Азот (англ. Nitrogen, франц. Azote, нім. Stickstoff) було відкрито майже одночасно кількома дослідниками. Кавендіш отримав азот з повітря (1772), пропускаючи останній через розпечене вугілля, а потім через розчин лугу для поглинання вуглекислоти. Кавендіш не дав спеціальної назви новому газу, згадуючи про нього як про мефітичне повітря (лат. – mephitis – задушливе або шкідливе випаровування землі). Офіційно відкриття азоту зазвичай приписується Резерфорду, який опублікував у 1772 р. дисертацію "Про фіксоване повітря, зване інакше задушливим", де вперше описані деякі хімічні властивості азоту. У ці роки Шееле отримав азот з атмосферного повітря тим самим шляхом, як і Кавендиш. Він назвав новий газ зіпсованим повітрям (Verdorbene Luft). Прістлі (1775) назвав азот флогістованим повітрям (Air phlogisticated). Лавуазьє в 1776-1777 pp. докладно дослідив склад атмосферного повітря та встановив, що 4/5 його обсягу складаються з задушливого газу (Air mofette).
Лавуазьє запропонував назвати елемент "азот" від негативної грецької приставки "а" та слова життя "зое", підкреслюючи його нездатність підтримувати дихання. У 1790 році для азоту була запропонована назва "нітроген" (nitrogene - "утворюючий селітру"), що і стало надалі основою міжнародної назви елемента (Nitrogenium) та символу азоту - N.
Знаходження в природі, отримання:
Азот у природі зустрічається головним чином вільному стані. У повітрі об'ємна частка його становить 78,09%, а масова частка – 75,6%. З'єднання азоту в невеликих кількостях містяться у ґрунтах. Азот входить до складу білкових речовин та багатьох природних органічних сполук. Загальний вміст азоту у земній корі 0,01%.
В атмосфері азоту міститься приблизно 4 квадрильйони (4 10 15) тонн, а в океанах - близько 20 трильйонів (20 10 12) тонн. Незначна частина цієї кількості – близько 100 мільярдів тонн – щорічно зв'язується та включається до складу живих організмів. З цих 100 мільярдів тонн зв'язаного азоту лише 4 мільярди тонн міститься в тканинах рослин і тварин - все інше накопичується в мікроорганізмах, що розкладають, і врешті-решт повертається в атмосферу.
У техніці азот одержують із повітря. Для отримання азоту повітря переводять у рідкий стан, а потім випаровуванням відокремлюють азот від менш летючого кисню (t кіп N 2 = -195,8 ° С, t кіп O 2 = -183 ° С)
У лабораторних умовах чистий азот можна отримати розкладаючи нітрит амонію або змішуючи при нагріванні розчини хлориду амонію та нітриту натрію:
NH 4 NO 2 N 2 + 2H 2 O; NH 4 Cl + NaNO 2 NaCl + N 2 + 2H 2 O.
Фізичні властивості:
Природний азот складається з двох ізотопів: 14 N і 15 N. За звичайних умов азот - газ без кольору, запаху і смаку, трохи легший за повітря, погано розчиняється у воді (в 1 л води розчиняється 15,4 мл азоту, кисню - 31 мл ). При температурі -195,8 ° C азот переходить у безбарвну рідину, а при температурі -210,0 ° C - в білу тверду речовину. У твердому стані існує у вигляді двох поліморфних модифікацій: нижче -237,54°C стійка форма з кубічними гратами, вище - з гексагональної.
Енергія зв'язку атомів у молекулі азоту дуже велика і становить 941,6 кДж/моль. Відстань між центрами атомів у молекулі 0,110 нм. Молекула N 2 діамагнітна. Це свідчить про те, що зв'язок між атомами азоту потрійний.
Щільність газоподібного азоту при 0°C 1,25046 г/дм 3
Хімічні властивості:
За звичайних умов азот – хімічно малоактивна речовина через міцний ковалентний зв'язок. У звичайних умовах реагує тільки з літієм, утворюючи нітрид: 6Li + N 2 = 2Li 3 N
З підвищенням температури активність молекулярного азоту збільшується, при цьому він може бути і окислювачем (з воднем, металами), і відновником (з киснем, фтором). При нагріванні, підвищеному тиску та в присутності каталізатора азот взаємодіє з воднем утворюючи аміак: N 2 + 3H 2 = 2NH 3
З киснем азот з'єднується тільки в електричній дузі з утворенням оксиду азоту(II): N 2 + O 2 = 2NO
В електричному розряді можлива і реакція зі фтором: N 2 + 3F 2 = 2NF 3
Найважливіші сполуки:
Азот здатний утворювати хімічні сполуки, перебуваючи у всіх ступенях окиснення від +5 до -3. З'єднання в позитивних ступенях окиснення азот утворює з фтором і киснем, причому в ступенях окиснення більше +3 азот може бути тільки в сполуках з киснем.
