Какие важнейшие свойства отражены в названиях химических элементов азот
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.
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.
Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2np3:
- N – 2s22p3
- P – 3s23p3
- As – 4s24p3
- Sb – 5s25p3
- Bi – 6s26p3
Основное и возбужденное состояние азота
При возбуждении атома азота электроны на s-подуровне распариваются и переходят на p-подуровень. Поскольку азот находится во втором периоде, то
3ий уровень у него отсутствует, что проявляется в особенностях электронной конфигурации возбужденного состояния.
Сравнивая возможности перемещения электронов у азота и фосфора, разница становится очевидна.
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.
Получение
В промышленности азот получают путем сжижения воздуха. В дальнейшем путем испарения их сжиженного воздуха получают азот.
Применяют и метод мембранного разделения, при котором через специальный фильтр из сжатого воздуха удаляют кислород.
В лаборатории методы не столь экзотичны. Чаще всего получают азот разложением нитрита аммония
NH4NO2 → (t) N2 + H2O
Также азот можно получить путем восстановления азотной кислоты активными металлами.
HNO3(разб.) + Zn → Zn(NO3)2 + N2 + H2O
Химические свойства
Азот восхищает – он принимает все возможные для себя степени окисления от -3 до +5.
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.
- Реакция с металлами
- Реакция с неметаллами
Без нагревания азот взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует и с другими металлами.
N2 + Li → Li3N (нитрид лития)
N2 + Mg → (t) Mg3N2
N2 + Al → (t) AlN
Важное практическое значение имеет синтез аммиака, который применяется в дальнейшим при изготовлении удобрений, красителей, лекарств.
N2 + H2 ⇄ (t, p) NH3
Аммиак
Бесцветный газ с резким едким запахом, раздражающим слизистые оболочки. Раствор концентрацией 10% аммиака применяется в медицинских целях,
называется нашатырным спиртом.
Получение
В промышленности аммиак получают прямым взаимодействием азота и водорода.
N2 + H2 ⇄ (t, p) NH3
В лабораторных условиях сильными щелочами действуют на соли аммония.
NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O
Химические свойства
Аммиак проявляет основные свойства, окрашивает лакмусовую бумажку в синий цвет.
- Реакция с водой
- Основные свойства
- Восстановительные свойства
Образует нестойкое соединение – гидроксид аммония, слабое основание. Оно сразу же распадается на воду и аммиак.
NH3 + H2O ⇄ NH4OH
Как основание аммиак способен реагировать с кислотами с образованием солей.
NH3 + HCl → NH4Cl (хлорид аммония)
NH3 + HNO3 → NH4NO3 (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.
NH3 + FeO → N2↑ + Fe + H2O
NH3 + CuO → N2↑ + Cu + H2O
Горение аммиака без катализатора приводит к образованию азота в молекулярном виде. Окисление в присутствии катализатора сопровождается
выделением NO.
NH3 + O2 → (t) N2 + H2O
NH3 + O2 → (t, кат) NO + H2O
Соли аммония
Получение
NH3 + H2SO4 → NH4HSO4 (гидросульфат аммония, избыток кислоты)
3NH3 + H3PO4 → (NH4)3PO4
Химические свойства
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
- Реакции с солями
- Реакция гидролиза
- Реакции разложения
NH4Cl + H2SO4 → (NH4)2SO4 + HCl↑
В реакциях с щелочами образуется гидроксид аммония – NH4OH. Нестойкое основание, которое легко распадается на воду и аммиак.
NH4Cl + KOH → KCl + NH3 + H2O
(NH4)2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + NH4Cl
В воде ион аммония подвергается гидролизу с образованием нестойкого гидроксида аммония.
NH4+ + H2O ⇄ NH4OH + H+
NH4OH ⇄ NH3 + H2O
NH4Cl → (t) NH3↑ + HCl↑
(NH4)2CO3 → (t) NH3↑ + H2O + CO2↑
NH4NO2 → (t) N2↑ + H2O
NH4NO3 → (t) N2O↑ + H2O
(NH4)3PO4 → (t) NH3↑ + H3PO4
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.
