Top.Mail.Ru

Химическая формула азота и его свойства

Азот — важный для жизнедеятельности элемент. В свободной среде он находится в виде газа N₂, и составляет до 80% массы воздуха, а в организме входит в ряд главнейших белковых соединений, аминокислот и нуклеиновых кислот. Входит в состав гемоглобина и некоторых гормонов. Формулы азота разнообразны и составляют обширный раздел химии.

Азот — важный для жизнедеятельности элемент

Основные характеристики

Свободный азот N2 — относительно инертный газ без цвета и запаха. Очень плохо растворяется в воде, притом чем выше температура, тем меньше вещества растворится. Молекулярная формула представляет собой тройную связь двух атомов в молекуле с двумя сигма-связями, и одной пи-связью.Простая электронная формула азота 1s²2s²2p³. В возбуждённом состоянии электроны s-подуровня распариваются и перемещаются на p-подуровень.

Аммиак NH₃

По донорно-акцепторному механизму образует аммиак NH₃. Это вещество, в котором атом азота соединен одинарными полярными ковалентными связями с тремя атомами водорода. Графическая конфигурация соединения представляет собой треугольную пирамиду с валентным углом 107,3°.

При температуре ниже -209,86℃ находится в твёрдом состоянии в структурном виде белоснежных кристаллов с тремя модификациями, зависящими от температуры и давления. При контакте с воздухом плавится, поглощая кислород. При этом образуется кислородный раствор в азоте.

Температура ниже -195,75℃ переводит газ в бесцветную текучую жидкость плотностью 808 кг/м³, испаряющуюся на воздухе белым паром. Жидкий N₂ применяется в качестве хладагента. Большинство соединений азота не имеет термической устойчивости, разлагаясь при нагревании, в связи с чем в природе он находится в основном в свободном состоянии.

Имеет 2 природных изотопа с массовыми числами 14 и 15, а также 14 искусственно полученных. Искусственные изотопы существуют очень короткий срок, самый длительный из них достигает всего 10 минут.

В таблице Менделеева азот расположен в V группе главной подгруппе, или 15 группе по новой классификации. Валентность от I до IV, а степени окисления от -3 до 0, и от +1 до +5. Порядковый номер 7. Взаимодействует как с металлами, так и с неметаллами, то есть проявляет свойства как окислителя, так и восстановителя.

Способы получения

Поскольку молекула свободного азота крайне прочная, до недавнего времени в промышленности его добывали извлечением из минералов, таких как селитры. Сейчас известны и широко применимы методы получения из воздуха:

Способ связывания азота с водородом

  1. Наиболее распространённый способ связывания азота с водородом. N₂+3H₂=2NH₃. Это обратимая экзотермическая реакция синтеза аммиака, проводимая с использованием катализаторов в виде железа с примесями калия или алюминия. При давлении выше 2 тыс. атм и температурах выше 800℃ реакция хорошо протекает без катализаторов.
  2. Криогенный способ. Он представляет собой разделение воздуха на фракции в зависимости от температуры.
  3. Цианамидный, экзотермической реакцией взаимодействия азота с карбидом кальция CaC₂ при температуре выше 1 тыс.℃.

В лабораторных условиях все химические методы синтеза основаны на реакциях с нитратами, например:

  1. NaNO₂+NH₄CL=NH₄NO₂+NaCL. При взаимодействии насыщенных растворов нитрита натрия и хлорида аммония получаются хлорид натрия и нитрит аммония, который легко разлагается на свободный азот и воду.
  2. NH₃+O₂=N₂+H₂O. Реакция горения аммиака, при которой он разлагается.
  3. NaN₃=Na+N₂. Разложение азидов щелочных металлов даёт выход наиболее чистого продукта.

Лабораторными способами получают грязный азот, который связан с примесями аммиака, закиси и кислорода. В дальнейших планах синтеза может присутствовать его очищение, например, пропускание через серную кислоту и раствор сульфата железа с дальнейшим осушением газа.

Как и многие газы, инертен, поэтому в обычных условиях реагирует только с самым активным металлом — литием. При определённых условиях взаимодействует с другими веществами:

  1. С кислородом, серой, фосфором, углеродом и мышьяком на электрической дуге или при нагреве до 2 тыс.℃.
  2. С активными металлами, такими как кальций, магний и натрий при нагревании образует соединения, называемые нитридами.

В силу высокой инертности и прочной связи молекулы, реакции со сложными веществами практически невозможны, их выполнение может требовать очень высоких нагрева и давления.

Области применения

Области применения азота

Газообразный азот инертен, пожаро- и взрывобезопасен, в связи с чем его часто применяют в тех сферах, где этому уделяется особое внимание. Например, на нефтедобыче и горнодобывающей сфере используют для создания взрывобезопасной инертной атмосферы, разделения породы, а также для тушения подземных пожаров. Существует применение как консерванта в пищевой промышленности.

Кроме того, газообразный азот заполняет шины шасси летательных аппаратов, что позволяет не бояться взрыва при высоких нагрузках. Есть сообщения о попытках заполнения этим газом камер обычных автомобилей, но неизвестно, существуют ли преимущества такого метода перед обычным воздухом.

В жидком виде применяется как хладагент, и в качестве криотерапии — лечения заморозкой биологических тканей.

Наиболее распространено применение именно соединений, такие как азотистая (HNO₂), азотная (HNO₃) кислоты и аммиак (NH₃). Они считаются одними из самых массовых продуктов химической промышленности, у которых очень много сфер применения. Наиболее часто применяются в производстве удобрений, взрывчатых веществ, ракетного топлива и в общем органическом синтезе.

Нет комментариев

Добавить комментарий

Спасибо! Ваш комментарий появится после проверки.
Это интересно
Adblock
detector