Азот как пишется таблица менделеева

Азот как пишется таблица менделеева

Название, символ, номер Азот / Nitrogenium (N), 7 Атомная масса
(молярная масса) [14,00643; 14,00728] а. е. м. (г/моль) Электронная конфигурация [He] 2s 2 2p 3 Радиус атома 92 пм Ковалентный радиус 75 пм Радиус иона 13 (+5e) 171 (−3e) пм Электроотрицательность 3,04 (шкала Полинга) Степени окисления 5, 4, 3, 2, 1, 0, −1, −2, −3 Энергия ионизации
(первый электрон) 1401,5 (14,53) кДж/моль (эВ) Плотность (при н. у.) 0,808 г/см³ (-195,8 °C); 1,1649 кг/м³ в стандартных условиях по ГОСТ 2939-63; при н. у. 0,001251 г/см³ Температура плавления 63,29 K (−209,86 °C) Температура кипения 77,4 K (−195,75 °C) Уд. теплота плавления (N₂) 0,720 кДж/моль Уд. теплота испарения (N₂) 5,57 кДж/моль Молярная теплоёмкость 29,125 (газ N₂) Дж/(K·моль) Молярный объём 17,3 см³/моль Структура решётки кубическая Параметры решётки 5,661 Å Теплопроводность (300 K) 0,026 Вт/(м·К) Номер CAS 7727-37-9

Азот (N, лат. nitrogenium ) — химический элемент 15-й группы (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе V группы, или к группе VA), второго периода периодической системы с атомным номером 7.

Как простое вещество представляет собой двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Один из самых распространённых элементов на Земле.

Химически весьма инертен, однако реагирует с комплексными соединениями переходных металлов.

Основной компонент воздуха (78,09 % объёма), разделением которого получают промышленный азот (более ¾ идёт на синтез аммиака).

Применяется как инертная среда для множества технологических процессов; жидкий азот — хладагент.

Азот — один из основных биогенных элементов, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот.

Содержание

• 1 История открытия
• 2 Происхождение названия
• 3 Азот в природе
  • 3.1 Изотопы
  • 3.2 Распространённость
  • 3.3 Биологическая роль
  • 3.4 Круговорот азота в природе
  • 3.5 Токсикология азота и его соединений
• 4 Получение
  • 4.1 Разложение нитрита аммония
  • 4.2 Нагревание дихромата калия с сульфатом аммония
  • 4.3 Разложение азидов
  • 4.4 Реакция воздуха с раскалённым коксом
  • 4.5 Перегонка воздуха
  • 4.6 Пропускание аммиака над оксидом меди (II)
• 5 Свойства
  • 5.1 Физические свойства
  • 5.2 Фазовая диаграмма
  • 5.3 Химические свойства, строение молекулы
    • 5.3.1 Промышленное связывание атмосферного азота
• 6 Соединения азота
• 7 Применение
  • 7.1 Газообразный азот
  • 7.2 Жидкий азот
• 8 Маркировка баллонов
• 9 Опасность для здоровья

История открытия

В 1772 году Генри Кавендиш провёл опыт: он многократно пропускал воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. С позиций современной химии ясно, что в реакции с раскалённым углём кислород воздуха связывался в углекислый газ, который затем поглощался щёлочью. При этом остаток газа представлял собой по большей части азот. Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что это новое простое вещество (химический элемент), и описал его как мефитический воздух (от английского mephitic — ‘вредный’). В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли.

Интересен тот факт, что он сумел связать азот с кислородом при помощи разрядов электрического тока, а после поглощения оксидов азота в остатке получил небольшое количество газа, абсолютно инертного, хотя, как и в случае с азотом, не смог понять, что выделил новый химический элемент — инертный газ аргон.

Джозеф Пристли в это время проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, также неверно истолковал полученные результаты — он решил, что выделил флогистированный воздух (т. е. насыщенный флогистоном).

В сентябре 1772 года шотландский химик Даниэль Резерфорд опубликовал магистерскую диссертацию «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе», в которой описал азот как вредный, ядовитый воздух и предположил, что это новый химический элемент, а также описал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Резерфорд также был сторонником флогистонной теории, поэтому также не смог понять, что же он выделил. Таким образом, чётко определить первооткрывателя азота невозможно.

В то же время азот выделил Карл Шееле: летом 1772 года он получил азот по методу Кавендиша и исследовал его в течение пяти лет, затем опубликовал результаты своих исследований. В этой публикации Шееле первым описал воздух как смесь отдельных газов: «огненного воздуха» (кислорода) и «грязного воздуха» (азота). Из-за того, что Шееле задержался с публикацией своих исследований, до сих пор идут споры о первооткрывателе азота.

Происхождение названия

Название «азо́т» (фр. azote , по наиболее распространённой версии, от др.-греч. ἄζωτος — безжизненный), вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских учёных разрабатывал принципы химической номенклатуры, в том же году это предложение опубликовано в труде «Метод химической номенклатуры. Как показано выше, в то время уже было известно, что азот не поддерживает ни горения, ни дыхания. Это свойство и сочли наиболее важным. Хотя впоследствии выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ, название сохранилось во французском и русском языках. Окончательно в русском языке этот вариант названия закрепился после выхода в свет книги Германа Гесса «Основания чистой химии» в 1831 году.

Само слово «азот» (без связи с газом) известно с древности и употреблялось философами и алхимиками средневековья для обозначения «первичной материи металлов», так называемого «меркурия» у философов, «двойного меркурия» у алхимиков. «Первичную материю металлов» алхимики считали «альфой и омегой» всего сущего. И слово для её обозначения составили из начальных и конечных букв алфавитов трёх языков, считавшихся священными, — латинского, греческого и древнееврейского: а, альфа, алеф и зет, омега, тов — AAAZOT. Инициатор создания новой химической номенклатуры Гитон де Морво отмечал в своей «Методической энциклопедии» (1786 год) алхимическое значение термина.

Многие современники Лавуазье считали название элемента неудачным, в частности, Жан-Антуан Шапталь предложил название фр. nitrogène — «рождающий селитру» (и использовал это название в своей книге «Элементы химии»). Поныне соединения азота называют «нитраты», «нитриты» и «нитриды».

Во французском языке название «нитроген» не прижилось, зато в английском, испанском, венгерском и норвежском используется производное от этого слова. В немецком языке используется название нем. Stickstoff , что означает «удушающее вещество», аналогично в нидерландском; схожие по значению названия используются в некоторых славянских языках, например, хорватское и словенское dušik (пр. «душик»).

Название «азот», помимо французского и русского, принято в итальянском, турецком и ряде славянских языков, а также во многих языках народов бывшего СССР.

До принятия символа N в России, Франции и других странах использовался символ Az, который можно видеть, например, в статье А. М. Бутлерова об аминах 1864 года.

Азот в природе

Изотопы

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

Искусственно получены четырнадцать радиоактивных изотопов азота с массовыми числами от 10 до 13 и от 16 до 25. Все они являются очень короткоживущими изотопами. Самый стабильный из них 13 N имеет период полураспада 10 мин.

Спин ядер стабильных изотопов азота: 14 N — 1; 15 N — 1/2.

Распространённость

Азот — один из самых распространённых элементов на Земле. Вне пределов Земли азот обнаружен в газовых туманностях, солнечной атмосфере, на Уране, Нептуне, в межзвёздном пространстве и др. Атмосферы таких планет-спутников как Титан, Тритон, а также карликовой планеты Плутон в основном состоят из азота. Азот — четвёртый по распространённости элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).

Азот в форме двухатомных молекул N₂ составляет большую часть атмосферы Земли, где его содержание составляет 75,6 % (по массе) или 78,084 % (по объёму), то есть около 3,87⋅10 15 т.

Содержание азота в земной коре, по данным разных авторов, составляет (0,7—1,5)⋅10 15 т (причём в гумусе — порядка 6⋅10 10 т), а в мантии Земли — 1,3⋅10 16 т. Такое соотношение масс заставляет предположить, что главным источником азота служит верхняя часть мантии, откуда он поступает в другие оболочки Земли с извержениями вулканов.

Масса растворённого в гидросфере азота, учитывая, что одновременно происходят процессы растворения азота атмосферы в воде и выделения его в атмосферу, составляет около 2⋅10 13 т, кроме того, примерно 7⋅10 11 т азота содержатся в гидросфере в виде соединений.

Биологическая роль

Азот является химическим элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков (16—18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота около 2 %, по массовой доле — около 2,5 % (четвёртое место после водорода, углерода и кислорода). В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9⋅10 11 т. В результате процессов гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии благоприятных факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.

Химия гидридов азота при давлениях порядка 800 ГПа (около 8 миллионов атмосфер) более разнообразна, чем химия углеводородов при нормальных условиях. Отсюда появилась гипотеза, что азот может быть основой пока неоткрытой жизни на таких планетах, как Уран и Нептун.

Круговорот азота в природе

Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям — абиогенному и биогенному. Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000 °C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота. Существует также вероятность, что абиотическая фиксация происходит в результате фотокаталитических реакций на поверхности полупроводников или широкополосных диэлектриков (песок пустынь).

Однако основная часть молекулярного азота (около 1,4⋅10 8 т/год) фиксируется биотическим путём. Долгое время считалось, что связывать молекулярный азот могут только небольшое количество видов микроорганизмов (хотя и широко распространённых на поверхности Земли): бактерии Azotobacter и Clostridium, клубеньковые бактерии бобовых растений Rhizobium, цианобактерии Anabaena, Nostoc и др. Сейчас известно, что этой способностью обладают многие другие организмы в воде и почве, например, актиномицеты в клубеньках ольхи и других деревьев (всего 160 видов). Все они превращают молекулярный азот в соединения аммония (NH₄ + ). Этот процесс требует значительных затрат энергии (для фиксации 1 г атмосферного азота бактерии в клубеньках бобовых расходуют порядка 167,5 кДж, то есть окисляют примерно 10 г глюкозы). Таким образом, видна взаимная польза от симбиоза растений и азотфиксирующих бактерий — первые предоставляют вторым «место для проживания» и снабжают полученным в результате фотосинтеза «топливом» — глюкозой, вторые обеспечивают необходимый растениям азот в усваиваемой ими форме.

Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов (этот процесс носит название нитрификации). Последние, не связанные тканями растений (и далее по пищевой цепи травоядными и хищниками), недолго остаются в почве. Большинство нитратов и нитритов хорошо растворимы, поэтому они смываются водой и, в конце концов, попадают в мировой океан (этот поток оценивается в 2,5—8⋅10 7 т/год).

Азот, включённый в ткани растений и животных, после их гибели подвергается аммонификации (разложению содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония) и денитрификации, то есть выделению атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы целиком происходят благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях.

В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство.

Токсикология азота и его соединений

Сам по себе атмосферный азот достаточно инертен, чтобы оказывать непосредственное влияние на организм человека и млекопитающих. Тем не менее, при повышенном давлении он вызывает наркоз, опьянение или удушье (при недостатке кислорода); при быстром снижении давления азот вызывает кессонную болезнь.

Многие соединения азота очень активны и нередко токсичны.

Получение

Разложение нитрита аммония

В лабораториях его можно получать по реакции разложения нитрита аммония:

Реакция экзотермическая, идёт с выделением 80 ккал (335 кДж), поэтому требуется охлаждение сосуда при её протекании (хотя для начала реакции требуется нагревание нитрита аммония).

Практически эту реакцию выполняют, добавляя по каплям насыщенный раствор нитрита натрия в нагретый насыщенный раствор сульфата аммония, при этом образующийся в результате обменной реакции нитрит аммония мгновенно разлагается.

Выделяющийся при этом газ загрязнён аммиаком, оксидом азота (I) и кислородом, от которых его очищают, последовательно пропуская через растворы серной кислоты, сульфата железа (II) и над раскалённой медью. Затем азот осушают.

Нагревание дихромата калия с сульфатом аммония

Ещё один лабораторный способ получения азота — нагревание смеси дихромата калия и сульфата аммония (в соотношении 2:1 по массе). Реакция идёт по уравнениям:

Разложение азидов

Наиболее чистый азот можно получить разложением азидов металлов:

Реакция воздуха с раскалённым коксом

Так называемый «воздушный», или «атмосферный» азот, то есть смесь азота с благородными газами, получают путём реакции воздуха с раскалённым коксом, при этом образуется так называемый «генераторный», или «воздушный», газ — сырьё для химических синтезов и топливо. При необходимости из него можно выделить азот, поглотив монооксид углерода.

