Азот

Азот это химический элемент, простое вещество, важнейшая часть всех органических соединений в которых есть N.

Азот применяется в соединениях как удобрение, взрывчатые вещества (например три нитро толуол), входит в состав белков и т.д.

Что такое азот

(Nitrogenium; от греческого — безжизненный, латинское название — от греч. vltpov — селитра и  — рождаю, произвожу), N — химический элемент пятнадцатой группы (15), устаревшая V   группы   периодической   системы элементов; ат. н. 7, ат. м. 14,0067.

В соединениях  проявляет  все формальные степени окисления от 3 (в Li₃N,NH₃) до +5 (в N₂O₅).

Открыл в 1772 шотл. исследователь Д. Резерфорд, сжигая фосфор и др. вещества в стеклянном колоколе.

Начало промышленного применения атмосферного N относится к 1904 (произ-во кальций-цианамида по способу Франка и Каро).

Содержание азота в земной коре — 0,04%, основная его часть (около 4 • 10¹⁶ т) сосредоточена в атмосфере (в виде молекул  N₂).

В воздухе свободного — 75,5%. Это — газ без цвета, запаха и вкуса, не горит и не поддерживает горения др. веществ, трудно сжижается.

Изотопы

Распространение в природе , природная смесь состоит из двух стабильных изотопов :   N  — 99,6% и   N — 0,37% .

Искусственно получены радиоактивные изотопы:   12N с периодом полураспада 0, 0125 с , излучающий позитроны  13N с периодом полураспада 9,93 мин.

Также излучает позитроны:

1. 14N с периодом полураспада 4,1 с β- излучением,
2. 15N с периодом полураспада 7,3 с и тоже с β — излучением .
3. Изотоп   13N , отличается наибольшей продолжительностью жизни.

Азот в природе

Азот как бы (избегает) образовывать минеральные соединения и остаётся в свободном виде . В атмосфере его около 78 об.% .

Что соответствует массе 4 · 10¹⁵ т. Общее содержание N в поверхностных оболочках Земли около 0,04% .

Содержание связанного азота в почве весьма незначительно (до 1 кг в 1 т.) , к тому же большая часть его входит в состав органических соединений и непосредственно недоступна для растений.

Но постепенно, в результате деятельности бактерий, органические соединения азота превращаются в минеральные — аммонийные соли и нитраты, которые усваиваются растениями, входит в состав растительных белков.

Животные получают готовые белковые вещества от растений; в организмах животных содержится от 1 до 10 % азота , в шерсти и рогах его около 15 % .

Связанный N накапливается в растительном и животном мире, в биологической сфере Земли.

Немногие известные месторождения нитратов (чилийская селитра), а также азот каменного угля и торфа — растительного происхождения.

Все важнейшие части клеток ( протоплазма и ядро ) построены из белковых веществ. Без белка нет жизни, а без азота нет белка.

Поэтому греческое слово (азоос — не поддерживающий жизни) не соответствует значению азота в природе.

А латинское название его (нитрогениум) означает (рождающий селитру), так как азот входит в состав селитр.

Физические свойства

Это бесцветный газ, лишенный запаха и вкуса , 1 л его имеет массу 1,25 г , то есть N немного легче воздуха.

В 100 объемах воды при 20°C растворяется 1,54 объёма азота ( кислорода 3,1 объёма ).

Кипит жидкий N при минус — 195,8 °C , затвердевает в снегообразную массу при минус — 210°C .
Азот не поддерживает горение и дыхание .

При обычных температурах молекулярный N химически инертен ( соединяется только с литием ) вследствие большой прочности его двухатомных молекул N₂ , имеющий тройную связь.

Осн. термодинамические   параметры:   критическая точка — т-ра   126,05 К (—147,1° С) давление   34,6   кгс/см²,    плотность 0,311   г/см³.

Тройная  точка — т-ра 63,15 К     (—210,00° С),     давление 94,01  мм  рт.   ст.;  t_кип= 77,35К
(—195,80° С), теплота плавления 6,09 ккал/кг, теплота испарения 47,6 ккал/кг.

