Химия - это просто

Популярно о химии

· Что такое химия
· Периодическая таблица

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

· Водород
· Бор
· Углерод
· Азот
· Кислород
· Алюминий
· Кремний
· Фосфор
· Сера
· Хлор
· Хром
· Марганец
· Железо
· Медь
· Цинк
· Серебро
· Золото
· Ртуть

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Азот (N)

• Обозначение - N (Nitrogen);
• Период - II;
• Группа - 15 (Va);
• Атомная масса - 14,00674;
• Атомный номер - 7;
• Радиус атома = 92 пм;
• Ковалентный радиус = 75 пм;
• Распределение электронов - 1s²2s²2p³;
• t плавления = -209,86°C;
• t кипения = -195,8°C;
• Электроотрицательность (по Полингу/по Алпреду и Рохову) = 3,04/3,07;
• Степень окисления: +5, +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3;
• Плотность (н. у.) = 0,808 г/см³ (-195,8°C);
• Молярный объем = 17,3 см³/моль.

Соединения азота:

• Аммиак
• Оксиды азота
• Азотная кислота
• Уравнения окислительно-восстановительных реакций азота...

Однозначано назвать ученого, который первым открыл азот не представляется возможным по той простой причине, что это практически одновременно сделали в 1772 году сразу трое - Генри Кавендиш, Джозеф Пристли и Даниэль Резерфорд (еще к этому списку можно причислить и Карла Шееле). Однако, ни один из ученых в свое время так и не понял до конца своего открытия. Многие "пальму первенства" отдают шотландцу Даниэлю Резерфорду, поскольку он первым опубликовал магистерскую диссертацию, в которой описал основные свойства "испорченного воздуха".

Собственно название "азот" было предложено в 1787 году А. Лавуазье.

Азот является четвертым самым распространенным химическим элементом Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода). Азот является одним из самых распространенных элементов на Земле:

• в земной атмосфере азота содержится 3,87·10¹⁸ кг - 75,6% (по массе) или 78,08% (по объему);
• в земной коре азота содержится (0,7—1,5)·10¹⁸ кг;
• в земной мантии азота содержится 1,3·10¹⁹ кг;
• в гидросфере азота содержится 2·10¹⁶ кг (7·10¹⁴ кг в виде соединений).

Азот играет важнейшую роль в жизнедеятельности организмов - он присутствует в белках, аминокислотах, аминах, нуклеиновых кислотах.

Природный азот состоит из двух стабильных изотопов ¹⁴N — 99,635% и ¹⁵N — 0,365%.

Азот в Периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева, стоит под номером "7", относится к 15(Va) группе (См. Атомы 15(Va) группы).

Атом азота содержит 7 электронов, которые располагаются на двух орбиталях (s и p) (см. Электронная структура атомов). На внутренней орбитали расположены 2 электрона; на внешней - 5 (одна свободная электронная пара + три неспаренных электрона, которые могут образовывать три ковалентные связи; см. Ковалентная связь).

Вступая в реакции с другими химическими элементами, атом азота может проявлять степень окисления от +5 до -3 (кроме трех валентных электронов еще одна связь может образовываться по донорно-акцепторному механизму за счет свободной электронной пары с атомом, имеющим свободную орбиталь).

Степени окисления азота:

• +5 - HNO₃;
• +4 - NO₂;
• +3 - HNO₂;
• +2 - NO;
• +1 - N₂O;
• -1 - NH₂OH;
• -2 - N₂H₄;
• -3 (самая распространенная) - NH₃.

N₂

Три неспаренных р-электрона атома азота, лежащие на его внешнем энергетическом уровне, имеют форму равноплечей восьмерки, располагаясь перпендикулярно друг к другу:

При образовании молекулы азота (N₂) p-орбиталь, расположенная по оси X, одного атома, перекрывается с аналогичной p_x-орбиталью другого атома - в месте пересечения орбиталей образуется повышенная электронная плотность с формирование ковалентной связи (σ-связь).

Две другие орбитали одного атома, расположенные по осям Y и Z, перекрываются боковыми поверхностями со своими "собратьями" другого атома, образуя еще две ковалентные связи (π-связи).

В итоге, в молекуле азота (N₂) образуются 3 ковалентные связи (две π-связи + одна σ-связь), т. е., возникает очень прочная тройная связь (см. Множественные связи).

Молекула азота очень прочная (энергия диссоциации 940 кДж/моль), обладает низкой реакционной способностью.

Свойства молекулярного азота

В нормальных условиях азот является малоактивным веществом, что объясняется достаточно прочными межатомарными связями в его молекуле, поскольку образованы они аж тремя парами электронов. По этой причине, обычно азот вступает в реакции при высоких температурах.

Азот:

• газ без запаха и цвета;
• плохо растворим в воде;
• растворим в органических растворителях;
• может реагировать с металлами и неметаллами при нагревании в присутствии катализатора (под воздействием ионизирующего облучения);
• азот вступает в реакции как окислитель (исключение составляют кислород и фтор):
  • при нормальных условиях азот реагирует только с литием:
    6Li + N₂ = 2Li₃N;
  • при нагревании азот реагирует с металлами:
    2Al + N₂ = 2AlN;
  • при температуре 500°C и при высоком давлении в присутствии железа азот реагирует с водородом:
    N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃;
  • при температуре 1000°C азот реагирует с кислородом, бором, кремнием:
    N₂ + O₂ ↔ 2NO.
• азот взаимодействует, как восстановитель:
  • с кислородом:
    N₂⁰+O₂⁰ ↔ 2N⁺²O^-2 (оксид азота II)
  • с фтором:
    N₂⁰+3F₂⁰ = 2N+3F₃^-1 (фторид азота III)

Получение и применение азота

Получение азота:

• промышленным способом азот получают сжижением воздуха с последующим отделением азота путем испарения;
• лабораторные способы получения азота:
  • разложением нитрита аммония:
    NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O;
  • восстановлением азотной кислоты активными металлами:
    36HNO₃ + 10Fe = 10Fe(NO₃)₃ + 3N₂ + 18H₂O;
  • разложением азидов металлов (чистый азот):
    2NaN₃ → (t) 2Na + 3N₂;
  • атмосферный азот получают реагированием воздуха с раскаленным коксом:
    O₂ + 4N₂ + 2C → 2CO + 4N₂;
  • пропусканием аммиака над оксидом меди (II) при t=700°C:
    2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3H₂O + 3Cu.

Применение азота:

• создание инертных сред в металлургии;
• синтез аммиака и азотной кислоты;
• производство взрывчатых веществ;
• для создания низких температур;
• производство минеральных удобрений: калийная селитра (KNO₃); натриевая селитра (NaNO₃); аммонийная селитра (NH₄NO₃); известковая селитра (Ca(NO₃)₂).