Перегонка воздуха

Молекулярный азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Этим методом можно получить и «атмосферный азот». Также широко применяются азотные установки и станции, в которых используется метод адсорбционного и мембранного газоразделения.

Пропускание аммиака над оксидом меди (II)

Один из лабораторных способов — пропускание аммиака над оксидом меди (II) при температуре

Аммиак берут из его насыщенного раствора при нагревании. Количество CuO в 2 раза больше расчётного. Непосредственно перед применением азот очищают от примеси кислорода и аммиака пропусканием над медью и её оксидом (II) (тоже

700 °C), затем сушат концентрированной серной кислотой и сухой щёлочью. Процесс происходит довольно медленно, но он того стоит: газ получается весьма чистый.

Свойства

Физические свойства

При нормальных условиях азот — это бесцветный газ, не имеет запаха, мало растворим в воде (2,3 мл/100 г при 0 °C, 1,5 мл/100 г при 20 °C, 1,1 мл/100 г при 40 °C, 0,5 мл/100 г при 80 °C), плотность 1,2506 кг/м³ (при н. у.).

В жидком состоянии (темп. кипения -195,8 °C) — бесцветная, подвижная, как вода, жидкость. Плотность жидкого азота 808 кг/м³. При контакте с воздухом поглощает из него кислород.

При -209,86 °C азот переходит в твёрдое состояние в виде снегоподобной массы или больших белоснежных кристаллов. При контакте с воздухом поглощает из него кислород, при этом плавится, образуя раствор кислорода в азоте.

Известны три кристаллические модификации твёрдого азота. В интервале 36,61 — 63,29 К существует фаза β-N₂ с гексагональной плотной упаковкой, пространственная группа P6₃/mmc, параметры решётки a=3,93 Å и c=6,50 Å. При температуре ниже 36,61 К устойчива фаза α-N₂ с кубической решёткой, имеющая пространственную группу Pa3 или P2₁3 и период a=5,660 Å. Под давлением более 3500 атмосфер и температуре ниже 83 K образуется гексагональная фаза γ-N₂.

Фазовая диаграмма

Фазовая диаграмма азота показана на рисунке.

Химические свойства, строение молекулы

Азот в свободном состоянии существует в форме двухатомных молекул N₂, электронная конфигурация которых описывается формулой σ_s²σ_s *2 π_{x, y} 4 σ_z², что соответствует тройной связи между атомами азота N≡N (длина связи d_N≡N = 0,1095 нм). Вследствие этого молекула азота крайне прочна, для реакции диссоциации N₂ ↔ 2 N изменение энтальпии в реакции ΔH°₂₉₈ = 945 кДж/моль, константа скорости реакции К₂₉₈ = 10 −120 , то есть диссоциация молекул азота при нормальных условиях практически не происходит (равновесие практически полностью сдвинуто влево). Молекула азота неполярна и слабо поляризуется, силы взаимодействия между молекулами очень слабые, поэтому в обычных условиях азот газообразен.

Даже при 3000 °C степень термической диссоциации N₂ составляет всего 0,1 %, и лишь при температуре около 5000 °C достигает нескольких процентов (при нормальном давлении). В высоких слоях атмосферы происходит фотохимическая диссоциация молекул N₂. В лабораторных условиях можно получить атомарный азот, пропуская газообразный N₂ при сильном разрежении через поле высокочастотного электрического разряда. Атомарный азот намного активнее молекулярного: в частности, при обычной температуре он реагирует с серой, фосфором, мышьяком и с рядом металлов, например, со ртутью.

Вследствие большой прочности молекулы азота некоторые его соединения эндотермичны (многие галогениды, азиды, оксиды), то есть энтальпия их образования положительна, а соединения азота термически малоустойчивы и довольно легко разлагаются при нагревании. Именно поэтому азот на Земле находится по большей части в свободном состоянии.

Ввиду своей значительной инертности азот при обычных условиях реагирует только с литием:

при нагревании он реагирует с некоторыми другими металлами и неметаллами, также образуя нитриды:

Наибольшее практическое значение имеет нитрид водорода (аммиак) NH₃, получаемый взаимодействием водорода с азотом (см. ниже).

В электрическом разряде реагирует с кислородом, образуя оксид азота (II) NO.

Описано несколько десятков комплексов с молекулярным азотом.

Промышленное связывание атмосферного азота

Соединения азота чрезвычайно широко используются в химии, невозможно даже перечислить все области, где находят применение вещества, содержащие азот: это индустрия удобрений, взрывчатых веществ, красителей, медикаментов и проч. Хотя колоссальные количества азота доступны в прямом смысле слова «из воздуха», из-за описанной выше прочности молекулы азота N₂ долгое время оставалась нерешённой задача получения соединений, содержащих азот, из воздуха; большая часть соединений азота добывалась из его минералов, таких, как чилийская селитра. Однако сокращение запасов этих полезных ископаемых, а также рост потребности в соединениях азота заставил форсировать работы по промышленному связыванию атмосферного азота.

Наиболее распространён аммиачный способ связывания атмосферного азота. Обратимая реакция синтеза аммиака:

экзотермическая (тепловой эффект 92 кДж) и идёт с уменьшением объёма, поэтому для сдвига равновесия вправо в соответствии с принципом Ле Шателье — Брауна необходимо охлаждение смеси и высокие давления. Однако с кинетической точки зрения снижение температуры невыгодно, так как при этом сильно снижается скорость реакции — уже при 700 °C скорость реакции слишком мала для её практического использования.

В таких случаях используется катализ, так как подходящий катализатор позволяет увеличить скорость реакции без сдвига равновесия. В процессе поиска подходящего катализатора было испробовано около двадцати тысяч различных соединений. По совокупности свойств (каталитическая активность, стойкость к отравлению, дешевизна) наибольшее применение получил катализатор на основе металлического железа с примесями оксидов алюминия и калия. Процесс ведут при температуре 400—600 °C и давлениях 10—1000 атмосфер.

Следует отметить, что при давлениях выше 2000 атмосфер синтез аммиака из смеси водорода и азота идёт с высокой скоростью и без катализатора. Например, при 850 °C и 4500 атмосфер выход продукта составляет 97 %.

Существует и ещё один, менее распространённый способ промышленного связывания атмосферного азота — цианамидный метод, основанный на реакции карбида кальция с азотом при 1000 °C. Реакция происходит по уравнению:

Реакция экзотермична, её тепловой эффект 293 кДж.

Ежегодно из атмосферы Земли промышленным путём отбирается примерно 1⋅10 6 т азота.

Соединения азота

Степени окисления азота в соединениях −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

• Соединения азота в степени окисления −3 представлены нитридами, из которых практически наиболее важен аммиак;
• Соединения азота в степени окисления −2 менее характерны, представлены пернитридами, из которых самый важный пернитрид водорода N₂H₄, или гидразин (существует также крайне неустойчивый пернитрид водорода N₂H₂, диимид);
• Соединения азота в степени окисления −1: NH₂OH (гидроксиламин) — неустойчивое основание, применяющееся, наряду с солями гидроксиламмония, в органическом синтезе;
• Соединения азота в степени окисления +1: оксид азота (I) N₂O (закись азота, веселящий газ), азотноватистая кислота;
• Соединения азота в степени окисления +2: оксид азота (II) NO (монооксид азота), азотноватая кислота;
• Соединения азота в степени окисления +3: оксид азота (III) N₂O₃ (сесквиоксид азота, триоксид диазота), азотистая кислота, производные аниона NO₂ − , трифторид азота (NF₃);
• Соединения азота в степени окисления +4: оксид азота (IV) NO₂ (диоксид азота, бурый газ);
• Соединения азота в степени окисления +5: оксид азота (V) N₂O₅ (пентаоксид диазота), азотная кислота, её соли — нитраты и другие производные, а также тетрафтораммоний NF₄ + и его соли.

Применение

Газообразный азот

Промышленное применение газообразного азота обусловлено его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению. В нефтедобывающей промышленности газообразный азот применяется для обеспечения безопасного бурения, используется в процессе капитального и текущего ремонта скважин. Кроме того, газообразный азот высокого давления используют в газовых методах повышения нефтеотдачи пласта. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений. В горнодобывающем деле азот может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасной среды, для распирания пластов породы, тушения эндогенных пожаров. В производстве электроники азот применяется для продувки областей, не допускающих наличия окисляющего кислорода. Если в процессе, традиционно проходящем с использованием воздуха, окисление или гниение являются негативными факторами — азот может успешно заместить воздух.

Газообразным азотом заполняют камеры шин шасси летательных аппаратов. Кроме того, в последнее время заполнение шин азотом стало популярно и среди автолюбителей, хотя однозначных доказательств эффективности использования азота вместо воздуха для наполнения автомобильных шин нет.

Жидкий азот

Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии.

Важной областью применения азота является его использование для дальнейшего синтеза самых разнообразных соединений, содержащих азот, таких, как аммиак, азотные удобрения, взрывчатые вещества, красители и т. п. Более 3/4 промышленного азота идёт на синтез аммиака.

Большие количества азота используются в коксовом производстве («сухое тушение кокса») при выгрузке кокса из коксовых батарей, а также для «передавливания» топлива в ракетах из баков в насосы или двигатели.

В пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент, а жидкий азот применяется при разливе масел и негазированных напитков для создания избыточного давления и инертной среды в мягкой таре.

Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно крупные объекты. Это широко распространённое заблуждение. Даже для замораживания цветка необходимо достаточно продолжительное время. Это связано отчасти с весьма низкой теплоёмкостью азота. По этой же причине весьма затруднительно охлаждать, скажем, замки до −196 °C и раскалывать их одним ударом.

Литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20 °C, образует примерно 700 литров газа. По этой причине жидкий азот хранят в специальных сосудах Дьюара с вакуумной изоляцией открытого типа или криогенных ёмкостях под давлением. На этом же факте основан принцип тушения пожаров жидким азотом. Испаряясь, азот вытесняет кислород, необходимый для горения, и пожар прекращается. Так как азот, в отличие от воды, пены или порошка, просто испаряется и выветривается, азотное пожаротушение — самый эффективный с точки зрения сохранности ценностей механизм тушения пожаров.

Заморозка жидким азотом живых существ с возможностью последующей их разморозки проблематична. Проблема заключается в невозможности заморозить (и разморозить) существо достаточно быстро, чтобы неоднородность заморозки не сказалась на его жизненных функциях. Станислав Лем, фантазируя на эту тему в книге «Фиаско», придумал экстренную систему заморозки азотом, в которой шланг с азотом, выбивая зубы, вонзался в рот астронавта и внутрь его подавался обильный поток азота.

В качестве легирующей добавки к кремнию, образует высокопрочное соединение (керамику) нитрид кремния, обладающее высокой вязкостью и прочностью.

Маркировка баллонов

Выпущенные в России баллоны с азотом, согласно требованиям ПБ 03-576-03, должны быть окрашены в чёрный цвет с коричневой полосой и надписью жёлтого цвета. ГОСТ 26460-85 не требует полосы, но надпись должна содержать сведения о чистоте азота (особой чистоты, высокой чистоты, повышенной чистоты).

Опасность для здоровья

В обычных условиях азот не токсичен, однако при повышенном атмосферном давлении способен вызывать азотное отравление. Большинство соединений азота представляют сильную опасность для здоровья.

Азот относится ко 2-му классу опасности. Рейтинг NFPA 704: Опасность для здоровья: 3, огнеопасность: 0, реакционная способность: 0.

Источник статьи: http://chem.ru/azot.html

Азот как пишется таблица менделеева

0,808 г/см³ (−195,8 °C); при н.у. 0,001251 г/см³

Азо́т — элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 7. Обозначается символом N (лат. Nitrogenium ). Простое вещество азот (CAS-номер: 7727-37-9) — достаточно инертный при нормальных условиях двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха (формула N₂), из которого на три четверти состоит земная атмосфера.

Содержание

История открытия

В 1772 году Генри Кавендиш провёл следующий опыт: он многократно пропускал воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. С позиций современной химии ясно, что в реакции с раскалённым углём кислород воздуха связывался в углекислый газ, который затем поглощался щёлочью. При этом остаток газа представлял собой по большей части азот. Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что это новое простое вещество (химический элемент). В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли.

Пристли в это время проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, совершенно неверно истолковал полученные результаты (по его мнению, процесс был противоположным — не кислород удалялся из газовой смеси, а наоборот, в результате обжига воздух насыщался флогистоном; оставшийся воздух (азот) он и назвал насыщенным флогистоном, то есть флогистированным). Очевидно, что и Пристли, хотя и смог выделить азот, не сумел понять сути своего открытия, поэтому и не считается первооткрывателем азота.