Плотность жидкого азота 0,808 г/см³. Коэфф. теплопроводности (т-ра 0° С, давление 1,0332 кгс/см²) 0,0205 • ч • град, теплоемкость (т-ра 20° С, давление 1,0332 кгс/см²) 2р = 0,250 ккал/кгх X град, cv = 0,173 ккал/кг • град.

Растворимость  в воде 23,2 (т-ра 0° С) и 14,0 (т-ра 25° С) см³/л. С повышением парциального давления растворимость N увеличивается.

Кристаллические модификации: кубическая с плотностью 1,0265 г/см³(т-ра 21 К или —252,15° С), устойчивая ниже т-ры 35,6 К (—237,56° С).

Гексагональная с плотностью 0,8792 г/см³ (т-ра 63 К или —210,16° С), устойчивая выше т-ры 35,6 К (—237,56° С).

Модификация, образующаяся при давлении выше 4804 кгс/см² и т-ре 44,5 К (—228,6° С). Плотность «воздушного» азота, содержащего 1,28% Ar, 1,2567 кг/м³,  растворимость в во де при т-ре  0° С  составляет  23,6 см³/л.

В обычных условиях очень инертен, что объясняется высоким значением теплоты атомиэации (225 ккал/моль). При комнатной т-ре реагирует только с литием, образуя нитрид лития (Li3N).

Высокие т-ры (2000—3000° С), давление, тлеющий электрический разряд, искровой разряд,   наличие  катализатора   резко повышают активность азота.

Химические свойства

При повышении температуры активность азота растёт, он взаимодействует с некоторыми металлами — магнием , кальцием , титаном , образуя нитриды. При очень больших температурах непосредственно соединяется с водородом и кислородом .

Образующийся при электрических разрядах атомарный азот уже при комнатной т-ре соединяется с ртутью, серой и фосфором.

С  галогенами  N непосредственно    не    взаимодействует, косвенным путем получены неустойчивые  взрывчатые  галогениды   NН₃ и галогеназиды ГN₃.

При высоких т-рах, давлении и при наличии катализатора N непосредственно взаимодействует с водородом, кислородом,  углеродом,  мн.  металлами и карбидом кальция.

Взаимодействуя с металлами и полуметаллами, азот образует нитриды. Получены также комплексные соединения,   в  к-рых молекула N₂ является лигандом.

Получение

В промышленности азот получают сжижением воздуха , который затем испаряется в специальных установках.

Причём испаряется первым и таким образом отделяется от других компонентов воздуха.

В лаборатории получают разложением нитрита аммония при нагревании:

NH₄NO₂ = N₂￪ + 2H₂O

или пропусканием аммиака над раскалённым оксидом меди (I ) :

2NH₃ + 3CuO = N₂￪ + 3Cu + 3H₂O

В лабораторных условиях азот получают нагреванием концентрированного раствора азотистокислого аммония NH₄NO₂ (практически используют   смесь  NH₄Cl + NaNO₂),  нагреванием смеси  грубо  измельченных   бихромата   калия   К₂Сr₂O₇   и сульфата  аммония.

Наиболее  чистый N получают термическим разложением аммиака (при т-ре 1000° С) или азида натрия (при т-ре выше 280° С).

В  промышленности  азот  получают фракционированной перегонкой жидкого воздуха, а также извлечением из отходящих газов различных про-из-в.

Чистый «воздушный» получают сжиганием метана с последующим отделением воды, углекислого газа и др. примесей синтетическими цеолитами.

Применение

1. Основная   часть свободного азота применяют для производства аммиака.
2. Используют также как инертную среду при разнообразных химических и    металлургических     процессах, сварке металлов, в произ-ве электровакуумных приборов, электроламп, газовых термометров и др.
3. Жидкий азот используют для создания низких температур.
4. Широко применяется соединения — азота. Во всех промышленно развитых странах производство и потребление азота возрастают.
5. Используют в промышленности главным образом для синтеза аммиака , цианамида кальция и некоторых других соединений.
6. Азотом наполняли полуваттные лампы, так как он не взаимодействует с металлом нити, кроме того , им насыщают (азотируют) поверхность стальных изделий, чтобы сообщить ей большую прочность.

Литература

Лит.; Самсонов Г. В. Нитриды. К., 1969; Некрасов В. В.

Статья на тему Азот