селитра, азотная  кислота,  аммиак  -  были  известны 
задолго до получения азота в свободном состоянии. В 1772  г.  Д.  Резерфорд, 
сжигая  фосфор  и  другие  вещества  в  стеклянном  колоколе,  показал,  что 
остающийся  после  сгорания  газ,  названный  им  “удушливым  воздухом”,  не 
поддерживает дыхания и  горения.  В  1787  г.  А.  Лавуазье  установил,  что 
“жизненный” и “удушливый” газы,  входящие  в  состав  воздуха,  это  простые 
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  -  селитра  и  греческого  gennao  -  рождаю, 
произвожу), предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем. К началу  ХIX  в.  были 
выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и  исключительная 
роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота. 
                        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. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2 )  составляет  78,09% 
по объему ( или 75,6% по массе ), не считая незначительных  примесей  его  в 
виде аммиака и окислов. Среднее содержание азота в  литосфере  1,9*10-3%  по 
массе. Природные соединения азота -  хлористый  аммоний  NH4CI  и  различные 
нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного  климата 
( Чили, Средняя Азия ). Долгое время селитры были главным поставщиком  азота 
для промышленности ( сейчас основное значение  для  связывания  азота  имеет 
промышленный синтез  аммиака  из  азота  воздуха  и  водорода  ).  Небольшие 
количества связанного азота находятся в каменном угле    (  1  -  2,5%  )  и 
нефти ( 0,02 -  1,5%  ),  а  также  в  водах  рек,  морей  и  океанов.  Азот 
накапливается в почвах      ( 0,1% ) и в живых организмах ( 0,3% ). 
   Хотя название “азот” означает “не поддерживающий жизни”, на  самом  деле 
это  -  необходимый  для  жизнедеятельности  элемент.  В  белке  животных  и 
человека  содержится 16 - 17% азота. В организмах плотоядных животных  белок 
образуется за счет 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 азота поступают в  почву  благодаря  азотфиксирующим 
микроорганизмам, способным переводить свободный азот  воздуха  в  соединения 
азота. 
   В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют 
микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие  и  др. 
Однако в результате извлечения  из  почвы  растениями  огромного  количества 
связанного азота ( особенно при интенсивном земледелии )  почвы  оказываются 
обедненными. Дефицит азота  характерен  для  земледелия  почти  всех  стран, 
наблюдается дефицит азота и в животноводстве ( “белковое  голодание”  ).  На 
почвах, бедных доступным азотом, растения плохо  развиваются.  Хозяйственная 
деятельность человека  нарушает  круговорот  азота.  Так,  сжигание  топлива 
обогащает атмосферу азотом,  а  заводы,  производящие  удобрения,  связывают 
азот из воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов  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  (  как  в 
аммиаке NH3 ).  Наличие  неподеленной  пары  электронов  может  приводить  к 
образованию еще одной ковалентной связи, и азот становится  4-ковалентным  ( 
как в ионе аммония NH4+ ). Степени окисления азота меняются от +5 (  в  N2O5 
) до -3  ( в NH3 ). В обычных условиях в свободном состоянии  азот  образует 
молекулу N2, где атомы азота связаны тремя  ковалентными  связями.  Молекула 
азота очень устойчива: энергия диссоциации  ее  на  атомы  составляет  942,9 
кдж/моль, поэтому даже при  температуре  33000С  степень  диссоциации  азота 
составляет лишь около 0,1%. 
                      Физические и химические свойства. 
   Азот немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м3 ( при  00С  и  101325 
н/м2 или 760 мм. рт. ст. ), tпл-209,860С,  tкип-195,80С.  Азот  сжижается  с 
трудом:  его  критическая  температура  довольно  низка      (-147,10С),   а 
критическое    давление    высоко    3,39    Мн/м2                     (34,6 
кгс/см2);плотность жидкого азота 808 кг/м3. В  воде  азот  менее  растворим, 
чем кислород: при 00С в 1 м3 H2O растворяется 23,3 г  азота.  Лучше,  чем  в 
воде, азот растворим в некоторых углеводородах. 