Одновременно схожие эксперименты с тем же результатом проводил и Карл Шееле.

В 1772 году азот (под названием «испорченного воздуха») как простое вещество описал Даниэль Резерфорд, он опубликовал магистерскую диссертацию, где указал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Именно Даниэль Резерфорд и считается первооткрывателем азота. Однако и Резерфорд был сторонником флогистонной теории, поэтому также не смог понять, что же он выделил. Таким образом, чётко определить первооткрывателя азота невозможно.

В дальнейшем азот был изучен Генри Кавендишем (интересен тот факт, что он сумел связать азот с кислородом при помощи разрядов электрического тока, а после поглощения оксидов азота в остатке получил небольшое количество газа, абсолютно инертного, хотя, как и в случае с азотом, не смог понять, что выделил новый химический элемент — инертный газ аргон).

Происхождение названия

Азо́т (от др.-греч. ἄζωτος — безжизненный, лат. nitrogenium ), вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских учёных разрабатывал принципы химической номенклатуры. Как показано выше, в то время уже было известно, что азот не поддерживает ни горения, ни дыхания. Это свойство и сочли наиболее важным. Хотя впоследствии выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ, название сохранилось во французском и русском языках.

Существует и иная версия [3] . Слово «азот» придумано не Лавуазье и не его коллегами по номенклатурной комиссии; оно вошло в алхимическую литературу уже в раннем средневековье и употреблялось для обозначения «первичной материи металлов», которую считали «альфой и омегой» всего сущего. Это выражение заимствовано из Апокалипсиса: «Я есмь Альфа и Омега, начало и конец» (Откр.1:8-10). Слово составлено из начальных и конечных букв алфавитов трёх языков — латинского, греческого и древнееврейского, — считавшихся «священными», поскольку, согласно Евангелиям, надпись на кресте при распятии Христа была сделана на этих языках (а, альфа, алеф и зет, омега, тав — AAAZOTH). Составители новой химической номенклатуры хорошо знали о существовании этого слова; инициатор её создания Гитон де Морво отмечал в своей «Методической энциклопедии» (1786) алхимическое значение термина.

Возможно, слово «азот» произошло от одного из двух арабских слов — либо от слова «аз-зат» («сущность» или «внутреннюю реальность»), либо от слова «зибак» («ртуть»)..

На латыни азот называется «nitrogenium», то есть «рождающий селитру»; английское название производится от латинского. В немецком языке используется название Stickstoff, что означает «удушающее вещество».

Азот в природе

Изотопы

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

Искусственно получены четырнадцать радиоактивных изотопов азота с массовыми числами от 10 до 13 и от 16 до 25. Все они являются очень короткоживущими изотопами. Самый стабильный из них 13 N имеет период полураспада 10 мин.

Спин ядер стабильных изотопов азота: 14 N — 1; 15 N — 1/2.

Распространённость

Вне пределов Земли азот обнаружен в газовых туманностях, солнечной атмосфере, на Уране, Нептуне, межзвёздном пространстве и др. Азот — четвёртый по распространённости элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).

Азот, в форме двухатомных молекул N₂ составляет большую часть атмосферы, где его содержание составляет 75,6 % (по массе) или 78,084 % (по объёму), то есть около 3,87·10 15 т.

Содержание азота в земной коре, по данным разных авторов, составляет (0,7—1,5)·10 15 т (причём в гумусе — порядка 6·10 10 т), а в мантии Земли — 1,3·10 16 т. Такое соотношение масс заставляет предположить, что главным источником азота служит верхняя часть мантии, откуда он поступает в другие оболочки Земли с извержениями вулканов.

Масса растворённого в гидросфере азота, учитывая, что одновременно происходят процессы растворения азота атмосферы в воде и выделения его в атмосферу, составляет около 2·10 13 т, кроме того примерно 7·10 11 т азота содержатся в гидросфере в виде соединений.

Биологическая роль

Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков (16—18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота около 2 %, по массовой доле — около 2,5 % (четвёртое место после водорода, углерода и кислорода). В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9·10 11 т. В результате процессов гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии благоприятных факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.

Круговорот азота в природе

Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям — абиогенному и биогенному. Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000 °C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота. Существует также вероятность, что абиотическая фиксация происходит в результате фотокаталитических реакций на поверхности полупроводников или широкополосных диэлектриков (песок пустынь).

Однако основная часть молекулярного азота (около 1,4·10 8 т/год) фиксируется биотическим путём. Долгое время считалось, что связывать молекулярный азот могут только небольшое количество видов микроорганизмов (хотя и широко распространённых на поверхности Земли): бактерии Azotobacter и Clostridium, клубеньковые бактерии бобовых растений Rhizobium, цианобактерии Anabaena, Nostoc и др. Сейчас известно, что этой способностью обладают многие другие организмы в воде и почве, например, актиномицеты в клубнях ольхи и других деревьев (всего 160 видов). Все они превращают молекулярный азот в соединения аммония (NH₄ + ). Этот процесс требует значительных затрат энергии (для фиксации 1 г атмосферного азота бактерии в клубеньках бобовых расходуют порядка 167,5 кДж, то есть окисляют примерно 10 г глюкозы). Таким образом, видна взаимная польза от симбиоза растений и азотфиксирующих бактерий — первые предоставляют вторым «место для проживания» и снабжают полученным в результате фотосинтеза «топливом» — глюкозой, вторые обеспечивают необходимый растениям азот в усваиваемой ими форме.

Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов (этот процесс носит название нитрификации). Последние, не связанные тканями растений (и далее по пищевой цепи травоядными и хищниками), недолго остаются в почве. Большинство нитратов и нитритов хорошо растворимы, поэтому они смываются водой и в конце концов попадают в мировой океан (этот поток оценивается в 2,5—8·10 7 т/год).

Азот, включённый в ткани растений и животных, после их гибели подвергается аммонификации (разложению содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония) и денитрификации, то есть выделению атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы целиком происходят благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях.

В отсутствие деятельности человека процессы связывания азота и нитрификации практически полностью уравновешены противоположными реакциями денитрификации. Часть азота поступает в атмосферу из мантии с извержениями вулканов, часть прочно фиксируется в почвах и глинистых минералах, кроме того, постоянно идёт утечка азота из верхних слоёв атмосферы в межпланетное пространство.

Токсикология азота и его соединений

Сам по себе атмосферный азот достаточно инертен, чтобы оказывать непосредственное влияние на организм человека и млекопитающих. Тем не менее, при повышенном давлении он вызывает наркоз, опьянение или удушье (при недостатке кислорода); при быстром снижении давления азот вызывает кессонную болезнь.

Многие соединения азота очень активны и нередко токсичны.

Получение

В лабораториях его можно получать по реакции разложения нитрита аммония:

Реакция экзотермическая, идёт с выделением 80 ккал (335 кДж), поэтому требуется охлаждение сосуда при её протекании (хотя для начала реакции требуется нагревание нитрита аммония).

Практически эту реакцию выполняют, добавляя по каплям насыщенный раствор нитрита натрия в нагретый насыщенный раствор сульфата аммония, при этом образующийся в результате обменной реакции нитрит аммония мгновенно разлагается.

Выделяющийся при этом газ загрязнён аммиаком, оксидом азота (I) и кислородом, от которых его очищают, последовательно пропуская через растворы серной кислоты, сульфата железа (II) и над раскалённой медью. Затем азот осушают.

Ещё один лабораторный способ получения азота — нагревание смеси дихромата калия и сульфата аммония (в соотношении 2:1 по массе). Реакция идёт по уравнениям:

Наиболее чистый азот можно получить разложением азидов металлов:

Так называемый «воздушный», или «атмосферный» азот, то есть смесь азота с благородными газами, получают путём реакции воздуха с раскалённым коксом, при этом образуется так называемый «генераторный», или «воздушный», газ — сырьё для химических синтезов и топливо. При необходимости из него можно выделить азот, поглотив монооксид углерода.

Молекулярный азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Этим методом можно получить и «атмосферный азот». Также широко применяются азотные установки и станции, в которых используется метод адсорбционного и мембранного газоразделения.

Один из лабораторных способов — пропускание аммиака над оксидом меди (II) при температуре

Аммиак берут из его насыщенного раствора при нагревании. Количество CuO в 2 раза больше расчётного. Непосредственно перед применением азот очищают от примеси кислорода и аммиака пропусканием над медью и её оксидом (II) (тоже

700 °C), затем сушат концентрированной серной кислотой и сухой щёлочью. Процесс происходит довольно медленно, но он того стоит: газ получается весьма чистый.

Свойства

Физические свойства

При нормальных условиях азот это бесцветный газ, не имеет запаха, мало растворим в воде (2,3 мл/100г при 0 °C, 0,8 мл/100 г при 80 °C), плотность 1,2506 кг/м³ (при н.у.).

В жидком состоянии (темп. кипения −195,8 °C) — бесцветная, подвижная, как вода, жидкость. Плотность жидкого азота 808 кг/м³. При контакте с воздухом поглощает из него кислород.

При −209,86 °C азот переходит в твердое состояние в виде снегоподобной массы или больших белоснежных кристаллов. При контакте с воздухом поглощает из него кислород, при этом плавится, образуя раствор кислорода в азоте.

Известны три кристаллические модификации твёрдого азота. В интервале 36,61 — 63,29 К существует фаза β-N₂ с гексагональной плотной упаковкой, пространственная группа P6₃/mmc, параметры решётки a=3,93 Å и c=6,50 Å. При температуре ниже 36,61 К устойчива фаза α-N₂ с кубической решёткой, имеющая пространственную группу Pa3 или P2₁3 и период a=5,660 Å. Под давлением более 3500 атмосфер и температуре ниже 83 K образуется гексагональная фаза γ-N₂.

Химические свойства, строение молекулы

Азот в свободном состоянии существует в форме двухатомных молекул N₂, электронная конфигурация которых описывается формулой σ_s²σ_s *2 π_{x, y} 4 σ_z², что соответствует тройной связи между молекулами азота N≡N (длина связи d_N≡N = 0,1095 нм). Вследствие этого молекула азота крайне прочна, для реакции диссоциации N₂ ↔ 2N изменение энтальпии в реакции ΔH°₂₉₈=945 кДж/моль [4] , константа скорости реакции К₂₉₈=10 −120 , то есть диссоциация молекул азота при нормальных условиях практически не происходит (равновесие практически полностью сдвинуто влево). Молекула азота неполярна и слабо поляризуется, силы взаимодействия между молекулами очень слабые, поэтому в обычных условиях азот газообразен.

Даже при 3000 °C степень термической диссоциации N₂ составляет всего 0,1 %, и лишь при температуре около 5000 °C достигает нескольких процентов (при нормальном давлении). В высоких слоях атмосферы происходит фотохимическая диссоциация молекул N₂. В лабораторных условиях можно получить атомарный азот, пропуская газообразный N₂ при сильном разряжении через поле высокочастотного электрического разряда. Атомарный азот намного активнее молекулярного: в частности, при обычной температуре он реагирует с серой, фосфором, мышьяком и с рядом металлов, например, со ртутью.

Вследствие большой прочности молекулы азота некоторые его соединения эндотермичны (многие галогениды, азиды, оксиды), то есть энтальпия их образования положительна, а соединения азота термически малоустойчивы и довольно легко разлагаются при нагревании. Именно поэтому азот на Земле находится по большей части в свободном состоянии.

Ввиду своей значительной инертности азот при обычных условиях реагирует только с литием:

при нагревании он реагирует с некоторыми другими металлами и неметаллами, также образуя нитриды:

Наибольшее практическое значение имеет нитрид водорода (аммиак) NH₃, получаемый взаимодействием водорода с азотом (см. ниже).

В электрическом разряде реагирует с кислородом, образуя оксид азота(II) NO.

Описано несколько десятков комплексов с молекулярным азотом.

Промышленное связывание атмосферного азота

Соединения азота чрезвычайно широко используются в химии, невозможно даже перечислить все области, где находят применение вещества, содержащие азот: это индустрия удобрений, взрывчатых веществ, красителей, медикаментов и проч. Хотя колоссальные количества азота доступны в прямом смысле слова «из воздуха», из-за описанной выше прочности молекулы азота N₂ долгое время оставалась нерешённой задача получения соединений, содержащих азот, из воздуха; большая часть соединений азота добывалась из его минералов, таких, как чилийская селитра. Однако сокращение запасов этих полезных ископаемых, а также рост потребности в соединениях азота заставил форсировать работы по промышленному связыванию атмосферного азота.

