Происходит от греческого слова azoos - безжизненный, по-латыни
Nitrogenium.
Химический знак элемента - N. Азот - химический элемент V группы
периодической
системы Менделеева, порядковый номер 7, относительная атомная масса
14,0067;
бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса.
Историческая справка
Соединения азота - селитра, азотная кислота, аммиак - были
известны задолго
до получения азота в свободном состоянии. В 1772 г. Д. Резерфорд,
сжигая фосфор
и другие вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после
сгорания
газ, названный им “удушливым воздухом” , не
поддерживает дыхания и горения. В
1787 г. А. Лавуазье установил, что “жизненный” и
“удушливый” газы, входящие в
состав воздуха, это простые вещества, и предложил название
“азот” . В 1784 г.
Г. Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и
происходит
латинское название азота (от позднелатинского nitrum - селитра и
греческого
gennao - рождаю, произвожу) , предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем.
К началу
ХIX в. были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии
и
исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве
связанного азота.
Распространенность в природе
Азот - один из самых распространенных элементов на Земле,
причем основная
его масса (около 4*1015 т.) сосредоточена в
свободном состоянии в
атмосфере. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2)
составляет
78,09% по объему (или 75,6% по массе) , не считая незначительных
примесей его в
виде аммиака и окислов. Среднее содержание азота в литосфере 1,9*10-3%
по массе. Природные соединения азота - хлористый аммоний NH4CI
и
различные нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого
пустынного
климата (Чили, Средняя Азия) . Долгое время селитры были главным
поставщиком
азота для промышленности (сейчас основное значение для связывания азота
имеет
промышленный синтез аммиака из азота воздуха и водорода) . Небольшие
количества
связанного азота находятся в каменном угле (1 - 2,5%) и нефти (0,02 -
1,5%) , а
также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах (0,1%)
и в
живых организмах (0,3%) .
Хотя название “азот” означает
“не поддерживающий жизни” , на самом деле это
- необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и
человека
содержится 16 - 17% азота. В организмах плотоядных животных белок
образуется за
счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных
животных
и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в
почве
азотистые вещества, главным образом неорганические. Значительные
количества
азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам,
способным
переводить свободный азот воздуха в соединения азота.
В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в
котором играют
микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и
др.
Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества
связанного азота (особенно при интенсивном земледелии) почвы
оказываются
обедненными. Дефицит азота характерен для земледелия почти всех стран,
наблюдается
дефицит азота и в животноводстве (“белковое
голодание” ) . На почвах, бедных
доступным азотом, растения плохо развиваются. Хозяйственная
деятельность
человека нарушает круговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает
атмосферу
азотом, а заводы, производящие удобрения, связывают азот из воздуха.
Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства
перераспределяет азот
на поверхности земли.
Азот - четвертый по распространенности элемент Солнечной
системы (после
водорода, гелия и кислорода) .
Атом, молекула
Внешняя электронная оболочка атома азота состоит из 5
электронов (одной
неподеленной пары и трех неспаренных - конфигурация 2s22p3)
. Чаще всего азот в соединениях 3-ковалентен за счет неспаренных
электронов
(как в аммиаке NH3) . Наличие неподеленной пары
электронов может
приводить к образованию еще одной ковалентной связи, и азот становится
4-ковалентным (как в ионе аммония NH4+
) . Степени
окисления азота меняются от +5 (в N2O5
) до -3 (в NH3)
. В обычных условиях в свободном состоянии азот образует молекулу N2,
где атомы азота связаны тремя ковалентными связями. Молекула азота
очень
устойчива: энергия диссоциации ее на атомы составляет 942,9 кдж/моль,
поэтому
даже при температуре 33000С степень диссоциации
азота составляет
лишь около 0,1%.
Физические и химические свойства
Азот немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м3
(при 00С
и 101325 н/м2 или 760 мм. рт. ст.) , tпл-209,860С,
tкип-195,80С. Азот
сжижается с трудом: его критическая
температура довольно низка (-147,10С) , а
критическое давление
высоко 3,39 Мн/м2 (34,6 кгс/см2)
;плотность жидкого азота
808 кг/м3. В воде азот менее растворим, чем
кислород: при 00С
в 1 м3 H2O растворяется
23,3 г азота. Лучше, чем в воде,
азот растворим в некоторых углеводородах.
