Азот

Азот

Химический элемент

Символ, номер

N, 7

Атомная масса

14,00643 а.е.м.

Электронная конфигурация

[He] 2s² 2p³

Электроотрицательность

3,04 по шкале Поллинга

Степени окисления

5; 4; 3; 2; 1; 0; −1; −2; −3

Плотность

0,001251 г/см³ (при н.у.)

Температура плавления

-209,86 °C

Температура кипения

-195,75 °C

Молярная теплоёмкость

 Дж/(K·моль)

Структура кристаллической решетки

кубическая

Теплопроводность

(300 K) 0,026 Вт/(м·К)

Химия. Азот // Наука 2.0 [26:06]

Азот — весьма инертный химический элемент.

История открытия

В работе «Химический трактат о воздухе и огне» шведский химик К. Шееле описал получение и свойства «огненного воздуха» и отметил, что атмосферный воздух состоит из двух «видов воздуха»: «огненного» — кислорода и «флогистованого» — азота. Однако приоритет открытия кислорода принадлежит Джозефу Пристли, потому что труд Шееле был опубликован только в 1777 году.

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.

Происхождение названия

Название «азот» (от греч. ἀζωτος — безжизненный, (на других языках: лат. Nitrogenium — то, что порождает селитру) предложено в 1787 Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских ученых разрабатывал принципы химической номенклатуры.

Распространение в природе

Круговорот азота в природе

Общее содержание азота в земной коре составляет 1 · 10⁻² % по массе. Основная его масса находится в воздухе. Сухой воздух содержит в среднем 78,09 % по объему (или 75,6 % по массе) свободного азота, соответствует общей массе 4 • 10¹⁵ т. В отношении малых количествах свободный азот находится в растворенном состоянии в водах океанов. В виде соединений с другими элементами (связанный азот) входит в состав всех растительных и животных организмов. Мощные месторождения азота в виде так называемой чилийской селитры известны лишь в Чили (Южная Америка). Кроме того, небольшие количества азота содержатся в почве, главным образом в виде органических соединений и солей азотной кислоты.

Изотопы

Азот имеет два стабильных изотопа: ¹⁴N (99,63 %) и ¹⁵N (0,37 %). Искусственно получено 4 радиоактивных изотопа азота с массовыми числами 12, 13, 16, 17.

Химические свойства

Азот входит в главной подгруппы пятой группы периодической системы Менделеева. Порядковый номер его 7. Атомы азота имеют во внешней электронной оболочке пять электронов. Поэтому они могут присоединять три электрона, которых им не хватает для образования полностью заполненной восемью электронами оболочки, и восстанавливаться до ионов N 3 или терять пять валентных электронов, превращаясь в положительно заряженные ионы и проявляя при этом свою максимальную положительную валентность. Атомы азота также могут терять и меньшее количество электронов, проявляя при этом положительную валентность 1+, 2+, 3+ и 4+.

Молекулы азота двухатомные, оба атома прочно связаны между собой тремя общими электронными парами.

Чтобы разложить молекулу азота на атомы, надо потратить значительное количество энергии. Поэтому азот при обычных условиях химически довольно пассивный.

При высоких температурах, когда молекулы азота разлагаются и он переходит в атомарное состояние, он сравнительно легко вступает в реакции с металлами (особенно с активными), образуя так называемые нитриды. При высокой температуре, высоком давлении и наличии катализатора оксид соединяется с водородом с образованием аммиака. При температуре электрической искры (свыше 3000 °C) азот реагирует с кислородом, образуя неустойчивый при высокой температуре монооксид азота NO по реакции:

• N₂ + O₂ = 2NO

В природе эта реакция происходит при грозовых разрядах.

Другие свойства

В обычных условиях азот физиологически инертен, но при вдыхании сжатого воздуха наступает состояние, называемое азотным наркозом, подобное алкогольному опьянению. Эти случаи могут быть при условии водолазных работ на глубине нескольких десятков метров. Для предупреждения возникновения данного состояния порой пользуются искусственными газовыми смесями, в которых азот заменен гелием или иным инертным газом. При резком и значительном снижении парциального давления азота, растворимость его в крови и тканях настолько уменьшается, что часть его выделяется в виде пузырьков, является одной из причин возникновения кессонной болезни, которая наблюдается у водолазов при быстром их поднятии на поверхность и у пилотов при больших скоростях взлета самолета, а также при входе в верхние слои атмосферы.

В смеси с кислородом азот используется как слабый наркотик, вызывающий состояние опьянения, эйфории, притупление болевой чувствительности. Используется для ингаляционного наркоза.

Получение

Получение азота разложением нитрита аммония

В лабораторных условиях чистый азот обычно получают путем разложения при нагревании раствора нитрита аммония по реакции:

• NH₄NO₂ = N₂↑ + 2H₂O

Еще один из лабораторных способов — пропускание аммиака над оксидом меди (II) при температуре 700 °C:

• 2NH₃ + 3CuO → N₂↑ + 3H₂O + 3Cu.

Аммиак берут из насыщенного раствора при нагревании, количество CuO в 2 раза больше расчетного. Непосредственно перед применением азот очищают от примесей кислорода и аммиака пропусканием над медью и ее оксидом (II), затем сушат концентрированной серной кислотой и сухой щелочью. Процесс достаточно медленный, но газ получается довольно чистый.

В промышленности азот в больших количествах добывают из воздуха с помощью азотных станций.

Применение

Жидкий азот

Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии.

Промышленное применение газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасный, препятствует окислению, гниению. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличение выработки месторождений. В горном 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 кислорода. Если в процессе, традиционно проходит с использованием воздуха, окисления или гниения являются негативными факторами — азот может успешно заменить воздух.

Большая часть получаемого в технике азота используется для производства аммиака.

В последнее время значительное распространение получило использование азота для создания инертной среды при проведении некоторых химических реакций, при перекачке горючих жидкостей и т. д.

Поскольку азот имеет низкую температуру кипения (77,4 К), то сжиженный азот является одним из главных криогенных жидостей.

Азот присутствует во многих взрывчатых веществах. Их свойства объясняются тем, что образование молекулы азота приводит к установлению очень прочной тройной связи, при этом высвобождается большое количество энергии.

См. также

• Жидкий азот — название коктейля.

Литература

• Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
• Украинская советская энциклопедия. В 12-ти томах / Под ред. М. Желаемая. — 2-е изд. — К. : Гол. редакция УРЕ, 1974—1985.
• Ф. А. Деркач «Химия» Л. 1968
• Малая горная энциклопедия . В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004.