Аміак, NH 3 - безбарвний газ із різким запахом, добре розчиняється у воді ("нашатирний спирт"). Аміак має основні властивості, взаємодіє з водою, галогеноводородами, кислотами:
NH 3 + H 2 O NH 3 * H 2 O NH 4 + + OH -; NH 3 + HCl = NH 4 Cl
Один із типових лігандів у комплексних сполуках: Cu(OH) 2 + 4NH 3 = (OH) 2 (фіол., р-рим)
Відновник: 2NH3+3CuO 3Cu+N2+3H2O.
Гідразін- N 2 H 4 (пернітрид водню), ...
Гідроксиламін- NH 2 OH, ...
Оксид азоту(I), N 2 O (закис азоту, що веселить газ). ...
Оксид азоту(II), NO - безбарвний газ, не має запаху, у воді малорозчинний, відноситься до несолетворних. У лабораторії отримують при взаємодії міді та розведеної азотної кислоти:
3Cu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.
У промисловості одержують каталітичним окисленням аміаку при отриманні азотної кислоти:
4NH 3 + 5O 2 4NO + 6 H 2 O
Легко окислюється до оксиду азоту(IV): 2NO + O 2 = 2NO 2
Оксид азоту(III), ??? ...
...
Азотиста кислота, ??? ...
...
Нітріти, ??? ...
...
Оксид азоту(IV), NO 2 - отруйний газ бурого кольору, має характерний запах, добре розчиняється у воді, даючи при цьому дві кислоти, азотисту та азотну: H 2 O + NO 2 = HNO 2 + HNO 3
При охолодженні перетворюється на безбарвний димер: 2NO 2 N 2 O 4
Оксид азоту(V), ??? ...
...
Азотна кислота, HNO 3 - безбарвна рідина з різким запахом, t кіп = 83°С. Сильна кислота, солі – нітрати. Один із найсильніших окислювачів, що обумовлено наявністю у складі кислотного залишку атома азоту у вищому ступені окислення N+5. При взаємодії азотної кислоти з металами як основний продукт виділяється не водень, а різні продукти відновлення нітрат-іону:
Cu + 4HNO 3 (кінець) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O;
4Mg + 10HNO 3 (оч.розб.) = 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 5H 2 O.
Нітрати, ??? ...
...
Застосування:
Широко використовується для створення інертного середовища - наповнення електричних ламп розжарювання та вільного простору в ртутних термометрах, при перекачуванні рідин, у харчовій промисловості як пакувальний газ. Ним азотують поверхню сталевих виробів, у поверхневому шарі утворюються нітриди заліза, які надають сталі більшої твердості. Рідкий азот часто використовується для глибокого охолодження різних речовин.
Важливе значення азот має життя рослин і тварин, оскільки він входить до складу білкових речовин. У великих кількостях азот застосовується для одержання аміаку. З'єднання азоту знаходять застосування у виробництві мінеральних добрив, вибухових речовин та у багатьох галузях промисловості.
Л.В. Черкашина
ХФ ТюмГУ, гр. 542(I)
Джерела:
– Г.П. Хомченка. Допомога з хімії для вступників до вузів. М., Нова хвиля, 2002.
– А.С. Єгоров, Хімія. Посібник-репетитор для вступників до вузів. Ростов-на-Дону, Фенікс, 2003.
- Відкриття елементів та походження їх назв/
Азотбезбарвний та нетоксичний, без запаху та смаку. Азот існує в природі як незаймистий газ при нормальних температурах і тиску. Цей газ (азот) дещо легший за повітря, тому його концентрація з висотою підвищується. При охолодженні до точки кипіння азот перетворюється на безбарвну рідину, яка за певних тиску і температури стає твердою безбарвною кристалічною речовиною. Азот слаборозчинний у воді та більшості інших рідин, є поганим провідником електрики та тепла.
Більшість використань азоту пояснюється його інертними властивостями. Однак при високих тисках та температурах азотреагує з деякими активними металами, наприклад, з літієм і магнієм, утворюючи нітриди, а також з деякими газами, такими як кисень і водень.