Наиболее распространён аммиачный способ связывания атмосферного азота. Обратимая реакция синтеза аммиака:

экзотермическая (тепловой эффект 92 кДж) и идёт с уменьшением объёма, поэтому для сдвига равновесия вправо в соответствии с принципом Ле Шателье — Брауна необходимо охлаждение смеси и высокие давления. Однако с кинетической точки зрения снижение температуры невыгодно, так как при этом сильно снижается скорость реакции — уже при 700 °C скорость реакции слишком мала для её практического использования.

В таких случаях используется катализ, так как подходящий катализатор позволяет увеличить скорость реакции без сдвига равновесия. В процессе поиска подходящего катализатора было испробовано около двадцати тысяч различных соединений. По совокупности свойств (каталитическая активность, стойкость к отравлению, дешевизна) наибольшее применение получил катализатор на основе металлического железа с примесями оксидов алюминия и калия. Процесс ведут при температуре 400—600 °C и давлениях 10—1000 атмосфер.

Следует отметить, что при давлениях выше 2000 атмосфер синтез аммиака из смеси водорода и азота идёт с высокой скоростью и без катализатора. Например, при 850 °C и 4500 атмосфер выход продукта составляет 97 %.

Существует и ещё один, менее распространённый способ промышленного связывания атмосферного азота — цианамидный метод, основанный на реакции карбида кальция с азотом при 1000 °C. Реакция происходит по уравнению:

Реакция экзотермична, её тепловой эффект 293 кДж.

Ежегодно из атмосферы Земли промышленным путём отбирается примерно 1·10 6 т азота.

Соединения азота

Степени окисления азота в соединениях −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

• Соединения азота в степени окисления −3 представлены нитридами, из которых практически наиболее важен аммиак;
• Соединения азота в степени окисления −2 менее характерны, представлены пернитридами, из которых самый важный пернитрид водорода N₂H₄ или гидразин (существует также крайне неустойчивый пернитрид водорода N₂H₂, диимид);
• Соединения азота в степени окисления −1 NH₂OH (гидроксиламин) — неустойчивое основание, применяющееся, наряду с солями гидроксиламмония, в органическом синтезе;
• Соединения азота в степени окисления +1оксид азота(I) N₂O (закись азота, веселящий газ);
• Соединения азота в степени окисления +2оксид азота(II) NO (монооксид азота);
• Соединения азота в степени окисления +3оксид азота(III) N₂O₃, азотистая кислота, производные аниона NO₂ − , трифторид азота (NF₃);
• Соединения азота в степени окисления +4оксид азота(IV) NO₂ (диоксид азота, бурый газ);
• Соединения азота в степени окисления +5оксид азота(V) N₂O₅, азотная кислота, её соли — нитраты и другие производные, а также тетрафтораммоний NF₄ + и его соли.

Применение

Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии.

Промышленные применения газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений. В горнодобывающем деле азот может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасной среды, для распирания пластов породы. В производстве электроники азот применяется для продувки областей, не допускающих наличия окисляющего кислорода. Если в процессе, традиционно проходящем с использованием воздуха, окисление или гниение являются негативными факторами — азот может успешно заместить воздух.

Важной областью применения азота является его использование для дальнейшего синтеза самых разнообразных соединений, содержащих азот, таких, как аммиак, азотные удобрения, взрывчатые вещества, красители и т. п. Большие количества азота используются в коксовом производстве («сухое тушение кокса») при выгрузке кокса из коксовых батарей, а также для «передавливания» топлива в ракетах из баков в насосы или двигатели.

В пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент, а жидкий азот применяется при разливе масел и негазированных напитков для создания избыточного давления и инертной среды в мягкой таре.

Газообразным азотом заполняют камеры шин шасси летательных аппаратов. Кроме того, в последнее время заполнение шин азотом стало популярно и среди автолюбителей, хотя однозначных доказательств эффективности использования азота вместо воздуха для наполнения автомобильных шин нет.

Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно крупные объекты. Это широко распространённое заблуждение. Даже для замораживания цветка необходимо достаточно продолжительное время. Это связано отчасти с весьма низкой теплоёмкостью азота. По этой же причине весьма затруднительно охлаждать, скажем, замки до −196 °C и раскалывать их одним ударом.

Литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20 °C, образует примерно 700 литров газа. По этой причине жидкий азот хранят в специальных сосудах Дьюара с вакуумной изоляцией открытого типа или криогенных ёмкостях под давлением. На этом же факте основан принцип тушения пожаров жидким азотом. Испаряясь, азот вытесняет кислород, необходимый для горения, и пожар прекращается. Так как азот, в отличие от воды, пены или порошка, просто испаряется и выветривается, азотное пожаротушение — самый эффективный с точки зрения сохранности ценностей механизм тушения пожаров.

Заморозка жидким азотом живых существ с возможностью последующей их разморозки проблематична. Проблема заключается в невозможности заморозить (и разморозить) существо достаточно быстро, чтобы неоднородность заморозки не сказалась на его жизненных функциях. Станислав Лем, фантазируя на эту тему в книге «Фиаско», придумал экстренную систему заморозки азотом, в которой шланг с азотом, выбивая зубы, вонзался в рот астронавта и внутрь его подавался обильный поток азота.

Маркировка баллонов

Баллоны с азотом окрашены в чёрный цвет, должны иметь надпись жёлтого цвета и коричневую полосу (согласно нормам РФ).

Интересные факты

Цитата из Большой Советской Энциклопедии издания 1952 г. (том 1, стр. 452, статья «Азот»):

Азот в сложении с капитализмом — это война, разрушение, смерть. Азот в сложении с социализмом — это высокий урожай, высокая производительность труда, высокий материальный и культурный уровень трудящихся.

Источник статьи: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/2559

Азот как пишется таблица менделеева

Азот – это бесцветный газ, один из самых распространенных химических элементов на нашей планете, в таблице Менделеева обозначается символом N от лат. Nitrogenum, что означает безжизненный (azoos по-гречески). Еще в школе мы узнаем, что газообразный азот составляет 78 процентов земной атмосферы. Если положить его на одну чашу воображаемых весов, то на другую их чашу пришлось бы для равновесия взгромоздить 4 х 10 15 тонн гирь.

Азот в виде его соединений играет колоссальную роль в жизни человечества. Земледельцы ежегодно вносят в почву огромное количество азотных удобрений. Содержащие азот соединения находят всевозрастающий спрос в промышленности — это красители, различные виды топлива, полимеры. Казалось бы, потребность легко удовлетворить за счет безбрежного океана атмосферы. Однако каждому школьнику хорошо известна инертность этого вещества: двухатомные молекулы, из которых состоит газообразный азот, при обычных условиях не реагируют практически ни с какими другими веществами.

Вместе с тем давно известно обстоятельство, которое заставляет химиков упорно искать новые пути. Это впервые установленная русским ученым С. Виноградским еще в 90-х годах XIX столетия биологическая фиксация азота некоторыми микроорганизмами, а также водорослями. Выходит, химическая инертность не мешает усвоению азота живыми организмами? Ведь они не могут при этом пользоваться высокими температурами и давлением. Значит, среди ферментов — биологических катализаторов, содержащихся в теле бактерий, — есть такие, которые позволяют превратить азот в белки при обычных температурах и давлениях в присутствии воды и кислорода.

Поразительным оказалось то, что активные к азоту системы не были уникальными. Со многими из них химики работали раньше и даже применяли в промышленных процессах.

Вслед за этим было сделано и другое открытие, рушившее психологический барьер в отношении азота. Ученые получили в итоге своеобразный комплекс рутения и азота: молекула газа в нем была прочно привязана к атому металла. Такие комплексы других молекул с соединениями металлов были известны ранее и широко изучались. Однако никто не ожидал, что с ионом металла могла так прочно связаться молекула “инертного” азота.

Ученым не удалось выяснить условий связывания свободного азота. Однако было установлено, что и свободный азот способен образовывать комплексы с соединениями рутения, причем иногда в присутствии воды и кислорода. Затем в разных странах мира начались интенсивные поиски, и выяснилось, что азот связывается в комплексы с рядом различных металлов.

Здесь оставалось снова только удивляться, почему ни комплексы азота, ни его реакции в растворах не были открыты ранее.

Тем временем ученые продвинулись дальше. Во-первых, удалось показать, что процесс можно ускорить — с помощью катализаторов связывать большие количества молекулярного азота. Во-вторых, открыли, что под действием соединений тех же переходных металлов свободный азот способен вступать в реакции с некоторыми органическими соединениями. Так был найден перспективный путь получения ценных химических веществ из молекулярного азота.

Теперь предстояло связать воедино два наметившихся направления — химию комплексов молекулярного азота и изучение реакции его восстановления. Ведь именно комплексообразование (как это было ранее найдено для других молекул) в принципе должно было “активировать” инертные молекулы газа. Однако в известных комплексах он оставался инертным. Длительная теоретическая и экспериментальная работа дала ответ на вопрос, какими должны быть комплексы, чтобы азот в них был химически активным. Естественно, здесь невозможно дать детальное описание разработанной теории. Но из нее, в частности, следует, что активные по отношению к дальнейшим реакциям комплексы могут наблюдаться не при обычных, а при пониженных температурах. Ученые стали выделять из растворов целый набор комплексов, в которых молекула азота активирована к дальнейшим реакциям.

Ободренные успехами исследователи попытались связать азот непосредственно в водном растворе, используя сравнительно слабые восстановители, — так, как это делают бактерии и водоросли. В поисках недостающих данных пришлось прибегнуть к помощи живой природы.

Уже было известно, что в ферментативных системах бактерий молекула азота активирует молибден и этот металл нельзя заменить никаким другим, кроме ванадия. Исследователи сосредоточили свое внимание на соединениях именно этих металлов, считая, что природа не случайно остановила на них свой выбор.

В 1970 году наконец получили результат, к которому исследователи стремились многие годы. Удалось открыть системы, которые фиксируют азот в присутствии соединений молибдена и ванадия в водных и водно-спиртовых средах. Основным конечным пунктом реакции, как оказалось, был почти исключительно гидразин. В несколько измененных условиях удавалось наблюдать и преимущественное образование аммиака.

Итак, еще одним парадоксом в химии стало меньше. Опровергнуто представление об инертности азота, открыты новые пути превращения огромных атмосферных “залежей” этого газа в продукты, нужные человеку.

Источник статьи: http://www.alto-lab.ru/elements/azot/

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА

Еще в школе, сидя на уроках химии, все мы помним таблицу на стене класса или химической лаборатории. Эта таблица содержала классификацию всех известных человечеству химических элементов, тех фундаментальных компонентов, из которых состоит Земля и вся Вселенная. Тогда мы и подумать не могли, что таблица Менделеева бесспорно является одним из величайших научных открытий, который является фундаментом нашего современного знания о химии.

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

На первый взгляд, ее идея выглядит обманчиво просто: организовать химические элементы в порядке возрастания веса их атомов. Причем в большинстве случаев оказывается, что химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим ему в таблице элементом. Эта закономерность проявляется для всех элементов, кроме нескольких самых первых, просто потому что они не имеют перед собой элементов, сходных с ними по атомному весу. Именно благодаря открытию такого свойства мы можем поместить линейную последовательность элементов в таблицу, очень напоминающую настенный календарь, и таким образом объединить огромное количество видов химических элементов в четкой и связной форме. Разумеется, сегодня мы пользуемся понятием атомного числа (количества протонов) для того, чтобы упорядочить систему элементов. Это помогло решить так называемую техническую проблему «пары перестановок», однако не привело к кардинальному изменению вида периодической таблицы.

В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.

Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства. Химику часто бывает достаточно иметь перед глазами Периодическую таблицу для того, чтобы правильно ответить на множество вопросов (не только экзаменационных, но и научных).

The YouTube ID of 1M7iKKVnPJE is invalid.

Периодический закон

Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная.

Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.

Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).

Графическим изображением периодического закона является периодическая система элементов, которая представляет собой естественную классификацию химических элементов, основанную на закономерных изменениях свойств элементов от зарядов их атомов. Наиболее распространёнными изображениями периодической системы элементов Д.И. Менделеева являются короткая и длинная формы.

Группы и периоды Периодической системы

Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров. В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.

Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.

