Шта је азот? Маса азота. Молекул азота

Не-метални елемент 15-ог групе [Ва] периодичне таблице је азот, од којих 2 атома формирају молекул, безбојни гас без мириса и без укуса који чини највећи део атмосфере Земље и саставни је дио свих живих ствари.

Историја детекције

Гас азота је око 4/5 земаљске атмосфере. Био је изолован током истраживања раног ваздуха. 1772. шведски хемичар Карл-Вилхелм Сцхееле први је показао који је азот. По његовом мишљењу, ваздух је мешавина два гасова, од којих је један назвао "ватрени ваздух", пошто је наставио да гори, а други "нечисти зрак", јер је остао након што је први био потрошен. То је био кисеоник и азот. У исто време азот је изоловао шкотски ботаничар Даниел Рутхерфорд, који је први пут објавио своје налазе, као и британски хемичар Хенри Кавендиш и британски свештеник и научник Јосепх Приестлеи, који су поделили са Схеелеом примат открића кисеоника. Даља истраживања су показала да је нови гас део нитрата или калијум-нитрата (КНО ₃ ) и, сходно томе, назван је нитроген ("нитрат") од стране француског хемичара Схаптал-а 1790. године. Азот је најприје приписан хемијским елементима Лавоисиера, Чије објашњење о улози кисеоника у сагоревању одбацило је теорију флогистона - популарног у КСВИИИ вијеку. Погрешна идеја о спаљивању. Немогућност овог хемијског елемента да одржи живот (у грчком ζωη) изазвао је Лавоисиер да позове азот гас.

Појава и дистрибуција

Шта је азот? Преваленцијом хемијских елемената, заузима шесто место. Земљина атмосфера је 75,51% по тежини и 78,09% по обиму се састоји од овог елемента и главни је извор за индустрију. У атмосфери се такође налази и мала количина амонијака и соли амонијака, као и азотни оксиди и азотна киселина произведена током грмљавина, као и код мотора са унутрашњим сагоревањем. Слободни азот се налази у многим метеоритима, вулканским и рудним гасовима и неким минералним изворима, на сунцу, звездама и маглима.

Нитроген се такође налази у минералним наслагама калијум-нитрата и натријума, али није довољно да задовољи потребе човека. Још један материјал богат у овом елементу је гуано, који се може наћи у пећинама гдје има пуно слепих мишева, или на сухим местима које посећују птице. Такође, азот се налази у киши и земљишту у виду амонијака и соли амонијака, иу морској води у облику амонијумових јона (НХ ₄ ⁺ ), нитрита (НО ₂ ^- ) и нитрата (НО ₃ ^- ). У просеку, око 16% комплексних органских једињења, као што су протеини, присутне у свим живим организмима. Његов природни садржај у земаљској кори износи 0,3 делова на 1000. Преваленца у простору је од 3 до 7 атома по атому силиција.

Највеће земље које производе азот (у облику амонијака) почетком КСКСИ века су Индија, Русија, Сједињене Државе, Тринидад и Тобаго, Украјина.

Комерцијална производња и употреба

Индустријска производња азота базирана је на фракционој дестилацији течног ваздуха. Тачка кључања је -195,8 ° Ц, што је 13 ° Ц ниже од кисеоника, што је тиме раздвојено. Азот се такође може произвести у великој мери сагоревањем угљеника или угљиководика у ваздуху и одвајањем резултујућег угљен-диоксида и воде из резидуалног азота. У малом размерју, чист азот се производи грејањем баријум азида Ба (Н ₃ ) ₂ . Лабораторијске реакције укључују загревање раствора амонијум нитрита (НХ ₄ НО ₂ ), оксидационог амонијака са воденим раствором брома или загрејаног оксида бакра :

• НХ ₄ ⁺ + НО ₂ ^- → Н ₂ + 2Х ₂ О.
• 8НХ ₃ + 3Бр ₂ → Н ₂ + 6НХ ₄ ⁺ + 6Бр ^- .
• 2НХ3 + 3ЦуО → Н2 + 3Х2О + 3Цу.

Елементарни азот се може користити као инертна атмосфера за реакције које захтевају искључивање кисеоника и влаге. Течни азот се такође користи. Водоник, метан, угљенмоноксид, флуор и кисеоник су једине супстанце које се не претварају у чврсто кристално стање на месту кључања азота.

У хемијској индустрији овај хемијски елемент се користи да спречи оксидацију или друго погоршање производа, као инертни разблаживач реактивног гаса, да уклони топлоту или хемикалије и као инхибитор пожара или експлозије. У прехрамбеној индустрији, гас за азот се користи за спречавање кварења производа, те течности - за замрзавање сушења и система за хлађење. У електричној индустрији гас спречава оксидацију и друге хемијске реакције, ствара притисак у кабловској плашти и штити електромоторе. У металургији се азот користи у заваривању и лемљењу, спречавајући оксидацију, карбурзију и декарбуризацију. Као неактиван гас се користи у производњи порозне гуме, пластике и еластомера, служи као погон у аеросолним конзервама, а такође ствара притисак течног горива у млазним авионима. У медицини, брзо замрзавање течним азотом се користи за очување крви, коштане сржи, ткива, бактерија и сперме. Нашао је примену у криогеном истраживању.

Везе

Већина азота се користи у производњи хемијских једињења. Тројна веза између атома елемента је толико јака (226 кцал по молу, двоструко од молекулског водоника) да молекул азота тешко улази у друга једињења.

Основна индустријска метода за фиксирање елемента је Хабер-Босцх процес синтезе амонијака, развијен током Првог светског рата, како би се смањила зависност Немачке од чилеанског нитрата. То укључује директну синтезу НХ3 - безбојног гаса са оштрим, иритантним мирисом - директно из својих елемената.

Већина амонијака претвара се у азотну киселину (ХНО ₃ ) и нитрате - соли и естри азотне киселине, калцинисаног сода (На ₂ ЦО ₃ ), хидразина (Н ₂ Х ₄ ) - безбојне течности која се користи као погонско средство и у многим индустријским Процеси.

Азотна киселина је још једно велико комерцијално једињење овог хемијског елемента. Безбојна, високо корозивна течност се користи у производњи ђубрива, боја, лекова и експлозива. Амонијум нитрат (НХ ₄ НО ₃ ) - соли амонијака и азотне киселине - најчешћа је компонента азотних ђубрива.

Азот + кисеоник

Са кисеоником, азот формира низ оксида, укључујући азотни оксид (Н ₂ О), у којем је његова валенца +1, оксид (НО) (+2) и диоксид (НО ₂ ) (+4). Многи азотни оксиди су изузетно нестабилни; Они су главни извор загађења у атмосфери. Нитроус окиде, такође познат и као гасни гас, понекад се користи као анестетик. Код инхалације узрокује благу хистерију. Азотни оксид брзо реагује са кисеоником како би се формирао смеђи диоксид, интермедијер у производњи азотне киселине и моћан оксидант у хемијским процесима и ракетним горивом.

Неки нитриди формирани комбинацијом метала са азотом на повишеним температурама такође се користе. Нитри бора, титана, цирконија и тантала имају посебне примене. Један кристални облик боровог нитрида (БН), на пример, није инфериоран дијаманту у тврдоћу и слабо оксидиран, стога се користи као високотемперативни абразив.

Неоргански цијаниди садрже групу ЦН ^- . Водоник-цијанид или ХЦН цијановодоничне киселине је изузетно нестабилан и изузетно отрован гас који се користи за фумигацију, концентрацију руде у другим индустријским процесима. Дициан (ЦН) _{2 се} користи као средња хемикалија и за фумигацију.

Азиди су једињења која садрже групу од три атома азота -Н3. Већина њих је нестабилна и веома осјетљива на шокове. Неки од њих, као што је олово азиде Пб (Н ₃ ) ₂ , користе се у детонаторима и капсулама. Азиди, попут халогена, лако се сарађују са другим супстанцама и формирају различита једињења.

Азот је део неколико хиљада органских једињења. Већина њих се добија из амонијака, водоник-цијанида, цијаногена, азот-оксида или азотне киселине. Амини, аминокиселине, амиди, на пример, потичу из или су уско повезани са амонијаком. Нитроглицерин и нитроцелулоза су естри азотне киселине. Нитрити су припремљени од азотне киселине (ХНО ₂ ). Пурини и алкалоиди су хетероциклична једињења у којима азот замењује један или више атома угљеника.

Својства и реакције

Шта је азот? То је безбојни гас без мириса који кондензује на -195,8 ° Ц у безбојну течност ниско вискозности. Елемент постоји као молекуле Н ₂ , представљене као: Н ::: Н: за које је енергија везивања, једнака 226 кцал по молу, друга је само на угљенмоноксид (256 кцал по молу). Из тог разлога, енергија активације молекуларног азота је веома висока, па је у нормалним условима елемент релативно инертан. Поред тога, високо стабилан молекул азота значајно доприноси термодинамичкој нестабилности многих једињења која садрже азот у којима су везе, иако довољно јаке, инфериорне са молекулским азотним везицама.

Релативно недавно и неочекивано откривена је способност молекула азота да служе као лиганд у комплексним једињењима. Посматрајући да одређена решења комплекса рутенијума могу да апсорбују атмосферски азот довела је до чињенице да се ускоро може наћи једноставнији и бољи начин поправљања овог елемента.

Активни азот се може добити посредством гаса под ниским притиском преко високонапонског електричног пражњења. Производ жари жуто и много је вољан реаговати од молекуларног, са атомским водоником, сумпором, фосфором и различитим металима, а такође је способан да разгради НО на Н2 и О2.

