Azot, știință, fandom alimentat de wikia

Deschidere Editare

În 1777, Henry Cavendish a efectuat următorul experiment: el a trecut în mod repetat aerul peste cărbuni fierbinți, apoi ia tratat cu alcalii, rezultând un reziduu pe care Cavendish la numit aer sufocant (sau mefitic). Din punct de vedere al chimiei moderne, este clar că, în reacția cu cărbunele calde, oxigenul aerului a fost legat de dioxidul de carbon. care au reacționat apoi cu alcalii. Restul gazului a fost în cea mai mare parte azot. Astfel, Cavendish a izolat azotul, dar nu a înțeles că aceasta este o nouă substanță simplă (element chimic). În același an, Cavendish a raportat această experiență lui Joseph Priestley.

Priestley în acest moment efectuarea unei serii de experimente in care se leaga de asemenea oxigenul atmosferic și elimină dioxidul de carbon obținut, care este primit, de asemenea, azot, cu toate acestea, fiind susținător dominant la teoria flogistic timpului. rezultate complet interpretat gresit (în opinia sa, procesul a fost opus - nu oxigenul este îndepărtat din amestec gazos și invers, ca urmare a ardere a aerului, saturat cu phlogiston, restul de aer (azot) și a numit phlogiston saturat, adică phlogisticated). Este evident că Priestley, deși capabil să identifice azot, nu a reușit să înțeleagă esența descoperirii sale, și, prin urmare, nu este considerat un pionier al azotului.

În același timp, Carl Scheele a efectuat, de asemenea, experimente similare cu același rezultat.

Ulterior, azotul a fost studiat Henry Cavendish (interesant este faptul că el a fost capabil de a se lega de azot și oxigen prin evacuări ale curentului electric, și după absorbția oxizilor de azot în restul au primit o cantitate mică de gaz este absolut inert, adică gaze inerte. Cu toate că, la fel ca în cu azot, nu am putut să înțeleg că am izolat noi elemente chimice). Cu toate acestea, Rutherford a fost un susținător al teoriei phlogistonului, deci și el nu a putut înțelege ceea ce el a subliniat. Astfel, este imposibil să se definească în mod clar descoperitorul de azot.

Originea numelui Editați

În anul 1787, Antoine Lavoisier a propus denumirea de "azot", care înseamnă "fără viață", în locul denumirilor anterioare ("flogged", "mefitic" și "rasfat"). care la acel moment, ca parte a unui grup de alți cercetători francezi, a dezvoltat principiile nomenclaturii chimice. După cum sa arătat mai sus, la acel moment era deja cunoscut că azotul nu suportă nici arderea, nici respirația. Această proprietate a fost considerată cea mai importantă. Deși mai târziu a devenit clar că azotul, dimpotrivă, este extrem de necesar pentru toate lucrurile vii, numele a supraviețuit în franceză și rusă.

Există o altă versiune. Cuvântul "azot" a fost inventat nu de Lavoisier și colegii săi din comisia nomenclatură; a intrat în literatura alchimică deja în Evul Mediu timpuriu și a fost folosit pentru a se referi la "materia primară a metalelor", care a fost considerată "alfa și omega" din toate. Această expresie este împrumutată din Apocalipsa. "Eu sunt Alfa și Omega, începutul și sfârșitul". Cuvântul este alcătuit din literele inițiale și finale ale alfabetului celor trei limbi - latină. Greacă și ebraică. - considerat "sacru" deoarece, potrivit Evangheliilor. Inscripția de pe cruce la răstignirea lui Hristos a fost făcută în aceste limbi (a., Alef și z. Omega-tav-AAAZOTH). Compilatorii noii nomenclaturi chimice erau conștienți de existența acestui cuvânt; inițiatorul creării sale, Giton de Morvo a remarcat în "Enciclopedia Metodologică" (1786) semnificația alchimică a termenului.

În latină, azotul se numește "azot", adică "dă naștere la nitrat"; numele englezesc este derivat din latină. Limba germană folosește numele Stickstoff, ceea ce înseamnă "materie sufocantă".

Azot în natură Editați

Azotul natural constă din doi izotopi stabili 14 N - 99,635% și 15 N - 0,365%.

Prevalență Edit href = Edit

În afara Pământului, azotul se găsește în nebuloasele gazului, în atmosfera solară, în Uranus. Neptun. spațiul interstelar etc. Azotul este al patrulea element cel mai frecvent al sistemului solar (după hidrogen, heliu și oxigen).

Masa azotului dizolvat în hidrosfera, având în vedere că ambele procese au loc o atmosferă de azot se dizolvă în apă și eliberați în atmosferă este de aproximativ 2 x 10 13 t, în afară de aproximativ 7 x 10 11 tone de azot conținute în hidrosfera sub formă de compuși.

