Азот. 
Химия. В 2 ч. Часть 1. Общая и неорганическая химия

I. Общая характеристика.

Азот находится во втором ряду, втором периоде, в V группе, в главной (А) подгруппе. В периодической системе о нем имеются сведения: химический знак N — одна буква латинского названия, показывающая, что это азот, один его атом и 14 мае. ч; /l_r(N) = 14 — относительная атомная масса азота, показывающая, что масса его атома в 14 раз больше массы 1 а.е.м.; номер N = 7, т. е. в ядре атома семь протонов, а в электронной оболочке — семь электронов. Схема атома (+7)2е" 5е^_; полная электронная формула 1 $ 2 $ 2р^г краткая электронная формула …2&2]Р> графическая формула атома полная:

Из этой формулы следует, что ковалентность азота по обменному механизму равна III, а с учетом донорно-акцепторного — IV.

Краткая электронная формула возбужденного состояния N⁺: …2s^[2p*.

Краткая графическая формула этого состояния 1 М⁺:

Из этой формулы следует, что общая валентность атома азота равна V (четыре ковалентности по обменному механизму и одна электровалентность, а в сумме пять). Некоторые ученые считают, что максимальная валентность азота равна IV (это справедливо, если валентность полностью отождествлять с ковалентностью — см. 5.7).

Возможные степени окисления: -3, +1,+2, +3, +4, +5 (могут быть и другие значения С.О. для атома азота).

Л/(N) = 14 г/моль. Азот образует простое вещество N₂ (строение молекулы азота см. рис. 5.9). В молекуле между атомами азота реализуется тройная неполярная ковалентная связь по обменному механизму, одна из них сигма-, две пи-связи.

Возникает очень устойчивая электронная конфигурация, за счет которой химическая активность молекулярного азота крайне низка. Азот активно вступает в химические реакции только при сильном нагревании. Название «азот» означает «безжизненный», что связано с его неспособностью поддерживать дыхание. Однако это название не является правильным с той точки зрения, что без.

азота жизнь была бы принципиально невозможной, так как его атомы являются обязательными в молекулах белков и нуклеиновых кислот, которые являются неотъемлемой частью живого вещества. A/(N₂) = 28 г/моль.

II. Физические свойства.

Азот — газ без цвета, запаха и вкуса, трудно сжижается, плохо растворяется в воде, немного легче воздуха (почему!). При высоком давлении его растворимость в плазме крови сильно увеличивается (с этим явлением связана «кессонова болезнь»). Температура испарения (сжижения, конденсации) составляет -195,8 °С, температура кристаллизации (плавления) -210 °С.

III. Химические свойства.

Азот при обычных условиях химически инертен (почему?), однако при высоких температурах его химическая активность резко усиливается (почему?).

1. Он реагирует с металлами при сильном нагревании, образуя нитриды:

2. В особых условиях (высокое давление, 450 °C, катализатор — железо, восстановленное водородом, промотированное метаалюминатом калия) процесс обратим:

3. Взаимодействует с кислородом при 3000 °C (в условиях «обычного» горения эта реакция невозможна):

В природе эта реакция происходит при грозовых разрядах и является одним из способов связывания атмосферного азота. Другим путем связывания атмосферного азота является его усвоение клубеньковыми бактериями, живущими в клубеньках на корнях растений семейства бобовых (гороха, клевера и т. д.).

4. При нагревании реагирует с карбидом кальция, образуя цианамид:

ГУ. Получение.

В лаборатории азот получают разложением нитрита аммония или при нагревании смеси хлорида аммония и нитрита калия:

и другими методами.

В промышленности производство азота осуществляют ректификацией жидкого воздуха, при этом азот, как более легколетучее вещество (/_кип = -195,8 °С), переходит в газообразное состояние, а кислород остается жидким.

V. Применение, нахождение в природе.

Молекулярный азот применяют для получения аммиака цианамида кальция, нитридов металлов; для создания инертных сред (им заполняют электролампы) при перекачке горючих жидкостей; для азотирования сталей с целью повышения их устойчивости к коррозии (азотирование — обработка молекулярным азотом раскаленных изделий из черных металлов; образующиеся нитриды в дальнейшем препятствуют коррозии изделий из азотированных черных металлов).

В природе азот встречается в свободном состоянии (он составляет 78,16% от объема воздуха). Наличие азота в воздухе делает возможным существование в нем аэробных организмов, так как химическая активность входящего в состав воздуха кислорода снижается и делает скорость окисления приемлемой для организмов. Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот и некоторых других природных органических соединений, а также в состав нитрата натрия — чилийской селитры.

• ? Задания для самостоятельной работы
• 1. Поясните, почему азот был назван «безжизненным», также соответствие этого названия экологической роли элемента азота.
• 2. Поясните, почему при высоких температурах молекулярный азот становится химически активным.
• 3. Приведите два обоснованных примера, иллюстрирующих применение азота человеком.
• 4. Приведите два обоснованных примера, иллюстрирующих роль азота в природных экологических процессах.