Основні факти про азот: історія відкриття та основні властивості
Азот (N2)- Одна з найпоширеніших речовин на Землі. З нього на 75% складається атмосфера нашої планети, тоді як частка кисню у ній становить лише 22%.
Як не дивно, вчені довго не знали про існування цього газу. Лише в 1772 році англійський хімік Деніел Резерфорд описав його як «зіпсоване повітря», нездатне підтримувати горіння, яке не вступає в реакцію з лугами і непридатне для дихання. Саме слово « азот»(Від грецької - «неживий») запропонував 15 років по тому Антуан Лавуазьє.
За нормальних умов це газ, що не має кольору, запаху та смаку, важчий за повітря і практично інертний. При температурі -195,8 ° C він перетворюється на рідкий стан; при -209,9 ° C - кристалізується, нагадуючи сніг.
Області застосування азоту
В даний час, азотзнайшов широке застосування у всіх галузях людської діяльності.
Так, нафтогазова промисловість використовує його з метою регулювання рівня та тиску в нафтових свердловинах, витіснення кисню з ємностей для зберігання природного газу, продування та тестування трубопроводів. Хімічна промисловість потребує його отримання добрив і синтезу аміаку, металургія - для низки технологічних процесів. Завдяки тому, що азот витісняє кисень, але не підтримує горіння, його застосовують у пожежогасінні. У харчовій промисловості упаковка продуктів у азотній атмосфері замінює використання консервантів, перешкоджає окисленню жирів та розвитку мікроорганізмів. Крім того, ця речовина використовується у фармацевтиці для отримання різних препаратів та в лабораторній діагностиці – для проведення низки аналізів.
Рідкий азот може за лічені секунди заморозити все, що завгодно, без утворення кристаликів льоду.Тому медики застосовують його в кріотерапії для видалення відмерлих клітин, а також у кріосбереженні сперматозоїдів, яйцеклітин та зразків тканин.
Цікаво, що:
- Миттєве морозиво, приготовлене за допомогою рідкого азоту, винайшов у 1998 році біолог Курт Джонс, дуріючи з друзями на кухні. Згодом він заснував компанію з виробництва цього десерту, який має попит у американських ласунів.
- Світова промисловість отримує із земної атмосфери 1 млн тонн цього газу на рік.
- Рука людини, занурена в склянку з рідким азотом на 1-2 секунди, залишиться неушкодженою завдяки «рукавичці» з бульбашок газу, що утворюється при закипанні рідини у місцях контакту зі шкірою.
Азот
Азот- Елемент головної підгрупи п'ятої групи другого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 7. Позначається символом N (лат. Nitrogenium). Проста речовина азот - Досить інертний за нормальних умов двоатомний газ без кольору, смаку і запаху (формула N2), з якого на три чверті складається земна атмосфера.
Його «відкривали» кілька разів та різні люди. Його називали по-різному, приписуючи чи не містичні властивості — і «флогістоване повітря», і «мефітичне повітря», і «атмосферний мофетт», та й просто «задушлива речовина». Досі має кілька назв: англійський Nitrogen, французький Azote, німецький Stickstoff, російський «азот»…
Історія «зіпсованого повітря»
Азот(від грецького слова azoos - неживий, латиною Nitrogenium) - четвертий за поширеністю елемент Сонячної системи (після водню , гелію і кисню ). Сполуки азоту - селітра, азотна кислота, аміак - були відомі задовго до отримання азоту у вільному стані.
У 1777 році Генрі Кавендіш багаторазово пропускав повітря над розпеченим вугіллям, а потім обробляв його лугом. В результаті виходив залишок, який Кавендіш назвав задушливим (або мефітичним) повітрям. З позицій сучасної хімії ясно, що у реакції з розпеченим вугіллям кисень повітря зв'язувався у вуглекислий газ, який потім реагував із лугом. При цьому залишок газу був переважно азотом. Таким чином, Кавендіш виділив азот, але не зміг зрозуміти, що це нова проста речовина (хімічний елемент).
У тому ж році Кавендіш повідомив про цей досвід Джозефа Прістлі. Прістлі в цей час проводив серію експериментів, в яких також зв'язував кисень повітря і видаляв отриманий вуглекислий газ, тобто також отримував азот, однак, будучи прихильником теорії флогістону, що панує в ті часи, абсолютно неправильно витлумачив отримані результати (на його думку, процес був протилежним — не кисень видалявся з газової суміші, а навпаки, в результаті випалу повітря насичувалося флогістоном;
Очевидно, що і Прістлі, хоч і зміг виділити азот, не зумів зрозуміти суті свого відкриття, тому і не вважається першовідкривачем азоту. Одночасно подібні експерименти з тим самим результатом проводив і Карл Шееле.
