ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

АЗОТ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


АЗОТ (от греч. а--приставка, здесь означающая отсутствие, и1010-3.jpg-жизнь; лат. Nitrogenium, от nitrum - селитра и греч. gennao - рождаю, произвожу) N, хим. элемент V гр. периодич. системы, ат. н. 7, ат. м. 14,0067. Прир. А. состоит из двух стабильных изотопов- 14N (99,635%) и 15N (0,365%). Конфигурация внеш. электронной оболочки 2s22p3; степень окисления от + 5 до — 3; энергия ионизации при последоват. переходе от № к N7+ соотв. 14,533, 29,600, 47,454, 77,470, 97,886, 552,070, 667,010 эВ; электроотрицательность по Полингу 3,05; радиусы: ковалентный 0,074 нм, Ван-дер-Ваальса 0,15нм, ионные (в скобках указаны координац. числа) для N3- 0,132 нм (4), для N3 + 0,030 нм (6), для N5+ 0,004 нм (3) и 0,027 нм (6).

Молекула А. двухатомна, связь между атомами тройная (длина 0,110 нм). Энергия термич. диссоциации молекулы велика (941,64 кДж/моль), поэтому диссоциация становится заметной лишь при очень высоких т-рах. Так, при 3000°С и нормальном давлении диссоциирована лишь 0,1% молекул.

Общее содержание А. в земной коре 1*10-2 % по массе. Наиб. часть А. находится в своб. состоянии в атмосфере (А-главная составная часть воздуха: 75,6% по массе или 78,09% по объему). В связанном состоянии А. встречается в воздухе, в водах рек, морей и океанов. В земной коре он образует три осн. типа минералов, содержащих ионы CN-, NO3- и NH+4. Пром. значение имеет натриевая (чилийская) селитра NaNO3, крупные залежи к-рой находятся в Чили; в сравнительно больших кол-вах встречается калиевая (индийская) селитра KNO3. В виде нейтральных и ионизир. атомов, а также в виде соед. [NO, (CN)2, NH3] А. обнаружен в составе газовых облаков комет, в туманностях и в атмосфере Солнца.

А. входит в состав всех живых организмов. В небольших кол-вах содержится в каменном угле (1,0-2,5%) и нефти (0,2-1,7%). Велико значение А. в жизнедеятельности растений и животных: в белках его до 17%, в организме человека в целом ок. 3%.

А. участвует в круговороте в-в в природе. Значит. его кол-во поступает в почву в результате жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий, способных переводить своб. А. в соединения (см. Азотфиксация), а также в результате нек-рых др. природных процессов. Проблема связывания атм. А. была решена в нач. 20 в. с освоением пром. синтеза NH3 из N2 воздуха и Н2.

А.-бесцв. газ; т. кип. - 195,80°С, т. пл. -210,00°С; плотн. 1,25046 кг/м3 (0°С), жидкого-0,808 г/см3 (-195,80°С); тройная точка: т-ра -210,00°С, давл. 125,03 гПа; tкрит-146,95°С, ркрит 3,9 МПа, dкрит 0,304 г/см3; уравнение температурной зависимости давления пара: lgp(MM рт.ст.) = 7,65894-359,093/7 (52-483 К); для газа С0p 29,125 ДжДмоль*К), 298191,498 Дж/(моль*К); теплопроводность 0,077 (82 К), 0,243 (273 К), 0,315 (373 К), 0,725 ВтДм * К) (1273 К);1010-4.jpg 1,000 (298 К), 1,445 (75 К). Для жидкого А. в контакте с воздухом1010-5.jpg8,5 Н/см (-196,15 °С).

В твердом состоянии при обычном давлении А. существует в двух модификациях: ниже — 237,54°С устойчива1010-6.jpg форма с кубич. решеткой типа СО (а = 0,5667 нм, пространств. группа Р213; плотн. 1,0265 г/см3 при - 252,50°С), выше — 237,54 °С-1010-7.jpg-форма с гексаген, решеткой типа MgO (а = 0,393нм, с = 0,650нм, пространств, группа Р63/ттс; плотн. 0,8792 г/см3 при -210,00°С);1010-8.jpgН° перехода 0,231 кДж/моль. Выше 350 МПа существует третья модификация с тетрагон. кристаллич. решеткой.