Получают N2O разложением нитрата аммония при нагревании:
NH4NO3 → N2O + H2O
Оксид азота I разлагается на азот и кислород:
N2O → (t) N2 + O2
Оксид азота II – NO
Окись азота – NO. Несолеобразующий оксид. При н.у. бесцветный газ, на воздухе быстро окисляется до оксида азота IV.
Получение
В промышленных масштабах оксид азота II получают при каталитическом окислении аммиака.
NH3 + O2 → (t, кат) NO + H2O
В лабораторных условиях – в ходе реакции малоактивных металлов с разбавленной азотной кислотой.
Cu + HNO3(разб.) → Cu(NO3)2 + NO + H2O
Химические свойства
На воздухе быстро окисляется с образованием бурого газа – оксида азота IV – NO2.
NO + O2 → NO2
Оксид азота III – N2O3
При н.у. жидкость синего цвета, в газообразной форме бесцветен. Высокотоксичный, приводит к тяжелым ожогам кожи.
Получение
Получают N2O3 в две стадии: сначала реакцией оксида мышьяка III с азотной кислотой, затем
охлаждением полученной смеси газов до температуры – 36 °C.
As2O3 + HNO3 → H3AsO4 + NO↑ + NO2↑
При охлаждении газов образуется оксид азота III.
NO + NO2 → N2O3
Химические свойства
Является кислотным оксидом. соответствует азотистой кислота – HNO2, соли которой называются нитриты (NO2-).
Реагирует с водой, основаниями.
H2O + N2O3 → HNO2
NaOH + N2O3 → NaNO2 + H2O
Оксид азота IV – NO2
Бурый газ, имеет острый запах. Ядовит.
Получение
В лабораторных условиях данный оксид получают в ходе реакции меди с концентрированной азотной кислотой. Также NO2 выделяется при
разложении нитратов.
Cu + HNO3(конц) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
Cu(NO3)2 → (t) CuO + NO2 + O2
Pb(NO3)2 → (t) PbO + NO2 + O2
Химические свойства
Проявляет высокую химическую активность, кислотный оксид.
- Окислительные свойства
- Реакции с водой и щелочами
Как окислитель NO2 ведет себя в реакциях с фосфором, углеродом и серой, которые сгорают в нем.
NO2 + C → CO2 + N2
NO2 + P → P2O5 + N2
Окисляет SO2 в SO3 – на этой реакции основана одна из стадий получения серной кислоты.
SO2 + NO2 → SO3 + NO
Оксид азота IV соответствует сразу двум кислотам – азотистой HNO2 и азотной HNO3. Реакции с
водой и щелочами протекают по одной схеме.
NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
NO2 + LiOH → LiNO3 + LiNO2 + H2O
Если растворение в воде оксида проводить в избытке кислорода, образуется азотная кислота.
NO2 + H2O + O2 → HNO3
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
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
Азот – это всем известный химический элемент, который обозначается буквой N. Этот элемент, пожалуй, основа неорганической химии, его начинают подробно изучать еще в 8 классе. В данной статье мы рассмотрим данный химический элемент, а также его свойства и типы.
История открытия химического элемента
Азот – это элемент, который впервые был представлен знаменитым французским химиком Антуаном Лавуазье. Но за звание первооткрывателя азота борются многие ученые, среди них и Генри Кавендиш, Карл Шееле, Даниэль Резерфорд.
Генри Кавендиш в результате опыта первым выделил химический элемент, но так и не понял, что он получил простое вещество. О своем опыте он сообщил Джозефу Пристли, который тоже проделывал ряд исследований. Вероятно, Пристли тоже удалось выделить этот элемент, но ученый не смог понять, что именно он получил, поэтому не заслужил звание первооткрывателя. Карл Шееле одновременно с ними проводил те же исследования, но не пришел к нужному выводу.
В том же году Даниэль Резерфорд сумел не только получить азот, но и описать его, опубликовать диссертацию и указать основные химические свойства элемента. Но даже Резерфорд так до конца и не понял, что он получил. Однако именно его считают первооткрывателем, потому что он был ближе всех к разгадке.
