Меню

Важнейшие N содержащие неорганические вещества



Элемент АЗОТ (N) его свойства, получение, изотопы, применение

азот химический элементАзот (N) — это химический элемент 15 группы (или подгруппы V(a) короткой формы), 2-го периода таблицы Менделеева с атомным номером 7. Чистый азот N2 представляет безцветный газ, без вкуса и запаха, плохо растворимый в воде, при сильном охлаждении и под высоки давлением превращается в жидкость. Один из самых распространённых элементов на Земле. По химическим свойствам инертен, но реагирует с комплексными соединениями переходных металлов. Основной компонент воздуха (78,09 % объёма), при разделение которого получают промышленный азот. Применяется как инертная среда для множества технологических процессов; жидкий азот – хладагент. Азот – один из основных биогенных элементов, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот.

Основные свойства элемента Азот (N) и его параметры таблица

Свойства атома Азота

Атомная масса (молярная масса)

[14,00643; 14,00728] а. е. м. (г/моль)

Кларковое число (кларк)

Химические свойства Азота

13 (+5e) 171 (-3e) пм

3,04 (шкала Полинга)

Степени окисления азота

5, 4, 3, 2, 1, 0, −1, −2, −3

Энергия ионизации (первый электрон)

1401,5 (14,53) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества Азота

Плотность (при нормальных условиях)

0,808 г/см 3 (-195,8 °C); при н. у. 0,001251 г/см 3

Температура кипения азота

Удельная теплота плавления

Удельная теплота испарения

Кристаллическая решётка простого вещества Азота

Структура решётки азота

Прочие характеристики Азота

(300 K) 0,026 Вт/(м·К)

История открытия Азота

Примерно 200 лет назад ученые установили, что в воздухе есть газ, без которого невозможны дыхание и горение. Его назвали «жизненным воздухом». В 1772 году шотландский химик, ботаник и врач Даниэль Резерфорд (1749–1819) установил, что при сжигании в стеклянном сосуде фосфора и других горючих веществ объем воздуха уменьшался примерно на 20%, то что осталось он назвал «испорченным воздухом». В том же году английский физик и химик Генри Кавендиш (1731–1810) удалил из воздуха кислород (раскаленным углем) и углекислый газ (щелочью). Оставшийся газ он назвал «удушливым воздухом». В 1787 г. французский химик ЛавуазьеАЛ установил, что составные части воздуха – «жизненный воздух» и «удушливый воздух» – это простые вещества, то есть в каждом из них есть атомы только одного сорта. Лавуазье назвал эти газы кислородом и азотом (франц. oxygene и azote). Слово azote он произвел от греческого zoos – живой и отрицательной приставки – «не поддерживающий жизни».

Получение азота

Получение в промышленности

Азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Сначало отгоняется азот (tкип=-195,8°C), а затем кислород (tкип=-183°C)

Получение азота в лаборатории

1. реакции окисления NH3:

2. реакции внутримолекулярного окисления- востановления:

3. восстановление HNO3

4. разложение азидов:

Азот в природе

Различают азот как химический элемент N с порядковым номером 7; молекулярный азот N2 как простое газообразное вещество; белковый азот, содержащийся в белках; нитратный азот, входящий в состав соединений в виде нитрогруппы; связанный азот, входящий в любое химическое соединение (исключая молекулярный азот); и усваиваемый азот, находящийся в форме, усваиваемой растениями.

Содержание азота в атмосфере (в форме N2) по массе составляет 75,6%.

Общее содержание азота в земной коре в виде его соединений составляет 0,01%.

Природный азот состоит из двух стабильных изотопов 14 N – 99,635 % и 15 N – 0,365 %. В лаборатории получены еще 14 радиоактивных изотопов азота с массовыми числами от 10 до 13 и от 16 до 25. Все они являются очень короткоживущими изотопами.

Таблица всех изотопов азота

изотопы азота таблица

Примененине Азота и его соединений

Область применения Азота

В химической промышленности

Синтез аммиака N2+ ЗН2 → t°,p,кат. → 2NH3 (производство азотной кислоты)

В электротехнической промышленности

Создание инертной среды при заполнении азотом электрических ламп

В химикотермической обработке металлов

Азотирование поверхности стальных изделий путем насыщения азотом при высокой температуре

В сельском хозяйстве

Азотсодержащие соединения NaNO3, KNO3, NH4NO3, (NH4)SO4 в качестве удобрений

В военном деле и в геологоразведочных работах

KNO3 — составная часть пороха (KNO3 + S + С);

NH4NO3— составная часть взрывчатого вещества аммонала (NH4NO3 + С + Аl)

Аминокислоты, белки, нитроглицерин и другое.