Р-римость А. в воде (см3 в 100 мл): 2,33 (0°С), 1,42 (40°С), 1,32 (60°С). В нек-рых углеводородах (гексане, гептане и др.) А. растворяется лучше, чем в воде. Растворимость в этаноле и метаноле при 0°С примерно такая же, как в воде.

Большая энергия диссоциации молекулярного А.-причин а исключительно малой его реакц. способности. Лишь с нек-рыми активными металлами (напр., с Li, Cs) А. реагирует при невысоких т-рах. С большинством др. простых в-в А. если и реагирует, то лишь при высокой т-ре, а иногда только при участии катализаторов.

Молекулярный А. может быть активирован соед. переходных металлов и затем превращен при обычных т-ре и давлении в NH3, гидразин или ароматич. амины. Наиб. активны в этих р-циях соед. Ti, V, Cr, Mo, Fe; восстановителями служат литий-, магний- или алюминийорг. соед., гидриды металлов, щелочные металлы, их аддукты с ароматич. углеводородами и др. Процесс проводят в апротонных средах (эфирах или углеводородах), при этом нек-рые системы [напр., (1010-9.jpg5-C5H5)2TiCl2-RMgHal] так активны, что поглощают А. с высокими скоростями даже при т-рах от — 100 до — 80 °С. При использовании в кач-ве катализаторов гидроксидов Ti(III) и Сг(П), амальгамы Na и соед. Мо А. удается восстановить в протонных средах (водно-мета-нольные р-ры щелочи).

Ключевая стадия всех этих р-ций - связывание А. в комплекс с соед. переходного металла, при к-ром активируется молекула N2. Известны комплексы, в к-рых с одним атомом металла координированы одна, две или три молекулы N2, напр. [СоН(N2){(С6Н5)3Р}3] цис-[Mo(N2)2{(CH3)2C6H5P}4], [Mo(N2)3{(C3H7)2C6H5P}3], а также биядерные комплексы, напр.

[{(1010-10.jpg-C5H5)2Ti(C6H5)2}2N2], [{Ru(NH3)5}2N2][BF4]4,

в к-рых азотный лиганд служит мостиком между двумя атомами металла. В большинстве этих комплексов группы М—N=N и М—N=N—M линейны.

С кислородом А. заметно взаимод. только выше 2000 °С с образованием NO, к-рый легко окисляется далее до NO2 (см. Азота оксиды). При действии ионизирующих излучений на смеси N2 с О2 образуются оксиды А., а в присут. воды-НNО3. О кислородных соед. А. см., напр., Азотистая кислота, Азотная кислота, Азотноватистая кислота, Нитраты неорганические.

С водородом А. реагирует лишь при высоких т-ре и давлении в присут. катализатора с образованием аммиака. Косвенными путями получены гидразин N2H4 и азотисто-водородная к-та HN3, образующая соли-азиды. Ниже -15°С существует тетразен H2NN=NNH2.

С галогенами А. непосредственно не реагирует. Однако косвенными путями можно получить соед. со связями N—Hal: галогенамины NHal3, NHHal2, NH2Hal и др., трифтораминоксид NOF3, нитрозилгалогениды NOHal, ни-трилгалогениды NO2Hal, галогеназиды N3Hal и др. Наиб. устойчивы NF3, NOF и NO2F (см. Азота фториды). Трихлорид азота (трихлорамин) NC13-ярко-желтая маслянистая жидкость; т. пл. -27°С, т. кип. 71 °С; d4201,653;1010-11.jpg 229 кДж/моль; взрывчат; раств. в бензоле, CS2, СС14, СНС13; получают взаимод. С12 с р-рами NH3 или NH4C1. Нитрози л хлорид NOC1-красно-оранжевый газ:т. пл. -59,6°С,т. кип. -6°С;плотн. 1,592 г/см3(-6°С);1010-12.jpg 52,5 кДж/моль; заметно диссоциирует на NO и С12 уже при ~20°С; с H2SO4 образует нитрозилсерную к-ту (NO)HSO4; является одним из компонентов царской водки. Получают его взаимод. HNO3 или NO2 с NaCl при нагр., а также р-цией NO с С12 при 40-50 °С в присут. А12О3. Используют как окислитель, хлорирующий и нитрующий агент, катализатор в орг. синтезе. Фторазид N3F-зеленовато-желтый газ, т. пл. — 154°С, т. кип. -82°С; хлоразид N3Cl-бесцв. газ, т. пл. - 100°С, т. кип. — 15°С; бромазид N3Вr-красная жидкость, т. пл. -45°С; иодазид N3I-желтые кристаллы.