Свойства таблицы Менделеева

Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:

• усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
• возрастает атомный радиус;
• возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
• электроотрицательность падает.

Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇, RO₄, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).

Оксиды состава R₂O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇ проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.

Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH₄, RH₃, RH₂, RH.

Соединения RH₄ имеют нейтральный характер; RH₃ — слабоосновный; RH₂ — слабокислый; RH — сильнокислый характер.

Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.

В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:

• электроотрицательность возрастает;
• металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
• атомный радиус падает.

Элементы таблицы Менделеева

Щелочные и щелочноземельные элементы

К ним относятся элементы из первой и второй группы периодической таблицы. Щелочные металлы из первой группы — мягкие металлы, серебристого цвета, хорошо режутся ножом. Все они обладают одним-единственным электроном на внешней оболочке и прекрасно вступают в реакцию. Щелочноземельные металлы из второй группы также имеют серебристый оттенок. На внешнем уровне помещено по два электрона, и, соответственно, эти металлы менее охотно взаимодействуют с другими элементами. По сравнению со щелочными металлами, щелочноземельные металлы плавятся и кипят при более высоких температурах.

Щелочные металлы	Щелочноземельные металлы
Литий Li 3	Бериллий Be 4
Натрий Na 11	Магний Mg 12
Калий K 19	Кальций Ca 20
Рубидий Rb 37	Стронций Sr 38
Цезий Cs 55	Барий Ba 56
Франций Fr 87	Радий Ra 88

Лантаниды (редкоземельные элементы) и актиниды

Лантаниды — это группа элементов, изначально обнаруженных в редко встречающихся минералах; отсюда их название «редкоземельные» элементы. Впоследствии выяснилось, что данные элементы не столь редки, как думали вначале, и поэтому редкоземельным элементам было присвоено название лантаниды. Лантаниды и актиниды занимают два блока, которые расположены под основной таблицей элементов. Обе группы включают в себя металлы; все лантаниды (за исключением прометия) нерадиоактивны; актиниды, напротив, радиоактивны.

Лантаниды	Актиниды
Лантан La 57	Актиний Ac 89
Церий Ce 58	Торий Th 90
Празеодимий Pr 59	Протактиний Pa 91
Неодимий Nd 60	Уран U 92
Прометий Pm 61	Нептуний Np 93
Самарий Sm 62	Плутоний Pu 94
Европий Eu 63	Америций Am 95
Гадолиний Gd 64	Кюрий Cm 96
Тербий Tb 65	Берклий Bk 97
Диспрозий Dy 66	Калифорний Cf 98
Гольмий Ho 67	Эйнштейний Es 99
Эрбий Er 68	Фермий Fm 100
Тулий Tm 69	Менделевий Md 101
Иттербий Yb 70	Нобелий No 102

Галогены и благородные газы

Галогены и благородные газы объединены в группы 17 и 18 периодической таблицы. Галогены представляют собой неметаллические элементы, все они имеют семь электронов во внешней оболочке. В благородных газахвсе электроны находятся во внешней оболочке, таким образом с трудом участвуют в образовании соединений. Эти газы называют «благородными, потому что они редко вступают в реакцию с прочими элементами; т. е. ссылаются на представителей благородной касты, которые традиционно сторонились других людей в обществе.

Галогены	Благородные газы
Фтор F 9	Гелий He 2
Хлор Cl 17	Неон Ne 10
Бром Br 35	Аргон Ar 18
Йод I 53	Криптон Kr 36
Астат At 85	Ксенон Xe 54
—	Радон Rn 86

Переходные металлы

Переходные металлы занимают группы 3—12 в периодической таблице. Большинство из них плотные, твердые, с хорошей электро- и теплопроводностью. Их валентные электроны (при помощи которых они соединяются с другими элементами) находятся в нескольких электронных оболочках.

Переходные металлы

Скандий Sc 21

Титан Ti 22

Ванадий V 23

Хром Cr 24

Марганец Mn 25

Железо Fe 26

Кобальт Co 27

Никель Ni 28

Медь Cu 29

Цинк Zn 30

Иттрий Y 39

Цирконий Zr 40

Ниобий Nb 41

Молибден Mo 42

Технеций Tc 43

Рутений Ru 44

Родий Rh 45

Палладий Pd 46

Серебро Ag 47

Кадмий Cd 48

Лютеций Lu 71

Гафний Hf 72

Тантал Ta 73

Вольфрам W 74

Рений Re 75

Осмий Os 76

Иридий Ir 77

Платина Pt 78

Золото Au 79

Ртуть Hg 80

Лоуренсий Lr 103

Резерфордий Rf 104

Дубний Db 105

Сиборгий Sg 106

Борий Bh 107

Хассий Hs 108

Мейтнерий Mt 109

Дармштадтий Ds 110

Рентгений Rg 111

Коперниций Cn 112

Металлоиды

Металлоиды занимают группы 13—16 периодической таблицы. Такие металлоиды, как бор, германий и кремний, являются полупроводниками и используются для изготовления компьютерных чипов и плат.

Металлоиды

Бор B 5

Кремний Si 14

Германий Ge 32

Мышьяк As 33

Сурьма Sb 51

Теллур Te 52

Полоний Po 84

Постпереходными металлами

Элементы, называемые постпереходными металлами, относятся к группам 13—15 периодической таблицы. В отличие от металлов, они не имеют блеска, а имеют матовую окраску. В сравнении с переходными металлами постпереходные металлы более мягкие, имеют более низкую температуру плавления и кипения, более высокую электроотрицательность. Их валентные электроны, с помощью которых они присоединяют другие элементы, располагаются только на внешней электронной оболочке. Элементы группы постпереходных металлов имеют гораздо более высокую температуру кипения, чем металлоиды.

Постпереходные металлы

Алюминий Al 13

Галлий Ga 31

Индий In 49

Олово Sn 50

Таллий Tl 81

Свинец Pb 82

Висмут Bi 83

Неметаллы

Из всех элементов, классифицируемых как неметаллы, водород относится к 1-й группе периодической таблицы, а остальные — к группам 13—18. Неметаллы не являются хорошими проводниками тепла и электричества. Обычно при комнатной температуре они пребывают в газообразном (водород или кислород) или твердом состоянии (углерод).

Неметаллы

Водород H 1

Углерод C 6

Азот N 7

Кислород O 8

Фосфор P 15

Сера S 16

Селен Se 34

Флеровий Fl 114

Унунсептий Uus 117

А теперь закрепите полученные знания, посмотрев видео про таблицу Менделеева и не только.

Отлично, первый шаг на пути к знаниям сделан. Теперь вы более-менее ориентируетесь в таблице Менделеева и это вам очень даже пригодится, ведь Периодическая система Менделеева является фундаментом, на котором стоит эта удивительная наука.

Источник статьи: http://himi4ka.ru/tablica-mendeleeva

Азот как пишется таблица менделеева

Азот — неметаллический элемент Va группы периодической таблицы Д.И. Менделеева. Составляет 78% воздуха. Входит в состав белков, являющихся важной частью живых организмов.

Температура кипения азота составляет -195,8 °C. Однако быстрого замораживания объектов, которое часто демонстрируют в кинофильмах, не происходит. Даже для заморозки растения нужно продолжительное время, это связано с низкой теплоемкостью азота.

Общая характеристика элементов Va группы

От N к Bi (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Азот, фосфор и мышьяк являются неметаллами, сурьма — полуметалл, висмут — металл.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 3 :

• N — 2s 2 2p 3
• P — 3s 2 3p 3
• As — 4s 2 4p 3
• Sb — 5s 2 5p 3
• Bi — 6s 2 6p 3

Основное и возбужденное состояние азота

При возбуждении атома фосфора электроны на s-подуровне распариваются и переходят на p-подуровень. Однако с азотом ситуация иная. Поскольку азот находится во втором периоде, то 3ий уровень у него отсутствует, а значит распаривание электронов на s-подуровне невозможно — возбужденное состояние у азота отсутствует.

Сравнивая возможности перемещения электронов у азота и фосфора, разница становится очевидна.

Природные соединения

В природе азот встречается в виде следующих соединений:

• Воздух — во вдыхаемом нами воздухе содержится 78% азота
• Азот входит в состав нуклеиновых кислот, белков
• KNO₃ — индийская селитра, калиевая селитра
• NaNO₃ — чилийская селитра, натриевая селитра
• NH₄NO₃ — аммиачная селитра (искусственный продукт, в природе не встречается)

Селитры являются распространенными азотными удобрениями, которые обеспечивают быстрый рост и развитие растений, повышают урожайность. Однако, следует строго соблюдать правила их применения, чтобы не превысить допустимые концентрации.

В промышленности азот получают путем сжижения воздуха. В дальнейшем путем испарения из сжиженного воздуха получают азот.

Применяют и метод мембранного разделения, при котором через специальный фильтр из сжатого воздуха удаляют кислород.

В лаборатории методы не столь экзотичны. Чаще всего получают азот разложением нитрита аммония

Также азот можно получить путем восстановления азотной кислоты активными металлами.

Азот восхищает — он принимает все возможные для себя степени окисления от -3 до +5.

Молекула азота отличается большой прочностью из-за наличия тройной связи. Вследствие этого многие реакции эндотермичны: даже горение азота в кислороде сопровождается поглощением тепла, а не выделением, как обычно бывает при горении.

Без нагревания азот взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует и с другими металлами.

Важное практическое значение имеет синтез аммиака, который применяется в дальнейшим при изготовлении удобрений, красителей, лекарств.

Аммиак

Бесцветный газ с резким едким запахом, раздражающим слизистые оболочки. Раствор концентрацией 10% аммиака применяется в медицинских целях, называется нашатырным спиртом.

В промышленности аммиак получают прямым взаимодействием азота и водорода.

В лабораторных условиях сильными щелочами действуют на соли аммония.

Аммиак проявляет основные свойства, окрашивает лакмусовую бумажку в синий цвет.

Образует нестойкое соединение — гидроксид аммония, слабое основание. Оно сразу же распадается на воду и аммиак.

Как основание аммиак способен реагировать с кислотами с образованием солей.

NH₃ + HCl → NH₄Cl (хлорид аммония)

Поскольку азот в аммиаке находится в минимальной степени окисления -3 и способен только ее повышать, то аммиак проявляет выраженные восстановительные свойства. Его используют для восстановления металлов из их оксидов.

Горение аммиака без катализатора приводит к образованию азота в молекулярном виде. Окисление в присутствии катализатора сопровождается выделением NO.

Соли аммония

Помните, что по правилам общей химии, если по итогам реакции выпадает осадок, выделяется газ или образуется вода — реакция идет.

В реакциях с щелочами образуется гидроксид аммония — NH₄OH. Нестойкое основание, которое легко распадается на воду и аммиак.

В воде ион аммония подвергается гидролизу с образованием нестойкого гидроксида аммония.

Оксид азота I — N₂O

Закись азота, веселящий газ — N₂O — обладает опьяняющим эффектом. Несолеобразующий оксид. При н.у. является бесцветным газом с приятным сладковатым запахом и привкусом. В медицине применяется в больших концентрациях для ингаляционного наркоза.

Получают N₂O разложением нитрата аммония при нагревании:

Оксид азота I разлагается на азот и кислород:

Оксид азота II — NO

Окись азота — NO. Несолеобразующий оксид. При н.у. бесцветный газ, на воздухе быстро окисляется до оксида азота IV.

В промышленных масштабах оксид азота II получают при каталитическом окислении аммиака.

В лабораторных условиях — в ходе реакции малоактивных металлов с разбавленной азотной кислотой.

На воздухе быстро окисляется с образованием бурого газа — оксида азота IV — NO₂.

Оксид азота III — N₂O₃

При н.у. жидкость синего цвета, в газообразной форме бесцветен. Высокотоксичный, приводит к тяжелым ожогам кожи.

Получают N₂O₃ в две стадии: сначала реакцией оксида мышьяка III с азотной кислотой (две реакции, в которых образуется смесь оксидов азота), затем охлаждением полученной смеси газов до температуры — 36 °C.

При охлаждении газов образуется оксид азота III.

Является кислотным оксидом. соответствует азотистой кислоте — HNO₂, соли которой называются нитриты (NO₂ — ). Реагирует с водой, основаниями.

Оксид азота IV — NO₂

Бурый газ, имеет острый запах. Ядовит.

В лабораторных условиях данный оксид получают в ходе реакции меди с концентрированной азотной кислотой. Также NO₂ выделяется при разложении нитратов.

Проявляет высокую химическую активность, кислотный оксид.

