Азот як один з найпоширеніших елементів на Землі

З галогенами азот безпосередньо не взаємодіє, тому всі галогеніди азоту одержують непрямим шляхом, наприклад фтористий азот NF3 – при взаємодії фтору з аміаком. Як правило, галогеніди азоту – слабостійкі сполуки (за винятком NF3). Більш стійкими є оксигалогеніди азоту – NOF, NOCI, NOBr, NO2F і NO2Cl. Сполуки азоту з сіркою не отримують напряму, азотиста сірка N4S4 виходить у результаті реакції рідкої сірки з аміаком. При взаємодії розпеченого коксу з азотом утвориться ціан (СN) 2. Нагріванням азоту з ацетиленом C2Н2 до 15000С може бути отриманий ціаністий водень HCN. Взаємодія азоту з металами при високих температурах приводить до утворення нітридів.

При дії на звичайний азот електричних розрядів при розкладанні нітридів бору, титана, магнію і кальцію, а також при електричних розрядах у повітрі може утворитися активний азот, який являє собою суміш молекул і атомів азоту, що мають підвищений запас енергії. На відміну від молекулярного, активний азот дуже енергійно взаємодіє з киснем, воднем, парами сірки, фосфором та деякими металами.

 

 

Найпоширенішими сполуками азоту, які використовуються у народному господарстві, є азотна кислота та нітрати азоту.

Чиста азотна кислота HNO3 – це безбарвна рідина щільністю 1, 51 г/см3, яка при – 42°С застигає в прозору кристалічну масу. На повітрі вона «димить», тому що пари її утворюють з вологою повітря дрібні крапельки туману. Азотна кислота досить нестійка, під впливом світла вона поступово розкладається:

Чим вища температура і чим більша концентрація кислоти, тим швидше йде розклад. При цьому виділяється діоксид азоту, який розчиняється в кислоті і надає їй бурого забарвлення.

Характерною властивістю азотної кислоти є її яскраво виражена окислювальна здатність. Азотна кислота є одним з найсильніших окислювачів. Багато неметалів легко окислюються нею, утворюючи відповідні кислоти. Так, сірка при кип'ятінні з азотною кислотою поступово окислюється до сірчаної кислоти, фосфор – до фосфорної. Азотна кислота діє майже на всі метали (за винятком золота, платини, танталу, родію, іридію), перетворюючи їх на нітрати або оксиди.

Концентрована HNO3 пасивує деякі метали. Ще Ломоносов відкрив, що залізо, легко розчиняється в розведеній азотній кислоті, не розчиняється в холодній концентрований HNO3. Пізніше було встановлено, що аналогічною є дія азотна кислоти на хром і алюміній. Ці метали переходять під дією концентрованої азотної кислоти в пасивний стан.

Ступінь окисленості азоту в азотній кислоті рівна 4-5. Виступаючи як окислювач, НNО3 може відновлюватися до різних продуктів:

 

Яка з цих речовин утвориться, тобто наскільки глибоко відновлюється азотна кислота в тому чи іншому випадку, залежить від природи відновника і від умов реакції, насамперед від концентрації кислоти. Чим вища концентрація кислоти, тим менше вона відновлюється. При реакціях з концентрованою кислотою найчастіше виділяється  . При взаємодії розведеної азотної кислоти з малоактивними металами, наприклад, з міддю, виділяється NO. У випадку більш активних металів – заліза, цинку – утворюється  . Сильно розведена азотна кислота взаємодіє з активними металами -цинком, магнієм, з утворенням іона амонію, що дає з кислотою нітрат амонію. Зазвичай одночасно утворюється кілька продуктів.

Солі азотної кислоти називаються нітратами. Усі вони добре розчиняються у воді, а при нагріванні розкладаються з виділенням кисню. При цьому нітрати найбільш активних металів переходять у нітрити:

 

Нітрати більшості інших металів при нагріванні розпадаються на оксид металу, кисень і діоксид азоту. Наприклад:

 

Нарешті, нітрати найменш активних металів (наприклад, срібла, золота) розкладаються при нагріванні до вільного металу:

 

Легко виділяючи кисень, нітрати при високій температурі є хорошими окислювачами. Їх водні розчини майже не виявляють окисних властивостей. Найбільш важливе значення мають нітрати натрію, калію, амонію і кальцію, що на практиці називаються селітрами.

Нітрат   натрію або натрієва селітра, іноді називається також чилійською селітрою, зустрічається у великій кількості в природі тільки в Чилі. Нітрат калію  або калійна селітра у невеликих кількостях зустрічається в природі, але головним чином виходить штучно при взаємодії нітрату натрію з хлоридом калію.

Нітрат  кальцію або кальцієва селітра отримують у великих кількостях шляхом нейтралізації азотної кислоти вапном і застосовується як добриво.

 

 

Азот добувають у лабораторії шляхом взаємодії хімічних елементів при нагріванні концентрованого нітриту амонію:

NH4NO2  N2 + 2H2O

Технічний спосіб одержання азоту ґрунтується на диференціації попередньо зрідженого повітря.

Основна частина вільного азоту використовується для промислового виробництва аміаку, який потім у значних кількостях переробляється на азотну кислоту, добрива, вибухові речовини і т. д. Крім прямого синтезу аміаку з елементів, промислове значення для отримання азоту повітря має розроблений у 1905 ціанамідний метод, заснований на тому, що при 10000С карбід кальцію (який отримують нагріванням суміші вапна і вугілля в електричній печі) реагує з вільним азотом:

Ca2 + N2  CaCN2 + C

Ціанамід кальцію, що утворюються при дії перегрітої водяної пари розкладається з виділенням аміаку:

CaCN2 + 3H2O  CaCO3 + 2NH3

Вільний азот застосовують у багатьох галузях промисловості: як інертне середовище при різноманітних хімічних і металургійних процесах, для заповнення вільного простору в ртутних термометрах, при перекачуванні пальних рідин і так далі. Рідкий азот знаходить застосування в різних холодильних установках.

Сучасні промислові способи одержання азотної кислоти грунтуються на каталітичному окисленні аміаку киснем повітря. Оскільки аміак горить у кисні, то продуктами реакції є вода і вільний азот. Проте, в присутності каталізаторів, окислення аміаку киснем може протікати інакше. Якщо пропускати суміш аміаку з повітрям над каталізатором, то при 750°С і певному складі суміші відбувається майже повне перетворення

 

Утворений NO легко переходить в сполуку NO2, яка з водою в присутності кисню дає азотну кислоту. Як каталізатори при окислюванні аміаку використовують сплави на основі платини. Одержувана окислюванням аміаку азотна кислота має концентрацію, яка не перевищує 60%. При необхідності її концентрують.

Незамінними у сільському господарстві є також нітрати натрію і калію, які використовуються як добрива, оскільки нітрат калію містить дві необхідних для рослини елементи: азот і калій. Нітрати натрію і калію застосовуються також при скловарінні й у харчовій промисловості для консервування продуктів.

 

Білецький П. М., Алієв Е. А. Хімія в овочівництві. – К. : Агропроміздат, 1970.

Глінка М. Л. Загальна хімія. – К. : Вища школа, 1960.

Некрасов Б. В. Курс общей химии. – М. : Наука, 1965.

Рубенчик Л. Й. Використання мікробів для підвищення врожайності сільськогосподарських культур. – К. : Вища школа, 1958.

Українська радянська енциклопедія т. 1. – К. : Головна ред. УРЕ, 1960.