С серой А. непосредственно не реагирует. Косвенными методами получены нитриды серы: N4S4- оранжево-желтые кристаллы, которые выше температуры плавления (179°С) или при ударе разлагаются со взрывом; весьма неустойчивый N5S5-красная жидкость; (SN)X, S2N2, S4N2, S5N6 и др.

При действии А. на раскаленный угольный кокс образуется дициан (CN)2. С металлами А. дает нитриды. При высокой т-ре А. взаимод. с Si, а также с Са, Sr, Ba, Ti, W, V, Сг, Mn, Zr, Та, Mo, U, РЗЭ. Азот с СаС2 образует при высокой т-ре CaCN,. Нагревая смесь соды с углем на воздухе, получают NaCN. При 1500°С А. взаимод. с ацетиленом, давая HCN.

А. входит в состав многочисл. орг. соед.-аминов, аминокислот, нитратов и др.

При действии электрич. разряда на молекулярный А. при давл. 130-260 Па может образоваться активный А.-смесь возбужденных молекул и атомов А. Он образуется также при взрыве смеси О2 и СО в присут. А., электрич. разряде в воздухе. Активный А. энергично взаимод. при комнатной температуре с атомарными кислородом и водородом, парами серы, белым фосфором и некоторыми металлами.

А. в лаборатории м. б. получен по р-циям: NH4NO2 -> N2 + 2Н2О (практически пользуются смесью р-ров NH4C1 и NaNO2); (NH4).Cr2O7 ->N2 + Cr2O3 + 4Н2О. Наиб. чистый А. получают термич. разложением NaN3. В пром-сти А. извлекают из воздуха (см. Воздуха разделение).

В неорг. соединениях А. в форме NH4 обнаруживают по желтому окрашиванию с Несслера реактивом и др. методами; в форме NO3 - пo синему окрашиванию с дифениламином, красному окрашиванию с бруцином и др.; в форме NO-2 -по красному окрашиванию реактива Грисса (р-р сульфаниловой к-ты и а-нафтиламина в разб. уксусной к-те).

Количественно А. определяют ионизационными методами, методом изотопного разбавления (см. Газовый анализ). А. также определяют, связывая его Li, Mg, Са или др. металлом либо окисляя кислородом в искровом разряде или в электрич. дуге с послед. поглощением образовавшегося NO2 р-ром щелочи. В форме NO-3 А. определяют гравиметрически с использованием в кач-ве осадителя нитрона, фотометрически с применением 2,4-фенолдисульфокислоты в конц. H2SO4 либо восстановлением цинком до NH3 с послед, его отгонкой в определенный объем р-ра к-ты. В форме NO2 А. определяют перманганатометрически или гравиметрически по кол-ву AgBr, а также фотометрически с реактивом Грисса; в форме нитридов-по кол-ву NH3, образовавшегося после растворения образца; в форме оксидов-по изменению объема газовой смеси после восстановления либо титриметрически после растворения в соответствующем жидком поглотителе.

Об определении А. в орг. соединениях см. Ван С лайка метод, Дюма метод, Къелъдаля метод, Прегля методы, Шёнигера методы.

Осн. область использования А.-синтез NH3. Своб. А. применяют как инертную среду при нек-рых хим. и металлургич. процессах, в овощехранилищах, при перекачивании горючих жидкостей. Жидкий А.-хладагент (в криостатах, вакуумных установках и др.).

Газообразный А. хранят в баллонах черного цвета с желтой надписью "азот", подчеркнутой коричневой полосой, жидкий А.-в сосудах Дьюара, также черного цвета.

Мировое произ-во А. ок. 72 млн. т/год (1978).

А. открыт Д. Резерфордом в 1772.


===
Исп. литература для статьи «АЗОТ»:
Шилов А. Е., "Успехи химии", 1974, т. 43, а 5, с. 863-902; Жаворонков Н. М., "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева", 1978, т. 23, в. 1, с. 9-22; Проблемы фиксации азота. Неорганическая и физическая химия. Биохимия, пер. с англ., М., 1982; Новое в химической фиксации азота, пер. с англ., М., 1983; Jones К, The chemistry of nitrogen, Oxf., 1975 (Pergamon texts in inorganic chemistry, v. II). Н. М. Жаворонков.

Страница «АЗОТ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков