Азот та його сполуки

Нітрид - хімічні сполуки азоту з більш електропозитивні елементами. Нітриди алюмінію, бору, кремнію, вольфраму, титану (AlN, BN, Si ₃ N _4, W ₂ N, TiN) і багато інших - тугоплавкі, хімічні стійкі кристалічні речовини. Компоненти жароміцних сплавів використовуються в напівпровідникових приладах (напр., напівпровідникових лазерах, світловипромінювальних діодах), як абразиви. Дією азоту або аміаку на метали при 500-600 ° С отримують нітрідние покриття (високотверді, зносо-і корозійностійкі).

Азоту оксиду: геміоксід N ₂ O і монооксид NO (безбарвні гази), сесквіоксід N ₂ O ₃ (синя рідина), діоксид NO ₂ (бурий газ, за звичайних умов суміш NO ₂ і його димеру N ₂ O _4), оксид N ₂ O ₅ (безбарвні кристали). N ₂ O і NO - несолеобразующіе оксиди, N ₂ O ₃ з водою дає азотисту кислоту, N ₂ O ₅ - азотну, NO ₂ - їх суміш. Всі оксиди азоту фізіологічно активні. N ₂ O - засіб для наркозу («звеселяючий газ»), NO і NO ₂ - проміжні продукти у виробництві азотної кислоти, NO ₂ - окислювач в рідкому ракетному паливі, сумішевих ВР, нітрит агент.

Аміак

NH ₃ M = 17,03

Зустрічається при очищенні води, гасу і деяких мінеральних масел; на цукрових заводах; для дублення шкіри; в повітрі приміщень, де стоїть худоба; входить до складу клоачних газів (разом з сірководнем); міститься в неочищеному ацетилені.

Застосовується для виробництва азотної кислоти, нітрату та сульфату амонію, рідких добрив (аммиакатов), сечовини, соди, в органічному синтезі, при фарбуванні тканин, светокопирования (на діазоніевой папері), як холодоагент в холодильниках, при срібленні дзеркал.

Виходить прямим синтезом з газоподібних водню та азоту при тиску зазвичай 280-350 ат і 450-500 ° (в присутності каталізаторів). У менших кількостях виходить при коксуванні кам'яного вугілля перегонкою з вапном «аміачної води» (перша фракція при сухій перегонці вугілля).

Фізичні та хімічні властивості. Безбарвний газ з задушливим різким запахом (поріг сприйняття 0,037 мг / л) і їдким смаком. Т. плавл. -77,75 °; т. кип. -33,35 °; плоті. 0,771 г / л (0 °), 0,59 г / л (25 °). Розч. у воді близько 750г / л, або 526 г / л; коеф. розч. у воді 762,6. Розчинний в ефірі та інших органічних розчинниках. Межі вибухонебезпечних концентрацій у повітрі 15 - 28%, в кисні 13,5 - 79%, в закису азоту 2,2-72%. На повітрі NH ₃ швидко переходить в (NH _{4) 2} CO ₃ або поглинається вологою. При звичайній температурі стійкий. Вельми реакционноспособен, вступає в реакції приєднання, заміщення і окиснення. Водний розчин, має лужну реакцію внаслідок утворення гідрату окису амонію NH * H. У продаж надходить у вигляді водних розчинів, що містять 28-29% (об'емн) NH _3, 10% розчину NH ₃ (нашатирний спирт) або скрапленого NH ₃ в сталевих циліндрах.

Нітрит натрію

NaNO ₂ М = 69,00

Застосовується у виробництві органічних барвників; в харчовій промисловості; для пасивування сталевих виробів; у гумовій і текстильної промисловості, в гальванотехніки.

Виходить абсорбцією розчином соди нітрозних газів виробництва азотної кислоти і очищенням, упариванием і кристалізацією отриманої емки нітриту і нітрату натрію.

Фізичні та хімічні властивості. Безбарвні або жовтуваті кристали. Т. плавл. 271 °; плоті. 2,17: вище 320 ° разл., Не доходячи до кипіння; розч. у воді 81,8 г / ЮО г (20 °). 163 г / ЮО г * О ').

Токсична дія. Викликає розширення судин внаслідок парезу судини - рухового центру (при великих дозах - і внаслідок безпосередньої дії на кровоносні судини), а також утворення в крові метгемоглобіну.

Нітрит калію

KNO ₂ M = 85, ll

Застосовується у виробництві азобарвників н деяких органічних сполук.

Виходить відновленням розплавленого KNО ₂ свинцем; пропусканням SO ₂ через нагріту суміш KNO ₃ та СаО.