Ще до того часу, в 1772 р., Даніель Резерфорд, спалюючи фосфор та інші речовини в скляному дзвоні, побачив, що газ, названий ним «задушливим повітрям», що залишається після згоряння, не підтримує дихання і горіння. Лише 1787 р. Антуан Лавуазьє встановив, що «життєвий» і «задушливий» гази, що входять до складу повітря, це прості речовини, і запропонував назву «азот».
Раніше, 1784 р. Г. Кавендіш показав, що азот входить до складу селітри; звідси і походить латинська назва азоту (від пізньолатинського nitrum - селітра та грецького genna - народжую, виробляю). На початку ХІХ ст. були з'ясовані хімічна інертність азоту у вільному стані та виняткова роль його у сполуках з іншими елементами як зв'язаний азот.
«Не підтримує життя» життєво необхідний
Хоча назва « азот » означає «який не підтримує життя», насправді це - необхідний для життєдіяльності елемент. У білку тварин та людини міститься 16-17% азоту. В організмах м'ясоїдних тварин білок утворюється за рахунок споживаних білкових речовин, що є в організмах травоїдних тварин та в рослинах. Рослини синтезують білок, засвоюючи азотисті речовини, що містяться в грунті, головним чином неорганічні. Значні кількості азоту надходять у ґрунт завдяки азотфіксуючим мікроорганізмам, здатним переводити вільний азот повітря в сполуки азоту. В результаті вилучення з ґрунту рослинами величезної кількості зв'язаного азоту (особливо при інтенсивному землеробстві) ґрунти виявляються збідненими.
Дефіцит азоту характерний для землеробства багатьох країн. Спостерігається дефіцит азоту та у тваринництві («білкове голодування»). На ґрунтах, бідних на доступний азот, рослини погано розвиваються. У минулому столітті досить багате джерело зв'язаного азоту було виявлено у природі. Це – чилійська селітра, натрієва сіль азотної кислоти. Довгий час селітри були головним постачальником азоту для промисловості. Її родовище в Південній Америці унікальне, практично воно єдине у світі. І не дивно, що у 1879 році за володіння багатою селітрою прикордонною провінцією Тарапака спалахнула війна між Перу, Болівією та Чилі. Переможцем виявилася Чилі. Однак задовольнити світову потребу в азотних добривах чилійське родовище, звісно, не могло.
«Азотне голодування» планети
В атмосфері Землі міститься майже 80% азоту, у земній корі – всього 0,04%. Проблема «як зв'язати азот» стара, вона ровесник агрохімії. Можливість зв'язування азоту повітря киснем в електричному розряді першим побачив англієць Генрі Кавендіш. Це було ще у XVIII столітті. Але здійснити процес керованого синтезу оксидів азоту вдалося лише 1904 року. У 1913 році німці Фріц Габер та Карл Бош запропонували аміачний метод зв'язування азоту. Зараз, користуючись цим принципом, сотні заводів усіх континентів виробляють із повітря понад 20 мільйонів тонн зв'язаного азоту на рік. Три чверті його йде виробництво азотних добрив. Проте дефіцит азоту на посівних площах земної кулі становить понад 80 мільйонів тонн на рік. Азоту Землі явно не вистачає. Основна частина вільного азоту, що видобувається, використовується для промислового виробництва аміаку, який потім у значних кількостях переробляється на азотну кислоту, добрива, вибухові речовини і т. д.
Застосування азоту
Вільний азот застосовують у багатьох галузях промисловості: як інертне середовище при різноманітних хімічних та металургійних процесах, для заповнення вільного простору в ртутних термометрах, при перекачуванні горючих рідин тощо.
Рідкий азотзастосовується як холодоагент і для кріотерапії. Промислові застосування газоподібного азоту зумовлені його інертними властивостями. Газоподібний азот пожежо- та вибухобезпечний, перешкоджає окисленню, гниття.
У нафтохімії азот застосовується для продування резервуарів і трубопроводів, перевірки роботи трубопроводів під тиском, збільшення вироблення родовищ. У гірничодобувній справі азот може використовуватися для створення в шахтах вибухобезпечного середовища для розпирання пластів породи.
