Једињења азота. Карактеристике азота

Генерисање нитрата - тако је преведено из латиничног језика Нитрогениум. Ово је назив азота - хемијски елемент са атомским бројем 7, који се налази у 15. групи у дугој верзији периодичне таблице. У облику једноставне супстанце дистрибуира се у саставу ваздушног омотача Земље - атмосфере. Различита азотна једињења пронађена су у земаљској кори и живим организмима, широко се користе у индустријама, војним пословима, пољопривреди и медицини.

Зашто се азот назива "гушењем" и "бескрајним"

Као што историчари хемије предлажу, први који је примио ову једноставну супстанцу био је Хенри Цавендисх (1777). Научник је пустио ваздух преко топлих угља и користио алкалије да апсорбује производе реакције. Као резултат експеримента, истраживач је открио безбојни гас без мириса који није реаговао са угљем. Кавендиш га је назвао "загушљивим ваздухом" због немогућности одржавања дисања, као и паљења.

Модерни хемичар би објаснио да је кисеоник реаговао са угљем, формиран је угљен-диоксид. Преостали "угушени" део ваздуха се састојао углавном од молекула Н2. Кавендиш и остали научници у то време још нису знали за ову супстанцу, мада су једињења азота и сита тада била широко употребљена у економији. Научник је извео необичан гас свом колеги, који је водио сличне експерименте - Јосепх Приестлеи.

Истовремено, Карл Сцхееле скренуо пажњу на непознату компоненту ваздуха, али није правилно објаснио његово порекло. Само Даниел Рутхерфорд је 1772. године схватио да је у експериментима присутан "угушени" "покварени" гас - азот. Оно што га научници сматрају пионирима - историчари науке и даље се расправљају о овоме.

Петнаест година након експеримената Ратерфорда, чувени хемичар Антоан Лавоисиер предложио је да замени термин "покварени" ваздух, који се односи на азот, с друге стране - нитрогениум. До тада је доказано да ова супстанца не гори, не подржава дисање. Затим је дошло руско име "азот", који се тумачи на различите начине. Најчешће кажу да тај израз значи "бескрајно". Следећи радови су одбацили широко распрострањено мишљење о својствима материје. Једињења душика - протеини - најважнији макромолекули у саставу живих организама. За њихову изградњу, биљке апсорбирају из земље неопходне елементе минералне исхране - НО ₃ ^2- и НХ ⁴⁺ јоне.

Азот је хемијски елемент

Да би се разумела структура атома и својстава, периодични систем (ПС) помаже. Хемијски елемент у периодичној таблици може се користити за одређивање пуњења језгра, броја протона и неутрона (масени број). Неопходно је обратити пажњу на вриједност атомске масе - то је једна од главних карактеристика елемента. Број периода одговара броју нивоа енергије. У краткој верзији периодичне таблице, број групе одговара броју електрона на вањском нивоу енергије. Да резимирамо све податке у општој својству азота по својој позицији у периодичној табели:

• Ово је неметални елемент који се налази у горњем десном углу ПС-а.
• Хемијски знак: Н.
• Број секвенце: 7.
• Релативна атомска маса: 14,0067.
• Формула за испарљиво водонично једињење је НХ ₃ (амонијак).
• Формира виши оксид Н ₂ О ₅ , у коме је валенција азота једнака В.

Структура азотног атома:

• Пуните кернел: +7.
• Број протона: 7; Број неутрона: 7.
• Број нивоа енергије: 2.
• Укупан број електрона: 7; Електронска формула: 1с ² 2с ² 2п ³ .

Стабилни изотопи елемента бр. 7, њихова маса бројева 14 и 15 детаљно су проучавана. Садржај атома лакшег је 99,64%. У језгри краткотрајних радиоактивних изотопа налази се и 7 протона, а број неутрона варира у великој мери: 4, 5, 6, 9, 10.

Азот у природи

У зрачном омоту Земље постоје молекули једноставне супстанце, чија је формула Н ₂ . Садржај гасовитог азота у атмосфери је приближно 78,1% по запремини. Неорганска једињења овог хемијског елемента у земаљској кори су различите соли амонијума и нитрати (сита). Формуле и имена неких од најважнијих супстанци:

• НХ _3, амонијак.
• НО _2, азот диоксид.
• НаНО _3, натријум нитрат.
• (НХ4) 2С04 _, амонијум сулфат.

Валенца азота у последња два једињења - ИВ. Угаљ, тло, живи организми такође садрже Н атоме у везаном облику. Азот је интегрални део макромолекула амино киселина, нуклеотида ДНК и РНК, хормона и хемоглобина. Укупан садржај хемијског елемента у људском телу је 2,5%.