Как окислитель NO₂ ведет себя в реакциях с фосфором, углеродом и серой, которые сгорают в нем.

Окисляет SO₂ в SO₃ — на этой реакции основана одна из стадий получения серной кислоты.

Реакции с водой и щелочами

Оксид азота IV соответствует сразу двум кислотам — азотистой HNO₂ и азотной HNO₃. Реакции с водой и щелочами протекают по одной схеме.

Если растворение в воде оксида проводить в избытке кислорода, образуется азотная кислота.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник статьи: http://studarium.ru/article/168

Элемент АЗОТ (N) его свойства, получение, изотопы, применение

Азот (N) — это химический элемент 15 группы (или подгруппы V(a) короткой формы), 2-го периода таблицы Менделеева с атомным номером 7. Чистый азот N₂ представляет безцветный газ, без вкуса и запаха, плохо растворимый в воде, при сильном охлаждении и под высоки давлением превращается в жидкость. Один из самых распространённых элементов на Земле. По химическим свойствам инертен, но реагирует с комплексными соединениями переходных металлов. Основной компонент воздуха (78,09 % объёма), при разделение которого получают промышленный азот. Применяется как инертная среда для множества технологических процессов; жидкий азот – хладагент. Азот – один из основных биогенных элементов, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот.

Основные свойства элемента Азот (N) и его параметры таблица

Свойства атома Азота

Атомная масса (молярная масса)

[14,00643; 14,00728] а. е. м. (г/моль)

Химические свойства Азота

Энергия ионизации (первый электрон)

Термодинамические свойства простого вещества Азота

Плотность (при нормальных условиях)

0,808 г/см 3 (-195,8 °C); при н. у. 0,001251 г/см 3

Температура кипения азота

Удельная теплота плавления

Удельная теплота испарения

Кристаллическая решётка простого вещества Азота

Прочие характеристики Азота

История открытия Азота

Примерно 200 лет назад ученые установили, что в воздухе есть газ, без которого невозможны дыхание и горение. Его назвали «жизненным воздухом». В 1772 году шотландский химик, ботаник и врач Даниэль Резерфорд (1749–1819) установил, что при сжигании в стеклянном сосуде фосфора и других горючих веществ объем воздуха уменьшался примерно на 20%, то что осталось он назвал «испорченным воздухом». В том же году английский физик и химик Генри Кавендиш (1731–1810) удалил из воздуха кислород (раскаленным углем) и углекислый газ (щелочью). Оставшийся газ он назвал «удушливым воздухом». В 1787 г. французский химик ЛавуазьеАЛ установил, что составные части воздуха – «жизненный воздух» и «удушливый воздух» – это простые вещества, то есть в каждом из них есть атомы только одного сорта. Лавуазье назвал эти газы кислородом и азотом (франц. oxygene и azote). Слово azote он произвел от греческого zoos – живой и отрицательной приставки – «не поддерживающий жизни».

Получение азота

Получение в промышленности

Азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Сначало отгоняется азот (t_кип=-195,8°C), а затем кислород (t_кип=-183°C)

Получение азота в лаборатории

2. реакции внутримолекулярного окисления- востановления:

Азот в природе

Различают азот как химический элемент N с порядковым номером 7; молекулярный азот N₂ как простое газообразное вещество; белковый азот, содержащийся в белках; нитратный азот, входящий в состав соединений в виде нитрогруппы; связанный азот, входящий в любое химическое соединение (исключая молекулярный азот); и усваиваемый азот, находящийся в форме, усваиваемой растениями.

Содержание азота в атмосфере (в форме N₂) по массе составляет 75,6%.

Общее содержание азота в земной коре в виде его соединений составляет 0,01%.

Природный азот состоит из двух стабильных изотопов 14 N – 99,635 % и 15 N – 0,365 %. В лаборатории получены еще 14 радиоактивных изотопов азота с массовыми числами от 10 до 13 и от 16 до 25. Все они являются очень короткоживущими изотопами.

Таблица всех изотопов азота

Примененине Азота и его соединений

В химической промышленности

Синтез аммиака N₂+ ЗН₂ → t°,p,кат. → 2NH₃ (производство азотной кислоты)

В электротехнической промышленности

Создание инертной среды при заполнении азотом электрических ламп

В химикотермической обработке металлов

Азотирование поверхности стальных изделий путем насыщения азотом при высокой температуре

Азотсодержащие соединения NaNO₃, KNO₃, NH₄NO₃, (NH₄)SO₄ в качестве удобрений

В военном деле и в геологоразведочных работах

KNO₃ — составная часть пороха (KNO₃ + S + С);

NH₄NO₃— составная часть взрывчатого вещества аммонала (NH₄NO₃ + С + Аl)

Аминокислоты, белки, нитроглицерин и другое.

____________

Источник информации:

1. Химическая энциклопедия в пяти томах / Москва, 1990

2. Большая энциклопедия химических элементов / И.А. Леенсон, — М.: 2014.

Источник статьи: http://infotables.ru/khimiya/69-khimicheskie-elementy/659-azot-n

ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА — периодическая система химических элементов

Таблица Менделеева (периодическая система химических элементов) — это такая таблица, в которой классифицируются химические элементы по различным свойствам в зависимости от заряда их атомного ядра. Таблица является графическим изображением периодического закона, который открыл Дмитрий Иванович Менделеев в 1869 году. Изначальный вариант этой таблицы 1869 — 1871 гг. и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомной массы. На данный момент элементы сводятся в двумерную таблицу, в которой каждый столбец — это группа, определяющая основные физико-химические свойства, а строки — это периоды, схожие друг с другом. Наиболее распространены 2 формы таблицы: короткая и длинная.

ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА

Периодическая таблица Менделеева в классическом варианте (или короткая форма), основана на параллелизме степеней окисления химических элементов главных и побочных подгрупп. В каждой ячейке таблицы указан символ элемента, порядковый номер, относительная атомная масса, и название элемента.

Порядковый номер элемента — это число равное числу протонов в ядре атома и числу электронов, которые вращаются вокруг него.

Чтобы посмотреть все свойства конкретного химического элемента нужно перейти по ссылке нажав на символ элемента в таблице.

Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

Расшифровка периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева:

Число элементов в периоде – максимальная емкость соответствующего энергетического уровня:

18 элементов (5s 2 4d 10 5p 6 )

32 элемента (6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 )

32 элемента (6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 )

18 элементов (4s 2 3d 10 4p 6 )

Построение периодов – в начале: два s-элемента, в конце: шесть р- элементов. В четвертом и пятом периодах между ними помещается по десять d-элементов, а в шестом и седьмом к ним добавляются четырнадцать f-элементов (формы электронных орбиталей).

В периоде – свойства химических элементов различаются между собой, т.к. электронные конфигурации валентных электронов их атомов различны.

В подгруппе – свойства элементов сходны между собой, т.к. электронные конфигурации валентных электронов их атомов сходны.

Причина периодичности свойств химических элементов заключается в периодической повторяемости сходных электронных конфигураций внешних энергетических уровней.

Формы электронных орбиталей (электронные семейства)

Классификация химических элементов по электронным конфигура­циям их атомов (электронные орбитали)

предвнешний (n–1 ) d-подуровень

третий снаружи (n–2) f-подуровень

Графическое изображение орбиталей

Свойства элементов таблицы Менделеева

Металлы – элементы главных подгрупп с числом валентных электронов от 1 до 3 (подгруппы IA, IIA, IIIА, кроме элемента бора), а также германий, олово, свинец, сурьма, висмут и полоний.

Неметаллы – бор и элементы главных подгрупп с числом валентных электронов от 4 до 7 (подгруппы IVA, VA, VIA, VIIA) кроме германия, олова, свинца, сурьмы, висмута и полония.

Переходные элементы – элементы побочных подгрупп (IB-VIIB); в виде простых веществ ведут себя как металлы.

Благородные газы – элементы подгруппы VIIIA, полностью застро­енные энергетические подуровни s 2 p 6 , для гелия s 2 .

Галогены – элементы подгруппы VII(a) таблицы Менделеева, реагируют со всеми простыми веществами, кроме некот. неметаллов, являются энергичными окислителями, к ним относят F, Cl, Br, I, At, Ts.

Лантанойды – 15 элементов III группы 6-го периода, металлы с атомными номерами 57–71. Все они имеют стабильные изотопы, кроме прометия.

Актинойды – 15 радиоактивных элементов III группы 7-го периода с атомными номерами 89–103.

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:

В периодах с увеличением порядкового номера элемента прослеживается следующая закономерность:

Все элементы таблицы Менделеева, исключая гелий, неон и аргон, образуют кислородные соединения, которые изображены общими формулами под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇, RO₄, где R — обозначает элемент группы.

Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения: RH₄, RH₃, RH₂, RH. Соединения RH₄ имеют нейтральный характер; RH₃ – слабоосновной; RH₂ – слабокислый; RH – сильнокислый характер.

История открытия периодического закона Менделеевым Д.И.

Самый важный вклад в систематизацию химических элементов внёс русский выдающийся химик Дмитрий Иванович Менделеев, автор труда «Основы химии», который в марте 1869 года представил Русскому химическому обществу (РХО) периодический закон химических элементов, изложенный в нескольких основных положениях.

В 1871 году Менделеев в итоговой статье «Периодическая законность химических элементов» дал формулировку Периодического закона: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от атомного веса». Тогда же Менделеев придал своей периодической таблице классический вид (короткая таблица, смотрите ниже).

В современном изложении периодический закон химических элементов звучит так: «Свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).»

Периодическая таблица элементов Менделеева длинная форма

Длинная форма таблицы Менделеева (или длиннопериодная форма) состоит из 18 групп с лева на право от щелочных металов до благородных газов. считается официальной версией с 1989 года.

Таблица Менделеева для печати в хорошем качестве скачать

Вы можете скачать таблицу Менделеева на выбор короткую или длинную форму в цветном и черно-белом цвете, для этого откройте по ссылке ниже изображение и сохраните его себе на компьютер.

____________

Источник информации:

1. Большой химический справочник / А.И.Волков, — М.: 2005.

2. Большая энциклопедия химических элементов. Периодическая таблица Менделеева / И.А.Леенсон. — Москва : 2014.

Источник статьи: http://infotables.ru/khimiya/46-periodicheskaya-sistema-elementov-mendeleeva-tablitsa-mendeleeva

Азот или Нитроген как химический элемент таблицы Менделеева

Как был открыт Азот

Соединения азота имеют очень длинную историю, которые были известны еще в средние века. Об этом свидетельствуют записи Геродота о хлориде аммония. Алхимики того времени знали такие соединения как соли аммония и соли нитратов. Так же стоит отметить, что азотную кислоту они называли «сильная вода». В тоже время смесь азотной и соляной кислоты была известна как «царская водка». Это вещество, которое растворяет золото, которое называли царь металлов.

Открытие азота приписывают шотландскому врачу Дэниелу Резерфорду, который в 1772 году назвал этот газ «вредным воздухом». Он не признал его как отдельный химический элемент, но Резерфорд отчетливо отличил его от «неподвижного воздуха» Джозефа Блэка. В то время очень много ученых изучало этот газ и называли его по-разному. Антуан Лавуазье назвал его «мефитическим воздухом» или Азотом, от греческого слова «азотикос». Это название было принято на многих языках, таких как русский, французкий, итальянский, польский и др. Немецкое название азота звучит как stickstoff, а английское название «нитроген» предложил французский химик Жан-Антуан Чаптал. Это название в переводе звучит как «производящий нитрат калия». Название этого элемента было введено в 1794 году. В дальнейшем, азотосодержащие элементы использовались в многих промышленных и коммерческих производствах, о которых реяь пойдет ниже.

Где и как добывают Азот

Азот как газ промышленного назначения добывают разными путями. Самыми популярными являются выделение его из жидкого и газообразного воздуха. Из жидкого воздуха нитроген получают путем фракционной перегонки. Азот из газообразного воздуха получают с помощью механических средств. Газогенераторы азота под давлением обратной мембраны осмоса или с помощью адсорбции выделяют коммерческий азот. Причем, последний метод является экономически более выгодным, чем выделение из жидкого азота.

Еще одним способом получения азота является сбор при переработке воздуха для выделения кислорода. Дело все в том, что он в ходе химических реакций он образуется как побочный элемент. В вышеперичисленных методах образуется нитроген, но он не полностью чистый. Небольшую долю в нем составляет кислород. Если брать приблизительное числовое отношение, то в коммерческом азоте кислорода содержится 2 части на миллион.

