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 азот, 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.).

Получение и применение. В лаборатории азот легко может быть получен при нагревании концентрированного раствора нитрита аммония: NH4NO2 - N2 + 2H2О. 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 1000оC карбид кальция (получаемый накаливанием смеси извести и угля в электрической печи) реагирует со свободным азотом: СаС2 + N2 = CaCN2 + С. Образующийся цианамид кальция при действии перегретого водяного пара разлагается с выделением аммиака:

CaCN+ЗН2О=СаСО3+2NH3.

Свободный 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.

Фосфор (лат. Phosphorus), Р, химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 15, атомная масса 30,97376, неметалл. Природный фосфор состоит из одного стабильного изотопа 31P; получено шесть искусственных радиоактивных изотопов: 28P (T1/2 - 6,27 сек), 29P (T1/2 - 4,45 сек); 30P (T1/2 - 2,55 мин), 31P (T1/2 - 14,22 сут), 32P (T1/2 - 25 сут), 33P (T1/2 - 12,5 сек). Наибольшее значение имеет 32P, обладающий значительной энергией b-излучения и применяемый в химических и биохимических исследованиях в качестве меченого атома.

Историческая справка. По некоторым литературным данным, способ получения фосфор был известен ещё араб. алхимикам 12 в. Но общепринятой датой открытия фосфора считается 1669, когда Х. Бранд (Германия) при прокаливании с песком сухого остатка от выпаривания мочи и последующей перегонкой без доступа воздуха получил светящееся в темноте вещество, названное сначала "холодным огнем", а позднее фосфор от греч. phosphóros - светоносный. Вскоре способ получения фосфора стал известен нем. химикам - И. Крафту, И. Кункелю; в 1682 об этом способе было опубликовано. В 1743 А. С. Маргграф разработал следующий способ получения фосфора.: смесь хлорида свинца с мочой выпаривалась досуха и нагревалась до прекращения выделения летучих продуктов; остаток смешивали с древесным углём в порошке и подвергали перегонке в глиняной реторте; пары фосфора конденсировались в приёмнике с водой. Наиболее простой метод получения фосфора прокаливанием костяной золы с углём был предложен лишь в 1771 К. Шееле. Элементарную природу фосфора установил А. Лавуазье. Во 2-й половине 19 в. возникло промышленное производство фосфора из фосфоритов в ретортных печах; в начале 20 в. они были заменены электрическими печами.

Распространение в природе. Среднее содержание фосфора в земной коре (кларк) - 9,3×10-2% по массе; в средних горных породах 1,6×10-1, в основных породах 1,4×10-1, меньше в гранитах и др. кислых изверженных породах - 7×10-2 и ещё меньше в ультраосновных породах (мантии) - 1,7×10-2%; в осадочных горных породах от 1,7×10-2 (песчаники) до 4×10-2% (карбонатные породы). Фосфор принимает участие в магматических процессах и энергично мигрирует в биосфере. С обоими процессами связаны его крупные накопления, образующие промышленные месторождения апатитов и фосфоритов. Фосфор - исключительно важный биогенный элемент, он накапливается многими организмами. С биогенной миграцией связаны многие процессы концентрации фосфора в земной коре. Из вод фосфор легко осаждается в виде нерастворимых минералов или захватывается живым веществом. Поэтому в морской воде лишь 7×10-6% фосфора. Известно около 180 минералов фосфора, в основном - это различные фосфаты, из которых наиболее распространены фосфаты кальция .

Физические свойства. Элементарный фосфор существует в виде нескольких аллотропических модификаций, главная из которых - белая, красная и чёрная. Белый фосфор - воскообразное, прозрачное вещество с характерным запахом, образуется при конденсации паров фосфора. Белый фосфор в присутствии примесей - следов красного фосфора, мышьяка, железа и т.п. - окрашен в жёлтый цвет, поэтому товарный белый фосфор. называется жёлтым. Существуют две формы белого фосфора: a- и b-форма. a-модификация представляет собой кристаллы кубической системы (а - 18,5 ); плотность 1,828 г/см3, tпл 44,1 °C, tкип 280,5 оC, теплота плавления 2,5 кдж/моль P4 (0,6 ккал/моль P4), теплота испарения 58,6 кдж/моль Р4(14,0 ккал/моль P4), давление пара при 25 °C 5,7 н/м2 (0,043 мм рт. ст.). Коэффициент линейного расширения в интервале температур от 0 до 44 °C равен 12,4×10-4, теплопроводность 0,56 вт/(м×К) [1,1346×10-3 кал/(см×сек×°C)] при 25 °C. По электрическим свойствам белый фосфор. близок к диэлектрикам: ширина запрещенной зоны около 2,1 эв, удельное электросопротивление 1,54×1011 ом×см, диамагнитен, удельная магнитная восприимчивость - 0,86×10-6. Твёрдость по Бринеллю 6 Мн/м2 (0,6 кгс/мм2). a-форма белого фосфора хорошо растворяется в сероуглероде, хуже - в жидком аммиаке, бензоле, четырёххлористом углероде и др. При - 76,9 °C и давлении 0,1 Мн/м2 (1 кгс/см2) a-форма переходит в низкотемпературную b-форму (плотность 1,88 г/см3). С повышением давления до 1200 Мн/м2 (12 тыс. кгс/см2) переход происходит при 64,5 °C. b-форма - кристаллы с двойным лучепреломлением, их структура окончательно не установлена. Белый фосфор ядовит: на воздухе при температуре около 40 °C самовоспламеняется, поэтому его следует хранить под водой (растворимость в воде при 25 °C 3,3×10-4%). Нагреванием белого фосфора без доступа воздуха при 250-300 °C в течение нескольких часов получают красный фосфор. Переход экзотермичен, ускоряется ультрафиолетовыми лучами, а также примесями (иод, натрий, селен). Обычный товарный красный фосфор практически полностью аморфен; имеет цвет от тёмно-коричневого до фиолетового. При длительном нагревании, необратимо может переходить в одну из кристаллических форм (триклинную, кубическую и др.) с различными свойствами: плотностью от 2,0 до 2,4 г/см3, tпл от 585 до 610 °C при давлении в несколько десятков атмосфер, температурой возгонки от 416 до 423 °C, удельным электросопротивлением от 109 до 1014 ом×см. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется; вплоть до температуры 240-250 °C, но самовоспламеняется при трении или ударе; нерастворим в воде, а также в бензоле, сероуглероде и др., растворим в трибромиде фосфора. При температуре возгонки красный фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый фосфор.