Азот
Другие рефераты
Содержание:
1. Историческая справка
2. Распространенность в природе
3. Атом и молекула
4. Физические и химические свойства
5. Получение и применение
6. Азотная кислота
7. Окислительные свойства азотной кислоты
8. Нитраты
9. Промышленное получение азотной кислоты
10. Круговорот азота в природе
Происходит от греческого слова azoos - безжизненный, по-латыни
Nitrogenium. Химический знак элемента - N. Азот - химический элемент V
группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 7, относительная
атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса.
1.Историческая справка. Соединения азота - селитра, азотная кислота, аммиак
- были известны задолго до получения азота в свободном состоянии. В 1772 г.
Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе,
показал, что остающийся после сгорания газ, названный им “удушливым
воздухом”, не поддерживает дыхания и горения. В 1787 году А. Лавуазье
установил, что “жизненный” и “удушливый” газы, входящие в состав воздуха,
это простые вещества, и предложил название “азот”. В 1784 г. Г. Кавендиш
показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское
название азота (от позднелатинского nitrum - селитра и греческого gennao -
рождаю, произвожу), предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем .К началу ХIX
в. были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и
исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве
связанного азота.
2.Распространяемость в природе. Азот - один из самых распространенных
элементов на Земле, причем основная его масса (около 4*1015
т.)сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный
азот (в виде молекул N2 ) составляет 78,09% по объему ( или 75,6% по массе
), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и окислов. Среднее
содержание азота в литосфере 1,9*10-3% по массе. Природные соединения азота
- хлористый аммоний NH4CI и различные нитраты. Крупные скопления селитры
характерны для сухого пустынного климата ( Чили, Средняя Азия ). Долгое
время селитры были главным поставщиком азота для промышленности ( сейчас
основное значение для связывания азота имеет промышленный синтез аммиака из
азота воздуха и водорода ). Небольшие количества связанного азота находятся
в каменном угле ( 1 - 2,5% ) и нефти ( 0,02 - 1,5% ), а также в водах
рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах ( 0,1% ) и в живых
организмах ( 0,3% ).
Хотя название “азот” означает “не поддерживающий жизни”, на самом деле это
- необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека
содержится 16 - 17% азота. В организмах плотоядных животных белок
образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах
травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая
содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические.
Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим
микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения
азота.
В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют
микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др.
Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества
связанного азота ( особенно при интенсивном земледелии ) почвы оказываются
обедненными. Дефицит азота характерен для земледелия почти всех стран,
наблюдается дефицит азота и в животноводстве ( “белковое голодание” ). На
почвах, бедных доступным азотом, растения плохо развиваются. Хозяйственная
деятельность человека нарушает круговорот азота. Так, сжигание топлива
обогащает атмосферу азотом, а заводы, производящие удобрения, связывают
азот из воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства
перераспределяет азот на поверхности земли.
Азот - четвертый по распространенности элемент Солнечной системы ( после
водорода, гелия и кислорода).
3.Атом и молекула. Внешняя электронная оболочка атома азота состоит из 5
электронов ( одной неподеленной пары и трех неспаренных - конфигурация
2s22p3 ). Чаще всего азот в соединениях 3-ковалентен за счет неспаренных
электронов ( как в аммиаке NH3 ). Наличие неподеленной пары электронов
может приводить к образованию еще одной ковалентной связи, и азот
становится 4-ковалентным ( как в ионе аммония NH4+ ). Степени окисления
азота меняются от +5 ( в N2O5 ) до -3 ( в NH3 ). В обычных условиях в
свободном состоянии азот образует молекулу N2, где атомы азота связаны
тремя ковалентными связями. Молекула азота очень устойчива: энергия
диссоциации ее на атомы составляет 942,9 кдж/моль, поэтому даже при
температуре 33000С степень диссоциации азота составляет лишь около 0,1%.
4. Физические и химические свойства. Азот немного легче воздуха;
плотность 1,2506 кг/м3 ( при 00С и 101325 н/м2 или 760 мм. рт. ст. ), tпл-
209,860С, tкип-195,80С. Азот сжижается с трудом: его критическая
температура довольно низка (-147,10С), а критическое давление высоко
3,39 Мн/м2 (34,6 кгс/см2);плотность жидкого азота 808
кг/м3. В воде азот менее растворим, чем кислород: при 00С в 1 м3 H2O
растворяется 23,3 г азота. Лучше, чем в воде, азот растворим в некоторых
углеводородах.
