Азот дегеніміз не? Азот массасы. Азот молекуласы

Периодтық кестенің 15-ші тобының [Va] металлик емес элементі азот болып табылады, оның 2 атомы біріктірілген кезде Жердің атмосферасын құрайтын және барлық тірі заттардың ажырамас бөлігі болып табылатын молекуланы, түссіз, иіссіз және дәмсіз газды құрайды.

Анықтау тарихы

Азот газы жердің атмосферасының 4/5 шамасында. Ол ерте әуедегі зерттеулерде оқшауланған. 1772 жылы швед химигі Карл-Вильгельм Шиле алдымен азоттың қандай екенін көрсетті. Оның пікірінше, ауасы - екі газдың қоспасы, оның біреуі «отты ауа» деп аталады, себебі ол жанып тұрған, ал басқа «таза ауа», өйткені ол алғашқы жұмыстан кейін қалды. Бұл оттегі және азот болды. Сонымен қатар, азотты Шотланың оттегіні ашуы туралы біріктірген шопанмен бөліскен британдық химик Генри Кавендиш пен британдық шіркеу қызметкері және ғалым Джозеф Пристли шведтік ботаник Даниэль Рутерфордтан оқшауланған. Кейінгі зерттеулерде жаңа газдың нитраты немесе калий нитратының (KNO ₃ ) құрамына кіретіндігі және сәйкесінше, 1790 жылы француз химик Шапталь атомы деп аталды. Азот алдымен Lavoisier химиялық элементтеріне жатқызылды, Жану кезінде оттегі рөлін түсіндіру кімнің флогистон теориясын жоққа шығарған - XVIII ғасырда танымал. Жану туралы қате идея. Бұл химиялық элементтің өмірді қолдауға қабілетсіздігі (грекше ζωή) Lavoisier газ азотын шақырды.

Болуы және таралуы

Азот дегеніміз не? Химиялық элементтердің таралуы бойынша ол алтыншы орында тұр. Жердің атмосферасы салмағы бойынша 75,51% және көлемі бойынша 78,09% осы элементтен тұрады және өнеркәсіптің негізгі көзі болып табылады. Атмосферада аз мөлшерде аммиак және аммоний тұздары, сондай-ақ найзағай кезінде азот оксидтері мен азот қышқылдары , сондай-ақ ішкі жану қозғалтқыштары бар. Еркін азот көп метеорит, вулкан және минералды булақтарда, күнде, жұлдыздар мен тумандарда кездеседі.

Азот сондай-ақ калий нитратының және натрийдің пайдалы қазбаларынан табылған, бірақ адамның қажеттіліктерін қанағаттандыру жеткіліксіз. Бұл элементке бай материал - гуано, ол көптеген жарықтар бар үңгірлерде немесе құстармен кездесетін құрғақ жерлерде кездеседі. Сондай-ақ, азот аммиак және аммоний тұздары түрінде жаңбыр мен топырақта, аммоний иондары (NH ₄ ⁺ ), нитрит (NO ₂ ^- ) және нитраттар (NO ₃ ^- ) түрінде теңіз суында болады. Орташа алғанда, барлық тірі организмдерде кездесетін белоктар сияқты күрделі органикалық қосылыстардың шамамен 16% құрайды. Жер қыртысындағы оның табиғи мөлшері 1000-ға 0,3 бөлік. Ғарышта таралуы кремний атомына 3-7 атомды құрайды.

XXI ғасырдың басында азотты (аммиак түрінде) өндіретін ең ірі елдер Үндістан, Ресей, АҚШ, Тринидад және Тобаго, Украина болды.

Коммерциялық өндіріс және пайдалану

Азоттың өнеркәсіптік өндірісі сұйытылған ауаның бөлшектік айдауына негізделген. Қайнау температурасы -195,8 ° C, бұл оттегіге қарағанда 13 ° C төмен, сондықтан ол бөлінеді. Азот көміртегі мен көмірсутектерді ауаға жағу арқылы және көміртегі диоксиді мен суды қалдық азоттан бөліп, үлкен ауқымда өндіре алады. Кішігірім көлемде таза азот барий азиді Ba (N ₃ ) ₂ қыздыру арқылы өндіріледі. Зертханалық реакцияларға аммоний нитриттерінің (NH ₄ NO ₂ ) ерітіндісін, бром немесе ыстық мыс оксидінің су ерітіндісімен тотығу аммиак жатады:

• NH ₄ ⁺ + NO ₂ ^- → N ₂ + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3Br ₂ → N ₂ + 6NH ₄ ⁺ + 6Br ^- .
• 2NH3 + 3CuO → N2 + 3H2O + 3Cu.