____________

Источник информации:

1. Химическая энциклопедия в пяти томах / Москва, 1990

2. Большая энциклопедия химических элементов / И.А. Леенсон, — М.: 2014.

Источник

Азот, соединения азота

Урок 22. Химия 9 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам в личном кабинете

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно его приобрести.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Азот, соединения азота»

Азот, соединения азота

Азот – элемент V A группы главной подгруппы, значит, на внешнем энергетическом уровне у него 5 электронов. До завершения внешнего уровня ему не хватает 3 электрона, которые он может присоединить, в этом случае степень окисления его будет равна -3. Кроме этого, атом азота может и отдавать электроны и приобретать положительные степени окисления. Таким образом, для атома азота в соединениях возможны степени окисления от -3 до +5.

Рассмотрим соединения азота.

Например, в аммиаке – NH3 – степень окисления азота -3; в оксиде азота (I) – N2O – степень окисления азота +1; в оксиде азота (II) – NO – степень окисления азота +2; в азотистой кислоте – HNO2 – степень окисления азота +3; в оксиде азота (IV) – NO2 – степень окисления азота +4; в азотной кислоте – HNO3 – степень окисления азота +5.

Читайте также:  Высочайшая гора России Эльбрус Описание положение на карте

Таким образом, если степень окисления азота -3, то он проявляет восстановительные свойства, если степень окисления +5, то азот проявляет окислительные свойства, а если у азота в соединении промежуточные степени окисления: +1, +2, +3, +4, то он может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства.

Азот входит в состав воздуха, где его объёмная доля составляет 78%, он входит в состав земной коры и живых организмов. В космосе азот занимает по распространённости четвёртое место, вслед за водородом, гелием и кислородом.

Азот входит и в состав чилийской селитры – NaNO3 – это неорганическое вещество образовалось из остатков птичьего помёта в условиях сухого и жаркого климата. Широко распространена и калийная селитра – KNO3, встречающаяся в Индии.

Азот входит в состав всех белков, а белок просто необходим для жизни. Человек получает белок из растительной и животной пищи, а животные получают белок, в основном, из растений. А сами растения являются источником пополнения азота. Поэтому в природе постоянно происходит круговорот азота.

Так как азот входит в состав органических соединений, то он недоступен для растений. Но, в результате жизнедеятельности определённой группы бактэрий, органические соединения превращаются в неорганические – минеральные – это соли аммония и нитраты. И уже эти неорганические вещества усваиваются растениями. Затем растениями, которые усвоили азот, питаются животные и из растений получают необходимый белок.

Большую роль в фиксации азота играют клубеньковые бактерии, которые живут в клубеньках бобовых растений (клевера, гороха, люпина). Они усваивают атмосферный азот и превращают его в соединения, которые доступные растениям.

Кроме этого, соединения азота в почве пополняются за счёт грозовых ливней. Сначала из азота и кислорода образуется оксид азота (II), который под действием кислорода воздуха превращается в оксид азота (IV). Этот оксид реагирует с водой в присутствии кислорода воздуха и получается азотная кислота. Кислота затем вступает во взаимодействие с соединениями натрия, кальция и калия, которые находятся в почве, и образует соли – селитры, которые нужны для питания растений.

Простое вещество азот состоит из двухатомных молекул – N2. В молекуле азота атомы связаны между собой тройной ковалентной неполярной связью. Эта связь очень прочная, поэтому азот является малоактивным веществом.

Азот является бесцветным газом, не имеет запаха и вкуса, немного легче воздуха. Не сжижается при обычной температуре, плохо растворим в воде, его температура плавления -210 0 C, а температура кипения -196 0 C.

В лаборатории азот получают разложением нитрита аммония при слабом нагревании.

Азот относительно инертен в химических реакциях. Он не реагирует ни с кислотами, ни с водой, ни со щелочами.

При обычных условиях азот реагирует только с литием. При этом образуется нитрид лития.

Литий повышает свою степень окисления с 0 до +1, а азот понижает с 0 до -3. Каждый атом алюминия отдает по 6 электронов молекуле азота, при этом литий является восстановителем, а азот окислителем.

С другими металлами азот реагирует только при высоких температурах.

Например, в реакции с магнием образуется нитрид магния. Магний изменяет свою степень окисления с 0 до +2, а азот понижает с 0 до -3. Каждый атом магния отдаёт по 3 электрона молекуле азота. Магний в реакции является восстановителем, а азот – окислителем.