Только с такими активными металлами, как литий, кальций,
магний, азот
взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С
большинством других элементов азот реагирует при высокой температуре и
в
присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения азота с кислородом
N2O,
NO, N2O3, NO2
и N2O5. Из
них при непосредственном взаимодействии элементов (40000С)
образуется окись NO, которая при охлаждении легко окисляется далее до
двуокиси
NO2. В воздухе окислы азота образуются при
атмосферных разрядах. Их
можно получить также действием на смесь азота с кислородом ионизирующих
излучений. При растворении в воде азотистого N2O3
и
азотного N2O5 ангидридов
соответственно получаются
азотистая кислота НNO2 и азотная кислота НNO3,
образующие
соли - нитриты и нитраты. С водородом азот соединяется только при
высокой
температуре и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH3.
Кроме аммиака, известны и другие многочисленные соединения азота с
водородом,
например гидразин H2N-NH2,
диимид HN-NH, азотистоводородная
кислота HN3 (H-N=N=N) , октазон N8H14
и др. ;
большинство соединений азота с водородом выделено только в виде
органических
производных. С галогенами азот непосредственно не взаимодействует,
поэтому все
галогениды азота получают косвенным путем, например фтористый азот NF3
- при взаимодействии фтора с аммиаком. Как правило, галогениды азота -
малостойкие соединения (за исключением NF3) ;
более устойчивы
оксигалогениды азота - NOF, NOCI, NOBr, NO2F и NO2CI.
С
серой также не происходит непосредственного соединения азота; азотистая
сера N4S4
получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При
взаимодействии
раскаленного кокса с азотом образуется циан (СN) 2.
Нагреванием
азота с ацетиленом С2Н2
до 15000С может быть
получен цианистый водород HCN. Взаимодействие азота с металлами при
высоких
температурах приводит к образованию нитридов (например, Mg3N2)
.
При действии на обычный азот электрических разрядов или при
разложении
нитридов бора, титана, магния и кальция, а также при электрических
разрядах в
воздухе может образоваться активный азот, представляющий собой смесь
молекул и
атомов азота, обладающих повышенным запасом энергии. В отличие от
молекулярного, активный азот весьма энергично взаимодействует с
кислородом,
водородом, парами серы, фосфором и некоторыми металлами.
Азот входит в состав очень многих важнейших органических
соединений (амины,
аминокислоты, нитросоединения и др.) .
Получение и применение
В лаборатории азот легко может быть получен при нагревании
концентрированного нитрита аммония: NH4NO2
® N2 +
2H2O. Технический способ получения азота основан
на разделении
предварительно сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.
Основная часть добываемого свободного азота используется для
промышленного
производства аммиака, который затем в значительных количествах
перерабатывается
на азотную кислоту, удобрения, взрывчатые вещества и т.д. Помимо
прямого
синтеза аммиака из элементов, промышленное значение для связывания
азота
воздуха имеет разработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на
том, что
при 10000С карбид кальция (получаемый
накаливанием смеси известии
угля в электрической печи) реагирует со свободным азотом: CaC2
+ N2
® CaCN2 + C. Образующийся цианамид
кальция при действии перегретого
водяного пара разлагается с выделением аммиака: CaCN2
+ 3H2O
® CaCO3 + 2NH3.
Cвободный азот применяют во многих отраслях промышленности:
как инертную
среду при разнообразных химических и металлургических процессах, для
заполнения
свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке горючих
жидкостей
и т.д. Жидкий азот находит применение в различных холодильных
установках. Его
хранят и транспортируют в стальных сосудах Дьюара, газообразный азот в
сжатом
виде - в баллонах. Широко применяют многие соединения азота.
Производство связанного
азота стало усиленно развиваться после 1-й мировой войны и сейчас
достигло
огромных масштабов.
Не подходит? Заказать реферат нашим авторам? Вы также можете добавить свой реферат
Реферат прочитали 587 чел.