Только с такими активными металлами, как литий, кальций, магний, азот
взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С
большинством других элементов азот реагирует при высокой температуре и в
присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения азота с кислородом
N2O, NO, N2O3, NO2 и N2O5. Из них при непосредственном взаимодействии
элементов ( 40000С ) образуется окись NO, которая при охлаждении легко
окисляется далее до двуокиси NO2. В воздухе окислы азота образуются при
атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь азота с
кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого N2O3
и азотного N2O5 ангидридов соответственно получаются азотистая кислота
НNO2 и азотная кислота НNO3, образующие соли - нитриты и нитраты. С
водородом азот соединяется только при высокой температуре и в присутствии
катализаторов, при этом образуется аммиак NH3. Кроме аммиака, известны и
другие многочисленные соединения азота с водородом, например гидразин H2N-
NH2, диимид HN-NH, азотистоводородная кислота HN3 (H-N=N=N), октазон
N8H14 и др.; большинство соединений азота с водородом выделено только в
виде органических производных. С галогенами азот непосредственно не
взаимодействует, поэтому все галогениды азота получают косвенным путем,
например фтористый азот NF3 - при взаимодействии фтора с аммиаком. Как
правило, галогениды азота - малостойкие соединения ( за исключением NF3
); более устойчивы оксигалогениды азота - NOF, NOCI, NOBr, NO2F и NO2CI.
С серой также не происходит непосредственного соединения азота; азотистая
сера N4S4 получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При
взаимодействии раскаленного кокса с азотом образуется циан (СN)2.
Нагреванием азота с ацетиленом С2Н2 до 15000С может быть получен
цианистый водород HCN. Взаимодействие азота с металлами при высоких
температурах приводит к образованию нитридов (например, Mg3N2 ).
При действии на обычный азот электрических разрядов или при разложении
нитридов бора, титана, магния и кальция, а также при электрических
разрядах в воздухе может образоваться активный азот, представляющий собой
смесь молекул и атомов азота, обладающих повышенным запасом энергии. В
отличие от молекулярного, активный азот весьма энергично взаимодействует
с кислородом, водородом, парами серы, фосфором и некоторыми металлами.
Азот входит в состав очень многих важнейших органических соединений (
амины, аминокислоты, нитросоединения и др. ).
5. Получение и применение. В лаборатории азот легко может быть получен
при нагревании концентрированного нитрита аммония: NH4NO2 ( N2 + 2H2O.
Технический способ получения азота основан на разделении предварительно
сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.
Основная часть добываемого свободного азота используется для
промышленного производства аммиака, который затем в значительных
количествах перерабатывается на азотную кислоту, удобрения, взрывчатые
вещества и т. д. Помимо прямого синтеза аммиака из элементов,
промышленное значение для связывания азота воздуха имеет разработанный в
1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 10000С карбид кальция
(получаемый накаливанием смеси известии угля в электрической печи)
реагирует со свободным азотом: CaC2 + N2 ( CaCN2 + C. Образующийся
цианамид кальция при действии перегретого водяного пара разлагается с
выделением аммиака: CaCN2 + 3H2O ( CaCO3 + 2NH3.
Cвободный азот применяют во многих отраслях промышленности: как инертную
среду при разнообразных химических и металлургических процессах, для
заполнения свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке
горючих жидкостей и т. д. Жидкий азот находит применение в различных
холодильных установках. Его хранят и транспортируют в стальных сосудах
Дьюара, газообразный азот в сжатом виде - в баллонах. Широко применяют
многие соединения азота. Производство связанного азота стало усиленно
развиваться после 1-й мировой войны и сейчас достигло огромных масштабов.
6. Азотная кислота. Чистая азотная кислота HNO[pic]—бесцветная жидкость
плотностью 1,51 г/см[pic] при - 42 °С застывающая в прозрачную
кристаллическую массу. На воздухе она, подобно концентрированной соляной
кислоте, «дымит», так как пары ее образуют с 'влагой воздуха мелкие
капельки тумана,
Азотная кислота не отличается прочностью, Уже под влиянием света она
постепенно р
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