При высоких температуре, давлении и в присутствии катализатора азот реагирует с водородом, образуя при этом аммиак. В этой реакции азот понижает свою степень окисления с 0 до -3, а водород повышает с 0я до +1. Азот является окислителем, а водород восстановителем.

Как видите, это реакция соединения, так как из двух простых веществ образуется одно сложное, реакция экзотермическая, так как протекает с выделением теплоты, обратимая, то есть идёт как в прямом, так и в обратном направлении, каталитическая, потому что в реакции присутствует катализатор – железо. Реакция является окислительно-восстановительной, потому что происходит изменение степеней окисления, реакция гомогенная, так как вступающие в химическую реакцию вещества и продукты реакции в одном агрегатном состоянии – газообразном.

При высокой температуре азот соединяется с кислородом, образуя оксид азота два.

В этой реакции азот повышает свою степень окисления с 0 до +2, а кислород понижает с 0 до -2. Азот является восстановителем, а кислород – окислителем.

Так как эта реакция идёт с изменением степеней окисления, то она является окислительно-восстановительной, это реакция соединения, потому что из двух простых веществ образуется одно сложное. Реакция обратимая, идёт в прямом и обратном направлении, эндотермическая, так как теплота поглощается, реакция некаталитическая, потому что не требует участия катализатора, является гомогенной, так как все вещества находятся в газообразном состоянии.

Следует отметить, что в реакциях с металлами и водородом азот проявляет окислительные свойства, а в реакциях с кислородом – восстановительные.

Основная область применения азота – производство аммиака и азотной кислоты. Азот применяют также для создания инертной среды при сушке взрывчатых веществ, при хранении ценных произведений живописи и рукописей. Азотом раньше наполняли электрические лампы. Жидкий азот используют в охладительных системах.

В медицине чистый азот применяют в качестве инертной среды при лечении туберкулёза лёгких, а жидкий азот – при лечении заболеваний позвоночника и суставов.

Читайте также:  Проскуряков стал вратар м Динамо Таблица переходов КХЛ 2021

В 1772 году английский учёный Резерфорд и шведский исследователь Шееле в экспериментах по сжиганию веществ обнаружили газ, не поддерживающий дыхание и горение. Позднее, в 1787 году, Лавуазье установил наличие в воздухе газа, не поддерживающего дыхания и горения. Он дал название этому газу «азот», означающее «безжизненный» (от латинского а – нет и зоэ – жизнь). В 1790 году Шапталь дал азоту другое название – нитрогениум – означающее «рождающий селитру».

Решим задачу. Определим массу соединения, которое образуется при нагревании металлического магния массой 7,2 г в азоте объёмом 10 л при нормальных условиях.

В условии задачи нам дана масса магния и объём азота. Найти необходимо массу образовавшегося соединения, то есть массу нитрида магния. Найдём количество вещества магния, для этого необходимо массу магния разделить на его молярную массу. То есть 7,2 г разделим на 24 г/моль, получим 0,3 моль, теперь найдём количество вещества азота, для этого нужно объём азота разделить на молярный объём. Для этого разделим 10 л на 22,4 л/моль, получается 0,446 моль. По уравнению реакции видно, что соотношение моль магния и азота составляет 3 : 1. Следовательно, количество вещества азота должно быть в три раза меньше количества вещества магния, то есть 0,1 моль. В результате вычислений мы получили количество вещества азота, равное 0,446 моль. Поэтому азот находится в избытке, и количество вещества нитрида магния находим по магнию.

Получается, что количество вещества нитрида магния будет 0,1 моль, то есть 0,3 умножим на 1 и разделим на 3 и получится 0,1 моль. Найдём молярную массу нитрида магния. Для этого относительную атомную массу магния (24) умножим на 3 и прибавим относительную атомную массу азота (14), умноженную на 2, получается 100 г/моль. Найдём массу этого вещества. Для этого следует количество вещества умножить на молярную массу, поэтому 0,1 моль умножаем на 100 г/моль и получим 10 г.

Таким образом масса нитрида магния будет равна десять г.

Источник

Свойства азота и его соединений таблица

Азот — неметаллический элемент Va группы периодической таблицы Д.И. Менделеева. Составляет 78% воздуха. Входит в состав белков, являющихся важной частью живых организмов.

Температура кипения азота составляет -195,8 °C. Однако быстрого замораживания объектов, которое часто демонстрируют в кинофильмах, не происходит. Даже для заморозки растения нужно продолжительное время, это связано с низкой теплоемкостью азота.

