Ce este azot? azot în masă. molecula de azot

Elementul nemetalic al grupului 15 [Va] Tabelul periodic - atom de azot 2 din care se combină pentru a forma o moleculă - gaz incolor, inodor și fără gust care constituie o mare parte a atmosferei Pământului și care face parte din toate lucrurile vii.

Istoria descoperirii

Azotul gazos este de aproximativ 4/5 din atmosfera terestră. Acesta a fost izolat în cercetarea Air timpurie. În 1772, suedeză Himik Karl Wilhelm Scheele în primul rând pentru a demonstra că un astfel de azot. Potrivit lui, aerul este un amestec de două gaze, dintre care unul a numit „aer de foc“, care este de a sprijini combustia, și alte - .. „aer impur“, deoarece rămâne după prima consumat. Acestea au fost oxigenul și azotul. În jurul același azot timp a fost izolat de botanistul scoțian Daniel Rutherford, care a publicat pentru prima dată descoperirile sale, precum chimistul britanic Henry Cavendish și cleric britanic și om de știință Dzhozefom Pristli, care a împărtășit cu Scheele primatul descoperirea oxigenului. Studii suplimentare au arătat că noul gaz face parte din nitrat sau nitrat de potasiu (KNO _3), și, în consecință, a fost numit de un atom de azot ( „da naștere salpetru“) de către chimistul francez Chaptal în 1790 azot a fost atribuită în primul rând la elementele chimice ale Lavoisier, a cărui explicație a rolului oxigenului în combustie infirmat teoria flogisticului - popular în secolul al XVIII-lea. ardere greșită. Incapacitatea acestui element chimic pentru a susține viața (ζωή greacă) a fost motivul pentru care Lavoisier a numit azot gazos.

Apariția și răspândirea

Ce este azot? Conform abundența de elemente chimice, el pe locul al saselea. Atmosfera Pământului la 75.51% în greutate și 78,09% în volum este compus din elementul și este o sursă majoră pentru industrie. Atmosfera conține , de asemenea , o cantitate mică de săruri de amoniu și amoniu, precum și de oxizi de azot și acid azotic, format în timpul furtunilor și în motoarele cu ardere internă. azot liber se găsește în multe meteoriți, gaze vulcanice și a mea și unele izvoare minerale, soarele, stelele și nebuloase.

Azotul este de asemenea găsit în depozite minerale de potasiu și nitrat de sodiu, dar pentru a satisface nevoile umane suficiente. Un alt material bogat în acest element este guano, care poate fi găsit în caverne, în cazul în care o mulțime de lilieci, sau locurile uscate frecventate de păsări. De asemenea, azotul este conținut în ploaie și sol sub formă de săruri de amoniu și amoniu, și în apa de mare sub formă de ioni de amoniu _(NH4 ^+), nitrit (NO ₂ ^-) și nitrat (NO ₃ ^-). Media este de aproximativ 16% din compuși organici complecși, cum ar fi proteinele, sunt prezente în toate organismele vii. Conținutul natural în scoarța terestră este de 0,3 părți de 1000. Prevalența în spațiu - de la 3 la 7 atomi per atom de siliciu.

Cele mai mari țări producătoare de azot (ca amoniac), la începutul secolului XXI, au fost India, Rusia, Statele Unite ale Americii, Trinidad și Tobago, Ucraina.

Producția comercială și de utilizare

Producția industrială de azot se bazează pe o distilare fracționată a aerului lichefiat. Temperatura de fierbere este egal cu -195.8 ° C, 13 ° C mai mică decât cea a oxigenului, care este astfel separat. Azotul poate fi produs pe scară largă prin arderea carbonului sau hidrocarburilor în aer și separarea dioxidului de carbon rezultat și apa de azot rezidual. La scară mică de azot pur este produs prin încălzirea bariului azidă Ba (N _{3) 2.} reacție de laborator includ încălzirea unei soluții de azotit de amoniu (NH ₄ NO _2), oxidarea amoniacului , cu o soluție apoasă de brom sau cu încălzit oxid de cupru :

• NH ₄ ^{+ +} NO ₂ ^- → N ₂ + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3Br ₂ → N ₂ + 6NH ₄ ^{+ +} 6BR ^-.
• 2NH ₃ + 3CuO → N ₂ + 3H ₂ O + 3Cu.

azot elementar poate fi utilizat ca atmosferă inertă pentru reacțiile care necesită excluderea oxigenului și a umezelii. Se utilizează și azot lichid. Hidrogen, metan, monoxid de carbon, oxigen, fluor, și - singura substanță care, atunci când punctul de fierbere de azot nu este într-o stare solidă cristalină.

În industria chimică, acest element chimic este utilizat pentru a preveni oxidarea sau alte alterării, ca un diluant inert, un gaz reactiv pentru a îndepărta căldura sau substanțe chimice, precum și un inhibitor de incendiu sau explozie. În industria alimentară, azotul gazos este utilizat pentru a preveni alterarea, iar lichidul - pentru sistemele de uscare prin congelare și răcire. În gazul industria electrică previne oxidarea și alte reacții chimice, presurizează mantaua cablului și protejează motoarele. În metalurgie, azotul este utilizat la sudare și lipire, prevenind oxidarea, carburarea și decarburare. Deoarece gazul inactiv este utilizat în producția de cauciuc poroase, materiale plastice și elastomerice, servește drept carburant în recipiente cu aerosoli, și, de asemenea, creează o presiune în jetul de combustibil lichid. În medicină, congelare rapidă cu azot lichid este utilizat pentru a stoca sânge, măduvă osoasă, țesut, bacterii și spermă. El si-a gasit in cercetarea criogenie.

conexiuni

Cele mai multe dintre azotul utilizat la fabricarea compușilor chimici. Legătura triplă între atomii elementului este atât de puternic (226 kcal per mol de două ori mai mare decât cea a hidrogenului molecular), molecula de azot pătrunde cu greu în alți compuși.

Principala metodă industrială element de fixare este procesul Haber-Bosch pentru sinteza amoniacului dezvoltat în al doilea război mondial, Germania , pentru a reduce dependența de nitratul chilian. Acesta include sinteza directă a _NH3 - gaz incolor , cu miros înțepător, iritant - direct din elementele sale.

Cea mai mare parte amoniacul este transformat în acid azotic _(HNO3) și nitrați - săruri și esteri ai acidului azotic, sodă calcinată _{(Na2 CO3),} hidrazină (N ₂ H ₄₎ - lichid incolor , utilizat ca propulsor, și în multe industriale procese.

Acidul azotic este alt compus chimic major comercial al elementului. Lichid incolor, foarte coroziv este utilizat în producția de îngrășăminte, coloranți, droguri și explozivi. Azotatul de amoniu (NH ₄ NO ₃₎ - sare a acidului azotic și amoniac - este cea mai comună componenta de îngrășăminte cu azot.

Oxigen + azot

C formează o serie de oxigen, oxizi de azot, r. H. oxid de azot (N ₂ O), în care este egal cu valența +1 oxid (NO) (2) și dioxid (NO ₂₎ (4). Mulți oxizi de azot foarte volatile; acestea sunt principalele surse de poluare din atmosferă. oxid de azot, de asemenea, cunoscut sub numele de gaz ilariant, este uneori folosit ca un anestezic. Atunci când este inhalat, provoacă isterie ușoară. Oxidul nitric reacționează rapid cu oxigenul pentru a forma un dioxid de produs intermediar brun în producția de acid azotic și un oxidant puternic în procesele chimice și propulsor.

De asemenea, sunt utilizate unele nitruri formate de metale cu un compus cu azot la temperaturi ridicate. Nitruri de bor, titan, zirconiu și tantal au aplicații speciale. O formă cristalină de nitrură de bor (BN), de exemplu, nu este inferior diamant în duritate și oxidat rău, prin urmare, utilizat ca mare abraziv.

Cianuri anorganice conțin grupa CN ^-. Cianura de hidrogen sau acidul cianhidric HCN este foarte volatil și gaz extrem de toxic , care este utilizat pentru concentrațiile de fumigare minereului în alte procese industriale. Cianogen (CN) ₂ este utilizat ca un intermediar și pentru fumigație chimic.

Azide sunt compuși care conțin un grup de trei atomi de azot _-N3. Cele mai multe dintre ele sunt instabile și foarte sensibile la șocuri. Unele dintre ele, cum ar fi azida de plumb, Pb (N _{3) 2,} utilizat în detonatoare și primeri. Azide, cum ar fi halogeni, ușor interacționează cu alte substanțe pentru a forma o multitudine de compuși.

Azotul este o parte a câtorva mii de compuși organici. Cele mai multe dintre ele sunt derivate din amoniac, acid cianhidric, cianogen, acid azotos sau azotic. Amine, aminoacizi, amide, de exemplu, derivate din amoniac sau strâns legat de acesta. Nitroglicerină și nitroceluloză - azotic esteri. Nitritul a fost preparat din acid nitros (HNO _2). Purinelor și alcaloizi sunt compuși heterociclici în care azotul înlocuiește unul sau mai mulți atomi de carbon.

Proprietăți și reacții

Ce este azot? Este un gaz incolor, inodor, care condensează la -195,8 ° C, incolor, lichid cu vâscozitate redusă. Element exista sub forma de N ₂ molecule, reprezentate sub forma: N ::: N:, în care energia legăturii egală cu 226 Kcal per mol, al doilea numai la monoxid de carbon (256 kilocalorii per mol). Din acest motiv, energia de activare a azotului molecular este foarte mare, astfel încât, în condiții normale, elementul este relativ inert. De asemenea, foarte stabil, molecula de azot contribuie în mare măsură la instabilitatea termodinamică a multor compuși de azot, în legătură cu care, chiar dacă este suficient de puternic, dar relațiile inferioare de azot molecular.

Relativ recent, iar capacitatea moleculelor de azot a fost neașteptat descoperite servesc ca liganzi pentru compuși complecși. Observația că unele soluții de complecși de ruteniu pot absorbi azotul atmosferic a condus la ceea ce poate fi găsit în curând o modalitate mai simplă și mai bine de fixare a elementului.

azot activ poate fi obținut prin trecerea gazului de presiune joasă prin descărcare electrică de înaltă tensiune. Produsul este chihlimbariu și mult mai ușor reacționează decât hidrogenul molecular, atomic, sulf, fosfor și diferite metale, și , de asemenea , este capabil de a descompune NO la _N2 și O _2.

O înțelegere mai clară a ceea ce este azot, poate fi obținut datorită structurii sale electronice , care are forma 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Cinci coji de electroni externe ecran ușor taxa, având ca rezultat responsabil nucleară eficient simțit în regiunea raza covalentă. Atomii de azot sunt relativ mici și au un electronegativitate mare, situată între carbon și oxigen. configurația E include trei jumătăți de orbitali externe, care să permită să formeze trei legături covalente. Prin urmare, atomul de azot trebuie să aibă o reactivitate foarte ridicată, formând cu cele mai multe alte elemente binare compuși stabili, în special atunci când alt element este substanțial electronegativitate diferit, conferă conexiuni semnificative polaritate. Atunci când un alt element de electronegativitate polaritate mai mică atașat la atomul de azot de sarcină negativă parțial, care eliberează electronii nepuse să participe la coordinare. Atunci când un alt element de mai electronegative azot cu sarcină pozitivă parțial limitează substanțial proprietățile donoare ale moleculei. La polaritate scăzută din cauza din cauza electronegativitatea egal cu un alt element, comunicare multiplă prevalează asupra unică. Dacă dimensiunea nepotrivire atomic previne formarea de legături multiple, care formează o singură legătură este probabil să fie relativ slab, iar conexiunea este instabilă.

chimie analitică

Deseori, procentul de azot din amestecul de gaz poate fi determinată prin măsurarea volumului său după absorbția altor componente ale reactivilor chimici. Descompunerea acidului sulfuric în prezența azotatului de mercur elibereaza oxid nitric, care poate fi măsurată ca gaz. Azotul este eliberat din compuși organici atunci când sunt arse peste un oxid de cupru, iar azotul liber poate fi măsurat ca gaz după absorbția altor produse de ardere. O metodă Kjeldahl bine cunoscută pentru determinarea substanțelor considerate aici, în compușii organici constă în descompunerea compusului cu acid sulfuric concentrat (opțional conținând mercur sau oxid al acestuia, precum și diferite săruri). Astfel, azotul este transformat în sulfat de amoniu. Adăugarea de sodiu hidroxid de amoniac versiuni, care este colectat prin acidul convențional; cantitatea reziduală de acid nereacționat este apoi determinată prin titrare.

Semnificația biologică și fiziologică

Rolul azotului în materia vie confirmă activitatea fiziologică a compușilor organici. Cele mai multe organisme vii nu pot utiliza acest element chimic în sine ar trebui să aibă acces la compușii săi. Prin urmare, fixarea azotului este esențială. In natura, acest lucru are loc ca urmare a două procese de bază. Una dintre ele este efectul energiei electrice în atmosferă, astfel încât moleculele de azot și oxigen disocia, permițând atomii liberi să formeze NO și _NO2. Bioxid apoi reacționează cu apa: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

_HNO3 este dizolvat și vine pe Pământ de ploaie sub formă de lichior slab. Eventual acidul devine parte a azotului din sol combinat care este neutralizat pentru a forma nitriți și nitrați. Conținutul de N în soluri cultivate recuperate, de obicei, prin nitrați fertilizarea conținând și săruri de amoniu. Spin animale și plante și descompunerea lor returnează un compus cu azot în sol și aer.

Un alt proces major de fixare naturală este vitală activitatea de leguminoase. Datorită simbioză cu bacterii, aceste culturi sunt capabile să transforme azotul atmosferic direct în compușii săi. Unele microorganisme, cum ar fi Azotobacter chroococcum și Clostridium pasteurianum, sunt în măsură să stabilească propriile lor N.

gazul în sine, fiind inert, inofensiv, cu excepția cazurilor în care respira sub presiune, și se dizolvă în sânge și alte fluide ale corpului la concentrații mai mari. Acest lucru face ca efectul medicamentului, iar dacă presiunea este redusă prea repede, excesul de azot este eliberat sub formă de bule de gaz la diferite locații ale corpului. Acest lucru poate provoca dureri la nivelul mușchilor și articulațiilor, leșin, paralizie parțială și chiar moarte. Aceste simptome se numesc boala de decompresie. Prin urmare, cei care sunt forțați să respire aer în aceste condiții trebuie să fie foarte lent pentru a reduce presiunea la un normal la excesul de azot prin intermediul plămânilor, fără formarea de bule. O alternativă mai bună este de a utiliza un amestec de oxigen respirabil si heliu. Heliul este mult mai puțin solubilă în fluidele corporale, iar riscul scade.

izotopi

Azotul exista ca doi izotopi stabili ¹⁴ N (99,63%) și ¹⁵ N (0,37%). Ele pot fi separate prin schimb chimic sau prin difuzie termică. masa de azot sub formă de izotop radioactiv artificial este în intervalul 10-13 și 16-24. Cel mai stabil de înjumătățire de 10 minute. În primul rând transmutație nucleară a indus în mod artificial a fost făcută în 1919 de fizicianul britanic Ernest Rutherford, care bombardează azot-14 alfa-particule obținute nucleu-17 oxigen si protoni.

proprietăţi

În cele din urmă lista proprietățile de bază de azot:

• Număr atomic: 7.
• Greutatea atomică a azotului: 14,0067.
• Punct de topire: -209,86 ° C
• Punct de fierbere: -195,8 ° C
• Densitate (1 atm, 0 ° C): 1.2506 grame de azot per litru.
• starea de oxidare convențională -3, +3, +5.
• configurație electronică: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.