У виробництві електроніки азот застосовується для продування областей, що не допускають наявності кисню, що окислює. Якщо в процесі, що традиційно проходить з використанням повітря, окислення або гниття є негативними факторами. азот може успішно замістити повітря.
Важливою сферою застосування азоту є його використання для подальшого синтезунайрізноманітніших сполук, що містять азот , таких, як аміак, азотні добрива, вибухові речовини, барвники і т.п. азоту використовуються в коксовому виробництві («сухе гасіння коксу») при вивантаженні коксу з коксових батарей, а також для «передавлювання» палива в ракетах з баків насоси або двигуни.
Помилки: азот - не Дід Мороз
У харчової промисловості азот зареєстрований як харчова добавка E941, як газове середовище для пакування та зберігання, холодоагент. Рідкий азот Нерідко демонструється в кінофільмах як речовина, здатна миттєво заморозити досить великі об'єкти. Це поширена помилка. Навіть для заморожування квітки потрібен досить тривалий час, що пов'язано частково з дуже низькою теплоємністю азоту .
З цієї ж причини дуже важко охолоджувати, скажімо, замки до -180 ° C і розколювати їх одним ударом. Літр рідкого азоту , випаровуючись та нагріваючись до 20 °C, утворює приблизно 700 літрів газу. З цієї причини не варто зберігати азот у закритих судинах, які не пристосовані для великих тисків. На цьому ж факті засновано принцип гасіння пожеж рідким. азотом . Випаровуючись, азот витісняє повітря, необхідне горіння, і пожежа припиняється.
Бо азот , На відміну від води, піни або порошку, просто випаровується і вивітрюється, азотне пожежогасіння - найефективніший з точки зору збереження цінностей механізм гасіння пожеж. Заморожування рідким азотом живих істот з можливістю подальшої їхньої розморозки проблематична. Проблема полягає у неможливості заморозити (і розморозити) істота досить швидко, щоб неоднорідність заморозки не позначилася на її життєвих функціях. Станіслав Лем, фантазуючи на цю тему у книзі «Фіаско», вигадав екстрену систему заморозки азотом , в якій шланг з азотом, вибиваючи зуби, встромлявся в рот астронавта і всередину його подавався рясний потік азоту .
Як було зазначено вище, азот рідкий та газоподібний отримують з атмосферного повітря способом глибокого охолодження.
Показники якості азоту газоподібного ГОСТ 9293-74
| Найменування показника | Особлива | Підвищена | Підвищена |
|---|---|---|---|
| 2 сорт | 1 сорт |
2 сорт |
|
| Об'ємна частка азоту, не менше | 99,996 |
99,99 |
99,95 |
| Кисень, не більше | 0,001 |
0,001 |
0,05 |
| Водяна пара в газоподібному азоті, не більше | 0,0007 |
0,0015 |
0,004 |
| Водень, не більше | 0,001 | Не нормується |
Не нормується |
| Сума вуглецевмісних сполук у перерахунку на СН 4 , не більше | 0,001 | Не нормується |
Азот - сьомий елемент у таблиці Менделєєва та перший елемент групи УА. Назва азотозначає "неживий" (грец. "А" - негативна приставка, "ЗОЕ" - життя). Така оцінка азоту може вважатися справедливою лише щодо простої речовини, але азот як елемент необхідний життя, оскільки разом із вуглецем, воднем і киснем він утворює білки та інші життєво важливі речовини. В людини міститься в середньому 1,8 кг азоту. Азот - досить поширений елемент біосфери. Найбільше його перебуває у атмосфері як простої речовини Ы 2 . Загальна маса азоту в атмосфері становить 41018 кг. Жорстких мінералів, що містять азот, майже немає. Лише у виключно сухий пустелі на півночі Чилі є поклади нітрату натрію, названого чилійська селітра.Значна кількість азоту міститься в біомасі рослин та тварин та в органічних залишках (кам'яне вугілля, торф). У звичайних умовах на поверхні землі більшість азоту з відмерлих рослин поступово перетворюється на газоподібний азот і перетворюється на атмосферу. Деяка частка наявних у ґрунті сполук азоту вимивається водою та потрапляє у водойми. Тому рослини часто опиняються в умовах нестачі азоту, доступного для біологічного засвоєння. Невичерпні запаси азоту 2 в навколишньому повітрі більшість рослин використовувати не можуть. Можна порівняти відношення рослин до атмосферного азоту та кисню. Останній активно використовується рослинами та тваринами у процесах окислення. Ця різниця між азотом та киснем пов'язана з надзвичайною міцністю