Rolul biologic Editați

Azotul este un element necesar pentru existența animalelor și a plantelor, face parte din proteine (16-18% în greutate), aminoacizi. acizi nucleici. nucleoproteine, clorofilă. hemoglobina, etc. În acest sens, o cantitate semnificativă de azot legat este conținută în organisme vii, "organice moarte" și materii dispersate ale mărilor și oceanelor. Această sumă este estimată la aproximativ 1,9 x 10 11 tone. Ca urmare a proceselor de putrefacție și descompunerea factorilor de mediu favorabile organice cu conținut de azot, cu condiția, se pot forma depuneri minerale naturale care conțin azot, cum ar fi „nitrat chiliana“ (impurități de azotat de sodiu alți compuși), norvegiană, inundată de sare.

Ciclul azotului în natură Editați

Fixarea azotului atmosferic în natură are loc în două direcții principale - abiogene și biogene. Prima cale implică în principal reacțiile azotului cu oxigenul. Deoarece azotul este chimic foarte inert, oxidarea necesită cantități mari de energie (temperaturi ridicate). Aceste condiții sunt realizate cu descărcări ale trăsnetului. când temperatura ajunge la 25000 ° C sau mai mult. Aceasta produce diferite oxizi de azot. Există, de asemenea, posibilitatea ca fixarea abiotică să aibă loc ca urmare a reacțiilor fotocatalitice pe suprafața semiconductorilor sau a dielectricilor în bandă largă (nisip de deșert).

Cu toate acestea, cea mai mare parte a azotului molecular (aproximativ 1,4 × 10 8 tone / an) este înregistrată biotic. Multă vreme sa crezut ca azotul molecular se leaga poate fi doar o cantitate mică (deși larg distribuită pe suprafața Pământului) microorganisme: Bacteriile Azotobacfer și Clostridium. nodule bacteriene de plante leguminoase Rhizobium. albastru-verde alba Anabaena. Nostoc și altele. Este cunoscut faptul că această capacitate au multe alte organisme din apă și sol, de exemplu, în actinomicete, și pomi tuberculilor anin (total 160 specii). Toate acestea transformă azotul molecular în compuși de amoniu (NH4 +). Acest proces necesită cheltuieli semnificative de energie (1 g pentru fixarea azotului atmosferic in noduli de bacterii leguminoase consuma aproximativ 167,5 kJ, adică oxidat aproximativ 10 g de glucoză, astfel, vizibile în beneficiul reciproc al bacteriilor fixatoare de azot simbiotice și plante. - Furnizarea primul loc al doilea“ pentru a trăi "și pentru a furniza combustibilul - glucoză obținut în fotosinteză, acesta din urmă furnizează plantelor azotul necesar în forma în care sunt asimilate.

Azotul sub formă de amoniac și compuși de amoniu, obținut în procesele de fixare a azotului biogen, este oxidat rapid la nitrați și nitriți (acest proces se numește nitrificare). Acestea din urmă, care nu sunt asociate cu țesuturile vegetale (și de-a lungul lanțului alimentar de către erbivore și prădători), nu rămân în sol prea mult timp. Cele mai multe nitrați și nitriți sunt foarte solubili, deci sunt spălați cu apă și, eventual, cad în oceanul mondial (acest flux este estimat la 2,5-8,10 7 tone / an).

Azot, care este inclusă în țesuturile plantelor și animalelor după ce sunt supuse la amonificare moarte (descompunerea complexului de compuși conținând azot cu evoluția ionilor de amoniu și de amoniu) și denitrificarea - alocarea azotului atomic și oxizii săi. Aceste procese se datorează în întregime activității microorganismelor în condiții aerobe și anaerobe.

În absența activității umane, procesele de legare și nitrificare a azotului sunt aproape complet contrabalansate de reacțiile opuse ale denitrificării. O parte din azotul intră în atmosferă din manta, erupții vulcanice, parte fixată ferm în mineralele din sol și argilă, în plus, există o scurgere constantă de azot din atmosfera superioară în spațiul interplanetar.

Toxicologia azotului și a compușilor acestuia Edit href = Edit

În sine, azotul atmosferic este suficient de inert pentru a nu avea un efect direct asupra corpului uman și a mamiferelor. Totuși, sub presiune crescută, provoacă anestezie. intoxicație sau sufocare (cu o lipsă de oxigen); Cu o scădere rapidă a presiunii, azotul provoacă o boală caisson.

Mulți compuși cu azot sunt foarte activi și adesea toxici.

