Характеристика і застосування азоту
Історія відкриття азоту
Азот (англ. Nitrogen, франц. Azote, нім. Stickstoff) був відкритий майже одночасно кількома дослідниками. Кавендіш отримав азот з повітря (1772), пропускаючи останній через розпечене вугілля, а потім через розчин лугу для поглинання вуглекислоти.
Кавендіш не дав спеціальної назви новому газу, згадуючи про нього як про мефітичне повітря (лат. – Mephitis – задушливе або шкідливе випаровування землі).
Офіційно відкриття азоту зазвичай приписується Резерфорду, який опублікував в 1772 році дисертацію “Про фіксоване повітрі, або інакше задушливе”, де вперше описані деякі хімічні властивості азоту.
У ці ж роки Шеєле отримав азот з атмосферного повітря тим же шляхом, що і Кавендіш. Він назвав новий газ зіпсованим повітрям (Verdorbene Luft).
Прістлі (1775) назвав азот флогістрованим повітрям (Air phlogisticated).
Лавуазьє в 1776-1777 роках докладно дослідив склад атмосферного повітря і встановив, що 4/5 його об’єму складається з задушливого газу (Air mofette).
Лавуазьє запропонував назвати елемент “азот” від негативної грецької приставки “а” і слова життя “Зое”, підкреслюючи його нездатність підтримувати дихання.
У 1790 році для азоту було запропоновано назву “нітроген” (nitrogene – “утворюючий селітру”), що і стало надалі основою міжнародною назвою елемента (Nitrogenium) і символом азоту – N.
Знаходження в природі, отримання
Азот в природі зустрічається, головним чином, у вільному стані. У повітрі об’ємна частка азоту становить 78,09%, а масова частка – 75,6%. Сполуки азоту в невеликих кількостях містяться в грунтах. Азот входить до складу білкових речовин і багатьох природних органічних сполук.
Загальний вміст азоту в земній корі 0,01%.
В атмосфері азоту міститься приблизно 4 квадрильйона (4 – 1015) тонн, а в океанах – близько 20 трильйонів (20 – 1012) тонн. Незначна частина цієї кількості – близько 100 мільярдів тонн – щорічно зв’язується і включається до складу живих організмів. З цих 100 мільярдів тонн пов’язаного азоту тільки 4 мільярди тонн міститься в тканинах рослин і тварин – все інше накопичується в розкладаючихся мікроорганізмах і, врешті-решт, повертається в атмосферу.
У техніці азот отримують з повітря.
Для одержання азоту повітря переводять у рідкий стан, а потім випаровуванням відокремлюють азот від менш летючого кисню (tКипN2 = -195,8°С, tКипO2 = -183°С).
У лабораторних умовах чистий азот можна отримати розкладаючи нітрит амонію або змішуючи при нагріванні розчини хлориду амонію і нітрит натрію:
- NH4NO2
N2 + 2H2O; NH4Cl + NaNO2 NaCl + N2 + 2H2O.Фізичні властивості:
Природний азот складається з двох ізотопів:
- 14N; 15N.
За звичайних умов азот – це газ без кольору, запаху і смаку, трохи легший за повітря, погано розчиняється у воді (в 1 літрі води розчиняється 15,4 мл азоту, кисню – 31 мл).
При температурі -195,8°C азот переходить в безбарвну рідину, а при температурі -210,0°C – в білу тверду речовину. У твердому стані азот існує у вигляді двох поліморфних модифікацій:
- Нижче -237,54°C – стійка форма з кубічними гратами; Вище – з гексагональними гратами.
Енергія зв’язку атомів у молекулі азоту дуже велика і складає 941,6 кДж/моль. Відстань між центрами атомів у молекулі 0,110 нм. Молекула N2 діамагнітна. Це свідчить про те, що зв’язок між атомами азоту потрійний.
Щільність газоподібного азоту при 0°C – 1,25046 г/дм3
Хімічні властивості азоту
За звичайних умов азот – це хімічно малоактивна речовина через міцний ковалентний зв’язок.
У звичайних умовах азот реагує тільки з літієм, утворюючи нітрид:
6Li + N2 = 2Li3N.
З підвищенням температури активність молекулярного азоту збільшується, при цьому він може бути і окислювачем (з воднем, металами), і відновником (з киснем, фтором). При нагріванні, підвищеному тиску і в присутності каталізатора азот взаємодіє з воднем утворюючи аміак:
N2 + 3H2 = 2NH3
З киснем азот з’єднується тільки в електричній дузі з утворенням оксиду азотa (II):
N2 + O2 = 2NO
В електричному розряді можлива і реакція з фтором:
N2 + 3F2 = 2NF3
Найважливіші сполуки азоту
Азот здатний утворювати хімічні сполуки, перебуваючи у всіх ступенях окислення: від +5 до -3. З’єднання в позитивних ступенях окислення азот утворює з фтором і киснем, причому в ступенях окислення більше +3 азот може знаходитися тільки в сполуках з киснем.
Аміак, NH3 – це безбарвний газ з різким запахом, добре розчиняється у воді (“нашатирний спирт”). Аміак володіє основними властивостями: взаємодіє з водою, галогенводнями, кислотами:
- NH3 + H2O <=> NH3 * H2O <=> NH4+ + OH-; NH3 + HCl = NH4Cl
Один з типових лігандів в комплексних сполуках:
Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4] (OH)2 (фіол., р-рим)
Відновник: 2NH3 + 3CuO 3Cu + N2 + 3H2O.
Оксид азоту (II), NO – безбарвний газ, не має запаху, у воді малорозчинний, відноситься до несолеутворюючих. У лабораторії отримують при взаємодії міді і розведеної азотної кислоти:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu (NO3)2 + 2NO + 4H2O.
У промисловості отримують каталітичним окисленням аміаку при отриманні азотної кислоти:
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
Легко окислюється до оксиду азоту (IV):
2NO + O2 = 2NO2
Оксид азоту (IV), NO2 – отруйний газ бурого кольору, має характерний запах, добре розчиняється у воді, даючи при цьому дві кислоти, азотисту і азотну:
H2O + NO2 = HNO2 + HNO3
При охолодженні переходить в безбарвний димер:
2NO2 <=> N2O4
Азотна кислота, HNO3 – це безбарвна рідина з різким запахом, tКип = 83°С. Сильна кислота, солі – нітрати. Один з найсильніших окислювачів, що обумовлено наявністю у складі кислотного залишку атома азоту у вищій ступені окислення N+5. При взаємодії азотної кислоти з металами в якості основного продукту виділяється не водень, а різні продукти відновлення нітрат-іона:
- Cu + 4HNO3 (конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O; 4Mg + 10HNO3 (дуже розб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 5H2O.
Застосування азоту
Азот широко використовується для створення інертного середовища:
- Наповнення електричних ламп розжарювання; Вільного простору в ртутних термометрах; При перекачуванні рідин; В харчовій промисловості як пакувальний газ.
Їм азотують поверхню сталевих виробів, в поверхневому шарі утворюються нітриди заліза, які надають сталі більшу твердість. Рідкий азот часто використовується для глибокого охолодження різних речовин.
Важливе значення азот має для життя рослин і тварин, оскільки він входить до складу білкових речовин.
У великих кількостях азот застосовується для отримання аміаку.
Сполуки азоту знаходять застосування у виробництві:
- Мінеральних добрив; Вибухових речовин і в багатьох інших галузях Промисловості.
(2 votes, average: 4.50 out of 5)