молекул Ы 2 . Азот важко бере участь у звичайних хімічних реакціях. Біохімічні реакції азоту можливі лише за участю ферменту нітрогенази, який є лише в окремих видів бактерій. Промислове одержання сполук азоту було важкою проблемою ще на початку XX ст. У той самий час потреба у сполуках азоту величезна, оскільки вони необхідні виробництва як добрив, а й вибухових речовин. Німецький хімік Ф. Габер (Нобелівська премія з хімії 1918 р.) зробив найважливіший внесок у вирішення проблеми зв'язування атмосферного азоту, розробивши каталізатор для синтезу аміаку з азоту та водню. Цей винахід вплинув на подальший розвиток промисловості та сільського господарства. У 1913 р. було пущено перший завод із виробництва аміаку, а нині його річне виробництво перевищує 100 млн т. За будовою атома азот – тривалентний елемент. У стійких сполук він утворює не менше трьох хімічних зв'язків. Азот не може підвищити свою валентність за рахунок переходу до збудженого стану. Для нього єдина можливість переходу до чотиривалентного стану - це втрата одного електрона: У такому стані азот може перебувати тільки в з'єднаннях з електронегативними елементами, тобто. киснем та фтором. У цих сполуках азот має позитивні ступені окислення, а сполуках з усіма іншими елементами - негативні. Атом азоту має валентну електронну пару на рівні 2.? і як донор (основа) часто утворює додатковий хімічний зв'язок за донорно-акцепторним механізмом. Прикладами відповідних сполук є солі амонію і комплексні сполуки іонів металів з лігандом МН 3 . Приклад 20.1. Які ступені окислення у азоту в гідразині К 2 Н 4 , нітробензол С 6 Н 5 Ы0 2 і аміноетані С 2 Н 5 ЫН 2 ? Рішення.У гідразині СОазоту -2. У цій молекулі є зв'язок між атомами азоту, що не впливає на ступінь окиснення. У нітробензол азот пов'язаний одночасно з більш електронегативним киснем і менш електронегативним вуглецем. До двох атомів кисню зміщено чотири електрони, а від вуглецю - один. Виходить СО+3. В аміноетані азот пов'язаний з менш електронегативними воднем та вуглецем. Ступінь окиснення -3. У азоту відома тільки одна проста речовина N9, звана, згідно з хімічною номенклатурою, діазотом. Це газ, що починає переходити в рідину при -195,8°З звичайному тиску. Рідкий азот замерзає безбарвні кристали при -210°С. В індивідуальному стані азот зберігають та перевозять у балонах під високим тиском. Молекули К 2 мають на два електрони менше, ніж молекули кисню 0 2: Два додаткові електрони кисню зменшують міцність зв'язку. Зв'язок між атомами азоту без цих електронів стає по-справжньому потрійним, і 2 виявляється найстійкішою і найменш реакційною з усіх молекул. Енергія зв'язку в молекулі 2 -946 кДж/моль. Міцністю молекул Ы 2 визначаються нс лише властивості цієї речовини, а й поведінка сполук азоту. Вони, як правило, не дуже стійкі, розкладаються за порівняно слабкого нагрівання. Азот утворює також нестійкі сполуки, що є вибуховими речовинами. У всіх випадках розкладання сполук азоту сприяє утворенню стійких молекул Ы 2 . Простий лабораторний спосіб отримання азоту полягає в розкладанні нітриту амонію при слабкому нагріванні солі як у вигляді твердої речовини, так і її розчину: Для проведення реакції в розчині можна взяти солі, що часто використовуються, з тими ж іонами - хлорид амонію і нітрит натрію: При згорянні органічних сполук азоту також утворюється проста речовина: У промисловості азот одержують із повітря ректифікацією при низькій температурі. Використовується азот повітря після видалення кисню хімічними способами. В цьому випадку азот містить домішок благородних газів. Азот використовується у найбільшій кількості для синтезу аміаку. Інертність азоту в звичайних умовах дозволяє застосовувати його як газоподібне середовище при проведенні технологічних процесів та в наукових дослідженнях. У азоту дуже мало реакцій, здатних йти за нормальної температури. Метал літій повітря реагує одночасно і з киснем, і з парами води, і з азотом. Поверхня літію чорніє, тому що на ній утворюється нітрид літію:
