Азот. Работни материали
Елементът азот N е първият представител на главната подгрупа на V група на Периодичната таблица. Неговите атоми съдържат пет електрона във външното енергийно ниво, от които три са несдвоени електрони (помнете правилото „8-N“). От това следва, че атомите на тези елементи могат да добавят три електрона, завършвайки външното енергийно ниво, и в резултат на това да придобият степен на окисление -3, например в съединения с водород - амоняк NH3 и с метали - нитриди Li3N, Mg3N2, и т.н.
Азотните атоми също могат да предадат своите външни електрони на повече електроотрицателни елементи (флуор, кислород) и по този начин да придобият степени на окисление +3 и +5. Азотните атоми също проявяват редуциращи свойства в степени на окисление +1, +2, +4.
Азот - просто вещество. В свободно състояние азотът съществува под формата на двуатомна молекула М2. В тази молекула два N атома са свързани чрез много силна тройна ковалентна връзка:
Тази връзка може да се изрази и по следния начин:
N=N
Азотът е газ без цвят, мирис и вкус. Той е по-малко разтворим във вода от кислорода. Силата на азотната молекула се дължи на нейната химическа инертност.
При нормални условия азотът реагира само с литий, образувайки нитрид Li3N:
6Li + N2 = 2Li3N
Взаимодейства с други метали само при високи температури.
Освен това, при високи температури и налягания в присъствието на катализатор, азотът реагира с водород, за да образува амоняк:
2N+ ZN2<->2NH3
(характеризирайте тази реакция и разгледайте условията за изместване на химичното равновесие надясно).
При температурата на електрическата дъга той се комбинира с кислород, образувайки азотен оксид (II) (характеризирайте тази реакция и също така разгледайте условията за изместване на химичното равновесие надясно).
В природата азотът се намира основно в атмосферата - 78,09% обемни или 65,6% масови. 8 хиляди тона азот постоянно „висят“ над всеки хектар от земната повърхност. От естествените неорганични азотни съединения най-известна е чилийската селитра NaNO3.
По-голямата част от фиксирания азот се намира в органичната материя.
Азотът, получен чрез дестилация на течен въздух, се използва в промишлеността за синтез на амоняк и производство на азотна киселина. Преди това този газ е бил използван като инертна среда за пълнене на електрически лампи. В медицината чистият азот се използва като инертна среда при лечението на белодробна туберкулоза, а течният азот се използва при лечението на заболявания на гръбначния стълб, ставите и др.
Кръговрат на азота в природата. Азотът е жизненоважен елемент. Всички основни части на клетките на тъканите на тялото са изградени от протеинови молекули, които включват азот. Без протеин няма живот, а без азот няма протеин. Човекът получава протеини от растителна и животинска храна, а животните от своя страна също ги получават от растения. Следователно растенията са един от източниците на попълване на азот, който поддържа живота.
Съдържанието на фиксиран азот в почвата е много малко (до 1 кг на 1 тон), освен това по-голямата част от него е част от органични съединения и не е пряко достъпна за растенията. Но постепенно, в резултат на дейността на бактериите, органичните съединения се превръщат в минерални съединения - амониеви соли или нитрати, които се абсорбират от растенията.
Азотът е част от растителните протеини. Животните получават готови протеинови вещества от растенията; Тялото на животните съдържа от 1 до 10% азот (тегловни), вълната и рогата съдържат около 15%. Всички най-важни части на клетката (цитоплазма, ядро, мембрана) са изградени от белтъчни молекули.
От още по-голямо значение са специалните бактерии, които живеят в нодули върху корените на бобови растения (детелина, грах, фий, лупина и др.), те се наричат „нодулни бактерии“. Именно тези бактерии свързват свободния атмосферен азот, тоест го превръщат в съединения, които растенията абсорбират, образувайки протеини в тялото си.
Азотните съединения в почвата също се попълват по време на гръмотевични бури. Както вече знаете, в този случай азотният оксид (N) се образува от азот и кислород, който под въздействието на атмосферния кислород се превръща в азотен оксид (IV):
2NO + 02 = 2NO2
Последният реагира с вода (също в присъствието на атмосферен кислород) и се получава азотна киселина:
4NO2 + 02 + 2H20 = 4HNO3
Тази киселина, влизайки в почвата, реагира с намиращите се в нея съединения на натрий, калций и калий и образува соли - нитрати, необходими за растенията (фиг. 27).