Једноставна супстанца

Азот у облику диатомских молекула је највећи по запремини и маса зрака у атмосфери. Супстанца, чија формула је Н ₂ , нема мирис, боју и укус. Овај гас је више од 2/3 Земљиног зрачног омотача. У течној форми, азот је безбојна супстанца која подсећа на воду. Врело је на температури од -195,8 ° Ц. М (Н2) = 28 г / мол. Једноставна супстанца, азот је нешто лакши од кисеоника, његова густина кроз ваздух је близу 1.

Атоми у молекулу чврсто везују 3 обична електронска пара. Једињење показује високу хемијску стабилност, која га одликује од кисеоника и већег броја других гасних супстанци. Да би се молекул азота распадао у своје конституисане атоме, неопходно је потрошити енергију 942,9 кЈ / мол. Веза три пара електрона је јака, почиње да се разређује када се загреје изнад 2000 ° Ц.

У нормалним условима, дисоцијација молекула у атоме практично се не појављује. Хемијска инертност азота је такође последица потпуног одсуства поларитета у његовим молекулима. Оне врло слабо делују једна с другом, која је одговорна за гасно стање супстанце при нормалном притиску и на температури близу собне температуре. Ниска хемијска активност молекуларног азота проналази примену у различитим процесима и уређајима у којима је потребно креирати инертни медијум.

Дисоцијација молекула Н ₂ може се десити под утицајем сунчевог зрачења у горњим слојевима атмосфере. Формира се атомски азот, који у нормалним условима реагује са одређеним металима и не-метали (фосфор, сумпор, арсен). Као резултат, постоји синтеза супстанци које се индиректно добијају земљишним условима.

Валенца азота

Спољни слој електрона формира 2 с и 3 п електрона. Ове негативне честице могу се одузети азотом када се сарађују са другим елементима, што одговара њеним редукцијским својствима. Додавањем недостајућих електрона на октет од 3, атом показује оксидативне способности. Електронегативност азота је мања, његова неметална својства су мање изражена него код флуора, кисеоника и хлора. Код интеракције са овим хемијским елементима, азот ослобађа електроне (оксидише). Реакција на негативне ионе праћена је реакцијама са другим не-метали и метали.

Типична валенција азота је ИИИ. У овом случају, хемијске везе се формирају услед привлачења спољних п-електрона и стварања заједничких (везних) парова. Азот је способан да формира донор-акцепторску везу због свог незаштићеног пара електрона, што се дешава у НХ ⁴⁺ амонијум-јону.

Добијање у лабораторији и индустрији

Једна од лабораторијских метода је заснована на оксидационим својствима оксида бакра. Користи се веза азота са водоником - амонијак НХ3. Овај непријатно мирисни гас ступа у интеракцију са бакарним оксидом у праху црне боје. Као резултат реакције, азот се ослобађа и појављује се метални бакар (црвени прах). Капљице воде се наслањају на зидове цеви - други производ реакције.

Други лабораторијски поступак у којем се користи једињење азота са металима је азид, на пример НаН3. Испоставља се гас који се не мора очистити од нечистоћа.

У лабораторији се врши распадање амонијум нитрита у азот и воду. Да би се реакција почела, потребно је загревање, онда се процес наставља са ослобађањем топлоте (егзотермични). Азот је контаминиран нечистоћама, тако да се пречисти и исушује.

Производња азота у индустрији:

• Фракционисана дестилација течног ваздуха - поступак у којем се користе физичке особине азота и кисеоника (различитих тачака кључања);
• Хемијска реакција ваздуха са топлим угљем;
• Одвајање адсорпционог гаса.

Интеракција са металима и водоник - оксидирајућа својства

Инертност јаких молекула не дозвољава добијање неких једињења азота директном синтезом. Да би се активирали атоми, потребно је јако загревање или зрачење супстанце. Азот може реаговати са литијумом на собној температури, са магнезијумом, калцијумом и натријумом, реакција се јавља само када се загрева. Формирани су нитрији одговарајућих метала.

Интеракција азота са водоником долази на високим температурама и притисцима. Катализатор је такодје потребан за овај процес. Испоставља се амонијак - један од најважнијих производа хемијске синтезе. Азот, као оксидатор, у својим једињењима доказује три негативна стања оксидације:

• -3 (амонијак и друга једињења водоника азота - нитриди);
• -2 (хидразин Н2Х4);
• -1 (хидроксиламин НХ2ОХ).

Најважнији нитрид - амонијак - добија се у великим количинама у индустрији. Хемијска инертност азота је дуго остала велики проблем. Његов извор сировина био је нитрат, али се рудна резерва почела брзо опадати растом производње.

Велико достигнуће хемијске науке и праксе било је стварање методе амонијака везивног азота на индустријском нивоу. У посебним колонама се врши директна синтеза - реверзибилан процес између азота добијеног од ваздуха и водоника. Приликом стварања оптималних услова, померањем равнотеже ове реакције према производу, користећи катализатор, принос амонијака достиже 97%.

