Азот як один з найпоширеніших елементів на Землі

 

Будова, фізичні і хімічні властивості

Основні сполуки азоту

Добування та застосування азоту і його сполук у народному господарстві

Використана література

 

Азот – один з найпоширеніших елементів на Землі, основна маса якого (близько 4•1015 т) зосереджена у вільному стані в атмосфері. У повітрі вільний азот (у вигляді молекул N2) складає 78, 09% за об’ємом (або 75, 6% за масою), не рахуючи незначних домішок у вигляді аміаку і оксидів. Середній вміст азоту в літосфері 1, 9•10-3% за масою.

Назва хімічного елементу азот походить від грецького слова azoos – безжиттєвий, по-латинському Nitrogenium. Хімічний знак елемента – N. Азот – елемент V групи періодичної системи Менделєєва, порядковий номер 7, відносна атомна маса 14, 0067. Азот – безбарвний газ, який не має запаху і смаку.

Природні слолуки азоту – хлористий амоній NH4Cl і різні нітрати. Великі скупчення селітри характерні для сухого пустельного клімату (Чилі, Середня Азія). Довгий час селітри були головним джерелом азоту для промисловості (на даний час основне значення для отримання азоту має промисловий синтез аміаку з азоту повітря і водню). Невелика кількість сполук азоту знаходяться у кам'яному вугіллі (1-2, 5%) та нафті (0, 02-1, 5%), а також у водах річок, морів і океанів. Азот накопичується в ґрунтах (0, 1%) і в живих організмах (0, 3%).

Як хімічний елемент азот є необхідним для життєдіяльності всіх живих організмів, включаючи тварин і рослин. У білку тварин і людини міститься 16-17% азоту. В організмах м'ясоїдних тварин білок утворюється за рахунок спожитих білкових речовин, які містяться в організмах травоїдних тварин і в рослинах. Рослини синтезують білок, засвоюючи азотисті речовини, які знаходяться в ґрунті, головним чином неорганічні. Значна кількість азоту надходить у ґрунт завдяки азотфіксуючим мікроорганізмам, здатним переводити вільний азот повітря у його сполуки.

У природі здійснюється кругообіг азоту, головну роль у якому відіграють нітрифікуючи, денітрифікуючі та азотфіксуючі мікроорганізми. Однак у результаті споживання рослинами величезної кількості зв'язаного азоту (особливо при інтенсивному землеробстві) ґрунти стають збідненими на цей хімічний елемент. Дефіцит азоту характерний для землеробства майже всіх країн, спостерігається дефіцит азоту й у тваринництві (так зване “білкове голодування”). На ґрунтах, бідних доступним азотом, рослини погано розвиваються.

Господарська діяльність людини порушує круговорот азоту. Так, спалювання палива збагачує атмосферу азотом, а заводи, що роблять добрива, синтезують азот з повітря. Транспортування добрив і продуктів сільського господарства перерозподіляє азот на поверхні землі.

Сполуки азоту – селітра, азотна кислота, аміак – були відомі задовго до одержання азоту у вільному стані. У 1772 р. Д. Резерфорд, спалюючи фосфор і інші речовини в скляному резервуарі, показав, що газ, який залишається після згорання, не підтримує дихання та горіння. У 1787 році А. Лавуазьє встановив, що “життєвий” і “задушливий” гази, які входять до складу повітря, це прості речовини, і запропонував назву “азот”. У 1784 р. Г. Кавендіш показав, що азот входить до складу селітри; звідси і походить латинська назва азоту, запропонована в 1790 році Ж. А. Шапталем. До початку ХIX в. були визначені хімічна інертність азоту у вільному стані і його роль в сполуках з іншими елементами.

 

 

Зовнішня електронна оболонка атому азоту складається з 5 електронів (однієї неподіленої пари і трьох неспарених – конфігурація 2s22p3). Найчастіше азот у сполуках триковалентний за рахунок неспарених електронів (в аміаку NH3). Наявність неподіленої пари електронів може призводити до утворення ще одного ковалентного зв'язку, і азот стає чотириковалентним (іон амонію NH4+). Ступень окислення азоту змінюється від +5 (у N2O5) до -3 (у NH3). У звичайних умовах у вільному стані азот утворює молекулу N2, де атоми азоту зв'язані трьома ковалентними зв'язками. Молекула азоту дуже стійка: енергія дисоціації її на атоми складає 942, 9 кДж/моль, тому навіть при температурі 33000С ступінь дисоціації азоту складає лише близько 0, 1%.

Азот небагато легший за повітря; щільність його становить 1, 2506 кг/м3 (при 00С і 101325 Н/м2 чи 760 мм рт. ст.), tпл=209, 860С, tкип=195, 80С. Азот важко зріджується: його критична температура досить низька (-147, 10С), а критичний є тиск високим – 3, 39 МН/м2 (34, 6 кгс/см2) ; щільність рідкого азоту складає 808 кг/м3. У воді азот менш розчинний, ніж кисень при 00С в 1 м3 H2O розчиняється 23, 3 м азоти. Краще, ніж у воді, азот розчинний у деяких вуглеводнях.

Лише з такими активними металами, як літій, кальцій та магній азот взаємодіє при нагріванні до порівняно невисоких температур. З більшістю інших елементів азот реагує лише при високій температурі у присутності каталізаторів. Добре вивчені такі сполуки азоту з киснем як N2O, NO, N2O3, NO2 і N2O5. З них при безпосередній взаємодії елементів (40000С) утворюється окис NO, що при охолодженні легко окисляється далі до двоокису азоту NO2. У повітрі оксиди азоту утворюються при атмосферних розрядах. Їх можна одержати також дією іонізуючого випромінювання на суміш азоту з киснем. При розчиненні у воді азотистого N2O3 і азотного N2O5 ангідридів відповідно утворюються азотиста кислота НNO2 і азотна кислота НNO3, що утворюють солі