Какие важнейшие свойства отражены в названиях химических элементов азот
Таблица
=>>
v
Даниэль Резерфорд
шотландский химик, ботаник и врач (1749–1819 )
(фото сайта physchem.chimfak.rsu.ru)
Твердый азот можно получить быстрым испарением жидкого в сосуде Дьюара
(фото сайта periodictable.ru/)
История открытия:
Азот (англ. Nitrogen, франц. Azote, нем. Stickstoff) был открыт почти одновременно несколькими исследователями. Кавендиш получил азот из воздуха (1772), пропуская последний через раскаленный уголь, а затем через раствор щелочи для поглощения углекислоты. Кавендиш не дал специального названия новому газу, упоминая о нем как о мефитическом воздухе (лат. — mephitis — удушливое или вредное испарение земли). Официально открытие азота обычно приписывается Резерфорду, опубликовавшему в 1772 г. диссертацию «О фиксируемом воздухе, называемом иначе удушливым», где впервые описаны некоторые химические свойства азота. В эти же годы Шееле получил азот из атмосферного воздуха тем же путем, что и Кавендиш. Он назвал новый газ испорченным воздухом (Verdorbene Luft). Пристли (1775) назвал азот флогистированным воздухом (Air phlogisticated). Лавуазье в 1776-1777 гг. подробно исследовал состав атмосферного воздуха и установил, что 4/5 его объема состоят из удушливого газа (Air mofette).
Лавуазье предложил назвать элемент «азот» от отрицательной греческой приставки «а» и слова жизнь «зоэ», подчеркивая его неспособность поддерживать дыхание. В 1790 году для азота было предложено название «нитроген» (nitrogene — «образующий селитру»), что и стало в дальнейшем основой международного названия элемента (Nitrogenium) и символа азота — N.
Нахождение в природе, получение:
Азот в природе встречается главным образом в свободном состоянии. В воздухе объемная доля его составляет 78,09%, а массовая доля — 75,6%. Соединения азота в небольших количествах содержатся в почвах. Азот входит в состав белковых веществ и многих естественных органических соединений. Общее содержание азота в земной коре 0,01%.
В атмосфере азота содержится примерно 4 квадрильона (4·1015) тонн, а в океанах — около 20 триллионов (20·1012) тонн. Незначительная часть этого количества — около 100 миллиардов тонн — ежегодно связывается и включается в состав живых организмов. Из этих 100 миллиардов тонн связанного азота только 4 миллиарда тонн содержится в тканях растений и животных — все остальное накапливается в разлагающих микроорганизмах и в конце концов возвращается в атмосферу.
В технике азот получают из воздуха. Для получения азота воздух переводят в жидкое состояние, а затем испарением отделяют азот от менее летучего кислорода (tкипN2 = -195,8°С, tкипO2 = -183°С)
В лабораторных условиях чистый азот можно получить разлагая нитрит аммония или смешивая при нагревании растворы хлорида аммония и нитрита натрия:
NH4NO2
N2 + 2H2O; NH4Cl + NaNO2
NaCl + N2 + 2H2O.
Физические свойства:
Природный азот состоит из двух изотопов: 14N и 15N. При обычных условиях азот — газ без цвета, запаха и вкуса, немного легче воздуха, плохо растворяется в воде (в 1 л воды растворяется 15,4 мл азота, кислорода — 31 мл). При температуре -195,8°C азот переходит в бесцветную жидкость, а при температуре -210,0°C — в белое твердое вещество. В твердом состоянии существует в виде двух полиморфных модификаций: ниже -237,54°C устойчива форма с кубической решеткой, выше — с гексагональной.
Энергия связи атомов в молекуле азота очень велика и составляет 941,6 кДж/моль. Расстояние между центрами атомов в молекуле 0,110 нм. Молекула N2 диамагнитна. Это свидетельствует о том, что связь между атомами азота тройная.
Плотность газообразного азота при 0°C 1,25046 г/дм3
Химические свойства:
При обычных условиях азот — химически малоактивное вещество из-за прочной ковалентной связи. В обычных условиях реагирует только с литием, образуя нитрид:
6Li + N2 = 2Li3N
С повышением температуры активность молекулярного азота увеличивается, при этом он может быть может быть и окислителем (с водородом, металлами), и восстановителем (с кислородом, фтором). При нагревании, повышенном давлении и в присутствии катализатора азот взаимодействует с водородом образуя аммиак:
N2 + 3H2 = 2NH3
С кислородом азот соединяется только в электрической дуге с образованием оксида азотa(II): N2 + O2 = 2NO
В электрическом разряде возможна и реакция со фтором: N2 + 3F2 = 2NF3
Важнейшие соединения:
Азот способен образовывать химические соединения, находясь во всех степенях окисления от +5 до -3. Соединения в положительных степенях окисления азот образует с фтором и кислородом, причем в степенях окисления больше +3 азот может находиться только в соединениях с кислородом.
