Азот экспериментальным путем был обнаружен шотландским химиком Д. Резерфордом в 1772 году. В природе азот находится в основном в свободном состоянии и является одной из главных составляющих воздуха. Каковы же физические и химические свойства азота?
Азот – элемент второго периода, не имеет возбужденных состояний, так как атом не имеет свободных орбиталей. Но этот химический элемент может проявлять в основном состоянии валентность не только III, но и IV за счет образования ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму с участием неподеленной электронной пары азота. Степень окисления, которую может проявлять азот, изменяется в широких пределах от -3 до +5.
при изучении строения молекулы азота необходимо помнить, что химическая связь осуществляется за счет трех общих пар p-электронов, орбитали которых направлены по осям x, y, z.
Химические свойства азота
В природе азот встречается в виде простого вещества – газа N2 (объемная доля в воздухе 78%) и в связанном состоянии. В молекуле азота атомы связаны прочной тройной связью. Энергия этой связи составляет 940 кДж/моль. При обычной температуре азот может взаимодействовать только с литием (Li3 N). После предварительной активизации молекул путем нагревания, облучения или действием катализаторов азот вступает в реакции с металлами и неметаллами. Азот может вступать в реакции с магнием, кальцием или, например, алюминием:
Особенно важен синтез аммиака из простых веществ – азота и водорода в присутствии катализатора (губчатое железо):N2+3H2=2NH3+Q. Аммиак – бесцветный газ с резким запахом. Он хорошо растворим в воде, что в значительной степени обусловлено образованием водородных связей между молекулами аммиака и воды, а также реакцией присоединения к воде по донорно-акцепторному механизму. Слабощелочная реакция раствора обусловлена наличием в растворе ионов OH- (в небольшой концентрации, так как степень диссоциации гидроксида аммония очень мала – это слабое растворимое основание).
Из шести оксидов азота – N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5, где азот проявляет степень окисления от +1 до +5, два первых – N2O и NO – несолеобразующие, остальные вступают в реакцию с образованием солей.
Азотную кислоту, самое важное соединение азота, в промышленности получают из аммиака в 3 стадии:
- окисление аммиака на платиновом катализаторе:
- окисление NO до NO2 кислородом воздуха:
- поглощение NO2 водой в избытке кислорода:
Азот также может реагировать при высоких температурах и давлении (в присутствии катализатора) с водородом:
Применение азота
Основное применение азот находит в качестве исходного продукта для синтеза аммиака, а также для производства азотной кислоты, минеральных удобрений, красителей, взрывчатых веществ и других азотосодержащих соединений. Жидкий азот используют в охладительных системах. Для придания стали большей твердости, увеличения износостойкости, коррозионной стойкости и теплостойкости ее поверхность насыщают азотом при высоких температурах. Такая сталь выдерживает нагревание до 500 градусов без потери своей твердости.
Что мы узнали?
Азот – бесцветный газ без запаха, цвета и вкуса. В школьном курсе химии изучаются его основные свойства, а также способность вступать в реакцию с металлами и неметаллами при нормальных условиях, а также под действием катализаторов.