Откриване на азота
. През 1772 г. английският учен Д. Ръдърфорд и шведският изследовател К. Шееле откриват в своите експерименти върху изгарянето на вещества газ, който не поддържа дишане и горене. По-късно, през 1787 г., А. Лавоазие установява наличието във въздуха на газ, който не поддържа дишане и горене, и по негово предложение този газ е наречен "азот", което означава "безжизнен" (от латински a - не и зоуи - живот ). Друго латинско име nitrogenium, въведено през 1790 г. от J. Chaptal, означава „раждащ селитра“.
Амоняк
Първо, нека разгледаме структурата на амонячната молекула NH3. Както вече знаете, на външно енергийно ниво азотните атоми съдържат пет електрона, от които три са несдвоени електрони. Именно те участват в образуването на три ковалентни връзки с три водородни атома по време на образуването на амонячната молекула NH3:
Три общи електронни двойки се изместват към по-електроотрицателния азотен атом и тъй като молекулата на амоняка има формата на триъгълна пирамида (фиг. 28), в резултат на изместването на електронните двойки се появява дипол, т.е. система с две полюси.
Водородна връзка-
Това е химическа връзка между водородните атоми на една молекула и атомите на много електроотрицателни елементи (флуор, кислород, азот), които имат споделени електронни двойки на друга молекула.
Това е много слаба връзка – около 15-20 пъти по-слаба от ковалентната връзка. Благодарение на него някои нискомолекулни вещества (т.е. с малко молекулно тегло) образуват асоциати, което води до повишаване на точките на топене и кипене на веществата. Водородните връзки се образуват между молекулите на водата, алкохолите и флуороводорода.
Водородните връзки играят много важна роля в молекулите на най-важните съединения за живите същества - протеини и нуклеинови киселини.
амоняк -
безцветен газ с остра миризма, почти два пъти по-лек от въздуха. Амонякът не трябва да се вдишва продължително време, тъй като е отровен. Този газ лесно се втечнява при нормално налягане и температура от -33,4 ° C, а когато течният амоняк се изпарява от околната среда, се абсорбира много топлина, поради което амонякът се използва в хладилните агрегати.
Амонякът е много разтворим във вода: при 20 °C около 710 обема амоняк се разтварят в 1 обем вода (фиг. 29). Концентриран воден разтвор на амоняк (25% от теглото) се нарича воден разтвор на амоняк или амонячна вода, а разтворът на амоняк, използван в медицината, е известен като амоняк. Амонякът в домашната ви аптечка съдържа 10% амоняк.
Ако добавите няколко капки фенолфталеин към разтвор на амоняк, той ще стане пурпурен, т.е. ще покаже алкална среда:
NH3 + H20<->NH3 H20 -> NH4 + OH-
Наличието на хидроксидни йони OH- обяснява алкалната реакция на водните амонячни разтвори. Ако разтвор на амоняк, оцветен с фенолфталеин, се нагрее, цветът ще изчезне (защо?).
Амонякът реагира с киселини, за да образува амониеви соли. Това взаимодействие се наблюдава ясно в следния експеримент: ако стъклена пръчка или стъкло, навлажнено с разтвор на амоняк, се доближи до друга пръчка или стъкло, навлажнено с разтвор на солна киселина, ще се появи гъст бял дим (фиг. 30). Така че вярвайте след тази поговорка, че няма дим без огън:
NH3 + HCl = NH4Сl
Амониев хлорид
Както водният разтвор на амоняка, така и амониевите соли съдържат специален йон - амониевия катион NH4, който играе ролята на метален катион. Получава се в резултат на факта, че азотният атом има свободна (самотна) електронна двойка, поради което се образува друга ковалентна връзка с водородния катион, който се прехвърля към амоняка от киселинни или водни молекули:
Този механизъм за образуване на ковалентна връзка, която възниква не в резултат на споделянето на несдвоени електрони, а поради наличието на свободна електронна двойка в един от атомите, се нарича донор-акцептор.
В този случай донорът на тази свободна електронна двойка е азотният атом в амоняка, а акцепторът е водородният катион на киселина или вода.
Можете сами да предвидите друго химично свойство на амоняка, ако обърнете внимание на степента на окисление на азотните атоми в него, а именно -3. Разбира се, амонякът е най-силният редуциращ агент, тоест неговите азотни атоми могат само да отдават електрони, но не и да ги приемат. Така амонякът може да се окисли или до свободен азот (без участието на катализатор):
4NН3 + 302 = 2N2 + 6Н20
или към азотен оксид (II) (в присъствието на катализатор):
4NН3 + 502 = 4N + 6Н20
Вече знаете как се произвежда амонякът в промишлеността - чрез синтез от азот и водород. В лабораторията амонякът се получава чрез въздействието на гасена вар Ca(OH)2 върху амониеви соли, най-често амониев хлорид:
Ca(OH)2 + 2NH4C1 = CaCl2 + 2NH3 + 2H20
Газът се събира в съд, обърнат с главата надолу, и се разпознава или по миризмата, или по синьото на мокра червена лакмусова хартия, или по появата на бял дим, когато се постави пръчка, навлажнена със солна киселина. Амонякът и неговите соли се използват широко в промишлеността и технологиите, селското стопанство и бита. Основните им приложения са показани на фигура 31.
Ориз. 31. Приложение на амоняк и амониеви соли:
1-5 - производство на минерални торове; 6 - производство на азотна киселина; 7 - производство на експлозиви; 8 - за запояване; 9 - в хладилни агрегати; 10 - в медицината и бита (амоняк)
6. Киселини, йонно уравнение
Вече се запознахте с един от представителите на вещества от този клас, когато разглеждахте летливи водородни съединения, използвайки примера на хлороводород HCl. Разтворът му във вода е солна киселина. Те имат същата формула HCl. По същия начин, когато друго летливо водородно съединение, сероводород H2S, се разтвори във вода, се образува разтвор на слаба хидросулфидна киселина с формула H2S.
Молекулите на тези киселини се състоят от два елемента, тоест те са бинарни съединения. Класът на киселините обаче включва и съединения, състоящи се от по-голям брой химични елементи. Кик, третият елемент, включен в състава на киселината, е кислородът. Следователно такива киселини се наричат кислородсъдържащи, за разлика от HCl и H2S, които се наричат безкислородни. Нека изброим някои киселини, съдържащи кислород.
Моля, имайте предвид, че всички киселини (съдържащи и безкислородни) задължително съдържат водород, който е написан на първо място във формулата. Останалата част от формулата се нарича киселинен остатък. Например в HCl киселинният остатък е Cl-.
Киселините са сложни вещества, чиито молекули се състоят от водородни атоми и киселинни остатъци.
По правило киселинните остатъци образуват неметални елементи.
Използвайки формулите на киселините, можете да определите степента на окисление на атомите на химичните елементи, които образуват киселини.
За бинарни киселини това е лесно да се направи. Тъй като водородът има степен на окисление +1. тогава в съединението H+1Cl-1 хлорът има степен на окисление -1, а в съединението H2+1S-2 сярата има степен на окисление -2.
Няма да е трудно да се изчислят степените на окисление на атомите на неметалните елементи, които образуват киселинните остатъци на кислородсъдържащите киселини. Просто трябва да запомните, че общото състояние на окисление на атомите на всички елементи в съединението е нула, а степента на окисление на водорода е +1, а на кислорода -2.
Познавайки степента на окисление на неметален елемент, който образува киселинния остатък на киселина, съдържаща кислород, е възможно да се определи кой оксид съответства на него. Например сярна киселина HgSO, в която сярата има степен на окисление +6, съответства на серен оксид (VI) S03; азотна киселина HN03, в която степента на окисление на азота е +5, съответства на азотен оксил (V) NzOu.
Използвайки формулите на киселините, можете също да определите общия заряд, който имат киселинните остатъци. Зарядът на киселинния остатък винаги е отрицателен и равен на броя на водородните атоми в киселината. Броят на водородните атоми в една киселина се нарича основност. За едноосновни киселини, съдържащи един водороден атом, например HCl и HN08, зарядите на киселинните остатъци са 1-. За двуосновни киселини, като H2SO4 и H2S, зарядите на киселинните остатъци са 2-, т.е.
SO4 2- и S 2-.
В природата има много киселини: лимонена киселина в лимоните, ябълчена киселина в ябълките, оксалова киселина в листата на киселеца. Мравките се защитават от врагове, като пръскат разяждащи капчици мравчена киселина. Съдържа се още в пчелната отрова и власинките от коприва.
При вкисването на гроздовия сок се получава оцетна киселина, а при вкисването на млякото се получава млечна киселина. Една и съща млечна киселина се образува при кисело зеле и при силажиране на храна за добитък. Ние добре познаваме лимонената и оцетната киселина, които често се използват в ежедневието. Оцетът, използван за храна, е разтвор на оцетна киселина.Много киселини са необходими в националната икономика в огромни количества, производството на тези вещества се нарича мащабно производство. Те включват сярна и солна киселина.
Сярна киселина S2SO4 -безцветна течност, вискозна, като масло, без мирис, почти два пъти по-тежка от водата. Сярната киселина абсорбира влагата от въздуха и други газове. Това свойство на сярната киселина се използва за изсушаване на някои газове.
Когато сярната киселина се смеси с вода, се отделя голямо количество топлина. Ако водата се излее в сярна киселина, тогава водата, без да има време да се смеси с киселината, може да заври и да пръска пръски от сярна киселина по лицето и ръцете на работника. За да не се случи това, когато разтваряте сярна киселина, трябва да я излеете във вода на тънка струя и да разбъркате.
Сярната киселина овъглява дървото, кожата и тъканите. Ако поставите треска в епруветка със сярна киселина, възниква химическа реакция - треската се овъглява. Сега е ясно колко опасно е пръски от сярна киселина да влязат в контакт с човешката кожа и дрехи.
Разтворите на всички киселини са кисели, но нито един химик не смее да разпознае концентрираните киселини по вкус - това е опасно. Има по-ефективни и по-безопасни начини за откриване на киселини. Те, подобно на основите, се разпознават с помощта на индикатори.
Добавете няколко капки виолетов разтвор на лакмус към киселинните разтвори. Лакмусът ще стане червен. Метиловият оранжев, когато е изложен на киселини, променя цвета си от оранжев до червено-розов.
Но силициевата киселина, тъй като е неразтворима във вода, не може да бъде разпозната по този начин.
При нормални условия киселините могат да бъдат твърди (фосфорна H3P04, силиций H2SiO2) и течни (в чиста форма сярната киселина H2SO4 ще бъде течност).
Газове като хлороводород HCl, бромоводород HBr, сероводород H2S образуват съответните киселини във водни разтвори.
Вече знаете, че въглеродната H2CO3 и сярната H2SO3 киселини съществуват само във водни разтвори, тъй като са слаби и нестабилни. Те лесно се разлагат на въглероден (IV) и серен (IV) оксид - съответно CO2 и SO2, и вода. Поради това е невъзможно да се изолират тези киселини в тяхната чиста форма.Понятията летливост и стабилност (стабилност) често се бъркат. Летливите киселини са киселини, чиито молекули лесно преминават в газообразно състояние, тоест се изпаряват. Например, солната киселина е летлива, но стабилна, стабилна киселина. Невъзможно е да се прецени летливостта на нестабилните киселини. Например, нелетлива неразтворима силициева киселина, когато стои, се разлага на вода u SiO2.Водните разтвори на солна, азотна, сярна, фосфорна и редица други киселини са безцветни. Водните разтвори на хромната киселина H2CrJ2 са жълти на цвят, а мангановата киселина HMnO4 е пурпурна. Въпреки това, колкото и различни да са киселините, всички те образуват водородни катиони при дисоциация, които определят редица общи свойства: кисел вкус, промяна в цвета на индикаторите (лакмус и метилоранж), взаимодействие с други вещества. Разделянето на киселините в групи според различни характеристики е представено в таблица 10.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Азот- седмият елемент от периодичната система. Отнася се за неметали. Намира се във втори период V на група А подгрупа.
Серийният номер е 7. Ядреният заряд е +7. Атомно тегло - 14.007 amu. В природата се срещат два изотопа на азота: 14 N - 99,635% и 15 N - 0,365% (процентите им са посочени в скоби).