Азот

Общая характеристика элементов Va группы

От N к Bi (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Азот, фосфор и мышьяк являются неметаллами, сурьма — полуметалл, висмут — металл.

Элементы Va группы

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 3 :

  • N — 2s 2 2p 3
  • P — 3s 2 3p 3
  • As — 4s 2 4p 3
  • Sb — 5s 2 5p 3
  • Bi — 6s 2 6p 3
Основное и возбужденное состояние азота

При возбуждении атома фосфора электроны на s-подуровне распариваются и переходят на p-подуровень. Однако с азотом ситуация иная. Поскольку азот находится во втором периоде, то 3ий уровень у него отсутствует, а значит распаривание электронов на s-подуровне невозможно — возбужденное состояние у азота отсутствует.

Сравнивая возможности перемещения электронов у азота и фосфора, разница становится очевидна.

Основное и возбужденное состояние атома азота

Природные соединения

В природе азот встречается в виде следующих соединений:

  • Воздух — во вдыхаемом нами воздухе содержится 78% азота
  • Азот входит в состав нуклеиновых кислот, белков
  • KNO3 — индийская селитра, калиевая селитра
  • NaNO3 — чилийская селитра, натриевая селитра
  • NH4NO3 — аммиачная селитра (искусственный продукт, в природе не встречается)

Селитры являются распространенными азотными удобрениями, которые обеспечивают быстрый рост и развитие растений, повышают урожайность. Однако, следует строго соблюдать правила их применения, чтобы не превысить допустимые концентрации.

Аммиачная селитра

В промышленности азот получают путем сжижения воздуха. В дальнейшем путем испарения из сжиженного воздуха получают азот.

Применяют и метод мембранного разделения, при котором через специальный фильтр из сжатого воздуха удаляют кислород.

Получение азота из сжатого воздуха

В лаборатории методы не столь экзотичны. Чаще всего получают азот разложением нитрита аммония

Также азот можно получить путем восстановления азотной кислоты активными металлами.

Получение азота из нитрита аммония

Азот восхищает — он принимает все возможные для себя степени окисления от -3 до +5.

Степени окисления азота

Молекула азота отличается большой прочностью из-за наличия тройной связи. Вследствие этого многие реакции эндотермичны: даже горение азота в кислороде сопровождается поглощением тепла, а не выделением, как обычно бывает при горении.

Молекула азота

Без нагревания азот взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует и с другими металлами.

Реакция с неметаллами

Важное практическое значение имеет синтез аммиака, который применяется в дальнейшим при изготовлении удобрений, красителей, лекарств.

Аммиак

Бесцветный газ с резким едким запахом, раздражающим слизистые оболочки. Раствор концентрацией 10% аммиака применяется в медицинских целях, называется нашатырным спиртом.

Аммиак

В промышленности аммиак получают прямым взаимодействием азота и водорода.

В лабораторных условиях сильными щелочами действуют на соли аммония.

Аммиак проявляет основные свойства, окрашивает лакмусовую бумажку в синий цвет.

    Реакция с водой

Образует нестойкое соединение — гидроксид аммония, слабое основание. Оно сразу же распадается на воду и аммиак.

Читайте также:  Структура молекул днк и рнк таблица

Как основание аммиак способен реагировать с кислотами с образованием солей.

NH3 + HCl → NH4Cl (хлорид аммония)

Нитрат аммония

Поскольку азот в аммиаке находится в минимальной степени окисления -3 и способен только ее повышать, то аммиак проявляет выраженные восстановительные свойства. Его используют для восстановления металлов из их оксидов.

Горение аммиака без катализатора приводит к образованию азота в молекулярном виде. Окисление в присутствии катализатора сопровождается выделением NO.

Горение аммиака

Соли аммония

Помните, что по правилам общей химии, если по итогам реакции выпадает осадок, выделяется газ или образуется вода — реакция идет.

    Реакции с кислотами

Реакции с щелочами

В реакциях с щелочами образуется гидроксид аммония — NH4OH. Нестойкое основание, которое легко распадается на воду и аммиак.

Реакции с солями

В воде ион аммония подвергается гидролизу с образованием нестойкого гидроксида аммония.

Фосфат аммония

Оксид азота I — N2O

Закись азота, веселящий газ — N2O — обладает опьяняющим эффектом. Несолеобразующий оксид. При н.у. является бесцветным газом с приятным сладковатым запахом и привкусом. В медицине применяется в больших концентрациях для ингаляционного наркоза.

