Какие свойства проявляет 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 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.
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
Ключевые слова конспекта: свойства простых веществ, азот, строение и физические свойства, химические свойства, производство и применение азота.
Азот – элемент группы VA. Его важнейшие параметры приведены в таблице.
Таблица «Важнейшие параметры элемента азот»
На валентном энергетическом уровне атома азота нет вакантных орбиталей. Следовательно, электронная пара 2s-подуровня не может быть распарена, и поэтому азот в своих соединениях не может быть пятивалентным. Максимальная валентность азота в соединениях – IV.
Азот проявляет степени окисления от –3 (низшей) до +5 (высшей). Примеры соединений с различными степенями окисления азота приведены в таблице.
Примеры веществ с различными степенями окисления азота и фосфора
СТРОЕНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА
Для азота не характерна аллотропия, элемент азот образует одно простое вещество – N2. Это молекулярное вещество, молекула азота образована двумя атомами азота, связь – ковалентная неполярная, тройная (одна σ- и две π-связи):
Тройная связь в молекуле азота чрезвычайно прочна, её энергия составляет 946 кДж/моль. Именно это обусловливает крайне низкую реакционную способность азота.
Молекулярный азот – газ (при обычных условиях), без цвета, без запаха, чуть легче воздуха (DB = 28/29 ≈ 0,966), плохо растворим в воде.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА
Электроотрицательность элемента азота довольно высока, но химическая активность азота – простого вещества крайне низкая. Это обусловлено прочностью тройной связи в молекуле азота.
Химические свойства азота представлены в таблице ниже. В обычных условиях азот взаимодействует только с литием Li, при нагревании азoт реагирует с металлами с образованием нитридов. Если говорить о неметаллах, то азот реагирует с водородом и кислородом. С водородом реакция идёт при нагревании и повышенном давлении, требуется катализатор.
Реакция азота с кислородом начинается при температуре 3000–4000 °С, но даже при температуре 4000 °С содержание NO составляет всего около 10%. В отличие от других реакций кислорода с простыми веществами, эта реакция – эндотермическая, на образование 1 моль NO требуется 90 кДж. Обычно реакцию с кислородом осуществляют в электрической дуге, но всё равно она идёт с незначительным выходом продукта.
ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТА
В промышленности азот получают методом разделения жидкого воздуха на компоненты. Лабораторным способом получения азота является термическое разложение нитрита аммония:
Эта реакция относится к типу конпропорционирования: восстановителем является азот в составе иона аммония (N–3), а окислителем – азот в составе нитрит-иона (N+3).
Применение азота. Большая часть азота (примерно 3/4) расходуется для синтеза аммиака, который, в свою очередь, используется для получения удобрений.
Применение газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азoт пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению.
В лабораториях азот применяется для создания инертной среды при проведении некоторых реакций.
В нефтехимии его применяют для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений.
В горнодобывающем деле азот может использоваться для создания в шахтах взрыво–безопасной среды, для распирания пластов породы.
В производстве электроники его применяют для продувки областей, не допускающих наличия окисляющего кислорода.
Aзот используется в коксовом производстве («сухое тушение кокса») при выгрузке кокса из коксовых батарей, а также для «передавливания» топлива в ракетах из баков в насосы или двигатели.
В пищевой промышленности азот используется как газ, наполняющий упаковки, как хладагент.
Газообразным азотом заполняют камеры шин летательных аппаратов.
В жидком азоте, имеющем температуру – 196 °С, хранят в медицинских и исследовательских целях клетки, органы, ткани, другие биологические объекты. Жидкий азот применяют в косметологии для удаления бородавок и родинок.
Конспект урока «Свойства простых веществ: Азот».
Следующая тема: «Свойства простых веществ: Фосфор».
Источник
Азот находится в V группе главной подгруппе периодической таблицы химических элементов. Ядро атома азота окружено двумя слоями электронов: первый содержит два электрона, второй, внешний, слой – пять электронов. Таким образом, максимальное число электронов, которое может отделиться от атома азота при химических реакциях, составляет пять, а число электронов, которые могут присоединиться, равно трем.
Из всего выше сказанного следует, что неметаллические свойства азота менее выражены, чем у кислорода и серы. Однако он также способен проявлять окислительные и восстановительные свойства. Характерные степени окисления от +1 до +5. Атом азота соединяется одинарными ковалетными связями с одновалентными атомами других элементов (NH3). Для атома азота характерна чаще валентность III, т.е. чаще всего в химических реакциях азот выступает в качестве окислителя.
Молекула азота состоит из двух атомов, между которыми реализуется тройная связь, поэтому молекула очень прочная. По этой причине азот малоактивен.