Происхождение названия азота
С греческого “азот” переводится как “безжизненный”. Именно Лавуазье трудился над правилами номенклатуры и решил так назвать элемент. В 18 веке про этот элемент было известно лишь то, что он не поддерживает ни реакций горения, ни дыхания. Поэтому данное название приняли.
В латинском языке азот называется “нитрогениум”, что в перевод означает “рождающий селитру”. Из латинского языка и появилось обозначение азота – буква N. Но само название во многих странах не прижилось.
Распространенность элемента
Азот – это, пожалуй, один из самых распространенных элементов на нашей планете, он занимает четвертое место по распространенности. Элемент также найден в солнечной атмосфере, на планетах Уран и Нептун. Из азота состоят атмосферы Титана, Плутона и Тритона. Помимо этого, атмосфера Земли состоит на 78-79 процентов из этого химического элемента.
Азот играет важную биологическую роль, ведь он необходим для существования растений и животных. Даже тело человека содержит от 2 до 3 процентов этого химического элемента. Входит в состав хлорофилла, аминокислот, белков, нуклеиновых кислот.
Жидкий азот
Жидкий азот – это бесцветная прозрачная жидкость, является одним из агрегатных состояний химического вещества. Жидкий азот широко используется в промышленности, строительстве и медицине. Он используется при заморозке органических материалов, охлаждения техники, а в медицине для удаления бородавок (эстетическая медицина).
Жидкий азот не токсичен, а также не взрывоопасен.
Молекулярный азот
Молекулярный азот – это элемент, который содержится в атмосфере нашей планеты и образует большую ее часть. Формула молекулярного азота – N2. Такой азот вступает в реакции с другими химическими элементами или веществами только при очень высокой температуре.
Физические свойства
При нормальных условиях химический элемент азот – это газ, который не имеет запаха, цвета, а также практически не растворим в воде. Азот жидкий по своей консистенции напоминает воду, такой же прозрачный и бесцветный. У азота есть еще одно агрегатное состояние, при температуре ниже -210 градусов он превращается в твердое тело, образует много больших белоснежных кристаллов. Поглощает кислород из воздуха.
Химические свойства
Азот относится к группе неметаллов и перенимает свойства у других химических элементов из этой группы. Как правило, неметаллы не являются хорошими проводниками электричества. Азот образует различные оксиды, например NO (моноокисид). NO или окись азота является мышечным релаксантом (вещество, которое значительно расслабляет мускулатуру и при этом не оказывает никакого вреда и иных влияний на организм человека). Оксиды, где содержится больше атомов азота, например N2O – это веселящий газ, чуть-чуть сладковатый на вкус, который используется в медицине как анестезирующее средство. Однако уже оксид NO2 не имеет никакого отношения к первым двум, ведь это довольно вредный выхлопной газ, который содержится в выхлопах автомобилей и серьезно загрязняет атмосферу.
Азотная кислота, которую образуют атомы водорода, азота и три атома кислорода, является сильной кислотой. Ее широко используют в производстве удобрений, в ювелирном деле, органическом синтезе, военной промышленности (производство взрывчатых веществ, ракетного топлива и синтеза отравляющих веществ), производстве красителей, лекарств и др. Азотная кислота очень вредна для организма человека, на коже оставляет язвы и химические ожоги.
Люди ошибочно полагают, что углекислый газ – это азот. На самом деле, по своим химическим свойствам элемент реагирует лишь с небольшим количеством элементов при нормальных условиях. А углекислый газ – это оксид углерода.
Применение химического элемента
Азот в жидком состоянии применяют в медицине для лечения холодом (криотерапии), а также в кулинарии как хладагент.
Этот элемент также нашел широкое применение в промышленности. Азот – это газ, который взрыво- и пожаробезопасен. Помимо этого, он препятствует гниению и окислению. Сейчас азот используют в шахтах с целью создания взрывобезопасной среды. Газообразный азот применяют в нефтехимии.