Бастапқы азот оттегі мен ылғалды алып тастауды қажет ететін реакциялар үшін инертті атмосфера ретінде қолданыла алады. Сондай-ақ сұйық азот қолданылады. Азоттың қайнау нүктесінде қатты кристалды күйге айналмайтын жалғыз заттар - сутек, метан, көміртегі тотығы, фтор және оттегі.

Химия өнеркәсібінде бұл химиялық элемент реакциялық газдың инертті еріткіші сияқты жылуды немесе химиялық заттарды жою үшін, сондай-ақ өрт немесе жарылыс ингибиторы сияқты тотығу немесе басқа да нашарлауды болдырмау үшін пайдаланылады. Азық-түлік өнеркәсібінде азот газы өнімдердің бүлінуін болдырмайды, ал сұйықтық - мұздатқыш кептіру және салқындату жүйелеріне арналған. Электротехникада газ тотығуға және басқа химиялық реакцияларға жол бермейді, кабель қаптамасына қысым жасайды және электр қозғалтқыштарын қорғайды. Металлургияда азот дәнекерлеуде және дәнекерлеуде пайдаланылады, тотығуды, карбонизацияны және декороризацияны болдырмайды. Белсенді емес газ ретінде кеуекті резеңке, пластиктен және эластомерлерді өндіруде қолданылады, ол аэрозольдық резервуарларда отын ретінде жұмыс істейді, сондай-ақ реактивті әуе кемелерінде сұйық отынды қысыммен қамтамасыз етеді. Медицинада сұйық азотпен тез суыту қан, сүйек кемігін, тіндерді, бактерияны және сперманы сақтау үшін қолданылады. Ол криогенді зерттеуде қолданған.

Қосылымдар

Азоттың көп бөлігі химиялық қосылыстардың өндірісінде қолданылады. Элементтің атомдары арасындағы үш есе байланыс өте күшті (молекулалық сутегінің екі еселенген молекуласына 226 ккал), азот молекуласы басқа қосылыстарға бірден енеді.

Элементті бекітудің негізгі өндірістік әдісі - Германияның Чили нитратын тәуелділігін төмендету мақсатында Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде дамыған аммиак синтезі үшін Габер-Bosch үдерісі . Ол NH3-нің тікелей синтезін - оның тікелей элементтерінен тікелей, тітіркендіргіш иісі бар түссіз газды қамтиды.

Аммиакты көпшілігі азот қышқылына (HNO ₃ ) және нитраттарға - азот қышқылының тұздары мен эфирлеріне, кальцийленген сода (Na ₂ CO ₃ ), гидразин (N 2Н ₄ ) - түрлендіргіш ретінде пайдаланылатын түссіз сұйықтық және көптеген өнеркәсіптік Процестер.

Нитр қышқылы - бұл химиялық элементтің тағы бір ірі коммерциялық қосындысы. Түссіз, жоғары коррозиялық сұйықтық тыңайтқыштарды, бояғыштарды, дәрілерді және жарылғыш заттарды өндіруде қолданылады. Аммиак селитрасы (NH ₄ NO ₃ ) - аммиак пен азот қышқылының тұзы - азот тыңайтқыштарының ең көп тараған құрамдас бөлігі.

Азот + оттегі

Оттегі бар азот құрамында оксидтер, оның ішінде азот тотығы (N ₂ O), оның валенты +1, оксид (NO) (+2) және диоксиді (NO ₂ ) (+4) болады. Көптеген азот оксидтері өте ұшпа; Олар атмосферада ластанудың негізгі көздері болып табылады. Кейде кейде анестезия ретінде пайдаланылатын газды газ деп те аталатын азот оксиді қолданылады. Ингаляция кезінде ол жұмсақ истерияны тудырады. Азот оксиді қышқыл диоксиді, азот қышқылын өндіруде аралық және химиялық процестерде және зымырандық жанармайдағы күшті оксидантты қалыптастыру үшін оттегімен жылдам әрекет етеді.

Сондай-ақ, жоғары температурада азотпен металдар комбинациясымен пайда болатын кейбір нитридтер қолданылады. Бор, титан, цирконий мен танталдың нитридтері арнайы қолдануға ие. Бор нитраты (BN) бір кристалды нысаны, мысалы, алмастың қаттылығынан кем түспейді және нашар тотығады, сондықтан жоғары температуралы абразивтас ретінде пайдаланылады.

Бейорганикалық цианидтер CN тобын қамтиды. Сутегі цианиді немесе HCN гидрокси қышқылы - фумигацияға, руда концентрациясына, басқа өндірістік процестерге пайдаланылатын өте тұрақсыз және өте улы газ. Dicyan (CN) ₂ аралық химия және фумигация үшін қолданылады.