Јаснија идеја о томе шта је азот може се добити из његове електронске структуре, која има облик 1с ² 2с ² 2п ³ . Пет електрона спољних граната слабо штити пуњење, због чега се ефективно нуклеарно наелектрисање осећа на растојању ковалентног радијуса. Атоми азота су релативно мали и имају високу електронегативност, смештену између угљеника и кисеоника. Електронска конфигурација обухвата три полувремена екстерна орбита, која омогућавају формирање три ковалентне везе. Стога, атом азота мора имати изузетно високу реактивност, формирајући стабилна бинарна једињења са већином других елемената, посебно када се други елемент значајно разликује у електронегативности, што даје значајан поларитет везама. Када је електронегативност другог елемента нижа, поларитет даје атому азота делимични негативни набој, који ослобађа своје неподељене електроне да учествују у координационим везама. Када је други елемент више електронегативан, делимично позитивно наелектрисање азота значајно ограничава донаторске особине молекула. При ниском поларитету везе, захваљујући једнакој електронегативности другог елемента, преовлађују више везе преко појединачних веза. Ако неусаглашеност атомских димензија спречава настанак вишеструких веза, тада формирана једноставна веза вероватно је релативно слаба, а веза ће бити нестабилна.

Аналитичка хемија

Често се проценат азота у мешавини гаса може одредити мерењем њеног волумена након апсорпције других компоненти помоћу хемијских реагенса. Разлагање нитрата са сумпорном киселином у присуству живе ослобађа азот оксид, који се може мерити као гас. Азот се ослобађа из органских једињења када сагорева оксид бакра, а слободни азот се може мерити као гас након апсорпције других производа сагоревања. Кјелдахлов добро познати метод за одређивање садржаја супстанце коју разматрамо у органским једињењима састоји се у декомпозицији једињења са концентрованом сумпорном киселином (ако је потребно, садржи живу или његов оксид, као и разне соли). Тако се азот претвара у амонијум сулфат. Додавање натријум хидроксида ослобађа амонијак, који се сакупља конвенционалном киселином; Преостала количина неизреагиране киселине се затим одређује титрацијом.

Биолошки и физиолошки значај

Улога азота у живе материје потврђује физиолошку активност својих органских једињења. Већина живих организама не може директно користити овај хемијски елемент и мора имати приступ његовим једињењима. Дакле, фиксирање азота је од велике важности. У природи то је резултат два главна процеса. Један од њих је утицај електричне енергије на атмосферу, због чега се дисоциира азот и молекул кисеоника, што омогућава слободним атомима да формирају НО и НО ₂ . Тада диоксид реагује са водом: 3НО ₂ + Х ₂ О → 2ХНО ₃ + НО.

ХНО _{3 се} раствара и долази на Земљу кишом у облику слабог раствора. Током времена, киселина постаје део комбинованог азота у земљи, где се неутралише, формирајући нитрите и нитрате. Садржај Н у култивисаним земљиштима, по правилу, обнавља се због уношења ђубрива која садрже нитрате и амонијум соли. Изолација животиња и биљака и њихово распадање враћа азотне спојеве на тло и ваздух.

Још један велики процес природне фиксације је животна активност махунарки. Захваљујући симбиози са бактеријама, ове културе су у могућности претворити атмосферски азот директно у његова једињења. Неки микроорганизми, као што су Азотобацтер Цхрооцоццум и Цлостридиум пастеурианум, су у стању да самостално поправљају Н.

Сам гас, који је инертан, је безопасан, осим када се дише под притиском, и раствара се у крви и другим телесним течностима у већим концентрацијама. Ово узрокује наркотичан ефекат, а ако се притисак превише брзо смањује, вишак азота се ослобађа у облику гасних мехурића у различитим деловима тела. То може проузроковати бол у мишићима и зглобовима, несвестицу, делимичном парализом па чак и смрћу. Ови симптоми називају се декомпресиона болест. Због тога, они који су присиљени да удишу ваздух под овим условима, требало би врло споро смањити притисак у нормалу, тако да вишак азота излази кроз плућа без стварања мехурића. Најбоља алтернатива је употреба мјешавине кисеоника и хелијума за дисање. Хелијум је много мање растворљив у телесним течностима, а опасност се смањује.

Изотопи

Азот постоји као два стабилна изотопа ¹⁴ Н (99,63%) и ¹⁵ Н (0,37%). Они могу бити раздвојени хемијским разменом или термичким дифузијом. азот маса у облику вештачког радиоактивног изотопа је у опсегу 10-13 и 16-24. Најустаљеније полуживот од 10 минута. Фирст вештачки индуковане нуклеарна трансмутатион је направљен у 1919. од стране британског физичара Ернест Рутхерфорд, што бомбардују азот-14 алфа-честице добијене нуцлеус-17 кисеоника и протона.

својства

Коначно листу основне особине азота:

• Атомски број: 7.
• Атомска тежина азота: 14,0067.
• Тачка топљења: -209,86 ° Ц.
• Тачка кључања: -195,8 ° Ц.
• Густина (1 атм, 0 ° Ц): 1.2506 грама азота по литру.
• Конвенционални оксидације стање -3, +3, +5.
• Електронска конфигурација: 1с 2с ^{2 2 3} 2п.