Електронна структура на азотния атом
Азотният атом има две обвивки, както всички елементи, разположени във втория период. Номерът на групата -V - показва, че външното електронно ниво на азотния атом съдържа 5 валентни електрона.
Ориз. 1. Схематична структура на азотния атом.
Електронната конфигурация на основното състояние се записва, както следва:
1s 2 2s 2 2p 3 .
Азотът е елемент от p-семейството. Енергийната диаграма за валентните електрони в невъзбудено състояние е както следва:
Няма възбудено състояние. Въз основа на броя на несдвоените електрони можем да кажем, че азотът в съединенията проявява валентност III. Въпреки това, валентността се определя и от номера на групата (V), следователно азотът може да проявява две валентности - III и V.
Ориз. 2. Пространствено представяне на структурата на азотния атом.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
По време на урока ще придобиете разбиране за темата "Азот". Запознайте се с азота като просто вещество, амоняка, азотната киселина и нитратите. Ще бъдат разгледани химичните и физичните свойства на тези вещества, структурата на техните молекули и реакциите с други вещества. Освен това ще бъдат изброени методи за получаване на тези вещества чрез промишлени и лабораторни методи и тяхното използване в различни индустрии. Обмислете свойствата и употребата на азотен оксид и царска вода (комбинация от три части солна киселина и една част азотна киселина).
Тема: Основни метали и неметали
Урок: Азот
1. Електронна структура на азотния атом
Химичният елемент азот се намира във втория период на група 5, основната подгрупа. Електронната конфигурация на азотния атом е 1s22s22p3. На нивото на валентната енергия на азотния атом няма свободни орбитали. Следователно, електронната двойка на подниво 2s не може да бъде отделена. Вижте фиг. 1. Следователно азотът не може да бъде 5-валентен. Максималната валентност на азота в съединенията е 4. В този случай 3 връзки се образуват по обменния механизъм и една по донорно-акцепторния механизъм. Азотът има степени на окисление от -3 до +5.
За примери на вещества с различни степени на окисление вижте фиг. 2.
2. Азотът е просто вещество
Алотропията не е типична за азота. Той образува едно просто вещество, N2. Това е молекулно вещество с ковалентна неполярна връзка. Връзката се образува с помощта на три споделени електронни двойки, тройна връзка - една сигма и 2 пи връзки. Тройната връзка е много силна. Това причинява ниската реактивност на молекулярния азот.
Физични свойства
Азотът е газ без цвят и мирис, слабо разтворим във вода, малко по-лек от въздуха. Азотът реагира с някои вещества, но условията на реакцията са много тежки (висока температура и налягане, използване на катализатор). При нормални условия азотът реагира само с литий, образувайки литиев нитрид.
6Li + N2 = 2Li3N, чрез хидролиза на който може да се получи амоняк.
Таблица 1. НЯКОИ ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА НА АЗОТ |
|
Плътност, g/cm3 | 0,808 (течност) |
Точка на топене, °C | –209,96 |
Точка на кипене, °C | –195,8 |
Критична температура, °C | –147,1 |
Критично налягане, atm a | 33,5 |
Критична плътност, g/cm 3 а | 0,311 |
Специфичен топлинен капацитет, J/(mol K) | 14.56 (15°C) |
Електроотрицателност според Полинг | 3 |
Ковалентен радиус, | 0,74 |
радиус на кристала, | 1,4 (M 3–) |
Йонизационен потенциал, V b | |
първи | 14,54 |
второ | 29,60 |