В химической промышленности без азота обойтись очень нелегко. Его используют для синтеза различных веществ и соединений, например некоторых удобрений, аммиака, взрывчатых веществ, красителей. Сейчас большое количество азота используют для синтеза аммиака.
В пищевой промышленности это вещество зарегистрировано как пищевая добавка.
Смесь или чистое вещество?
Даже ученые первой половины 18 века, которым удалось выделить химический элемент, думали, что азот – это смесь. Но существует большая разница между этими понятиями.
Чистое вещество имеет целый комплекс постоянных свойств, таких как состав, физические и химические свойства. А смесь – это соединение, в которое входит два или больше химических элемента.
Сейчас мы знаем, что азот – это чистое вещество, так как он является химическим элементом.
При изучении химии очень важно понять, что азот является основой всей химии. Он образует различные соединения, которые всем нам встречаются, это и веселящий газ, и бурый газ, и аммиак, и азотная кислота. Недаром химия в школе начинается именно с изучения такого химического элемента, как азот.
Источник
Общая характеристика химических
элементов подгруппы азота
Подгруппа азота (пниктогены) – V группа, главная подгруппа «А» – азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут.
НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ |
Содержание в земной коре: азот – 0,01%, фосфор – |
Свойства элементов V-A подгруппы
Элемент | Азот | Фосфор | Мышьяк | Сурьма | Висмут |
Свойство | |||||
Порядковый номер элемента | 7 | 15 | 33 | 51 | 83 |
Относительная атомная масса | 14,007 | 30,974 | 74,922 | 121,75 | 208,980 |
Температура плавления,С0 | -210 | 44,1 | 817 | 631 | 271 |
Температура кипения,С0 | -196 | 280 | 613 | 1380 | 1560 |
Плотность г/см3 | 0,96 | 1,82 | 5,72 | 6,68 | 9,80 |
Степени окисления | +5, +3,-3 | +5, +3,-3 | +5, +3,-3 | +5, +3,-3 | +5, +3,-3 |
1. Строение атомов химических
элементов
Название химического элемента | Схема | Электронное | Формула | Формула RH3 |
1. Азот | N+7)2)5 | …2s22p3 | N2O5 | NH3 |
2. Фосфор | P+15)2)8)5 | …3s23p3 | P2O5 | PH3 |
3. Мышьяк | As+33)2)8)18)5 | …4s24p3 | As2O5 | AsH3 |
4. Сурьма | Sb+51)2)8)18)18)5 | …5s25p3 | Sb2O5 | SbH3 |
5. Висмут | Bi+83)2)8)18)32)18)5 | …6s26p3 | Bi2O5 | BiH3 |
Наличие трех
неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне объясняет то, что в
нормальном, невозбужденном состоянии валентность элементов подгруппы азота
равна трем.
У атомов
элементов подгруппы азота (кроме азота – внешний уровень азота состоит только
из двух подуровней – 2s и 2p) на внешних энергетических уровнях имеются
вакантные ячейки d-подуровня, поэтому они могут распарить один электрон с
s-подуровня и перенести его на d-подуровень. Таким образом, валентность
фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута равна 5.
Элементы группы
азота образуют с водородом соединения состава RH3, а с кислородом
оксиды вида – R2O3 и R2O5. Оксидам
соответствуют кислоты HRO2 и HRO3 (и ортокислоты H3PO4,
кроме азота).
Высшая степень окисления этих элементов равна +5, а низшая -3.
Так как заряд ядра атомов увеличивается, число
электронов на внешнем уровне постоянно, число энергетических уровней в атомах
растёт и радиус атома увеличивается от азота к висмуту, притяжение
отрицательных электронов к положительному ядру ослабевает и способность к отдаче электронов
увеличивается, и, следовательно, в подгруппе азота с ростом порядкового номера
неметаллические свойства убывают, а металлические усиливаются.
Азот
– неметалл, висмут – металл. От азота к висмуту прочность соединений RH3
уменьшается, а прочность кислородных соединений возрастает.
Наибольшее значение среди
элементов подгруппы азота имеют азот и
фосфор .