   Только с такими активными металлами, как литий,  кальций,  магний,  азот 
взаимодействует при  нагревании  до  сравнительно  невысоких  температур.  С 
большинством других элементов 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  взаимодействии 
элементов ( 40000С ) образуется  окись  NO,  которая  при  охлаждении  легко 
окисляется далее до двуокиси NO2. В  воздухе  окислы  азота  образуются  при 
атмосферных разрядах. Их можно получить также действием  на  смесь  азота  с 
кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого N2O3  и 
азотного N2O5 ангидридов соответственно получаются азотистая кислота НNO2  и 
азотная кислота НNO3, образующие соли - нитриты и нитраты. С водородом  азот 
соединяется только при высокой температуре и  в  присутствии  катализаторов, 
при  этом  образуется  аммиак  NH3.  Кроме  аммиака,   известны   и   другие 
многочисленные соединения азота  с  водородом,  например  гидразин  H2N-NH2, 
диимид HN-NH, азотистоводородная кислота  HN3  (H-N=N=N),  октазон  N8H14  и 
др.; большинство  соединений  азота  с  водородом  выделено  только  в  виде 
органических   производных.   С   галогенами   азот    непосредственно    не 
взаимодействует, поэтому все  галогениды  азота  получают  косвенным  путем, 
например фтористый азот NF3 -  при  взаимодействии  фтора  с  аммиаком.  Как 
правило, галогениды азота - малостойкие соединения ( за исключением  NF3  ); 
более устойчивы оксигалогениды азота - NOF, NOCI,  NOBr,  NO2F  и  NO2CI.  С 
серой также не  происходит  непосредственного  соединения  азота;  азотистая 
сера N4S4 получается в  результате  реакции  жидкой  серы  с  аммиаком.  При 
взаимодействии  раскаленного  кокса  с   азотом   образуется   циан   (СN)2. 
Нагреванием азота с ацетиленом С2Н2 до 15000С может быть  получен  цианистый 
водород HCN. Взаимодействие  азота  с  металлами  при  высоких  температурах 
приводит к образованию нитридов (например, Mg3N2 ). 
   При действии на обычный азот электрических разрядов или  при  разложении 
нитридов бора, титана, магния и кальция, а также при электрических  разрядах 
в воздухе может  образоваться  активный  азот,  представляющий  собой  смесь 
молекул и атомов азота, обладающих повышенным запасом энергии. В отличие  от 
молекулярного, активный азот весьма энергично взаимодействует с  кислородом, 
водородом, парами серы, фосфором и некоторыми металлами. 
   Азот входит в состав очень многих важнейших  органических  соединений  ( 
амины, аминокислоты, нитросоединения и др. ). 
                           Получение и применение. 
   В  лаборатории  азот   легко   может   быть   получен   при   нагревании 
концентрированного нитрита аммония: NH4NO2 (  N2 + 2H2O. Технический  способ 
получения азота основан на  разделении  предварительно  сжиженного  воздуха, 
который затем подвергается разгонке. 
   Основная   часть   добываемого   свободного   азота   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  азота  воздуха   имеет   разработанный   в   1905 
цианамидный  метод,  основанный  на  том,  что  при  10000С  карбид  кальция 
(получаемый  накаливанием  смеси  известии  угля   в   электрической   печи) 
реагирует со свободным азотом: CaC2 + N2 ( CaCN2 + C. Образующийся  цианамид 
кальция при действии перегретого  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  перекачке 
горючих жидкостей и  т.  д.  Жидкий  азот  находит  применение  в  различных 
холодильных установках. Его  хранят  и  транспортируют  в  стальных  сосудах 
Дьюара, газообразный азот в сжатом  виде  -  в  баллонах.  Широко  применяют 
многие  соединения  азота.  Производство  связанного  азота  стало  усиленно 
развиваться после 1-й мировой войны и сейчас достигло огромных масштабов. 
   
  |