А Температура и налягане, при които плътностиТечното и газообразното състояние на азота са еднакви. b Количеството енергия, необходимо за отстраняване на първия външен електрон и следващия, на 1 мол атомен азот. |
Таблица 2. СЪСТОЯНИЯ НА ОКИСЛЕНИЕ НА АЗОТ И СЪОТВЕТНИ СЪЕДИНЕНИЯ |
|
Степен на окисление |
Примери за свързване |
Амоняк NH 3, амониев йон NH 4 +, нитриди M 3 N 2 | |
Хидразин N2H4 | |
Хидроксиламин NH2OH | |
Натриев хипонитрит Na 2 N 2 O 2, азотен оксид (I) N 2 O | |
Азотен(II) оксид NO | |
Азотен (III) оксид N 2 O 3, натриев нитрит NaNO 2 | |
Азотен оксид (IV) NO 2, димер N 2 O 4 | |
Азотен оксид (V) N 2 O 5 , Азотна киселина HNO3 и неговите соли (нитрати) |
Таблица 3. НЯКОИ ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА НА АМОНЯКА И ВОДАТА |
||
Имот |
||
Плътност, g/cm3 | 0,65 (–10° C) | 1,00 (4,0°C) |
Точка на топене, °C | –77,7 | 0 |
Точка на кипене, °C | –33,35 | 100 |
Критична температура, °C | 132 | 374 |
Критично налягане, атм | 112 | 218 |
Енталпия на изпаряване, J/g | 1368 (–33°C) | 2264 (100°C) |
Енталпия на топене, J/g | 351 (–77°C) | 334 (0°C) |
Електропроводимост | 5H 10 –11 (–33°C) | 4H 10 –8 (18°C) |
Течният амоняк като разтворител има предимство в някои случаи, когато не е възможно да се извършат реакции във вода поради бързото взаимодействие на компонентите с водата (например окисление и редукция). Например в течен амоняк калцият реагира с KCl, за да образува CaCl2 и K, тъй като CaCl2 е неразтворим в течен амоняк, а K е разтворим и реакцията протича напълно. Във водата такава реакция е невъзможна поради бързото взаимодействие на Ca с водата.
Производство на амоняк. Газообразен NH3 се освобождава от амониеви соли под действието на силна основа, например NaOH:Методът е приложим в лабораторни условия. Малкото производство на амоняк също се основава на хидролиза на нитриди, като Mg 3 N 2 , вода. Калциев цианамид CaCN 2 При взаимодействие с вода той също образува амоняк. Основният промишлен метод за производство на амоняк е неговият каталитичен синтез от атмосферен азот и водород при висока температура и налягане:Водородът за този синтез се получава чрез термичен крекинг на въглеводороди, действието на водна пара върху въглища или желязо, разлагане на алкохоли с водна пара или електролиза на вода. За синтеза на амоняк са получени много патенти, различни по условията на процеса (температура, налягане, катализатор). Съществува метод за промишлено производство чрез термична дестилация на въглища. Имената на Ф. Хабер и К. Бош са свързани с технологичното развитие на синтеза на амоняк.
Таблица 4. СРАВНЕНИЕ НА РЕАКЦИИТЕ ВЪВ ВОДА И АМОНЯЧНА СРЕДА |
|
Водна среда |
Амонячна среда |
Неутрализиране |
|
OH – + H 3 O + ® 2H 2 O |
NH 2 – + NH 4 + ® 2NH 3 |
Хидролиза (протолиза) |
|
PCl 5 + 3H 2 O POCl 3 + 2H 3 O + + 2Cl – |
PCl 5 + 4NH 3 PNCl 2 + 3NH 4 + + 3Cl – |
Заместване |
|
Zn + 2H 3 O + ® Zn 2+ + 2H 2 O + H 2 |
Zn + 2NH 4 + ® Zn 2+ + 2NH 3 + H 2 |
Хидратация (комплексиране ) |
|
Al 2 Cl 6 + 12H 2 O 2 3+ + 6Cl – |
Al 2 Cl 6 + 12NH 3 2 3+ + 6Cl – |
Амфотерност |
|
Zn 2+ + 2OH – Zn(OH) 2 |
Zn 2+ + 2NH 2 – Zn(NH 2) 2 |
Zn(OH) 2 + 2H 3 O + Zn 2+ + 4H 2 O |
Zn(NH 2) 2 + 2NH 4 + Zn 2+ + 4NH 3 |
Zn(OH) 2 + 2OH – Zn(OH) 4 2– |
Zn(NH 2) 2 + 2NH 2 – Zn(NH 2) 4 2– |
Скоростта на разтваряне на някои вещества, като метали или йодидни йони, в азотна киселина зависи от концентрацията на азотиста киселина, присъстваща като примес. Солите на нитритите на азотната киселина са силно разтворими във вода, с изключение на сребърния нитрит.