I. Окислительные свойства
- Он вступает в химические взаимодействия с металлами. В нормальных условиях он реагирует только с литием, с другими металлами при повышенных температурах. Соединения металлов с азотом называются нитридами.
6Li + N2 → 2Li3N
2Fe + N2 → 2FeN - Реагирует с водородом при определенных условиях. Остановимся более подробно на этих условиях.
Давайте пропустим смесь водорода и азота через стеклянную трубку. Теперь положите в трубочку порошок железа и снова пропустите через трубочку смесь водорода и азота. При комнатной температуре мы опять не замечаем образования аммиака. Нагрейте трубку. В присутствии железного порошка теперь образуется аммиак. Это видно по запаху и по изменению цвета фенолфталеина (он становится малиновым) в поглощающей колбе, прикрепленной к выходному отверстию трубки. Железо в этой реакции не расходуется, оно служит катализатором.
Таким образом, необходимыми условиями для реакции соединения азота с водородом являются: катализатор и нагревание.
N2 + 3H2 ⟷2NH3 + Q
Данная реакция относится к равновесным химическим процессам: на примере этой реакции легче всего понять смысл скорости химической реакции и смещения химического равновесия.
II. Восстановительные свойства
При высоких температурах азот вступает в реакцию с кислородом. Пропустим через воздух электрические искры. Появляется желтое «пламя» и образуется газ с резким запахом. При температуре искры азот соединяется с кислородом, с образованием окиси азота (II).
N2 + O2 → 2NO
Азот не взаимодействует с галогенами и серой, но галогениды и сульфиды могут быть получены побочным способом. С водой, кислотами и щелочами азот так же не взаимодействует.
Смотри также:
- Номенклатура неорганических веществ
- Характерные химические свойства простых веществ – металлов: щелочных, щелочноземельных, магния, алюминия; переходных металлов (меди, цинка, хрома, железа)
- Характерные химические свойства простых веществ – неметаллов: водорода, галогенов, кислорода, серы, азота, фосфора, углерода, кремния
- Характерные химические свойства оксидов: оснóвных, амфотерных, кислотных
- Характерные химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов
- Характерные химические свойства кислот
- Характерные химические свойства солей: средних, кислых, оснóвных; комплексных ( на примере соединений алюминия и цинка)
- Взаимосвязь различных классов неорганических веществ
Источник
Азот
Азот (N2) был открыт Дж. Пристли в 1774 г. Название “азот” в переводе с греческого означает “безжизненный”. Оно обусловлено тем, что азот не поддерживает процессы горения и дыхания. Но для всех основных процессов жизнедеятельности растительных и живых оргнизмов азот крайне важен.
Характеристика элемента
7N 1s22s22p3
Ar = 14,0076
Изотопы: 14N (99,635%); 15N (0,365%)
Кларк в земной коре 0,01 % по массе. В атмосфере 78,09 % по объему (75,6 % по массе).
Азот входит в состав живой материи (белки, нуклеиновые кислоты и др. ОВ).
В гидросфере азот присутствует в виде нитратов (NО3). Атомы азота занимают 5-е место по распространенности во Вселенной.
N-3 | N0 | N+1 | N+2 | N+3 | N+4 | N+5 |
NH3 аммиак | N2 молекулярный азот | N2O несолеобразующий оксид | NO несолеобразующий оксид | N2O3 непрочный кислотный оксид | NO2 → N2O4 кислотный оксид | N2O5 непрочный кислотный оксид |
Соли аммония; МеxNy нитриды | HNO2 азотистая кислота | HNO3 азотная кислота Ме(NO3)x нитраты |
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:
NH4NО2 = N2↑ + 2Н2О
(NH4)2Cr2О7 = N2↑ + Cr2О3 + 4Н2О
3. Окисление аммиака и солей аммония:
4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О
8NH3 + ЗВr2 = N2 + 6NH4Br
NH4Cl + NaNO2 = N2 + NaCl + 2Н2О
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).
1. Взаимодействие с металлами:
Реакции образования нитридов щелочных и щелочноземельных Me протекают как с чистым азотом, так и при горении металлов на воздухе
N2 + 6Li = 2Li3N
N2 + 6Cs = 2Cs3N
N2 + 3Mg = Mg3N2
2. Взаимодействие с водородом (реакция имеет большое практическое значение):
N2 + ЗН2 = 2NH3 аммиак
3. Взаимодействие с кремнием и углеродом
2N2 + 3Si = Si3N4 нитрид кремния (IV)
N2 + 2C = (CN)2 дициан
2N2 + 5C + 2Na2CО3 = 4NaCN + 3CО2↑ цианид натрия
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:
N2 + О2 = 2NO
Реакция сильно обратимая; прямая протекает с поглощением тепла (эндотермичная).
Источник