Аммиак, NH3 — бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворяется в воде («нашатырный спирт»).
Аммиак обладает основными свойствами, взаимодействует с водой, галогеноводородами, кислотами:
NH3 + H2O NH3*H2O NH4+ + OH — ; NH3 + HCl = NH4Cl
Один из типичных лигандов в комплексных соединениях:
Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2 (фиол., р-рим)
Восстановитель:
2NH3 + 3CuO 3Cu + N2 + 3H2O.
Гидразин — N2H4 (пернитрид водорода), …
Гидроксиламин — NH2OH, …
Оксид азота(I), N2O (закись азота, веселящий газ). …
Оксид азота(II), NO — бесцветный газ, не имеет запаха, в воде малорастворим, относится к несолеобразующим.
В лаборатории получают при взаимодействии меди и разбавленной азотной кислоты:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
В промышленности получают каталитическим окислением аммиака при получении азотной кислоты:
4NH3 + 5O2 4NO + 6 H2O
Легко окисляется до оксида азота(IV): 2NO + O2 = 2NO2
Оксид азота(III), ??? …
…
Азотистая кислота, ??? …
…
Нитриты, ??? …
…
Оксид азота(IV), NO2 — ядовитый газ бурого цвета, имеет характерный запах, хорошо растворяется в воде, давая при этом две кислоты, азотистую и азотную: H2O + NO2 = HNO2 + HNO3
При охлаждении переходит в бесцветный димер: 2NO2 N2O4
Оксид азота(V), ??? …
…
Азотная кислота, HNO3 — бесцветная жидкость с резким запахом, tкип = 83°С. Сильная кислота, соли — нитраты. Один из сильнейших окислителей, что обусловлено наличием в составе кислотного остатка атома азота в высшей степени окисления N+5. При взаимодействии азотной кислоты с металлами в качестве основного продукта выделяется не водород, а различные продукты восстановления нитрат-иона:
Cu + 4HNO3 (конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O;
4Mg + 10HNO3 (оч.разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 5H2O.
Нитраты, ??? …
…
Применение:
Широко используется для создания инертной среды — наполнения электрических ламп накаливания и свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке жидкостей, в пищевой промышленности как упаковочный газ. Им азотируют поверхность стальных изделий, в поверхностном слое образуются нитриды железа, которые придают стали большую твердость. Жидкий азот часто используется для глубокого охлаждения различных веществ.
Важное значение азот имеет для жизни растений и животных, поскольку он входит в состав белковых веществ. В больших количествах азот применяется для получения аммиака. Соединения азота находят применение в производстве минеральных удобрений, взрывчатых веществ и во многих отраслях промышленности.
Л.В. Черкашина
ХФ ТюмГУ, гр. 542(I)
Источники:
— Г.П. Хомченко. Пособие по химии для поступающих в вузы. М., Новая волна, 2002.
— А.С. Егоров, Химия. Пособие-репетитор для поступающих в вузы. Ростов-на-Дону, Феникс, 2003.
— Открытие элементов и происхождение их названий/Азот
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?
Азот (N) — это химический элемент 15 группы (или подгруппы V(a) короткой формы), 2-го периода таблицы Менделеева с атомным номером 7. Чистый азот N2 представляет безцветный газ, без вкуса и запаха, плохо растворимый в воде, при сильном охлаждении и под высоки давлением превращается в жидкость. Один из самых распространённых элементов на Земле. По химическим свойствам инертен, но реагирует с комплексными соединениями переходных металлов. Основной компонент воздуха (78,09 % объёма), при разделение которого получают промышленный азот. Применяется как инертная среда для множества технологических процессов; жидкий азот – хладагент. Азот – один из основных биогенных элементов, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот.