Азот, физические и химические свойства, получение и применение
1. Азот – химический
элемент
N +7)2)5
1s22s22p3 незавершённый внешний уровень, p-элемент, неметалл
Ar(N)=14
2. Возможные степени
окисления
Из-за наличия трёх
неспаренных электронов азот очень активен, находится только в виде соединений.
Азот проявляет в соединениях степени окисления от «-3» до «+5»
3. Азот – простое
вещество, строение молекулы, физические свойства
Азо́т (от греч. ἀζωτος — безжизненный, лат. Nitrogenium), вместо предыдущих названий
(«флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан
Лавуазье. Как показано выше, в то время уже было известно, что азот не поддерживает
ни горения, ни дыхания. Это свойство и сочли наиболее важным. Хотя впоследствии
выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ,
название сохранилось во французском и русском языках.
N2 – ковалентная неполярная связь, тройная
(σ, 2π), молекулярная кристаллическая решётка
Тройная связь | Энергия связи 945 кДж/моль |
Вывод:
1. Малая реакционная
способность при обычной температуре
2. Газ, без цвета,
запаха, легче воздуха
Mr(Bоздуха)/Mr(N2) = 29/28
4. Химические свойства
азота
N – окислитель ( 0 → -3) | N – восстановитель (0 → +5) |
1. С металлами образуются нитриды MxNy – при нагревании с Mg и щелочно-земельными и щелочными: 3Сa + N2 = Ca3N2 (при t) – c Li при к t комнатной Нитриды разлагаются Са3N2 2. С водородом 3H2+N2 ↔ 2NH3 (условия – T, p, kat) | N2 + O2 ↔ 2 NO – Q (при t= 2000 C) Азот не реагирует с |
5. Получение:
В промышленности азот получают из воздуха. Для этого
воздух сначала охлаждают, сжижают, а жидкий воздух подвергают перегонке
(дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (–195,8°C), чем другого
компонента воздуха — кислорода (–182,9°C), поэтому при осторожном нагревании
жидкого воздуха азот испаряется первым. Потребителям газообразный азот
поставляют в сжатом виде (150 атм. или 15 МПа) в черных баллонах, имеющих
желтую надпись «азот». Хранят жидкий азот в сосудах Дьюара.
В лаборатории чистый («химический») азот получают
добавляя при нагревании насыщенный раствор хлорида аммония NH4Cl к
твердому нитриту натрия NaNO2:
NaNO2 + NH4Cl = NaCl + N2
+ 2H2O.
Можно также нагревать
твердый нитрит аммония:
NH4NO2 = N2 + 2H2O. ОПЫТ
6. Применение:
В промышленности газ
азот используют главным образом для получения аммиака. Как химически инертный
газ азот применяют для обеспечения инертной среды в различных химических и
металлургических процессах, при перекачке горючих жидкостей. Жидкий азот широко
используют как хладагент, его применяют в медицине, особенно в косметологии.
Важное значение в поддержании плодородия почв имеют азотные минеральные
удобрения.
7. Биологическая роль
Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений,
он входит в состав белков (16—18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот,
нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина
и др. В составе живых клеток по числу атомов азота
около 2%, по массовой доле – около 2,5 % (четвертое место после водорода,
углерода и кислорода). В связи с этим значительное количество связанного азота
содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и
океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9·1011 т. В
результате процессов гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии
благоприятных факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи
полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с
примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.
Тренажёр №1 “Простое вещество азот”
Тренажёр №2 “Характеристика азота по положению
в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева”
Задания для закрепления
№1. Осуществите
превращения по схеме:
N2→Li3N→NH3
№2. Составьте уравнения реакции
взаимодействия азота с кислородом, магнием и водородом. Для каждой реакции
составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
№3. В одном цилиндре находится газ азот, в другом –
кислород, а в третьем – углекислый газ. Как различить эти газы?
№4. В некоторых горючих газах содержится в виде примеси свободный азот. Может
ли при сгорании таких газов в обыкновенных газовых плитах образоваться оксид
азота (II). Почему?
Источник