Noțiuni de bază Edit

În laboratoare se poate produce prin reacția de descompunere a azotatului de amoniu:

Reacția este exotermă, cu descărcarea a 80 kcal (335 kJ), prin urmare este necesară o răcire a vasului în timpul procesului (deși este necesară încălzirea nitritului de amoniu pentru a începe reacția).

În practică, această reacție se realizează prin adăugarea prin picurare a unei soluții saturate de azotat de sodiu într-o soluție saturată încălzită de sulfat de amoniu, azotatul de amoniu format ca urmare a descompunerii instantanee a reacției de schimb.

Gazul degajat este contaminat cu amoniac, oxid de azot (I) și oxigen, din care este purificat, trecând secvențial prin soluții de acid sulfuric, sulfat de fier (II) și peste cupru fierbinte. Apoi, azotul este uscat.

O altă metodă de laborator pentru obținerea azotului este încălzirea unui amestec de dicromat de potasiu și sulfat de amoniu (într-un raport de 2: 1 în greutate). Reacția se desfășoară conform ecuațiilor:

Azotul cel mai pur poate fi obținut prin descompunerea azidelor de metale:

Așa-numitul azot "aer" sau "atmosferic", care este un amestec de azot cu gaze nobile. se obțin prin reacția aerului cu un cocs fierbinte:

Aceasta produce așa-numitul "generator", sau "aer", gaz - materii prime pentru sinteza chimică și combustibil. Dacă este necesar, azotul poate fi extras din acesta prin absorbția monoxidului de carbon.

Azotul molecular în industrie este obținut prin distilarea fracționată a aerului lichid. Această metodă poate fi, de asemenea, utilizată pentru obținerea "azotului atmosferic".

Una dintre metodele de laborator este transmiterea amoniacului peste oxidul de cupru (II) la o temperatură

Amoniacul este luat din soluția sa saturată când este încălzit. Cantitatea de CuO este de 2 ori mai mare decât cea calculată. Imediat înainte de utilizare, azotul este purificat din amestecul de oxigen și amoniac prin trecerea peste cupru și oxidul său (II) (de asemenea

700 ° C), apoi uscate cu acid sulfuric concentrat și alcalii uscate. Procesul este destul de lent, dar merită: gazul se dovedește a fi foarte curat.

Proprietăți Editați

Proprietăți fizice

La presiunea atmosferică, azotul există în trei alotropic punct modificări de tranziție între care este -238 ° C (căldură de tranziție de 250 J / mol) și -186 ° C (căldură de tranziție este 199,3 kJ / kg). Principalele proprietăți fizice ale azotului sunt enumerate în tabel.

Proprietăți chimice, structura moleculei

Azotul în stare liberă există sub formă de molecule diatomice N2. configurația electronică, care este descrisă prin formula σs ²σs * 2 πx, y 4 σz ², care corespund față de o triplă legătură între molecule N≡N azot (lungime = 0,1095 bond dN≡N nm). Prin urmare, molecula de azot este foarte durabil, pentru disociere N2 ↔ 2N entalpia specifică de 298 ° Formarea AH = 945 kJ, viteza de reacție K298 constantă = 10 -120. adică disocierea moleculelor de azot în condiții normale practic nu se produce (echilibrul este aproape complet deplasat spre stânga). Molecula de azot este nepolară și slab polarizată. forțele de interacțiune dintre molecule sunt foarte slabe, astfel încât, în condiții normale, azotul este gazos.

Chiar și la 3000 ° C, gradul de disociere termică a N2 este de numai 0,1% și numai la o temperatură de aproximativ 5000 ° C ajunge la câteva procente (la presiune normală). În straturile înalte ale atmosferei, se produce disocierea fotochimică a moleculelor de N2. În condiții de laborator, este posibil să se obțină azot atomic prin trecerea gazului N2 sub o descărcare puternică prin câmpul unei descărcări electrice de înaltă frecvență. Atomul atomic este mult mai activ decât azotul molecular: în special, la temperaturi obișnuite reacționează cu sulful. fosfor. arsenic și un număr de metale. de exemplu, mercur.

Datorită rezistenței ridicate a moleculei de azot, mulți dintre compușii săi sunt endotermici, entalpia formării lor este negativă și compușii de azot sunt instabili termic și se descompun relativ ușor la încălzire. De aceea, azotul de pe Pământ este, în cea mai mare parte, într-o stare liberă.