Інших реакцій азоту за нормальної температури був відомо до середини минулого століття. Справжньою сенсацією в хімії стало відкриття реакцій азоту у водному середовищі з обложеними гідроксидами двох металів, один з яких є відновником, а інший несе каталітичну функцію. Гідроксид ванадію(П), обложений з гідроксидом магнію, реагує наступним чином: З'єднання азоту, що виходить, з воднем називається гідразин. За будовою молекули він аналогічний перекису водню: Відома також речовина гідроксиламін КН 2 ОП, молекули якого поєднують фрагменти гідразину та перекису водню:
При високій температурі азот може реагувати з багатьма простими речовинами. З киснем реакція йде при нагріванні до 2000°С: Реакція ендотермічна та оборотна, вихід оксиду азоту (П) збільшується при підвищенні температури. У невеликій кількості N0 утворюється в атмосфері при грозових розрядах та при роботі двигунів внутрішнього згоряння. Найбільше практичне значення має реакція азоту з воднем, про яку вже йшлося в параграфах 67 і 70. Нагадаємо, що це екзотермічна реакція, і її рівновага зміщується вліво при підвищенні температури. Відповідно до рівняння реакції, з чотирьох молекул азоту та водню утворюються дві молекули аміаку. Отже, у разі підвищення тиску рівновага зміщується вправо. Вихід продукту, який визначається положенням рівноваги реакції, залежить як від температури, так і від тиску. Ця залежність показано на рис. 20.1. Візьмемо на малюнку якусь точку, наприклад, 450 ° С при тиску 600 атм. У умовах вихід аміаку становить 40%, що цілком прийнятно цього процесу. Проте встановлюється рівновага вкрай повільно. Швидкість реакції можна збільшити підвищенням температури, але швидко падає вихід. Для подальшого підвищення тиску потрібно було б застосування більш дорогого обладнання. Тому економічно прийнятне поєднання виходу продукту та швидкості його освіти може бути досягнуто лише при застосуванні каталізатора. Каталізатор зазвичай вдається створити внаслідок тривалого експериментального пошуку. У цьому процесі хорошим каталізатором виявилося металеве залізо, активоване оксидами калію та алюмінію. Тепер при промисловому одержанні аміаку застосовують тиск 300-500 атм (3 10 4 -5 -10 1 кПа) і температуру близько 300°С. У цьому вихід аміаку становить 10-20%. Однак суміш азоту та водню після відділення отриманого аміаку може знову прямувати в контактний апарат з каталізатором, і таким чином частка використання сировини підвищується.
Мал. 20.1. Принципова схема заводської установки для синтезу аміаку показана на рис. 20.2.
Мал. 20.2. 1 - компресор; 2 - Колона синтезу; 3 - холодильник; 3 - сепаратор; 5 - збірка рідкого аміаку; в -циркуляційний насос Очищена від домішок газова суміш, що складається з одного об'єму азоту та трьох об'ємів водню, стискається компресором 1 до 300 атм і надходить у колону синтезу 2, заповнену каталізатором, де йде реакція утворення аміаку. Перед запуском процесу колону з каталізатором нагрівають електричними нагрівачами до 500°С. Далі температура підтримується теплотою, що виділяється при реакції. Після проходження через колону гази, що містять до 20% аміаку, надходять у холодильник, де із суміші газів, що знаходиться під великим тиском, конденсується рідкий аміак. Рідина відокремлюється від газової суміші у сепараторі. 4. Звідси аміак перекачується до збірника низького тиску 5 і далі надходить складу. Неірореаговані гази перекачуються насосом вдля змішування зі свіжою азотоводневою сумішшю. Суміш продовжує безперервно надходити в колону 2 де постійно йде синтез аміаку. У хімії вже тривалий час вивчається можливість отримання сполук азоту за нормальної температури і тиску, оскільки застосування пристроїв високого тиску дорого і небезпечно: вони можуть вибухати. Надія на успіх підтримується тим, що відомі мікроорганізми. нітробактерії, - що мають фермент нітрогеназу, за участю якого азот відновлюється у бактеріальній клітині, перетворюючись на необхідні органічні сполуки. По штучно відтворити роботу цих надзвичайно складних ферментів або схожих на них речовин поки що не вдається. Відновлення азоту до гідразину реакції з гідроксидами металів також не вдається здійснити у вигляді безперервного процесу. Тому синтез аміаку, суттєвим недоліком якого є необхідність застосування високого тиску, є поки що найкращим джерелом отримання сполук азоту. Азот реагує з вуглецем при горінні вольтової дуги з утворенням газоподібної речовини диціана:
До промислового освоєння синтезу аміаку мала практичне значення реакція азоту з карбідом кальцію, продуктом якої є ціанамід кальцію Са = Ы-С = Ы (СаС 2): Для здійснення реакції азот пропускають через шар карбіду кальцію, сильно нагрітий в одному місці. Тут виникає реакція, що супроводжується виділенням теплоти. Маса навколишнього речовини нагрівається, у ньому також відбувається процес поглинання азоту. У результаті реакцію вступає весь поміщений в апарат карбід кальцію. Отриманий таким чином ціанамід кальцію гідролізують перегрітою водяною парою: Цей спосіб отримання аміаку нині витіснений синтезом його з водню та азоту. При високій температурі азот реагує з багатьма металами та сплавами, утворюючи нітриди металів. Іноді утворення нітриду в поверхневому шарі надає сплаву додаткової твердості. У деяких випадках метал доводиться ізолювати від дії азоту. Наприклад, листи титану зварюють в атмосфері аргону, щоб уникнути утворення нітриду титану. Азот – це хімічний елемент з атомним номером 7. Є газом без запаху, смаку та кольору. Азот у природіАзот перебуває у атмосфері як молекул, що з двох атомів. Крім атмосфери, азот є в мантії Землі та в гумусному шарі ґрунту. Основне джерело азоту для промислового виробництва – це корисні копалини. Проте останні десятиліття, коли запаси мінералів стали виснажуватися, виникла гостра необхідність виділення азоту з повітря у промислових масштабах. В даний час цю проблему вирішено, і величезні обсяги азоту для потреб промисловості видобуваються з атмосфери. Роль азоту в біології, кругообіг азотуНа Землі азот зазнає ряду трансформацій, в яких беруть участь і біотичні (пов'язані з життям) та абіотичні фактори. З атмосфери та грунту азот надходить у рослини, причому не безпосередньо, а через мікроорганізми. Азотфіксуючі бактерії утримують і переробляють азот, перетворюючи його на форму, що легко засвоюється рослинами. В організмі рослин азот перетворюється на склад складних сполук, зокрема – білків. По харчовому ланцюгу ці речовини потрапляють у організми травоїдних, та був – хижаків. Після загибелі всього живого азот знову потрапляє у ґрунт, де піддається розкладу (амоніфікації та денітрифікації). Азот фіксується у ґрунті, мінералах, воді, потрапляє в атмосферу, і коло повторюється. Застосування азотуПісля відкриття азоту (це сталося у 18-му столітті), були добре вивчені властивості самої речовини, його сполук, можливості використання у господарстві. Оскільки запаси азоту нашій планеті величезні, цей елемент став використовуватися вкрай активно. — у медицині.Рідкий азот є холодоагентом при процедурах кріотерапії, тобто лікування холодом. Миттєве заморожування застосовується для видалення різних новоутворень. У рідкому азоті зберігають зразки тканин та живі клітини (зокрема – сперматозоїди та яйцеклітини). Низька температура дозволяє зберегти біоматеріал протягом тривалого часу, а потім розморозити та використовувати. Можливість зберігати в рідкому азоті цілі живі організми, а при необхідності розморожувати їх без жодної шкоди висловлена письменниками-фантастами. Проте насправді освоїти цю технологію поки що не вдалося; — у харчовій промисловостірідкий азот використовується при розливі рідин для створення інертного середовища у тарі. Взагалі азот застосовується в тих областях, де необхідне газоподібне середовище без кисню, наприклад, — у пожежогасінні. Азот витісняє кисень, без якого процеси горіння не підтримуються і вогонь згасає. Газоподібний азот знайшов застосування у таких галузях: — виробництво продуктів харчування. Азот використовується як інертне газове середовище для збереження свіжості продуктів в упаковці; — у нафтовидобувній промисловості та гірничій справі. Азотом продувають трубопроводи та резервуари, його нагнітають у шахти для формування вибухобезпечного газового середовища; — у літакобудуванніазотом накачують шини шасі. Все вищесказане відноситься до застосування чистого азоту, але не варто забувати, що цей елемент є вихідною сировиною для виробництва маси різних сполук: - Аміак. Надзвичайно потрібна речовина з вмістом азоту. Аміак йде виробництво добрив, полімерів, соди, азотної кислоти. Сам по собі застосовується у медицині, виготовленні холодильної техніки; - азотні добрива; - Вибухові речовини; - Барвники і т.д. |