Фізичні та хімічні властивості. Безбарвні або жовтуваті кристали, що розпливаються на повітрі. Т. плавл. 387 °; плоті. 1,915; розч. у воді 280 г/100г (0 °); 413 г/100 г (100 °).

Токсична дія, мабуть, подібно з дією NaNO _2.

Нітрат натрію

(Натрієва селітра, чилійська селітра)

NaNO ₃ М = 84.99

Застосовується як добриво; в харчовій, скляної, металообробної промисловості; для одержання вибухових речовин, ракетного палива та піротехнічних сумішей.

Виходить з природних покладів вилуговуванням гарячою водою і кристалізацією; абсорбцією розчином соди окислів азоту; обмінним розкладанням кальцієвої або аміачної селітри з сульфатом, хлоридом або карбонатом натрію.

Фізичні та хімічні властивості. Безбарвні кристали. Т. плавл. 309,5 °; плоті. 2,257; разл. при 380 ° на нітрит і кисень; розч. у воді 88 г/100 г (20 °), 176 г/100 г (100 °).

Нітрат калію

(Калійна селітра)

KNO ₃ М = 101, ll

Застосовується як добриво, а також у виробництві порохів, в піротехніці, у харчовій і скляної промисловості. Виходить конверсією NaNO ₃ та KCl при 80-122 ° С.

Фізичні та хімічні властивості. Безбарвні кристали. Т. плавл. 334 °; плоті. 2,11; разл. вище 338 ° на нітрит н кисень; розч. у воді 31,5 г/100 г (20 °), 245 г/100 г (100 °).

Нітрат кальцію

(Кальцієва селітра, норвезька селітра)

Ca (NO _{3) 2} М = 164.09

Застосовується як добриво.

Виходить на основі нітрозних газів виробництва азотної кислоти.

Фізичні та хімічні властивості. Т. плаіл. 561 °; разл. при 500 °; плоту. 2,36; ростячи, у воді 126 г / ЮО г (20 °), 363 г / ЮО р (100 °). Безводна сіль і кристалогідрати дуже гігроскопічності.

Токсична дія. Має значення лише дратівливу і припікаючу дію технічного продукту, що виражається в почервонінні шкіри, свербежі, виразках, іноді глибоких і займають велику поверхню, повільно гояться і залишають великі рубці. Уражаються ділянки шкіри, на яких є хоча б незначні ранки, подряпини і інші порушення її цілісності.

3. Фізичні властивості

Щільність газоподібного азоту при 0 ° C 1,25046 г / дм ^3, рідкого азоту (при температурі кипіння) - 0,808 кг / дм ^3. Газоподібний азот при нормальному тиску при температурі -195,8 ° C переходить в безбарвну рідину, а при температурі -210,0 ° C - в біле тверда речовина. У твердому стані існує у вигляді двох поліморфних модифікацій: нижче -237,54 ° C стійка форма з кубічної гратами, вище - з гексагональної.

Критична температура азоту -146,95 ° C, критичний тиск 3,9 МПа, потрійна точка лежить при температурі -210,0 ° C і тиску 125,03 гПа, з чого випливає, що азот при кімнатній температурі ні при якому, навіть дуже високому тиску, не можна перетворити на рідину.

Теплота випаровування рідкого азоту 199,3 кДж / кг (при температурі кипіння), теплота плавлення азоту 25,5 кДж / кг (при температурі -210 ° C).

Енергія зв'язку атомів у молекулі N ₂ дуже велика і складає 941,6 кДж / моль. Відстань між центрами атомів в молекулі 0,110 нм. Це свідчить про те, що зв'язок між атомами азоту потрійна. Висока міцність молекули N ₂ може бути пояснена в рамках методу молекулярних орбіталей. Енергетична схема заповнення молекулярних орбіталей у молекулі N ₂ показує, що електронами в ній заповнені тільки зв'язують s-і p-орбіталі. Молекула азоту немагнітна (діамагнітна).

Через високу міцності молекули N ₂ процеси розкладання різних сполук азоту (у тому числі і сумно знаменитого вибухової речовини гексогену) при нагріванні, ударах і т.д. приводять до утворення молекул N _2. Так як обсяг утворився газу значно більше, ніж обсяг вихідного вибухової речовини, гримить вибух.

4. Хімічні властивості

Хімічно азот досить інертний і при кімнатній температурі реагує тільки з металом літієм з утворенням твердого нітриду літію Li ₃ N (3 Li + N = Li ₃ N ^-3).

У з'єднаннях виявляє різні ступені окислення (від -3 до +5). З воднем утворює аміак NH _3. (3 H + N = NH ₃₎ Непрямим шляхом (не з простих речовин) отримують гідразин N ₂ H ₄ і азотистоводородная кислоту HN _3. Солі цієї кислоти - азиди. Азид свинцю Pb (N _{3) 2} розкладається при ударі, тому його використовують як детонатор, наприклад, в капсулях патронів.

Відомо кілька оксидів азоту. З галогенами азот безпосередньо не реагує, непрямими шляхами отримані NF _3, NCl _3, NBr ₃ та NI _3, а також кілька оксигалогенідов (сполук, до складу яких, крім азоту, входять атоми і галогену, і кисню, наприклад, NOF _3).

Галогеніди азоту нестійкі і легко розкладаються при нагріванні (деякі - при зберіганні) на прості речовини. Так, NI ₃ випадає в осад при зливанні водних розчинів аміаку і иодной настоянки. Вже при легкому струсі сухий NI ₃ вибухає:

2NI ₃ = N ₂ + 3I _2.

Азот не реагує із сіркою, вуглецем, фосфором, кремнієм і деякими іншими неметалами.

При нагріванні азот реагує з магнієм і лужноземельними металами, при цьому виникають солеобразние нітриди загальної формули М ₃ N _{2 (3 M + N 2 = M 3 N 2),} які розкладаються водою з утворенням відповідних гідроксидів і аміаку, наприклад:

Са ₃ N ₂ + 6H ₂ O = 3Ca (OH) ₂ + 2N ⁺³ H _3.

Аналогічно ведуть себе і нітриди лужних металів. Взаємодія азоту з перехідними металами призводить до утворення твердих металлоподобних нітридів різного складу. Наприклад, при взаємодії заліза і азоту утворюються нітриди заліза складу Fe ₂ N і Fe ₄ N (N ₂ +6 Fe = Fe ₂ N + Fe ₄ N). При нагріванні азоту з ацетиленом C ₂ H ₂ може бути отриманий ціаністий водень HCN (N ₂ + C ₂ H ₂ = ₂ HCN).

З складних неорганічних сполук азоту найбільше значення мають азотна кислота HNO _3, її солі нітрати, а також азотистая кислота HNO ₂ і її солі нітрити.

5. Отримання

У промисловості азот одержують з повітря. Для цього повітря спочатку охолоджують, зріджують, а рідкий повітря піддають перегонці (дистиляції). Температура кипіння азоту трохи нижче (-195,8 ° C), ніж іншого компонента повітря - кисню (-182,9 ° C), тому при обережному нагріванні рідкого повітря азот випаровується першим. Споживачам газоподібний азот постачають в стислому вигляді (150 атм. Або 15 МПа) у чорних балонах, які мають жовту напис «азот». Зберігають рідкий азот в судинах Дьюара.

У лабораторії чистий («хімічний») азот отримують додаючи при нагріванні насичений розчин хлориду амонію NH ₄ Cl до твердого нітриту натрію NaNO _2:

NaNO ₂ + NH ₄ Cl = NaCl + N ₂ + 2H ₂ O.

Можна також нагрівати твердий нітрит амонію:

NH ₄ NO ₂ = N ₂ + 2H ₂ O.

6. Застосування

У промисловості газ азот використовують головним чином для отримання аміаку. Як хімічно інертний газ азот застосовують для забезпечення інертного середовища в різних хімічних і металургійних процесах, при перекачуванні горючих рідин. Рідкий азот широко використовують як холодоагент, його пріменяюі в медицині, особливо в косметології. Важливе значення у підтриманні родючості грунтів мають азотні мінеральні добрива.

7. Історія відкриття

Відкрито в 1772 шотландським вченим Д. Резерфордом у складі продуктів спалювання вугілля, сірки та фосфору як газ, непридатний для дихання і горіння («задушливий повітря») і на відміну від CO ₂ не поглинається розчином лугу. Незабаром французький хімік А. Л. Лавуазьє прийшов до висновку, що «задушливий» газ входить до складу атмосферного повітря, і запропонував для нього назву «azote» (від грец. Azoos - неживий). У 1784 англійський фізик і хімік Г. Кавендіш встановив присутність азоту в селітрі (звідси латинська назва азоту, запропоноване в 1790 французьким хіміком Ж. Шанталь).

8. Використана література

1. Велика енциклопедія Кирила і Мефодія 2003.

2. «Отруйна дія сполук азоту на організм людини.» (Документ з кеша www.google.ru).

3. «Отримання і застосування азоту та його сполук.» (Документ з кеша www. Google. Ru).