Интеракција са својствима која смањују кисеоник

Да би се започела реакција азота и кисеоника, неопходно је јако загревање. Електрични лук и олуја у атмосфери имају довољно енергије. Најважнија неорганска једињења, у којима је азот у позитивним оксидационим стањима:

• +1 (азотни оксид (И) Н2О);
• +2 (азот моноксид НО);
• +3 (душични оксид (ИИИ) Н ₂ О ₃ , азотна киселина ХНО ₂ , његове соли нитрита);
• +4 (азот диоксид (ИВ) НО ₂ );
• +5 (азотни пентоксид (В) Н ₂ О ₅ , нитро киселина ХНО ₃ , нитрати).

Важност у природи

Биљке апсорбују амонијумове ионе и нитратне ањоне из земље, користе за хемијске реакције синтезу органских молекула, стално иду у ћелије. Атмосферски азот може се асимилирати нодулним бактеријама - микроскопским створењима која формирају раст на коренима махунарки. Као резултат, ова група биљака добија неопходан елемент исхране, обогаћује тло.

Током тропских пљускова долази до оксидационих реакција атмосферског азота. Оксиди растварају са стварањем киселина, ова једињења азота у води улазе у земљу. Због циклуса елемента у природи, њене резерве у земаљској кори и ваздуху стално се попуњавају. Сложени органски молекули који садрже азот у свом саставу разлагани су бактеријама у неорганске састојке.

Практична употреба

Најважнија азотна једињења за пољопривреду су лако растворљиве соли. Асимиловане биљке уреа, нитрат (натријум, калијум, калцијум), амонијум једињења (водени раствор амонијака, хлорида, сулфата, амонијум нитрата).
Инертна својства азота, немогућност биљке да га асимилирају из ваздуха, доводе до потребе да годишње направе велике дозе нитрата. Дијелови биљног организма могу да складиште макронутриенте хране "за будућу употребу", што погоршава квалитет производа. Прекомерни нитрати у поврћу и воћу могу довести до тровања људи, раста малигних тумора. Поред пољопривреде, азотна једињења се користе у другим индустријама:

• За добивање лекова;
• За хемијску синтезу високомолекуларних једињења;
• У производњи експлозива из тринитротолуена (ТНТ);
• За производњу боја.

У операцији се користи НО-оксид, супстанца има аналгетички ефекат. Губитак сензација током инхалације овог гаса примећени су од стране првих истраживача хемијских особина азота. Овако се појавио тривијално име "забавни гас".

Проблем нитрата у пољопривредним производима

У соли азотне киселине - нитрати - садржи јединствено напуњен ањон НЕ ^3- . До сада се користи старо име ове групе супстанци - сита. Нитрати се користе за ђубрење поља, у стакленичарима, воћњацима. Доносе их рано пролеће прије сетве, током лета - у облику течног ђубрења. Сама супстанца не представља велику опасност за људе, али се у телу претварају у нитрите, затим у нитрозамине. Нитритни јони НО ^2- су токсичне честице, оне изазивају оксидацију жељезног гвожђа у молекулима хемоглобина у тровалентне јоне. У таквом стању, главна супстанца људске и животињске крви није способна за пренос кисеоника и уклањање угљен-диоксида из ткива.

Шта је опасна нитратна контаминација хране за људско здравље:

• Малигни тумори који произилазе из конверзије нитрата у нитрозамине (карциногене);
• Развој улцерозног колитиса,
• Хипотензија или хипертензија;
• Срчана инсуфицијенција;
• Поремећај крварења
• Лезије јетре, панкреаса, развој дијабетеса;
• Развој бубрежне инсуфицијенције;
• Анемија, поремећај памћења, пажња, интелигенција.

Истовремена употреба различитих производа са високим дозама нитрата доводи до акутног тровања. Извори могу бити биљке, вода за пиће, готова јела од меса. Потапање у чисту воду и кухање може смањити садржај нитрата у храни. Истраживачи су открили да су веће дозе опасних једињења запажене у незрелим и биљним производима стакленике.

Фосфор је елемент подгрупе азота

Атоми хемијских елемената који су у истој вертикалној колони периодичног система показују заједничка својства. Фосфор се налази у трећем периоду, припада групи 15, попут азота. Структура атома елемената је слична, али постоје разлике у својствима. Азот и фосфор показују негативан степен оксидације и валенце ИИИ у њиховим једињењима са металима и водоником.

Многи фосфора реакције наставимо уобичајеним температурама, хемијски активни елемент. Реагује са кисеоником и формира П ₂ О ₅ више оксид. Водени раствор овог материјала има својства киселине (метафосфорна). Док грејање ортофосфорном киселином добија. Он дефинише већи број врста соли, од којих су многи су минерална ђубрива, на пример суперфосфати. Азота и фосфора једињења представљају важан део циклуса материје и енергије на нашој планети, која се користи у индустријским, пољопривредним и другим областима.