В химических лабораториях азот обычно получают путем обработки водного раствора хлорида аммония с нитратом калия. Затем очищение полученного газа производят путем пропускания газа через водную серную кислоту, содержащую дихромат калия. Из всех вышеперичисленных методов самый чистый азот получают путем разложения азида бария или натрия.

Распространенность Нитрогена

Нитроген является самым распространенным чистым веществом на Земле. Его концентрация в атмосфере составляет около 78%. Причем в земной коре его относительно мало и составляет в пропорции 19 частей на миллион. Его содержание в земной коре сравнимо с ниобием, галлием и литием. Наиболее важными азотными минералами в 1920-х годах являлись нитр и соданитр.

Соединения азота постоянно циркулируют между атмосферой и живыми организмами. Например растениями в значительных количествах усваивается аммиак, который им нужен для синтеза белков. Затем их поедают животные и азотные соединения растений помогают синтезировать собственные белки. После чего животные умирают и разлагаются, и под воздействием микроорганизмов свободный нитроген возвращается опять в атмосферу.

Применение Азота

Применение соединений азота очень широкое, начиная с медицины и заканчивая военными проектами. Рассмотрим применение исключительно чистого азота. В коммерческих целях чистый азот может применяться в виде газа или жидкости. Причем, в виде газа его часть составляет около 2/3 и соответственно в виде жидкости 1/3.

Чистый нитроген в виде газа используется в большей своей части в качестве инертной атмосферы. Это необходимо в тех случаях, когда кислород или воздух создает опасность взрыва, пожара или окисления. В пример можно привести изготовление нержавеющей стали или упаковке быстропортящихся продуктов в полиэтиленовые пакеты. Так же в авиационных топливных системах для уменьшения пожароопасности. Еще газообразный азот используется как газ для надувания подушек безопасности или в качестве источника энергии в пейнтбольных ружьях вместо углекислого газа.

Что же касается жидкого чистого азота, то в большей своей степени, он используется в качестве хладагента в разных сферах. Например для консервации биоматериала в биологических лабораториях или для достижений крайне низких температур. Другие области включают в себя производство изделий для шлифовки и полировки. Еще жидкий азот используется довольно часто в системах вакуумных насосов.

Интересные факты

Интересных фактов связанных с азотом очень много, но большую часть затрагивает его применение. Например, на сегодняшний момент, в штате Оклахома США рассматривают замену смертельной инъекции азотным соединением, так как он является удушающим газом. В медицине некоторые страны используют чистый азот как наркоз. Его дают вдохнуть пациенту в больших порциальных давлениях и человек погружается в сон. В тоже время не стоит забывать и об опасности нитрогена. В жидком состоянии он является чрезвычайно опасным веществом. При воздействии на кожу он вызывает термические ожоги, а при попадании во внутрь способен вызвать смерть. В 2012 году в Лондоне девушка выпила азотный коктель с недопустимой концентрацией нитрогена. По итогу ей удалили желудок, но она останется недееспособной всю оставшуюся жизнь.

Ну и конечно же, в завершение, закись азота в автомобилях. Все дело в том, что азот в жидком состоянии при попадании в открытую среду при температуре около 20°C обладает огромнейшим расширением. Вследствие чего создается колоссальное усилие в замкнутом пространстве, а именно в выхлопной трубе. Степень расширения азота в таком случае составляет 1 : 694. Из-за этого свойства произошел взрыв в Техасском университете A&M 12 января 2006 года. Взорвались устройства для сбрасывания давления в азотных цистернах.

Источник статьи: http://biobloger.ru/azot.html

Азот как пишется таблица менделеева

В этой статье мы рассмотрим характеристики азота в химии, узнаем, какие степени окисления может иметь азот и поговорим о важнейших соединениях, в состав которых входит этот химический элемент.

· Обновлено 25 октября 2022

Азот (N₂) — первый представитель V группы главной подгруппы и 2 периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Если рассматривать местоположение азота в длиннопериодной таблице Менделеева, то там он занимает лидирующее место в 15 группе. Для представителей этой группы было предложено название пниктогены (от греческого корня πνῑ́γω — удушливый, плохо пахнущий). Явно это относится к водородным соединениям представителей данной группы.

Электронное строение азота

Рассмотрим строение атома и электронную конфигурацию азота, а затем сделаем некоторые заключения.

Атомный или порядковый номер азота равен 7, что соответствует количеству электронов и протонов в ядре. Молярная масса равна 14,00728 г/моль, а количество нейтронов в атоме этого изотопа равно семи.

Теперь перейдем к электронному строению. В основном состоянии электронная формула азота: 1s 2 2s 2 2p 3 , в сокращенном виде — [He]2s 2 2p 3 . На внешнем энергетическом уровне 5 валентных электронов, среди которых 3 неспаренных p-электрона.

Исходя из такой конфигурации, азот может образовывать только 3 связи по обменному механизму и еще одну по донорно-акцепторному механизму. Это связано с тем, что на втором подуровне у азота больше нет вакантных орбиталей, куда могли бы распариться электроны с 2s-подуровня. Отсюда вытекает максимальная валентность азота IV.

Для азота характерен весь спектр возможных степеней окисления от −3 до +5.

Давайте рассмотрим шкалу, где отражены соединения азота в различных веществах.

Строение молекулы азота

Азот — двухатомная молекула, атомы которой связаны между собой прочной тройной связью. Длина связи — 0,110 нм.

Почему именно тройная связь и из чего она состоит?

Напомним, что у каждого атома в молекуле азота 3 неспаренных электрона, которые и образуют впоследствии тройную связь, которая, в свою очередь, состоит из одной сигма-связи и двух пи-связей.

Физические свойства азота

Азот как простое вещество — бесцветный газ, который не имеет запаха и плохо растворяется в воде. По своей молярной массе азот легче, чем воздух. Благодаря наличию тройной неполярной связи и относительно маленьким радиусам атомов азот имеет низкие температуры кипения и плавления: t_пл = −210 °С и t_кип = −196 °С. Аллотропных модификаций азот не имеет. Несмотря на то, что основное состояние азота — газообразное, он бывает еще и жидким. Например, 1 литр жидкого азота при нагревании до 20 °С превращается в 700 литров газообразного азота. Более подробную информацию можно узнать в нашем видео:

Химические свойства азота

Азот химически малоактивен из-за наличия все той же тройной связи. Она же обуславливает малую термическую устойчивость соединений азота при нагревании. В химических реакциях азот может проявлять себя и как окислитель, и как восстановитель благодаря широкому спектру возможных степеней окисления.

Как восстановитель азот реагирует:

Эти реакции проходят при температуре выше 1000 градусов Цельсия либо в электрическом заряде.

Как окислитель азот реагирует:

азот реагирует при обычных условиях только с литием, а с щелочноземельными металлами — только при нагревании;

реакция протекает обратимо в присутствии металлического железа в качестве катализатора.

Рассмотрим способы получения азота. В промышленности его получают фракционной перегонкой жидкого воздуха, а вот в лаборатории азот получают иначе. Вот лишь некоторые способы:

реакция взаимодействия хлорида аммония и нитрита натрия
NaNO₂ + NH₄Cl = N₂ + NaCl + 2H₂O

разложение некоторых солей аммония (на примере нитрита аммония)
NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O

Азот — основной компонент любого белка в организме человека. Давайте рассмотрим способы получения исходных компонентов для синтеза собственных белков.

Важнейшие соединения азота

Аммиак

В первую очередь поговорим о водородном соединении азота — аммиаке. Аммиак — бесцветный газ с характерным резким запахом. Давайте рассмотрим строение молекулы аммиака:

Аммиак имеет форму тригональной пирамиды. Этот газ очень ядовит и способен вызывать химический ожог глаз, а пары сильно раздражают слизистые оболочки органов дыхания. В то же время аммиак обладает достаточно высокой растворимостью в воде из-за образования водородных связей с молекулами воды. Вас когда-нибудь приводили в чувства после потери сознания ваткой, смоченной чем-то гадко пахнущим? Поздравляю, это было ваше первое знакомство с раствором аммиака в воде.

Поговорим теперь о химических свойствах этого газа.

В отличие от самого азота, аммиак является крайне реакционноспособным соединением. Так как азот находится в аммиаке в своей низшей степени окисления (−3), то аммиак проявляет только восстановительные свойства.

Например, аммиак реагирует с кислородом (при нагревании):

Как видно из уравнений, аммиак вступает в реакции окисления, а продукты его окисления напрямую зависят от силы окислителя и условий проведения реакций.

Со сложными веществами — окислителями аммиак реагирует следующим образом:

С кислотами аммиак реагирует благодаря своим оснóвным свойствам, что приводит к образованию различных солей:

А теперь рассмотрим получение аммиака. Различают два типа способов: промышленный и лабораторный.

Промышленный способ — синтез из простых веществ:

В данном способе аммиак собирают в перевернутую вверх дном колбу, так как аммиак легче воздуха.

Азотная кислота

Азотная кислота — одна из важнейших неорганических кислот. Это летучая бесцветная жидкость с резким запахом, которая способна смешиваться с водой в любых пропорциях.

Получают ее в промышленности в несколько этапов. Рассмотрим подробнее каждый из них:

Окисление аммиака кислородом воздуха на платиновом катализаторе
4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

Окисление оксида азота (II)
2NO + O₂ = 2NO₂

Поглощение образующегося оксида азота (IV) водой в избытке воздуха
4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃

Для азотной кислоты характерны особые химические свойства исходя из ее концентрации.

Например, с металлами данная кислота никогда не будет реагировать с выделением газообразного водорода. Рассмотрим таблицу с примерами металлов с различными концентрациями азотной кислоты:

Также азотная кислота как сильный окислитель способна окислять некоторые неметаллы до их кислот. Давайте рассмотрим примеры:

Азотная кислота в соотношении 1:3 с соляной кислотой образуют смесь под названием царская водка. Это желтовато-оранжевая дымящаяся жидкость, которая получила свое название от алхимиков благодаря способности растворять «царские» металлы — золото и платину.

Оксиды азота

В отличие от других химических элементов, азот образует большое число оксидов: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄ и N₂O₅, каждый из которых является кислотным. В таблице показали, какой оксид какой кислоте соответствует:

Оксид азота (I) N₂O. Несолеобразующий оксид, представляет собой бесцветный газ с приятным запахом и сладковатым привкусом. По своей молярной массе тяжелее воздуха и растворим в воде. У этого оксида есть и другие названия, самое распространенное из них — закись азота. Оксид азота (I) применяли в медицине в качестве наркоза более 200 лет назад. При вдыхании этого газа человека охватывает радость и безудержный смех, отчего оксид получил еще одно название — веселящий газ.

Оксид азота (II) NO. Несолеобразующий оксид, который при нормальный условиях является бесцветным газом, плохо растворяется в воде и в больших концентрациях ядовит для человека.

Оксид азота (III) N₂O₃. Соединение очень неустойчивое и существует только при низких температурах. В твердом и жидком состоянии оксид азота (III) окрашен в ярко-синий цвет. При температуре выше 0 градусов разлагается до оксида азота (II) и оксида азота (IV).

Оксиды азота (IV) NO₂ и N₂O₄. Твердый оксид азота (IV) бесцветный, так как состоит из молекул N2O4. При нагревании появляется коричневая окраска, которая усиливается с повышением температуры по мере увеличения NO₂ в смеси. Эти оксиды хорошо растворимы в воде и взаимодействуют с ней.

Оксид азота (V) N₂O₅. Азотный ангидрид, который образуется в виде летучих бесцветных гигроскопичных кристаллов. Это крайне неустойчивое вещество, которое распадается в течение нескольких часов. При нагревании распадается со взрывом на оксид азота (IV) и газообразный кислород.

Вопросы для самопроверки

Какую связь образуют между собой атомы азота?

Источник статьи: http://skysmart.ru/articles/chemistry/azot

Что такое азот от А до Я

Азот – это газ с химической формулой в виде «N2», являющийся одним из самых известных веществ. В статье вы найдете все основные физические, химические и биологические характеристике азота. Для вас мы подобрали полезные фото и видеоматериалы.

История открытия

Впервые обнаружили его в начале 1770-х годов в Шотландии и Англии. Небезызвестный Резерфорд пытался понять, что такое воздух. Он пропускал его через уголь и щёлочи – в результате был получен газ, в среде которого не горело пламя.

Параллельно ему британец Кавендиш сжигал некоторые вещества – в остаточной среде дыхание было невозможно. Опыты привели к открытию нового вещества. Его начали называть воздухом удушливым» и «воздухом испорченным».