NaNO2 използвани в производството на багрила.Азотна киселина HNO3 един от най-важните неорганични продукти на основната химическа индустрия. Използва се в технологиите на много други неорганични и органични вещества, като експлозиви, торове, полимери и влакна, багрила, фармацевтични продукти и др. Вижте същоХИМИЧНИ ЕЛЕМЕНТИ.ЛИТЕРАТУРА Справочник на азотистите. М., 1969Некрасов Б.В. Основи на общата химия. М., 1973
Проблеми с фиксирането на азот. Неорганична и физична химия. М., 1982
Свойства на елементи от V-A подгрупа
елемент |
Азот |
Фосфор |
Арсен |
Антимон |
Бисмут |
Имот |
|||||
Сериен номер на елемента |
7 |
15 |
33 |
51 |
83 |
Относителна атомна маса |
14,007 |
30,974 |
74,922 |
121,75 |
208,980 |
Точка на топене, С 0 |
-210 |
44,1 |
817 |
631 |
271 |
Точка на кипене, C 0 |
-196 |
280 |
613 |
1380 |
1560 |
Плътност g/cm3 |
0,96 |
1,82 |
5,72 |
6,68 |
9,80 |
Състояния на окисление |
+5, +3,-3 |
+5, +3,-3 |
+5, +3,-3 |
+5, +3,-3 |
+5, +3,-3 |
1. Строеж на атомите на химичните елементи
Име химически елемент |
Диаграма на структурата на атома |
Електронна структура на последното енергийно ниво |
Формула на висшия оксид R 2 O 5 |
Формула на летливо водородно съединение RH 3 |
1. Азот |
N+7) 2) 5 |
…2s 2 2p 3 |
N2O5 |
NH 3 |
2. Фосфор |
P+15) 2) 8) 5 |
…3s 2 3p 3 |
P2O5 |
PH 3 |
3. Арсен |
As+33) 2) 8) 18) 5 |
…4s 2 4p 3 |
As2O5 |
AsH 3 |
4. Антимон |
Sb+51) 2) 8) 18) 18) 5 |
…5s 2 5p 3 |
Sb2O5 |
SbH 3 |
5. Бисмут |
Bi+83) 2) 8) 18) 32) 18) 5 |
…6s 2 6p 3 |
Bi2O5 |
БиХ 3 |
Наличието на три несдвоени електрона на външно енергийно ниво обяснява, че в нормално, невъзбудено състояние валентността на елементите от азотната подгрупа е три.
Атомите на елементите от азотната подгрупа (с изключение на азота - външното ниво на азота се състои само от две поднива - 2s и 2p) имат свободни клетки на d-подниво на външните енергийни нива, така че те могат да изпарят един електрон от s -подниво и го прехвърлете на d-подниво. Така валентността на фосфора, арсена, антимона и бисмута е 5.
Елементите на азотната група образуват съединения от състава RH 3 с водород и оксиди от типа R 2 O 3 и R 2 O 5 с кислород. Оксидите съответстват на киселини HRO 2 и HRO 3 (и орто киселини H 3 PO 4, с изключение на азот).
Най-високата степен на окисление на тези елементи е +5, а най-ниската е -3.
Тъй като зарядът на ядрото на атомите се увеличава, броят на електроните на външното ниво е постоянен, броят на енергийните нива в атомите се увеличава и радиусът на атома се увеличава от азот към бисмут, привличането на отрицателни електрони към положително ядро отслабва и способността за загуба на електрони се увеличава и следователно в азотната подгрупа с С увеличаването на серийния номер неметалните свойства намаляват, а металните се увеличават.
Азотът е неметал, бисмутът е метал. От азот към бисмут, силата на RH 3 съединенията намалява, а силата на кислородните съединения се увеличава.
Най-важните сред елементите от подгрупата на азота са азот и фосфор .