Закись азота

Получают N2O разложением нитрата аммония при нагревании:

Оксид азота I разлагается на азот и кислород:

Оксид азота II — NO

Окись азота — NO. Несолеобразующий оксид. При н.у. бесцветный газ, на воздухе быстро окисляется до оксида азота IV.

В промышленных масштабах оксид азота II получают при каталитическом окислении аммиака.

В лабораторных условиях — в ходе реакции малоактивных металлов с разбавленной азотной кислотой.

На воздухе быстро окисляется с образованием бурого газа — оксида азота IV — NO2.

Оксид азота IV бурый газ

Оксид азота III — N2O3

При н.у. жидкость синего цвета, в газообразной форме бесцветен. Высокотоксичный, приводит к тяжелым ожогам кожи.

Оксид азота III

Получают N2O3 в две стадии: сначала реакцией оксида мышьяка III с азотной кислотой (две реакции, в которых образуется смесь оксидов азота), затем охлаждением полученной смеси газов до температуры — 36 °C.

При охлаждении газов образуется оксид азота III.

Является кислотным оксидом. соответствует азотистой кислоте — HNO2, соли которой называются нитриты (NO2 — ). Реагирует с водой, основаниями.

Оксид азота IV — NO2

Бурый газ, имеет острый запах. Ядовит.

Оксид азота IV

В лабораторных условиях данный оксид получают в ходе реакции меди с концентрированной азотной кислотой. Также NO2 выделяется при разложении нитратов.

Разложение нитратов

Проявляет высокую химическую активность, кислотный оксид.

Как окислитель NO2 ведет себя в реакциях с фосфором, углеродом и серой, которые сгорают в нем.

Окисляет SO2 в SO3 — на этой реакции основана одна из стадий получения серной кислоты.

Реакции с водой и щелочами

Оксид азота IV соответствует сразу двум кислотам — азотистой HNO2 и азотной HNO3. Реакции с водой и щелочами протекают по одной схеме.

Если растворение в воде оксида проводить в избытке кислорода, образуется азотная кислота.

Оксид азота IV

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Важнейшие N-содержащие неорганические вещества.

N2 молекулярный азот

N2O несолеобразующий оксид

NO несолеобразующий оксид

N2O3 непрочный кислотный оксид

N2O5 непрочный кислотный оксид

Свободный (молекулярный) азот

N2 — самая прочная из всех известных двухатомных молекул простых веществ.

Атомы азота связаны между собой тремя ковалентными неполярными связями: одна из них — сигма-связь, 2 — пи-связи. Энергия разрыва связи очень велика

Физические свойства

При обычной температуре и атмосферном давлении N2 — бесцветный газ, без запаха и вкуса, немного легче воздуха, очень плохо растворяется в воде. В жидкое состояние переводится с большим трудом (Ткип -196’С). Жидкий азот имеет большую теплоту испарения и применяется для создания низких температур (хладагент).

Способы получения

Азот присутствует в воздухе в свободном состоянии, поэтому промышленный способ получения заключается в разделении воздушной смеси (ректификация жидкого воздуха).

В лабораторных условиях небольшие количества азота можно получить следующими способами:

1. Пропускание воздуха над раскаленной медью, которая поглощает кислород за счет реакции: 2Cu + О2 = 2СиО. Остается азот с примесями инертных газов.

2. Окислительно-восстановительное разложение некоторых солей аммония:

3. Окисление аммиака и солей аммония:

Химические свойства

Молекулярный азот — химически инертное вещество вследствие исключительно высокой устойчивости молекул N2. Только реакции соединения с металлами протекают более или менее легко. Во всех остальных случаях для инициирования и ускорения реакций необходимо применять высокие температуры, искровые электрические разряды, ионизирующее излучение, катализаторы (Fe, Cr, V, Ti и их соединения).

Реакции с восстановителями (N2 — окислитель)

1. Взаимодействие с металлами:

Реакции образования нитридов щелочных и щелочноземельных Me протекают как с чистым азотом, так и при горении металлов на воздухе

2. Взаимодействие с водородом (реакция имеет большое практическое значение):

3. Взаимодействие с кремнием и углеродом

Реакции с окислителями (N2 — восстановитель)

Эти реакции в обычных условиях не протекают. С фтором и другими галогенами азот непосредственно не взаимодействует, а с кислородом реакция происходит при температуре электрических искровых разрядов:

Реакция сильно обратимая; прямая протекает с поглощением тепла (эндотермичная).

Источник