Привычное название химический элемент получил устами француза Лавуазье. В своих опытах он установил, что грызуны, помещаемые в колбы только с этим газом, неотвратимо погибают. Он и «ввёл в оборот» известное слово.

Происхождение названия

Открыватели вещества обнаруживали, что живые организмы умирают в среде азота. Соответственно, само собой напрашивалось следующее:

• «а» — приставка, обозначающая отсутствие чего-то;
• «зоо» — термин, отражающий наличие жизни;
• а + зоо -> «азот», относительно безжизненный.

Именно этим именем химический элемент называется сегодня в таблице имени великого русского учёного Д.И. Менделеева.

Азот в природе

Он является одним из наиболее распространённых химических элементов на планете. Большое его количество присутствует в атмосфере, в частях растений и живых организмов – в форме нитратов, окисей, нуклеиновых кислотах, аминокислотах, белках и прочих.

В качестве ископаемого слабо распространён, больше всего – как селитра и хлористый аммоний.

Для науки и техники особый интерес представляет высший гидроксид азота, точнее – азотная кислота. Её запах, специфический нашатырный, известен каждому.

Распространенность

Подсчитано, что только в атмосфере Земли имеется примерно 3,8 х 10 в 15-й степени тонн азота. Ещё до 1,5 х 10 в 15-й степени тонн содержится в поверхностных слоях нашей планеты, а в мантии – примерно 1,3 х 10 в 16-й степени тонн.

Последнее рассчитано с учётом фактических данных по количеству и составу лавы, извергающейся из вулканов: в ней содержится колоссальное количество азота.

Богат на него и космос: он обнаружен на нескольких планетах Солнечной системы и их спутниках, в газовых скоплениях. Это – многие миллиарды тонн.

Изотопы

Химия азота отличается разнообразием, известен целый ряд оксидов. Все они интересны широким спектром степени окисления N и образуют «свои» кислоты и соли:

• N2O (степень окисления молекулы азота равна +1, низшая из возможных), сладковатый на запах газ, применяемый для наркоза: образует гипоазотистую кислоту и гипонитрит (название производной соли);
• NO (+2), отличается ядовитостью при высокой концентрации: нитроксиловая кислота и нитроксилат;
• N2O3 (+3), существует в чистом виде только при отрицательной температуре: нитрит;
• NO2 или N2O4 (+4), бесцветный при нормальных условиях и коричневый – если вводить сопутствующий подогрев;
• N2O5 (+5), летучие кристаллы, отличающиеся гигроскопичностью.

Непосредственно изотопы (как электронная конфигурация атома азота) интересны для химиков и работников атомной промышленности – при генерировании новых соединений и при исследованиях. Отличие заключается в количестве нейтронов ядра атома и фактических степенях окисления азота.

Типовая природная форма – всего 2 изотопа. Они обозначаются записями 14N и 15N, отличаются стабильностью. Остальные (известно 15 единиц) различаются собственной энергией и продолжительностью существования.

Круговорот азота в природе

Интересно, что чистый N2 не знали долгое время – хотя и использовали значительное количество его соединений. Их добывали и синтезировали, производили и очищали десятками и сотнями лет, что даже кое-где вошло в культуру.

Так, аммиак, селитра и азотная кислота обладают повсеместной известностью. У отдельных веществ есть даже свои названия:

• KNO3 – селитра «индийская», калиевая, в большом объёме добывается в Индии;
• NaNO3 – селитра «чилийская», натриевая, много месторождений находится в Чили.

Более известная аммиачная селитра (NH4NO3) является продуктом химической промышленности. Это удобрение синтезируется специально. Степень окисления аммиака равна «-3».

Биологическая роль

Несмотря на название вещество крайне важно для жизни.

Растения генерируют его в ходе переработки азотсодержащих соединений и фотосинтеза. Завершают эту работу особые микроорганизмы, преобразующие вещество в свободный газ.

Процессы роста «зелени» зависят от содержания его соединений в почве. Полезная хозяйственная деятельность снижает количество элемента – что приводит к ухудшению питательной среды. Подкормка внесением удобрений – основной способ поддержания растениеводства.

Жизнь животных и человека во многом зависит от имеющихся в организме 15-16 процентов азота. Накапливается он при питании – поэтому важно потреблять полноценный рацион.

Опасность для здоровья

На живой организм азот чистый и в соединениях воздействует таким образом:

• накапливается в жировых тканях, растворяясь в них и отравляя весь организм;
• поражает нервную систему и головной мозг, снижая скорость реакций и нарушая мыслительные способности;
• нарушает работу дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Проявляется работа «веселящего» газа (одно из названий вещества) в следующем: начинается кашель, чувствуется эйфория, обнаруживаются боли в груди, тело ощущается будто расторможенным, однако вскоре начинается апатия, кожа может посинеть, температура тела повышается, может развиться удушье.

Может даже наступить гибель: при дыхании инертным веществом в концентрации 90% и выше. Причины – от тяжелой интоксикации до обычного кислородного голодания.

При недостатке этого неметалла возможно следующее:

• дистрофия различной степени;
• задержка умственного и физического развития;
• нарушение иммунитета.

Причинами выступают недополучение питательных компонентов (в первую очередь – белков), нарушение работы пищеварительной системы и сбои в обмене веществ.

Получение

Атом и молекулу чистого азота оптимально вычленять в лабораторных условиях. Для этого применяют такие химические реакции:

• сведение нитрита натрия с хлоридом аммония даёт воду и азот;
• сжигание аммиака;
• термическое разложение некоторых соединений щелочных металлов;
• аммиачное восстановление окисленной меди, а также ряд других.

В условиях промышленных задействуются мембранный, криогенный и адсорбционный способы. Каждый из них нуждается в оборудовании и особых условиях выполнения.

При дальнейшей обработке производится высший гидроксид азота – азотная кислота (HNO3), которая способна реагировать с широким спектром веществ.

Разложение нитрита аммония

Экзотермическая реакция распада нитрита нуждается в охлаждении – тепловыделение составляет около 330 кДж. Интересен начальный период – для активации реакции необходим кратковременный подогрев продукта.

В сосуд с нитритом аммония в малых количествах добавляется сульфат аммония. В результате выделяются азот и вода, загрязнённые небольшими количествами кислорода и аммиака.

Избавиться от них возможно с помощью последовательного проведения продуктов реакции через серную кислоту, сульфат железа и медь.

Нагревание дихромата калия с сульфатом аммония

Если смешать сульфат аммония и дихромат калия, а потом начать их нагревать, в результатах реагирования компонентов продуктов будет присутствовать и газообразный азот.

Разложение азидов

Нагревание азидов щелочных металлов позволяет получить наиболее химически чистый азот. Процесс заключается в обычном разложении на более простые компоненты без остатка.

Реакция воздуха с раскаленным коксом

Если подогреть кокс до определённой температуры и начать пропускать через него обычный воздух (без предварительной подготовки), на выходе образуется «генераторная» газовая смесь. Выделение N2 из неё возможно при удалении СО.

Перегонка воздуха

В промышленных условиях наиболее часто задействуется перегонка с мембранной или адсорбционной обработкой.

Для этого получают сжиженный воздух (собирая его в ёмкость под давлением), после чего фракционируют. Выполняется это силами специальной азотной станции.

Пропускание аммиака над оксидом меди II

Двухвалентный оксид меди, нагретый до 690-710 °С), позволяет сгенерировать азот из аммиака. Валентность азота не равна требуемой константе – параметр в данном случае не имеет значения.

Газовое сырье очищают от излишков кислорода, после чего осушивают с помощью сухих щелочей и серной кислоты. После подготовленный газ пропускают над поверхностью меди.

Свойства

Вещество является представителем 5 (V) группы химических элементов таблицы Менделеева. Среди подобных ему газ занимает лидирующую позицию в подгруппе с названием «пниктогены» («удушающие», греч.).

Все свойства являются следствием электронной конфигурации атома азота.

Физические свойства

N2 представляет собой газ без цвета и запаха. Является основой воздуха — до 79% массовых частей принадлежит ему.

Основные физические параметры:

• плотность при температуре в 20°С и атмосферном давлении: 1,25 кг/м3;
• температура кипения: -195..-197°С;
• температура плавления: около -209°С;
• растворимость в воде и других органических растворителях: очень низкая;
• степень окисления N – различная, что даёт целый ряд оксидов и производных соединений.

Оптический спектр свечения газа интересен отсутствием заметности в зелёной и жёлтой областях.

Что до взаимодействия с другими веществами – всё зависит от изотопа и условий окружающей среды.

Фазовая диаграмма

Фазовая диаграмма как способ взаимосвязи давления вещества и его температуры позволяет оценить или спрогнозировать поведение азота и даже его состояние.

Как аналитический инструмент диаграмма важна для химиков, инженеров, различных лабораторных и производственных специалистов.

Химические свойства и строение молекулы

Газ в свободном состоянии существует в форме двухатомной молекулы. Атомы удерживаются тройными связями – из-за наличия трёх «свободных» электронов. Атомная масса: 14,0063 единиц.

Молекула отличается прочностью, что влияет на инертность. Интересно, что с разными веществами он проявляет свойства либо восстановительные, либо окислительные. Минимальная валентность азота составляет 1, максимальная равна 4, также возможны варианты величиной в 2 и 3 единицы.

Как окислитель N2 реагирует с литием при обычных условиях и с прочими металлами при наличии подогрева. Результатом являются нитриды – ионные соединения, из которых возможно получать аммиак. При высоком давлении и температуре возможно взаимодействие с водородом.

В качестве восстановителя N2 реагирует с кислородом и фтором. Для осуществления реакции потребуется пропускание через вещества электрического разряда.

Промышленное связывание атмосферного азота

Условия промышленного производства отличаются от «чистых» лабораторных простотой практической реализации и не слишком высокой сложностью оснащения (высокотехнологичные предприятия в расчёт не берутся, речь – о среднестатистическом оснащении и культуре производства).

По этой причине азот из атмосферы связывается и применяется более упрощёнными методами. Основные варианты:

• адсорбция и фракционирование: получение сжиженного воздуха и его перегонка с разбивкой на отдельные фракции в специальных установках, основой которых является твёрдый адсорбент;
• вычленение необходимой газовой составляющей при пропускании через ряд мембран: методика основывается на разностях скоростей прохождения разных газов из-за их свойств (в первую очередь – фактическая разница парциальных давлений с обоих сторон каждой мембраны);
• атмосферный воздух сильно охлаждается в криогенной установке, в ходе чего отдельные компоненты сжижаются из-за различных значений температуры фазового перехода.

Кажущаяся простота технологии нуждается в работе квалифицированных специалистов.

Применение

Основное назначение азота – промышленное применение:

• создание гидроксида азота (азотной кислоты), аммиака;
• задействование в качестве защитной среды для химических реакций и технологических процессов (так, термообработка черных металлов в ряде случаев проводится под защитой азота, а металлы цветные качественно свариваются под его слоем);
• выполнение функции рабочей среды в технике (к примеру, для систем охлаждения, в различных вакуумных линиях).

Исследовательское и лабораторное применение в расчёт не берётся – хотя азот для «химии» актуален всегда.

Газообразный азот

N2 в газообразном состоянии требуется целому спектру процессов и механизмов:

• процессы высокотемпературные: обработка металлов и сплавов (от придания необходимых свойств до резки и сварки);
• создание, транспортировка и хранение химических продуктов, которые быстро окисляются;
• консервация технологического оборудования на различных этапах его транспортировки, краткосрочного и постоянного хранения.

Особый интерес к техническому газу – у сварки. Ввиду инертности к меди при нормальной и высокой температуре азот качественно ограждает свариваемые поверхности от атмосферного кислорода.

Жидкий азот

N2 в жидкой форме в основном применяется в таких сферах:

• медицина и косметология: для удаления различных образований и нейтрализации болезнетворной среды;
• научная и техническая деятельность: задействование в качестве рабочей среды и средства для консервации материалов;
• промышленность: обработка материалов.

Широко применяется жидкий азот в химической промышленности и для лабораторных задач.

Маркировка баллонов

Техническое применение азота напрямую связано с его тарой. Поставляется газ в стандартных баллонах. Для предотвращения ошибок баллоны каждого вида газовой смеси маркируется уникальной цветовой схемой.

Баллон с азотом окрашивается в чёрный колор, надпись «Азот» на нём выполняется жёлтым цветом.

Источник статьи: http://mrmetall.ru/azot-ot-a-do-ya/