Азот, физични и химични свойства, получаване и приложение
1. Азотът е химичен елемент
N +7) 2) 5
1 s 2 2 s 2 2 p 3 незавършено външно ниво,стр -елемент, неметал
Ar(N)=14
2. Възможни степени на окисление
Поради наличието на три несдвоени електрона, азотът е много активен и се намира само под формата на съединения. Азотът проявява степени на окисление в съединения от "-3" до "+5"
3. Азот - просто вещество, молекулна структура, физични свойства
Азот (от гръцки ἀ ζωτος - безжизнен, лат. Азот), вместо предишните наименования („флогистичен“, „мефитичен“ и „развален“ въздух), предложени в 1787 Антоан Лавоазие . Както беше показано по-горе, по това време вече беше известно, че азотът не поддържа нито горене, нито дишане. Това свойство се смяташе за най-важното. Въпреки че по-късно се оказа, че азотът, напротив, е от съществено значение за всички живи същества, името се запази на френски и руски.
N 2 – ковалентна неполярна връзка, тройна (σ, 2π), молекулна кристална решетка
Заключение:
1. Ниска реактивност при нормална температура
2. Газ, без цвят, без мирис, по-лек от въздуха
г-н ( б въздух)/ г-н ( н 2 ) = 29/28
4. Химични свойства на азота
н – окислител (0 → -3) |
н – редуциращ агент (0 → +5) |
1. С метали се образуват нитриди Мх Ню Йорк - при нагряване с Mg и алкалоземни и алкални: 3С а + N 2= Ca 3 N 2 (при t) - c Li at k t стая Нитридите се разлагат от вода Ca 3 N 2 + 6H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2NH 3 2. С водород 3 H 2 + N 2 ↔ 2 NH 3 (условия - Т, п, кат) |
N 2 + O 2 ↔ 2 NO – Q (при t= 2000 C) Азотът не реагира със сяра, въглерод, фосфор, силиций и някои други неметали. |
5. Получаване:
В индустрията азотът се получава от въздуха. За да направите това, въздухът първо се охлажда, втечнява и течният въздух се подлага на дестилация. Азотът има малко по-ниска точка на кипене (–195,8°C) от другия компонент на въздуха, кислорода (–182,9°C), така че когато течният въздух се нагрява леко, азотът се изпарява първи. Азотният газ се доставя на потребителите в компресирана форма (150 атм. или 15 MPa) в черни бутилки с жълт надпис „азот“. Съхранявайте течния азот в колби на Дюар.
В лабораториятачист („химичен“) азот се получава чрез добавяне на наситен разтвор на амониев хлорид NH 4 Cl към твърд натриев нитрит NaNO 2 при нагряване:
NaNO 2 + NH 4 Cl = NaCl + N 2 + 2H 2 O.
Можете също така да загреете твърд амониев нитрит:
NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O. ЕКСПЕРИМЕНТ
6. Приложение:
В промишлеността азотният газ се използва главно за производство на амоняк. Като химически инертен газ, азотът се използва за осигуряване на инертна среда в различни химични и металургични процеси, при изпомпване на запалими течности. Течният азот се използва широко като хладилен агент, използва се в медицината, особено в козметологията. Азотните минерални торове са важни за поддържане на почвеното плодородие.
7. Биологична роля
Азотът е елемент, необходим за съществуването на животните и растенията, той е част отпротеини (16-18% от теглото), аминокиселини, нуклеинови киселини, нуклеопротеини,хлорофил, хемоглобин и др. В състава на живите клетки броят на азотните атоми е около 2%, а масовата част е около 2,5% (четвърто място след водород, въглерод и кислород). В тази връзка значително количество фиксиран азот се съдържа в живите организми, „мъртвата органична материя“ и разпръснатата материя на моретата и океаните. Това количество се оценява на приблизително 1,9 10 11 тона В резултат на процесите на гниене и разлагане на азотсъдържаща органична материя, при благоприятни фактори на околната среда, могат да се образуват естествени минерални находища, съдържащи азот, например „чилийскиселитраN 2 → Li 3 N → NH 3
номер 2. Напишете уравнения за реакцията на азот с кислород, магнезий и водород. За всяка реакция създайте електронен баланс, посочете окислителя и редуктора.
номер 3. Един цилиндър съдържа азот, друг съдържа кислород, а третият съдържа въглероден диоксид. Как да различим тези газове?
номер 4. Някои запалими газове съдържат свободен азот като примес. Може ли при изгарянето на такива газове в обикновените газови котлони да се образува азотен оксид (II)? Защо?