АЗОТ, N (nitrogenium), хімічний елемент (ат. Номер 7) VA підгрупи періодичної системи елементів. Атмосфера Землі містить 78% (об.) Азоту. Щоб показати, як великі ці запаси азоту, відзначимо, що в атмосфері над кожним квадратним кілометром земної поверхні знаходиться стільки азоту, що з нього можна отримати до 50 млн. Т нітрату натрію або 10 млн. Т аміаку (з'єднання азоту з воднем), і все ж це становить малу частку азоту, що міститься в земній корі. Існування вільного азоту свідчить про його інертності і труднощі взаємодії з іншими елементами при звичайній температурі. Пов'язаний азот входить до складу як органічної, так і неорганічної матерії. Рослинний і тваринний світ містить азот, пов'язаний з вуглецем і киснем в білках. Крім цього, відомі і можуть бути отримані в великих кількостях азотсодержащие неорганічні сполуки, такі, як нітрати (NO3 -), нітрити (NO2 -), ціаніди (CN -), нітрид (N 3) і азиди (N3 -).
Історична довідка.
Досліди А.Лавуазье, присвячені дослідженню ролі атмосфери в підтримці життя і процесів горіння, підтвердили існування щодо інертного речовини в атмосфері. Чи не встановивши елементну природу залишається після згоряння газу, Лавуазьє назвав його azote, що на давньогрецькому означає «неживий». У 1772 Д.Резерфорд з Единбурга встановив, що цей газ є елементом, і назвав його «шкідливе повітря». Латинська назва азоту походить від грецьких слів nitron і gen, що означає «утворює селітру».
Фіксація азоту і азотний цикл.
Термін «фіксація азоту» означає процес зв'язування атмосферного азоту N2. У природі це може відбуватися двома шляхами: або бобові рослини, наприклад горох, конюшина і соя, накопичують на своє коріння бульби, в яких бактерії, здатні фіксувати азот, перетворюють його в нітрати, або відбувається окислення атмосферного азоту киснем в умовах розряду блискавки. С.Арреніус встановив, що таким способом фіксується до 400 млн. Т азоту щорічно. В атмосфері оксиди азоту з'єднуються з дощовою водою, утворюючи азотну і азотисту кислоти. Крім того, встановлено, що з дощем і снігом на кожен гектар землі потрапляє ок. 6700 г азоту; досягаючи грунту, вони перетворюються в нітрити та нітрати. Рослини використовують нітрати для освіти рослинних білкових речовин. Тварини, харчуючись цими рослинами, засвоюють білкові речовини рослин і перетворюють їх в тваринні білки. Після смерті тварин і рослин відбувається їх розкладання, азотні сполуки перетворюються в аміак. Аміак використовується двома шляхами: бактерії, що не утворюють нітратів, руйнують його до елементів, виділяючи азот і водень, а інші бактерії утворюють з нього нітрити, які іншими бактеріями окислюються до нітратів. Таким чином відбувається круговорот азоту в природі, або азотний цикл.
Будова ядра і електронних оболонок.
У природі існують два стабільних ізотопи азоту: з масовим числом 14 (містить 7 протонів і 7 нейтронів) і з масовим числом 15 (містить 7 протонів і 8 нейтронів). Їх співвідношення становить 99,635: 0,365, тому атомна маса азоту дорівнює 14,008. Нестабільні ізотопи азоту 12 N, 13 N, 16 N, 17 N отримані штучно. Схематично електронна будова атома азоту таке: 1s 2 2s 2 2px 1 2py 1 2pz 1. Отже, на зовнішньої (другий) електронної оболонці знаходиться 5 електронів, які можуть брати участь в утворенні хімічних зв'язків; орбіталі азоту можуть також приймати електрони, тобто можливе утворення сполук із ступенем окислення від (-III) до (V), і вони відомі. Див. Також атома будова.
Молекулярний азот.
З визначень щільності газу встановлено, що молекула азоту двоатомний, тобто молекулярна формула азоту має вигляд N є N (або N2). У двох атомів азоту три зовнішніх 2p -Електронна кожного атома утворюють потрійну зв'язок: N. N. формуючи електронні пари. Виміряний міжатомна відстань N-N одно 1,095 Å. Як і у випадку з воднем (див. ВОДЕНЬ). існують молекули азоту з різним спіном ядра - симетричні і антисиметричні. При звичайній температурі співвідношення симетричною і антисиметричною форм одно 2: 1. У твердому стані відомі дві модифікації азоту: a - кубічна і b - гексагональна з температурою переходу a ® b -237,39 ° С. Модифікація b плавиться при -209,96 ° С і кипить при -195,78 ° C при 1 атм (див. табл. 1).
Енергія дисоціації благаючи (28,016 г або 6,023 Ч 10 23 молекул) молекулярного азоту на атоми (N2 2N) дорівнює приблизно -225 ккал. Тому атомарний азот може утворюватися при тихому електричному розряді і хімічно активніший, ніж молекулярний азот.
Отримання і застосування.
Спосіб отримання елементного азоту залежить від необхідної його чистоти. У величезних кількостях азот отримують для синтезу аміаку, при цьому допустимі невеликі домішки благородних газів.
Азот з атмосфери.
Економічно виділення азоту з атмосфери обумовлено дешевизною методу зрідження очищеного повітря (пари води, CO2. Пил, інші домішки видалені). Послідовні цикли стиснення, охолодження і розширення такого повітря призводять до його зрідження. Рідке повітря піддають фракційній перегонці при повільному підйомі температури. Першими виділяються благородні гази, потім азот, і залишається рідкий кисень. Очищення досягається многократностью процесів фракціонування. Таким методом виробляють не один мільйон тонн азоту щорічно, переважно для синтезу аміаку, який є вихідною сировиною в технології виробництва різних азотовмісних сполук для промисловості і сільського господарства. Крім того, очищену азотну атмосферу часто використовують, коли неприпустимо присутність кисню.
Лабораторні способи.
Азот в невеликих кількостях можна отримувати в лабораторії різними способами, окислюючи аміак або іон амонію, наприклад:
Дуже зручний процес окислення іона амонію нітрит-іоном:
Відомі й інші способи - розкладання азидів при нагріванні, розкладання аміаку оксидом міді (II), взаємодія нітритів з сульфаминовой кислотою або сечовиною:
При каталітичному розкладанні аміаку при високій температурі теж можна отримати азот: