Азот и его кислородные соединения

Общая характеристика
Азот (лат. Nitrogenium – рождающий селитры), химический элемент второго периода 5 группы, главной подгруппы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. В свободном виде – газ без цвета, запаха и вкуса, плохо растворим в воде. Состоит из двухатомных молекул N2, обладающих высокой прочностью. Относится к неметаллам.
Природный азот состоит из нуклидов 14N (содержание в смеси 99,635% по массе) и 15N. Конфигурация внешнего электронного слоя 2s2 2p3. Радиус нейтрального атома азота 0,074 нм, радиус ионов: N3- - 0,132; N3+ - 0,030 и N5+ - 0,027 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома азота равны, соответственно, 14,53; 29,60; 47,45; 77,47 и 97,89 эВ. По шкале
Полинга электроотрицательность азота 3,05. Тип кристаллической решетки – молекулярная.

Физические свойства
-Бесцветный газ
-Не имеет вкуса
-Не имеет запаха
-Инертен
-Плохо растворим в воде

Химические свойства
Химически азот довольно инертен и при комнатной температуре реагирует только с металлом литием с образованием твердого нитрида лития Li3N. 6Li+N2 2Li3N. В соединениях проявляет различные степени окисления (от -3 до +5). С водородом образует аммиак NH3,
N2+3H2 2NH3.
Косвенным путем (не из простых веществ) получают гидразин N2H4 и азотистоводородную кислоту HN3. Соли этой кислоты – азиды. Известно несколько оксидов азота. С галогенами азот непосредственно не реагирует, косвенными путями получены NF3, NCl3, NBr3 и NI3, а также несколько оксигалогенидов (соединений, в состав которых, кроме азота, входят атомы и галогена, и кислорода, например, NOF3).

Химические свойства
Галогениды азота неустойчивы и легко разлагаются при нагревании (некоторые – при хранении) на простые вещества. Так NI3 выпадает в осадок при сливании водных растворов аммиака и иодной настойки. Уже при легком сотрясении сухой NI3 взрывается:
2NI3 N2+3I2.
Азот не реагирует с серой, углеродом, фосфором, кремнием и некоторыми другими неметаллами.
При нагревании азот реагирует с магнием и щелочноземельными металлами, при этом возникают солеобразные нитриды общей формулы M3N2, которые разлагаются водой с образованием соответствующих гидроксидов и аммиака, например:
Ca3N2+6H2O 3Ca(OH)2+2NH3

Химические свойства
Аналогично ведут себя и нитриды щелочных металлов. Взаимодействие азота с переходными металлами приводит к образованию твердых металлоподобных нитридов различного состава. Например, при взаимодействии железа и азота образуются нитриды железа состава Fe2N и Fe4N. При нагревании азота с ацетиленом С2Н2 может быть получен цианистый водород НСN.
Из сложных неорганических соединений азота наибольшее значение имеют азотная кислота HNO3, ее соли нитраты, а также азотистая кислота HNO2 и ее соли нитриты.
N2+O2 2NO
3Ca+N2 Ca3N2
2NO+O2 2NO2
4NO2+O2+2H2O 4HNO3

Нахождение в природе
В природе свободный (молекулярный) азот входит в состав атмосферного воздуха (в воздухе 78,09% по объему и 75,6 по массе азота), а в связанном виде – в состав двух селитр: натриевой NaNO3(чилийская селитра) и калиевой KNO3(индийская селитра) – и ряда других соединений. По распространенности в земной коре азот занимает 17-е место, на его долю приходится 0,0019% земной коры по массе. Несмотря на свое название, азот присутствует во всех живых организмах (1-3% на сухую массу), являясь важнейшим биогенным элементом. Он входит в состав молекул белков, нуклеиновых кислот, коферментов, гемоглобина, хлорофилла и многих других биологически активных веществ. Некоторые, так называемые азотфиксирующие, микроорганизмы способны усваивать молекулярный азот воздуха, переводя его в соединения, доступные для использования другими организмами.

Получение
В промышленности азот получают из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждают, сжимают, а жидкий воздух подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (-195,8), чем другого компонента воздуха – кислорода (-182,9), 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

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.

Кислородные соединения азота
Оксид азота (1)
N2O закись азота, «веселящий газ»
Физические свойства:
Газ, бесцветный, запах сладковатый, приятный привкус, растворим в воде, t пл.= -91 C, t кип.= -88,5 С, анестезирующее средство, тяжелее воздуха, негорючий, не поддерживает горение.
Получение
NH4NO3 NO2 + 2H2O
Химические свойства:
Разлагается при 700 С с выделением кислорода:
2N2O 2N2 + O2
Поэтому он поддерживает горение и является окислителем

2) C водородом:
N2O + H2 N2 + H2O
3) Несолеобразующий
Оксид азота (2)
NO окись азота
Физические свойства:
Газ, бесцветный, плохо растворим в воде, tпл.= -164 С,
tкип.= -152 С
Получение:
Каталитическое окисление аммиака (промышленный способ)
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
2) 3Cu + 8HNO3(разб.) 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
3)Во время грозы
N2 + O2 2NO
Кислородные соединения азота

Кислородные соединения азота
Химические свойства:
Легко окисляется кислородом и галогенами
2NO + O2 2NO2
2NO + Cl2 2NOCl (хлористый нитрозил)
2) Окислитель
2NO + 2SO2 2SO3 + N2
3) Несолеобразующий
Оксид азота (3)
N2O3 азотный ангидрид
Физические свойства:
Темно-синяя жидкость (при низких температурах), термически неустойчив, tпл.= -102 С, tкип.= 3,5 С. Выше tкип. Разлагается на NO и NO2, N2O3 соответствует азотистой кислоте (HNO2), которая существует только в разбавленных водных растворах.

Кислородные соединения азота
Получение:
NO2 + NO N2O3
Химические свойства:
Все свойства кислотных оксидов
N2O3 + 2NaOH 2NaNO2(нитрит натрия) + H2O
Оксид азота (4)
NO2 двуокись азота, диоксид азота
Физические свойства:
Бурый, ядовитый газ, раздражающий, резкий запах, удушливый, тяжелее воздуха, сильный окислитель, ядовит, tпл.= -11,2 С, tкип.= 21 С
Получение:
2NO + O2 2NO2
Сu + 4HNO3(конц.) Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Кислородные соединения азота
Химические свойства:
Кислотный оксид с водой
2NO2 + H2O HNO3 + HNO2
4NO2 + 2H2O + O2 4HNO3
с щелочами
2NO2 + 2NaOH NaNO2 + NaNO3 + H2O
2) Окислитель
NO2 + SO2 SO3 + NO
3) Димеризация
2NO2(бурый газ) N2O4(бесцветная жидкость)
Оксид азота (5)
N2O5 азотный ангидрид