Ինչ է ազոտը: Ազոտի զանգվածը: Ազոտի մոլեկուլ

Պարբերական աղյուսակի 15-րդ խմբի [եւ] ոչ մետաղական տարրը ազոտ է, որի 2 ատոմը, երբ համակցված է, կազմում է մոլեկուլ, անգույն, հոտ եւ անուշադաշտ գազ, որը կազմում է Երկրի մթնոլորտի մեծ մասը եւ բոլոր կենդանիների անբաժանելի մասը:

Հայտնաբերման պատմություն

Ազոտի գազը երկրի մթնոլորտի մոտ 4/5 է: Նախկին օդային հետազոտությունների ընթացքում մեկուսացվել է: 1772 թ. Շվեդ քիմիկոս Կարլ-Վիլհելմ Շեյլը առաջին անգամ ցույց տվեց, թե ինչ ազոտ է: Նրա կարծիքով, օդը երկու գազերի մի խառնուրդ է, որից մեկը կոչվում է «կրակոտ օդ», քանի որ այրվում էր, իսկ մյուս «անմաքուր օդը», քանի որ նա մնացել էր առաջինից հետո: Դա թթվածն ու ազոտ էր: Միեւնույն ժամանակ ազոտը մեկուսացվել էր շոտլանդացի բուսաբան Դանիել Ռյերֆերֆորդի կողմից, որը առաջին անգամ հրապարակել է իր արդյունքները, ինչպես նաեւ բրիտանացի քիմիկոս Հենրի Քավենդիշը եւ բրիտանացի հոգեւորական եւ գիտնական Ջոզեֆ Պրիպսլին, ով կիսվում էր թթվածնի հայտնաբերման շեելային հետ: Հետագա հետազոտությունները ցույց են տվել, որ նոր գազը նիտրատի կամ կալիումի նիտրատի (KNO ₃ ) մի մասն է եւ համապատասխանաբար 1790 թ. Այն կոչվում է ազոտեն («նիտրատ») ֆրանսիացի քիմիկոս Շապտալի կողմից: Ազոտը առաջինը վերաբերում էր Lavoisier- ի քիմիական տարրերին, Անբավարարության մեջ թթվածնի դերի մասին բացատրությունը դադարեցրեց phlogiston տեսությունը, որը հայտնի էր XVIII դարում: Այրման սխալ պատկերացում: Այս քիմիական տարրը կարող է պահպանել կյանքը (հունարեն zōή) պատճառել Lavoisier կոչել գազի ազոտ.

Բնություն եւ բաշխում

Ինչ է ազոտը: Քիմիական տարրերի տարածվածությամբ այն զբաղեցնում է վեցերորդ տեղը: Երկրի մթնոլորտը 75.51% է, իսկ 78.09% ծավալը բաղկացած է այս տարրերից եւ հանդիսանում է արդյունաբերության հիմնական աղբյուրը: Մթնոլորտը պարունակում է նաեւ փոքր քանակությամբ ամոնիակ եւ ամոնիումային աղեր, ինչպես նաեւ փոթորիկների ընթացքում արտադրվող ազոտի օքսիդներ եւ ազոտաթթուներ , ինչպես նաեւ ներքին այրման շարժիչներ: Ազատ ազոտը հայտնաբերված է բազմաթիվ մետեորիտների, հրաբխային եւ հանքային գազերի եւ որոշ հանքային աղբյուրների, արեւի, աստղերի եւ նյարդերի մեջ:

Ազոտը հայտնաբերվել է նաեւ կալիումի նիտրատի եւ նատրիումի օգտակար հանածոների հանքավայրերում, սակայն բավարար չէ մարդկային կարիքները բավարարելու համար: Այս տարրից հարուստ մեկ այլ նյութ է գուանոն, որը կարելի է գտնել քարանձավներում, որտեղ կան շատ ձիակներ կամ թռչունների կողմից հաճախվող չոր վայրերում: Ազոտը պարունակվում է անձրեւի եւ հողի մեջ ամոնիակի եւ ամոնիումի աղի ձեւով, իսկ ծովային ջրերում `ամոնիումի իոնների (NH <sub>4</sub> <sup>+</sup> ), նիտրիտների (NO <sub>2</sub> ) եւ նիտրատների (NO <sub>3</sub> ) տեսքով: Միջին հաշվով, այն կազմում է բարդ օրգանական միացությունների 16% -ը, ինչպիսիք են սպիտակուցները, որոնք առկա են բոլոր կենդանի օրգանիզմներում: Երկրի մակերեւույթում նրա բնական բովանդակությունը կազմում է 1000 մասի 0.3 հատ: Տիեզերքում տարածվածությունը կազմում է 3-7 ատոմ `մեկ սիլիկոնային ատոմում:

XXI դարի սկզբին ազոտի արտադրող ամենամեծ երկրները (ամոնիակ ձեւով) եղել են Հնդկաստանը, Ռուսաստանը, Միացյալ Նահանգները, Տրինիդադը եւ Տոբագոն, Ուկրաինան:

Առեւտրային արտադրանք եւ օգտագործում

Ազոտի արդյունաբերական արտադրությունը հիմնված է հեղուկացված օդի կտրվածքային տարանջատման վրա: Եռման կետը -195.8 ° C է, որը 13 ° C ցածր է թթվածնից, որն այդպիսով բաժանվում է: Ազոտը կարող է արտադրվել նաեւ խոշոր մասշտաբով `ածխածնի կամ ածխաջրածինների այրման միջոցով, եւ արդյունքում ածխածնի երկօքսիդը եւ ջուրը մնացորդային ազոտից բաժանելով: Մի փոքր մասշտաբով, մաքուր ազոտը արտադրվում է բարիում այիդային Ba (N <sub>3</sub> ) <sub>2</sub> ջեռուցմամբ: Լաբորատոր ռեակցիաները ներառում են ամոնիումի նիտրիդի լուծույթը (NH <sub>4</sub> NO <sub>2</sub> ), օքսիդացող ամոնիակ `բրոմի կամ ջեռուցվող պղնձի օքսիդի ջրային լուծույթով.

• NH ₄ ⁺ + NO ₂ ^- → N ₂ + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3Br ₂ → N ₂ + 6NH ₄ ⁺ + 6Br ^- .
• 2NH3 + 3CuO → N2 + 3H2O + 3Cu:

Հիմնական ազոտը կարող է օգտագործվել որպես իներտ մթնոլորտ, ռեակցիաների համար, որոնք պահանջում են թթվածնի եւ խոնավության բացառումը: Նաեւ օգտագործվում է հեղուկ ազոտը: Ջրածինը, մետանը, ածխածնի երկօքսիդը, ֆտորինը եւ թթվածինը միակ նյութերն են, որոնք չեն վերածվում ազոտի եռման կետի պինդ բյուրեղային վիճակի:

Քիմիական արդյունաբերության մեջ այս քիմիական տարրը օգտագործվում է արտադրության օքսիդացման կամ այլ վատթարացման կանխարգելման համար, ինչպես, օրինակ, ռեակտիվ գազի իներտ լուծիչ, ջերմային կամ քիմիական նյութերի հեռացման համար, ինչպես նաեւ որպես հրդեհ կամ պայթյունի կանխարգելիչ: Սննդի արդյունաբերության մեջ ազոտի գազը օգտագործվում է արտադրանքի փչացման կանխարգելման համար, իսկ հեղուկը `սառեցման չորացման եւ հովացման համակարգերի համար: Էլեկտրական արդյունաբերության մեջ գազը կանխում է օքսիդացում եւ այլ քիմիական ռեակցիաներ, ճնշում է մալուխի շերտում եւ պաշտպանում է էլեկտրական շարժիչները: Մետալուրգիայի մեջ ազոտը օգտագործվում է եռակցման եւ զոդման մեջ, կանխելով օքսիդացում, կարմանացում եւ տարանջատում: Որպես ակտիվ պաշար, այն օգտագործվում է ծակոտկեն ռետինե, պլաստմասե եւ էլաստոմերների արտադրության մեջ, այն ծառայում է որպես օդափոխիչի պոմպերի մեջ, ինչպես նաեւ ստեղծում է հեղուկ վառելիքի ճնշման ռեժիմում ճնշում: Բժշկության մեջ հեղուկ ազոտի արագ սառեցումը օգտագործվում է արյան, ոսկրածուծի, հյուսվածքների, բակտերիաների եւ սերմերի պահպանման համար: Նա դիմել է քրոնիկ հետազոտության մեջ:

Կապեր

Ազոտի մեծ մասը օգտագործվում է քիմիական միացությունների արտադրության մեջ: Էլեմենտի ատոմների միջեւ եռակի կապը այնքան ուժեղ է (226 կկալ մեկ մոլի համար, երկու անգամ մոլեկուլային ջրածնի), որ ազոտի մոլեկուլը հազիվ մտնում է այլ միացություններ:

Տարրը ամրագրելու հիմնական արդյունաբերական մեթոդը Առաջին համաշխարհային պատերազմի ընթացքում մշակված «Ամբերդ» սինթեզի «Հաբեր-Բոշ» գործընթացն է `Գերմանիայի կախվածությունը Չիլիի նիտրատին նվազեցնելու համար : Այն ներառում է NH3- ի ուղղակի սինթեզը `անգույն գազի սուր, նյարդայնացնող հոտով` անմիջապես իր տարրերից:

Ամոնիակի մեծ մասը վերածվում է ազոտաթթվի (HNO ₃ ) եւ նիտրատների `ազոտաթթուների եւ ազոտական թթուների լուծույթների, կալցիումի սոդայի (Na <sub>2</sub> CO <sub>3</sub> ), hydrazine- ի (N <sub>2</sub> H <sub>4</sub> )` գունավոր հեղուկ, որն օգտագործվում է որպես հրթիռ եւ շատ արդյունաբերական Գործընթացներ:

Նիտրաթթունքը այս քիմիական բաղադրիչի մեկ այլ խոշոր կոմերցիոն բաղադրիչ է: Գունավոր, բարձր կորոզարիչ հեղուկ օգտագործվում է պարարտանյութերի, ներկերի, դեղերի եւ պայթուցիկ նյութերի արտադրության մեջ: Ամոնիումի նիտրատ (NH ₄ NO ₃ ) - ամոնիակի եւ ազոտաթթվի մի աղ `ազոտ պարարտանյութերի ամենատարածված բաղադրիչներից է:

Ազոտ + թթվածին

Թթվածինով ազոտը կազմում է մի շարք օքսիդներ, ներառյալ ազոտային օքսիդը (N ₂ O), որի վալենդը +1, օքսիդ (NO) (+2) եւ երկօքսիդ (NO ₂ ) (+4) է: Բազմաթիվ ազոտի օքսիդներ չափազանց ցնդող են. Նրանք մթնոլորտում աղտոտման հիմնական աղբյուրներն են: Նիտրիկ օքսիդը, որը հայտնի է որպես գազավորված գազ, երբեմն օգտագործվում է որպես անզգայացնող: Երբ ներարկում է, դա մեղմ հիստերիա է առաջացնում: Ազոտի օքսիդը արագորեն արձագանքում է թթվածինով `շագանակագույն երկօքսիդի, ազոտաթթվի արտադրման միջանկյալ նյութի եւ քիմիական պրոցեսների եւ հրթիռային վառելիքի հզոր օքսիդանտի ստեղծման:

Օգտագործվում են նաեւ որոշ նիտրիդներ, որոնք ձեւավորվում են բարձրորակ ջերմաստիճանով մետաղների միացությունների հետ ազոտով: Բորի, տիտանի, ցիրկոնիի եւ տանտալի նիտրիտները հատուկ կիրառություն ունեն: Բորի նիտրիտի (BN) մեկ բյուրեղային ձեւը, օրինակ, չի փոխվում ադամանդի կարծրության մեջ եւ վատ օքսիդացված է, ուստի այն օգտագործվում է որպես բարձր ջերմաստիճանի գերազանց:

Անօրգանական ցիանիդները պարունակում են CN- ի խումբը: Ջրածին ցիանիդը կամ հիդրոքիմիական թթուն HCN- ը չափազանց անկայուն եւ չափազանց թունավոր գազ է, որը օգտագործվում է ֆումիգիացման, հանքաքարի կոնցենտրացիայի եւ այլ արդյունաբերական գործընթացների համար: Dicyan (CN) ₂ օգտագործվում է որպես միջանկյալ քիմիական եւ fumigation.

Azides- ը միացություններ են, որոնք պարունակում են երեք ազոտային ատոմների խումբ `N ₃ : Նրանց մեծ մասը անկայուն է եւ շատ զգայուն ցնցումների նկատմամբ: Նրանցից ոմանք, ինչպիսիք են կապարի azide Pb (N ₃ ) ₂ , օգտագործվում են դետոնատորների եւ խցիկների մեջ: Ազիդները, ինչպես հալոգենները, հեշտությամբ են համագործակցում այլ նյութերի հետ եւ ձեւացնում են մի շարք միացություններ:

Ազոտը մի քանի հազար օրգանական միացությունների մի մասն է: Նրանց մեծ մասը ստացվում են ամոնիակներից, ջրածնի ցիանիդից, ցիանոգենից, ազոտային օքսիդից կամ ազոտաթթուներից: Ամինները, ամինաթթուները, ամիդները, օրինակ, բերված են կամ սերտորեն կապված են ամոնիակին: Nitroglycerin եւ nitrocellulose են ազոտաթթուների եթերները: Նիտրիտները պատրաստված են ազոտաթթուով (HNO ₂ ): Մարգինները եւ ալկալոիդները հեթերվանտային միացություններ են, որոնցում ազոտը փոխարինում է մեկ կամ ավելի ածխածնի ատոմներ:

Հատկություններ եւ ռեակցիաներ

Ինչ է ազոտը: Այն անգույն, հոտավետ գազ է, որը խտացնում է -195.8 ° C- ում `անգույն, ցածր լիկյորային հեղուկ: Նյութը գոյություն ունի որպես N ₂ մոլեկուլ, որը ներկայացված է որպես N ::: N: որի համար պարտադիր էներգիան հավասար է 226 կկալ մեկ մոլի համար, երկրորդն է ածխածնի երկօքսիդի համար (256 կկալ մեկ մոլի համար): Այդ պատճառով մոլեկուլային ազոտի ակտիվացման էներգիան շատ բարձր է, ուստի նորմալ պայմաններում տարրը համեմատաբար աներես է: Բացի այդ, շատ կայուն ազոտի մոլեկուլը զգալիորեն նպաստում է մի շարք ազոտի պարունակող միացությունների տերմոդինամիկ անկայունությանը, որի պաշարները, չնայած բավականաչափ ուժեղ, զիջում են մոլեկուլային ազոտային կապերից:

Հարաբերականորեն վերջերս եւ անսպասելիորեն հայտնաբերվել է ազոտի մոլեկուլների ունակությունը, որպես լիգանդներ, համալիր միացությունների մեջ: Հաշվի առնելով, որ ռուտենիումային համալիրի որոշ լուծումներ կարող են ներծծող մթնոլորտային ազոտի ներթափանցումը հանգեցրել է այն բանին, որ շուտով հայտնաբերվի այս տարրը ամրագրելու ավելի պարզ եւ ավելի լավ եղանակը:

Ակտիվ ազոտի կարելի է ձեռք բերել ցածր ճնշման գազ անցնելու միջոցով բարձր լարման էլեկտրական հոսանքով: Ապրանքը շողում է դեղին եւ շատ ավելի պատրաստակամ է արձագանքել, քան մոլեկուլային եղանակով, ատոմային ջրածնի, ծծմբի, ֆոսֆորի եւ տարբեր մետաղների հետ, ինչպես նաեւ կարող է ոչնչացնել NO- ից N ₂ եւ O ₂ :

Ցածր գաղափարը, թե ինչ ազոտ է, կարելի է ձեռք բերել իր էլեկտրոնային կառուցվածքը, որն ունի 1s ² 2s ² 2p ³ ձեւը: Արտաքին ռումբերով հինգ էլեկտրոնները թույլ վահան են պահում մեղադրանքը, որի արդյունքում միջուկային հոսանքի արդյունավետությունը զգացվում է կովալենտի շառավղի հեռավորության վրա: Ազոտային ատոմները համեմատաբար փոքր են եւ ունեն բարձր էլեկտրեգոնատիվություն, որը գտնվում է ածխածնի եւ թթվածնի միջեւ: Էլեկտրոնային կազմաձեւը ներառում է երեք կես լրացած արտաքին կամավորներ, որոնք հնարավորություն են տալիս ձեւավորել երեք կովալենտրոն կապ: Հետեւաբար, ազոտի ատոմը պետք է ունենա չափազանց բարձր ռեակտիվություն, կայուն երկուական միացություններ կազմող շատ այլ տարրերի հետ, հատկապես, երբ մյուս տարրը զգալիորեն տարբերվում է էլեկտրաեգատիվության մեջ, ինչը նշանակալի բեւեռականություն է հաղորդում պարտատոմսերին: Երբ մյուս տարրի էլեկտրաեգատիվությունը ավելի ցածր է, բեւեռացումը տալիս է ազոտի ատոմը որպես մասնակի բացասական լիցք, որը ազատում է իր անբաժանելի էլեկտրոններին, մասնակցելու համակարգող պարտատոմսերին: Երբ մեկ այլ տարր էլեկտրոնոնգատիկ է, ազոտի մասնակի դրական լարումն զգալիորեն սահմանափակում է մոլեկուլի դոնորային հատկությունները: Պարտատոմսի ցածր բեւեռության պայմաններում, մյուս տարրի հավասար էլեկտրաեգատիվության պատճառով, մի քանի կապեր գերակայում են մեկ պարտատոմսերի վրա: Եթե ատոմային հարթությունների անհամապատասխանությունը խոչընդոտում է բազմակի կապերի ձեւավորմանը, ապա ձեւավորված պարզ կապը, հավանաբար, կլինի համեմատաբար թույլ, եւ կապը կլինի անկայուն:

Վերլուծական քիմիա

Հաճախ գազի խառնուրդի ազոտի տոկոսը կարող է որոշվել քիմիական ռեակտիվների կողմից այլ բաղադրիչների կլանման հետեւանքով չափելու միջոցով: Նիտրատների ծծմբային թթուով պակասեցումը ցիտուրիի պարունակությամբ նիտրիկ օքսիդ է, որը կարելի է չափել որպես գազ: Ազոտը ազատվում է օրգանական միացություններից, երբ այրվում են պղնձի օքսիդը, եւ ազատ ազոտը կարող է չափվել որպես գազ `այլ այրման արտադրանքների կլանման հետեւանքով: Kjeldahl- ի օրգանական միացությունների մեջ դիտարկվող նյութի բովանդակությունը որոշելու հայտնի մեթոդը բաղկացած է բյուրեղի խտացված ծծմբաթթվի հետ (անհրաժեշտության դեպքում սնդիկի կամ դրա օքսիդի պարունակությունը, ինչպես նաեւ տարբեր աղեր): Այսպիսով, ազոտը վերածվում է ամոնիումի սուլֆատի: Նատրիումի հիդրոօքսիդի հավելումն ավելացնում է ամոնիակ, որը հավաքվում է սովորական թթվի միջոցով: Այնուհետեւ չպահպանվող թթու մնացորդային քանակությունը որոշվում է տիտրերով:

Կենսաբանական եւ ֆիզիոլոգիական նշանակություն

Ազոտի դերը կենդանի նյութի մեջ հաստատում է օրգանական միացությունների ֆիզիոլոգիական ակտիվությունը: Կենդանի օրգանիզմների մեծ մասը չի կարող օգտագործել այս քիմիական տարրը եւ պետք է հասանելի լինի իր միացությունների վրա: Հետեւաբար, ազոտի ամրագրումը մեծ նշանակություն ունի: Բնական է, սա երկու հիմնական գործընթացների արդյունք է: Նրանցից մեկը էլեկտրաէներգիայի ազդեցությունն է մթնոլորտի վրա, որի շնորհիվ ազոտի եւ թթվածնի մոլեկուլը բաժանվում է, ինչը թույլ է տալիս ազատ ատոմներ ստեղծել NO եւ NO ₂ : Այնուհետեւ երկօքսիդը արձագանքում է ջրի: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO:

HNO ₃ ցրվում է եւ գալիս է Երկրագնդի անձրեւով `թույլ լուծման տեսքով: Ժամանակի ընթացքում թթուն դառնում է համակցված հողի ազոտի մի մասը, որտեղ այն չեզոքացնում է, ձեւավորելով նիտրիտներ եւ նիտրատները: Մշակված հողերի N պարունակությունը, որպես կանոն, վերականգնվում է նիտրատների եւ ամոնիումի աղերի պարարտանյութերի ներմուծման շնորհիվ: Կենդանիների եւ բույսերի մեկուսացումը եւ դրանց տարրալուծումը վերադառնում են ազոտի միացություններ հողի եւ օդի մեջ:

Բնական ամրագրման եւս մեկ կարեւոր գործընթաց է լեգիրների կենսագործունեությունը: Սիմբիոզով բակտերիաների շնորհիվ այդ մշակույթները կարող են ուղղակիորեն փոխել մթնոլորտային ազոտը: Որոշ միկրոօրգանիզմներ, ինչպիսիք են Ազոտոբակտերիայի քրոկոկկումը եւ Clostridium pasteurianum, կարող են ինքնուրույն կարգավորել N- ը:

Գազը, իներտ լինելով, անվնաս է, բացառությամբ այն ժամանակ, երբ ճնշման տակ շնչելը, եւ այն լուծվում է արյան եւ այլ մարմնի հեղուկների մեջ բարձր կոնցենտրացիաներով: Դա առաջացնում է թմրամիջոցների ազդեցություն, եւ եթե ճնշումը շատ արագ նվազում է, ավելորդ ազոտը ազատվում է մարմնի տարբեր մասերում գազի փուչիկների տեսքով: Սա կարող է հանգեցնել մկանների եւ հոդերի ցավը, զգայունությունը, մասնակի կաթվածը եւ նույնիսկ մահը: Այս ախտանշանները կոչվում են դեպրեսիայի հիվանդություն: Հետեւաբար, նրանք, ովքեր ստիպված են օդում շնչել այդ պայմաններում, պետք է շատ դանդաղ նվազեցնել ճնշումը նորմալ, որպեսզի ավելցուկային ազոտը դուրս գա թոքերի միջոցով, առանց փուչիկների ձեւավորման: Լավագույն այլընտրանքն է շնչել թթվածնի եւ հելիումի խառնուրդը: Հելիումը շատ ավելի քիչ լուծելի է մարմնի հեղուկների մեջ, եւ վտանգը նվազում է:

Իզոտոպներ

Ազոտ գոյություն ունի, քանի որ երկու կայուն իզոտոպներ ¹⁴ N (99,63%) եւ ¹⁵ N (0,37%): Նրանք կարող են առանձնացվել է քիմիական փոխանակման կամ ջերմային դիֆուզիոն: ազոտ զանգվածային ձեւով արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպի է Լեռնաշղթայի 10-13 եւ 16-24: Առավել կայուն կես կյանքը 10 րոպե: Առաջին արհեստականորեն induced միջուկային վերածում արվել է 1919 թ. Մեծ Բրիտանիայի ֆիզիկոս Էռնեստ Rutherford, որը ռմբակոծում ազոտի 14 ալֆա-մասնիկներ ձեռք բերված կորիզ-17 թթվածին եւ պրոտոնների.

հատկությունները

Վերջապես ցուցակին հիմնական հատկությունները ազոտի:

• Atomic համարը: 7.
• Ատոմային քաշը ազոտի: 14,0067.
• Հալման կետը: -209,86 ° C.
• Եռման կետ: -195,8 ° C.
• Խտությունը (1 բանկոմատ, 0 ° C): 1.2506 գրամ ազոտի մեկ լիտրի:
• Պայմանական օքսիդացում վիճակը -3, +3, +5.
• Electron կոնֆիգուրացիայի: 1s 2s ^{2 2 3} 2P.