Основные свойства элемента Азот (N) и его параметры таблица
Свойства атома Азота | |
Название | Азот / Nitrogenium |
Символ | N |
Номер | 7 |
Атомная масса (молярная масса) | [14,00643; 14,00728] а. е. м. (г/моль) |
Электронная конфигурация | 1s22s22p3 |
Радиус атома | 92 пм |
Кларковое число (кларк) | 19 г/т |
Химические свойства Азота | |
Ковалентный радиус | 75 пм |
Радиус иона | 13 (+5e) 171 (-3e) пм |
Электроотрицательность азота | 3,04 (шкала Полинга) |
Валентность азота | III, IV |
Степени окисления азота | 5, 4, 3, 2, 1, 0, −1, −2, −3 |
Энергия ионизации (первый электрон) | 1401,5 (14,53) кДж/моль (эВ) |
Термодинамические свойства простого вещества Азота | |
Плотность (при нормальных условиях) | 0,808 г/см3 (-195,8 °C); при н. у. 0,001251 г/см3 |
Температура плавления | 63,29 K (-209,86 °C) |
Температура кипения азота | 77,4 K (-195,75 °C) |
Удельная теплота плавления | (N2) 0,720 кДж/моль |
Удельная теплота испарения | (N2) 5,57 кДж/моль |
Молярная теплоёмкость | 29,125 (газ N2) Дж/(K·моль) |
Молярный объём | 17,3 см3/моль |
Кристаллическая решётка простого вещества Азота | |
Структура решётки азота | кубическая |
Параметры решётки | 5,661 Å |
Прочие характеристики Азота | |
Теплопроводность азота | (300 K) 0,026 Вт/(м·К) |
Номер CAS | 7727-37-9 |
История открытия Азота
Примерно 200 лет назад ученые установили, что в воздухе есть газ, без которого невозможны дыхание и горение. Его назвали «жизненным воздухом». В 1772 году шотландский химик, ботаник и врач Даниэль Резерфорд (1749–1819) установил, что при сжигании в стеклянном сосуде фосфора и других горючих веществ объем воздуха уменьшался примерно на 20%, то что осталось он назвал «испорченным воздухом». В том же году английский физик и химик Генри Кавендиш (1731–1810) удалил из воздуха кислород (раскаленным углем) и углекислый газ (щелочью). Оставшийся газ он назвал «удушливым воздухом». В 1787 г. французский химик ЛавуазьеАЛ установил, что составные части воздуха – «жизненный воздух» и «удушливый воздух» – это простые вещества, то есть в каждом из них есть атомы только одного сорта. Лавуазье назвал эти газы кислородом и азотом (франц. oxygene и azote). Слово azote он произвел от греческого zoos – живой и отрицательной приставки – «не поддерживающий жизни».
Получение азота
Получение в промышленности | Азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Сначало отгоняется азот (tкип=-195,8°C), а затем кислород (tкип=-183°C) |
Получение азота в лаборатории | 1. реакции окисления NH3: 2NH3 + CuO → t°→ N2↑ + 3Cu + 3H2O 4NH3 + 3O2 → t°→ 2N2 + 6H2O 2. реакции внутримолекулярного окисления- востановления: NH4NO2 → t°→ N2↑ + 2H2O (NH4)2Cr2O7 → t°→ N2↑ + 2H2O + Cr3O3 3. восстановление HNO3 12HNO3(p) + 5Mg → t°→ N2↑ + 5Mg(NO3)2 + 6H2O 4. разложение азидов: 2NaN3 → t°→ 2Na + 3N2↑ |
Азот в природе
Различают азот как химический элемент N с порядковым номером 7; молекулярный азот N2 как простое газообразное вещество; белковый азот, содержащийся в белках; нитратный азот, входящий в состав соединений в виде нитрогруппы; связанный азот, входящий в любое химическое соединение (исключая молекулярный азот); и усваиваемый азот, находящийся в форме, усваиваемой растениями.
Содержание азота в атмосфере (в форме N2) по массе составляет 75,6%.
Общее содержание азота в земной коре в виде его соединений составляет 0,01%.
Природный азот состоит из двух стабильных изотопов 14N – 99,635 % и 15N – 0,365 %. В лаборатории получены еще 14 радиоактивных изотопов азота с массовыми числами от 10 до 13 и от 16 до 25. Все они являются очень короткоживущими изотопами.
Таблица всех изотопов азота
Примененине Азота и его соединений
Область применения Азота | Цели применения |
В химической промышленности | Синтез аммиака N2+ ЗН2 → t°,p,кат. → 2NH3 (производство азотной кислоты) |
В электротехнической промышленности | Создание инертной среды при заполнении азотом электрических ламп |
В химикотермической обработке металлов | Азотирование поверхности стальных изделий путем насыщения азотом при высокой температуре |
В сельском хозяйстве | Азотсодержащие соединения NaNO3, KNO3, NH4NO3, (NH4)SO4 в качестве удобрений |
В военном деле и в геологоразведочных работах | KNO3 — составная часть пороха (KNO3 + S + С); NH4NO3— составная часть взрывчатого вещества аммонала (NH4NO3 + С + Аl) |
В медицине | Аминокислоты, белки, нитроглицерин и другое. |
____________
Источник информации:
1. Химическая энциклопедия в пяти томах / Москва, 1990
2. Большая энциклопедия химических элементов / И.А. Леенсон, — М.: 2014.
3. Материалы сайта ru.wikipedia.org
Поделитесь ссылкой с друзьями: