Азот
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Нітроген (лат. Nitrogenium, N) — хімічний елемент V групи періодичної системи з атомим порядковим номером 7 та атомною масою 14.008. Два атоми нітрогену, об'єднюючись складають молекулу хімічної речовини азоту.
Азот — газ без кольору, запаху, смаку; складається з двоатомних молекул N2. За нормальних умов 1 л азоту важить 1.25046 г, критична t° дорівнює —147,16°, малорозчинний у воді. При звичайних умовах азот хімічно малоактивний; при високих температурах і тиску, при наявності каталізаторів азот утворює сполуки з воднем, металами, киснем та ін. В природі азот існує як головна складова частина повітря (75.5 % за вагою), у формі нітратів і солей амонію; входить до складу вугілля, нафти, алкалоїдів, білкових речовин. Азот повітря використовують у виробництві аміаку, азотної кислоти, добрив, а також як інертний газ.
Зміст |
[ред.] Історія відкриття
У праці «Хімічний трактат про повітря і вогонь» шведський хімік К. Шеєле описав отримання та властивості «вогняного повітря» і зазначив, що атмосферне повітря складається з двох «видів повітря»: «вогняного» — кисню і «флогістірованного» — азоту. Проте пріоритет відкриття кисню належить Джозефу Прістлі, тому що праця Шеєле була опублікована тільки у 1777 році.
У 1772 році азот (під назвою «зіпсованого повітря») як просту речовину описав Даніель Резерфорд, він опублікував магістерську дисертацію, де вказав основні властивості азоту (не реагує з лугами, не підтримує горіння, непридатний для дихання). Саме Даніель Резерфорд і вважається першовідкривачем азоту.
[ред.] Походження назви
Назву Азот (від грец. ἀζωτος - позбавлений життя, (іншими мовами: лат. Nitrogenium - породжуючий селітру), нім. Stickstoff - удушаюча речовина) , замість попередніх назв ( «флогістіроване», «мефітичне» і «зіпсоване» повітря) запропонував у 1787 Антуан Лавуазьє, який на той час у складі групи інших французьких вчених розробляв принципи хімічної номенклатури.
[ред.] Поширення в природі
Загальний вміст азоту в земній корі становить 1·10-2 % за масою. Основна його маса знаходиться в повітрі, у вільному молекулярному вигляді — N2. Сухе повітря містить в середньому 78,09 % за об‘ємом (або 75,6 % за вагою) вільного азоту. У відносно малих кількостях вільний азот знаходиться в розчиненому стані у водах океанів. В вигляді сполучень з іншими елементами (зв‘язаний азот) входить в склад всіх рослинних і тваринних організмів. Потужні родовища азоту у вигляді так званої чилійської селітри відомі лише в Чилі (Південна Америка). Крім того, невеликі кількості азоту містяться в ґрунті, головним чином у вигляді органічних сполук і солей нітратної кислоти.
В земній корі утворює три основні типи мінералів, які містять йони CN-, NO3-, NH4+. Промислове значення має натрієва селітра NaNO3, великі поклади якої є в Чилі та калійна селітра KNO3 (найбільші поклади в Індії).
[ред.] Ізотопи
Нітроген має два стабільних ізотопи: 14N7 атомна маса 14.00751 (99.63 %) і 14N8 атомна маса 15.00489 (0.37 %). Штучно здобуто 4 радіоактивні ізотопи азоту з масовими числами 12, 13, 16, 17.
[ред.] Фізичні властивості
Азот — безбарвний газ без запаху і смаку. Кипить при температурі -195,8°С, замерзає при -209,86°С. Азот не підтримує ні дихання, ні горіння. У воді розчиняється мало. Його розчинність при 20 °C становить 1,54 см3 на 100 г води (кисню — 3,1 см3). Тому розчинене у воді повітря багатше на кисень, ніж атмосферне.
[ред.] Хімічні властивості
Азот належить до головної підгрупи п'ятої групи періодичної системи Менделєєва. Порядковий номер його 7. Атоми азоту мають на зовнішній електронній оболонці п'ять електронів. Тому вони можуть приєднувати три електрони, яких їм бракує для утворення повністю заповненої вісьмома електронами оболонки, і відновлюватись до іонів N3- або втрачати п'ять валентних електронів, перетворюючись у позитивно заряджені іони N5+ і проявляючи при цьому свою максимальну позитивну валентність. Атоми азоту також можуть втрачати і меншу кількість електронів, проявляючи при цьому позитивну валентність 1+, 2+, 3+ і 4+ .
Молекули азоту двоатомні, обидва атоми міцно зв'язані між собою трьома спільними електронними парами.
Щоб розкласти молекулу азоту на атоми, треба витратити значну кількість енергії. Тому азот при звичайних умовах хімічно досить пасивний.
При високих температурах, коли молекули N2 розкладаються і азот переходить в атомарний стан, він порівняно легко вступає в реакції з металами (особливо з найактивнішими), утворюючи так звані нітриди, наприклад:
- 6Li + N2 = 2Li3N (нітрид літію)
- 3Ca + N2 = Ca3N2 (нітрид кальцію)
При високій температурі, високому тиску і наявності каталізатора нітроген сполучається з гідрогеном з утворенням амоніаку. При температурі електричної іскри (понад 3000 °C) нітроген реагує з оксигеном, утворюючи нестійкий при високій температурі монооксид азоту NO за реакцією:
- N2 + O2 = 2NO
У природі ця реакція відбувається при грозових розрядах.
[ред.] Інші властивості
В звичайних умовах азот фізіологічно інертний, але при вдиханні повітря, стиснутого до 2 −2 ½ атм., наступає стан, що називається азотним наркозом, подібний до алкогольного сп‘яніння. Ці випадки можуть бути за умови водолазних робіт на глибині декількох десятків метрів. Для попередження виникнення даного стану деколи користуються штучними газовими сумішами, в яких азот замінений гелієм або якимось іншим інертним газом. При різкому і значному зниженні парціального тиску азоту, розчинність його в крові і тканинах настільки зменшується, що частина його виділяється у вигляді бульбашок, що є одною з причин виникнення кесонової хвороби, що спостерігається у водолазів при швидкому їх піднятті на поверхню і у пілотів при великих швидкостях злітання літака у верхні слої атмосфери.
В суміші з киснем азот використовується як слабкий наркотик, що викликає стан оп'яніння, ейфорії, притуплення больової чутливості. Використовується для інгаляційного наркозу.
[ред.] Добування і застосування
В лабораторних умовах чистий азот звичайно одержують шляхом розкладу при нагріванні розчину нітриту амонію за реакцією:
- NH4NO2 = N2↑ + 2H2O
У промисловості азот у дуже великих кількостях добувають з рідкого повітря.
Більша частина одержуваного в техніці азоту застосовується на виробництво аміаку. В значно менших кількостях його використовують для створення інертного середовища при проведенні деяких хімічних реакцій, при перекачуванні горючих рідин тощо.
Оскільки азот має низьку температуру кипіння (77,4 К), зріджений азот одна з головних речовин для кріогеніки.
Нітроген входить до широкого класу вибухових речовин. Вибуховість сполук нітрогену ґрунтується на тому, що утворення молекули азоту призводить до встановлення дуже міцноого потрійного зв'язку, а при цьому вивільняється велика кількість енергії.
[ред.] Сполуки
[ред.] Оксиди азоту
Азот утворює кілька оксидів. З них найбільше значення мають монооксид азоту NO і діоксид азоту NO2, оскільки це продукти при виробництві нітратної кислоти. Закис азоту N2O відомий як дурманний газ і використовується для наркозу.
[ред.] Похідні аміаку
Разом із трьома атомами гідрогену атом нітрогену утворює молекулу аміаку NH3. Похідні цієї речовини називаються амінами, а у випадку заміщення одного з атомів гідрорену атомом металу - амідами. Дві амінні групи входять до складу сечовини.
Інша сполука нітрогену з гідрогеном - гідразин.
[ред.] Кислоти
Нітроген утворює нітратну, нітритну та синільну кислоти, солі яких називаються, відповідно, нітратами, нітритами та нітрилами, ціанідами.
Солі азотисто-водневої кислоти називають азидами.
[ред.] Біологічна роль
Нітроген - одни із основних хімічних елементів живої природи. Він входить до складу амінокислот - хімічних блоків, з яких формуються білки, та нуклеїнових кислот. Незважаючи на важливіть нітрогену для живих організмів, ні рослини, ні тварини не можуть засвоювати атмосферний азот. Деякі бактерії, проте, мають фермент нітрогеназу, за допомогою якого азот фіксується.
[ред.] Дивіться також
[ред.] Джерела інформації
- Українська радянська енциклопедія
- Ф. А. Деркач «Хімія» Л. 1968
- Мала гірнича енциклопедія: В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004. ISBN 966-7804-14-3