Азидтер - үш азот атомдарының тобын қамтитын қосылыстар - N ₃ . Олардың көпшілігі тұрақсыз және соққыларға өте сезімтал. Олардың кейбіреулері қорғасын azide Pb (N ₃ ) ₂ сияқты детонаторлар мен капсулаларда қолданылады. Галогендер сияқты азидтер басқа заттармен оңай араласады және әртүрлі қосылыстарды құрайды.

Азот - бірнеше мың органикалық қосылыстардың бір бөлігі. Олардың көпшілігі аммиак, сутегі цианиді, цианоген, азот тотығы немесе азот қышқылынан алынған. Аминдер, аминоқышқылдар, амидтер, мысалы, аммиакпен байланысты немесе олармен тығыз байланысты. Нитроглицерин және нитроцеллюлоза азот қышқылының эфирлері болып табылады. Нитрлер азот қышқылынан (HNO ₂ ) дайындалады. Пуриндер және алкалоидтар гетероциклдік қосылыстар болып табылады, онда азот бір немесе бірнеше көміртегі атомдарын ауыстырады.

Сипаттар және реакциялар

Азот дегеніміз не? Түсі түссіз, иіссіз газ, -195,8 ° С-тан түссіз, төмен тұтқыр сұйықтыққа айналдырады. N ₂ молекуласы сияқты элемент бар: N: N N: мұндағы байланыс энергиясы бір молекулаға 226 ккал тең болатын, көміртек тотығына (256 ккал / моль) екінші болып табылады. Осы себепті молекулалық азоттың активациялау энергиясы өте жоғары, сондықтан қалыпты жағдайда элемент салыстырмалы түрде инертті болып табылады. Сонымен қатар, өте тұрақты азот молекуласы көптеген азот құрамындағы қосылыстардың термодинамикалық тұрақсыздығына елеулі үлес қосады, олардың арасында молекулалық азоттық байланыстардан әлдеқайда күшті.

Салыстырмалы түрде жақында және күтпеген жерден азот молекулаларының күрделі қосылыстарда лигандтар ретінде қызмет ету қабілетін анықтады. Рутенийлік кешендердің кейбір шешімдерінің атмосфералық азотты сіңіруі мүмкін екенін байқаған соң, бұл элементті түзетудің қарапайым және жақсы тәсілі жақын арада табылуы мүмкін.

Белсенді азотты төмен қысымды газды жоғары вольтты электр разряды арқылы өткізу арқылы алуға болады. Өнім сарыға айналады және атомдық сутегі, күкірт, фосфор және әртүрлі металдармен молекулярлыққа қарағанда анағұрлым жауап беруге дайын, сондай-ақ NO-ге N ₂ және O _2- ке ыдырауға қабілетті.

Азоттың неғұрлым айқын екендігі туралы 1s ² 2s ² 2p ³ нысаны бар электрондық құрылымынан алуға болады. Сыртқы қабықшалардың бес электроны зарядты әлсіз қорғайды, нәтижесінде нәтижелі ядролық заряд ковалентті радиусты қашықтықта сезіледі. Азот атомдары салыстырмалы түрде кішкентай және көміртегі мен оттегі арасында орналасқан жоғары электрогенттілікке ие. Электрондық конфигурация үш коваленттік байланыстарды құруға мүмкіндік беретін үш жартысы бар сыртқы орбитальды қамтиды. Сондықтан азот атомы өте жоғары реактивтілігіне ие болуы керек, ол басқа элементтердің көпшілігімен тұрақты екілік қосылыстарды қалыптастыруы керек, әсіресе басқа элемент электронегативтілікке байланысты айтарлықтай ерекшеленетін болса, бұл байланыстарға маңызды полярлықты береді. Басқа элементтің электронитативтілігі төмен болған кезде, полярность азот атомына ішінара теріс зарядты береді, бұл электрондардың үйлестіруші байланыстарға қатысуы үшін босатылады. Басқа элементтің электрондырғысы көп болса, азоттың ішінара оң зарядты молекуланың донорлық қасиеттерін айтарлықтай шектейді. Байланыстың төменгі полярлығында, басқа элементтің тең электрлік теңдігіне байланысты бірнеше байланыстар бір облигациядан басым болады. Егер атомдық өлшемдердің теңсіздігі көптеген байланыстардың пайда болуына кедергі жасайтын болса, онда қалыптасқан қарапайым байланыс салыстырмалы түрде әлсіз болады және байланыс тұрақсыз болады.

Аналитикалық химия

Газ қоспасындағы азоттың пайыздық қатынасын жиі химиялық реагенттердің басқа компоненттерін сіңіргеннен кейінгі көлемін өлшеу арқылы анықтауға болады. Нитраттардың күкірт қышқылымен ыдырауы сынапты азот оксидінің қатысуымен газды өлшеуі мүмкін. Азот органикалық қосылыстардан мыс оксидін жанып кеткенде босатылады, ал басқа азотты басқа жану өнімдерін сіңіргеннен кейін газ ретінде өлшеуге болады. Kjeldahl компаниясының органикалық қосылыстарда қарастыратын заттың мазмұнын анықтаудың танымал әдісі құрамды концентрацияланған күкірт қышқылымен (қажет болған жағдайда сынапты немесе оның оксиді, сондай-ақ түрлі тұздар) бар. Осылайша, азот аммоний сульфатына айналады. Натрий гидроксидінің қосындысы әдеттегі қышқылмен жиналған аммиак шығарады; Содан кейін реакцияланбаған қышқылдың қалдық мөлшері титрлеу арқылы анықталады.

Биологиялық және физиологиялық маңызы

Азоттың тірі заттардағы рөлі оның органикалық қосылыстарының физиологиялық белсенділігін растайды. Көптеген тірі ағзалар осы химиялық элементті тікелей пайдалана алмайды және оның қосылыстарына қол жеткізе алады. Сондықтан азотты бекіту өте маңызды. Табиғатта бұл екі негізгі процестің нәтижесі. Олардың бірі - атмосфераға электр энергиясының әсері, себебі азот пен оттегі молекуласы диссоциацияланып, еркін атомдар NO және NO ₂ құруға мүмкіндік береді. Содан кейін диоксид сумен әрекеттеседі: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO ₃ еріген және нөлдік шешім түрінде жаңбырмен Жерге келеді. Уақыт өте келе қышқыл біріктірілген топырақ азотының бір бөлігіне айналады, онда ол бейтараптандырылады, нитриттер мен нитраттарды құрастырады. Егістірілген топырақтағы N мазмұны, әдетте, нитраттар мен аммоний тұздары бар тыңайтқыштардың енгізілуіне байланысты қалпына келтіріледі. Жануарлар мен өсімдіктерді оқшаулау және олардың ыдырауы азот қоспаларын топырақ пен ауаға қайтарады.

Табиғи бекітудің тағы бір маңызды процесі - бұл бұршақтардың тіршілік әрекеті. Бактериялармен симбиоздың арқасында бұл мәдениет атмосфералық азотты оның қосылыстарына тікелей айналдырады. Кейбір микроорганизмдер, мысалы, Азотобактер Хрококкум және Clostridium пастерианумы, N-ды өздігінен түзете алады.

Инертті болып табылатын газдың өзі қысымсыз тыныс алудан басқа, жоғары концентрацияларда қан мен басқа сұйықтық сұйықтықтарында ерітілгеннен басқа зиянсыз болып табылады. Бұл есірткі әсерін тудырады, ал егер қысым тез арада азайса, артық азот дененің түрлі бөліктерінде газ көпіршіктері түрінде босатылады. Бұл бұлшық еттерде және буындарда ауырсыну, әлсіздік, ішінара паралич және тіпті өлімге әкелуі мүмкін. Бұл симптомдар декомпрессиональды ауру деп аталады. Сондықтан осы жағдайларда ауаны тыныстауға мәжбүр болғандар өте аз қысымды қысымды азайтады, сондықтан артық азот көпіршіктердің пайда болмай, өкпені шығарады. Ең жақсы баламасы - тыныс алу үшін оттегі мен гелий қоспасын пайдалану. Гелий дене сұйықтықтарында ерітілген әлдеқайда аз, және қауіп азаяды.

Изотоптар

Азот екі тұрақты изотоптар ¹⁴ N (99,63%) және ¹⁵ N (0,37%), сондай-ақ бар. Олар химиялық алмасу немесе жылу диффузия арқылы бөлуге болады. жасанды радиоактивті изотоптың түрінде азот бұқаралық ауқымды 10-13 және 16-24 орналасқан. 10 минут ең тұрақты жартылай өмір. Бірінші жасанды ядролық трансмутации британдық физик 1919 жылы жасалды Эрнест Резерфорд, ядро-17 оттегі және протондар алынған азот-14 альфа-бөлшектер бомбардирские.

қасиеттері

Соңында азот негізгі қасиеттерін тізіп:

• Атом саны: 7.
• азот Атом салмағы: 14,0067.
• Балқу температурасы: -209,86 ° С
• Қайнау нүктесі: -195,8 ° С
• Тығыздығы (1 атм, 0 ° C): литріне азот 1,2506 грамм.
• -3, +3, +5 дәстүрлі тотығу мемлекеттік.
• Electron конфигурация: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.