Азот



                                    [pic]
   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.