Введение

Азот (от греч. ázōos - безжизненный, лат. Nitrogenium). Химический знак элемента – N. Азот - химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 7, атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса.

Распространённость в природе

Азот - один из самых распространённых элементов на Земле, причём 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 объёму (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 NH4Cl 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 счёт 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.

Изотопы, атом, молекула.

Азот - четвёртый по распространённости элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).

Природный Азот состоит из двух стабильных изотопов: 14N (99,635%) и 15N (0,365% ). Изотоп 15N применяют в химических и биохимических исследованиях в качестве меченого атома. Из искусственных радиоактивных изотопов Азот наибольший период полураспада имеет 13N (T1/2 = 10,08 мин), остальные весьма короткоживущие. В верхних слоях атмосферы, под действием нейтронов космического излучения, 14N превращается в радиоактивный изотоп углерода 14C. Этот процесс используют и в ядерных реакциях для получения 14C (см. Углерод). Внешняя электронная оболочка атома Азот состоит из 5 электронов (одной неподелённой пары и трёх неспаренных - конфигурация 2s22p3, см. Атом). Чаще всего Азот в соединениях Зх-ковалентен за счёт неспаренных электронов (как в аммиаке NH3). Наличие неподелённой пары электронов может приводить к образованию ещё одной ковалентной связи, и Азота становится 4-ковалентным (как в ионе аммония NH4+). Степени окисления Азота меняются от +5 (в N205) до -3 (в NH3). В обычных условиях в свободном состоянии Азот образует молекулу N2, где атомы N связаны тремя ковалентными связями. Молекула Азота очень устойчива: энергия диссоциации её на атомы составляет 942,9 кдж/моль (225,2 ккал/моль), поэтому даже при t около 3300°C степень диссоциации Азота составляет лишь около 0,1%.

Физические и химические свойства. Азот немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м3 (при 0°C и 101325 н/м2 или 760 мм рт. ст.), tпл -209,86°C, tкип -195,8?C. Азот сжижается с трудом: его критическая температура довольно низка (-147,1 °C), 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 0°C в 1 м3 Н2О 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 (4000 C0) 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 N2О3 и Азотного N2О5 ангидридов соответственно получаются Азотистая кислота HNO2 и Азотная кислота HNO3, 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=NºN), 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 только косвенным путём, 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, N02F и NO2CI. С серой также не происходит непосредственного соединения Азота; Азотистая сера N4S4 получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии раскалённого кокса с Азотом образуется циан (CN).;. Нагреванием Азота с ацетиленом C2H2 до 1500?C 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 [давление 130 - 270 н/м2 (1- 2 мм рт ст)] или при разложении нитридов В, Ti, Mg и Са, 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.).

Историческая справка

Соединения Азота - селитра, Азотная кислота, аммиак - были известны задолго до получения Азота в свободном состоянии. В 1772 Д. Резерфорд, сжигая фосфор и др. вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им "удушливым воздухом", не поддерживает дыхания и горения. В 1787 А. Лавуазье установил, что "жизненный" и "удушливый" газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название "Азот". В 1784 Г. Кавендиш показал, что Азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название Азота (от позднелатинское nitrum - селитра и греческое gennao - рождаю, произвожу), предложенное в 1790 Ж. А. Шапталем. К началу XIX в. были выяснены химическая инертность Азота в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного Азота. С тех пор "связывание" Азота воздуха стало одной из важнейших технических проблем химии.