Азот

Содержание

1. История открытия азота……………………………………………………......2

2. Расположение азота в таблице………………………………………………...3

3. Нахождение  азота в природе………………………………………………......3

4. Получение  азота……………………………………………………………...4-5

5. Свойства азота……………………………………………………………….....5

           5.1 Физические свойства………………………………………........5

           5.2 Химические свойства………………………………………........5

6. Применение……………………………………………………………..............6

7. Соединения  азота………………………………………………………….…6-7

Литература...............................................................................................................8

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. История открытия азота.

 

    В 1777 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 реагировал со 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.

    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 новые  химические элементы — инертные газы). Однако и Резерфорд был сторонником флогистонной теории, поэтому также не смог понять, что же он выделил. Таким образом, чётко определить первооткрывателя азота невозможно. 
 

2. Расположение  азота в таблице.

 

    Азо́т — элемент главной подгруппы пятой группы второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 7. Обозначается символом N (лат. Nitrogenium). 

3. Нахождение  азота в природе.

 

    Природный азот состоит из двух стабильных изотопов ¹⁴N — 99,635 % и ¹⁵N — 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 ¹³N имеет период полураспада 10 мин.

    Азот, в форме двухатомных молекул N₂ составляет большую часть атмосферы, где его содержание составляет 75,6 % (по массе) или 78,084 % (по объёму).

    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 % (четвертое 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 1,9×10¹¹ 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.

    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—8×10⁷ т/год). 
 
 

4. Получение азота.

 

    В лабораториях его можно получать по реакции разложения нитрита аммония:

    NH₄NO₂ → N₂↑ + 2H₂O

    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:

    K₂Cr₂O₇ + (NH₄)₂SO₄ = (NH₄)₂Cr₂O₇ + K₂SO₄

    (NH₄)₂Cr₂O₇ →(t) Cr₂O₃ + N₂↑ + 4H₂O

    Самый чистый азот можно получить разложением  азидов металлов:

    2NaN₃ →(t) 2Na + 3N₂↑

    Так называемый «воздушный», или «атмосферный»  азот, то есть смесь азота с благородными газами, получают путём реакции воздуха с раскалённым коксом:

    O₂+ 4N₂ + 2C → 2CO + 4N₂

    При этом получается 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, в которых используется метод адсорбционного и мембранного газоразделения.

    Один  из лабораторных способов — пропускание аммиака над оксидом меди (II) при температуре ~700°С:

    2NH₃ + 3CuO → N₂↑ + 3H₂O + 3Cu

    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. 

5. Свойства  азота.

1. 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.

     

2. Химические свойства.

    Азот  в свободном состоянии существует в форме двухатомных молекул N₂ и соответствует тройной связи между молекулами азота N≡N. Молекула азота неполярна и слабо поляризуется, силы взаимодействия между молекулами очень слабые, поэтому в обычных условиях азот газообразен. Вследствие большой прочности молекулы азота многие его соединения эндотермичны, энтальпия их образования отрицательна, 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:

    6Li + N₂ → 2Li₃N,

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

    3Mg + N₂ → Mg₃N₂,

    2B + N₂ →2BN,

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

6. 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 [1].