Având în vedere inerția considerabilă, azotul în condiții normale reacționează numai cu litiu.

când este încălzit, reacționează cu anumite alte metale și nemetale, formând, de asemenea, nitruri:

Cea mai practică este nitrura de hidrogen (amoniac):

Legarea industrială a azotului atmosferic Edit

Compușii azotați sunt extrem de folosiți în chimie, este imposibil chiar să se enumere toate zonele în care se folosesc substanțe care conțin azot: industria îngrășămintelor, explozivilor, vopselelor, medicamentelor și așa mai departe. Deși cantitățile de azot colosale sunt disponibile în sensul literal al cuvântului "din aer", din cauza puterii descrise mai sus a moleculei de azot N2, problema obținerii compușilor care conțin azot din aer pentru o lungă perioadă de timp a rămas nerezolvată; Majoritatea compușilor de azot au fost extrași din mineralele sale, cum ar fi nitratul chilian. Cu toate acestea, reducerea rezervelor acestor minerale, precum și creșterea cererii de compuși de azot, au forțat să accelereze lucrările de legare industrială a azotului atmosferic.

Cea mai obișnuită este metoda amoniacului de legare a azotului atmosferic. Reacția reversibilă a sintezei amoniacului:

exotermic (efectul de căldură este de 92 kJ) și merge cu scăderea volumului, prin urmare, pentru a schimba echilibrul spre dreapta în conformitate cu principiul Le Chatelier-Brown, este necesar să se răcească amestecul și presiunile mari. Cu toate acestea, din punct de vedere cinetic, scăderea temperaturii este neprofitabilă, deoarece viteza de reacție este mult redusă - deja la 700 ° C viteza de reacție este prea scurtă pentru utilizarea sa practică.

În astfel de cazuri, este utilizată cataliza. deoarece un catalizator adecvat face posibilă creșterea vitezei de reacție fără a schimba echilibrul. În timpul căutării unui catalizator adecvat, au fost încercați aproximativ douăzeci de mii de compuși diferiți. Pe baza proprietăților (activitate catalitică, rezistență la otrăvire, ieftinătate), cea mai mare utilizare a fost realizată într-un catalizator pe bază de fier metalic cu impurități de aluminiu și oxizi de potasiu. Procesul se desfășoară la o temperatură de 400-600 ° C și presiuni de 10-1000 atmosfere.

Există un alt mod mai puțin obișnuit de legare industrială a azotului atmosferic - o metodă de cianamidă bazată pe reacția carburii de calciu cu azot la 1000 ° C Reacția are loc conform ecuației:

Reacția este exotermă, efectul său termic este de 293 kJ.

Anual, circa 1,6 tone de azot sunt extrase din atmosfera Pământului prin mijloace industriale.

Compuși ai azotului

Compușii de azot în stare de oxidare -3 sunt reprezentați de nitruri. din care amoniacul este cel mai important;
Compușii de azot în stare de oxidare -2 sunt mai puțin caracteristici, fiind reprezentați de pernitride. dintre care cel mai important peroxid de hidrogen este N2H4 sau hidrazină (există, de asemenea, o pernitridă de hidrogen extrem de instabilă N2H2, diimidă);
Compuși de azot în stare de oxidare -1 NH2OH (hidroxilamină) este o bază instabilă, care, împreună cu sărurile de hidroxilamoniu, este utilizată în sinteza organică;
Compuși ai azotului în stare de oxidare +1 oxid de azot (I) N2O (oxid de azot, gaz distractiv). Vezi oxizi de azot;
Compuși ai azotului în stare de oxidare +2 oxid de azot (II) NO. Vezi oxizi de azot;
Compuși ai azotului în stare de oxidare +3 Oxid nitric (III) N2O3 (vezi oxizii de azot), derivați de anioni de NO2. fluorură de azot NF3;
Compuși ai azotului în stare de oxidare +4 oxid nitric (IV) (dioxid de azot). Vezi oxizi de azot.
Compuși ai azotului în stare de oxidare +5 - acid azotic și sărurile sale - nitrați. Oxid nitric (V) N2O5 și altele.

Modificarea aplicației

Azotul lichid este utilizat ca agent de răcire pentru crioterapie. Gazos este folosit pentru a crea o atmosferă neutră, uneori pentru injecție în anvelope auto.

Cu toate acestea, domeniul principal al utilizării azotului este utilizarea sa pentru sinteza ulterioară a unei varietăți largi de compuși care conțin azot, cum ar fi amoniacul, îngrășăminte cu azot, explozivi, coloranți, și așa mai departe. N. Cantități mari de azot sunt utilizate în producția de cocs ( „stingerea uscată a cocsului“) cu descărcarea cocsului de la bateriile de cocs, precum și pentru "pomparea" combustibilului în rachete de la rezervoare la pompe sau motoare.

Marcarea rezervoarelor Edit href = Edit

Cilindrii cu azot sunt vopsite în negru, trebuie să aibă o inscripție de culoare galbenă și o bandă maro.