Transcript Изтегли
Азот. Строеж на атома Физични и химични свойства Оксиди на азота Азотна киселина Азотсъдържащи соли
АЗОТ (Nitrogenium)
• Химичен знак –
N
• Място в периодичната система:
-
Пореден номер Z = 7 Втори период Пета главна група (VА група) “Безжизнен” – така наричат най-разпространения в земната атмосфера газ. Около 4/5 обемни части на атмосферата (78%) се падат на азота. Това количество не се променя до 100 km височина. Той не само не поддържа горенето, а и дишането в азотна среда е невъзможно. В същото време азотът е известен и като “елемент на живота”. В белтъчните вещества, които са основа на всеки жив организъм, се съдържа около 17% азот .
Строеж на азотния атом
Мястото в периодичната таблица съответства на структурата на атомното ядро и електронната обвивка.
– Брой на протоните в атомното ядро: 7 – Брой на електронните слоеве: 2 – Брой на електроните във външния слой: 5 Петте електрона са групирани в една електронна двойка и три единични електрона . Трите единични електрона определят химичната активност на азотния атом. Сравнително големият брой електрони във външния електронен слой показва, че азотът е елемент с неметален химичен характер.
В свободно състояние азотът съществува като двуатомна молекула . Химичната връзка в азотната молекула е ковалентна, неполярна, тройна. Молекулата на азота също е неполярна.
: N ::: N : (N
2
)
Физични свойства
Между неполярните молекули на азота действат много слаби сили на привличане. Поради това при обикновени условия азотът е в газообразно състояние. Той е безцветен газ, без вкус и без миризма. Малко по лек е от въздуха. Във вода е слабо разтворим. Азотът трудно се втечнява (-196 °С) .
Течен азот
Химични свойства
• Молекулата на азота е много устойчива. Трите здрави ковалентни връзки между двата азотни атома определят малката му реактивоспособност.
• Малката реактивоспособност на азота е причина за използването му като инертна среда за запазване на ценни документи. Учени успели за повече от година да запазят в среда от течен азот (при температура минус 197°С) извадени зъби. При това зъбната тъкан се запазва. След това при размразяване зъбите могат да се имплантират (присадят) и да продължат да изпълняват функциите си.
• Само при определени условия азотът проявява общите свойства на неметалите. Той може да взаимодейства с водород, с кислород, с метали и др.
Физиологично действие. Получаване и употреба
• При обикновени условия азотът не оказва въздействие върху човешкия организъм. В условия на високо налягане, обаче, концентрацията на разтворения в тъканите азот нараства. Това води до появата на т.н. азотна наркоза
.
• При потапяне на водолазите на големи дълбочини се нарушава координацията на движенията и се замъглява съзнанието. За да се избегне азотната наркоза, в скафандъра на водолазите се подава хелиево-кислородна смес вместо въздух. • Азотът има сравнително ограничено приложение в практиката. Освен в металообработването, голямо количество азот се използва за получаване на амоняк, на азотна киселина, на азотни торове и на взривни вещества. • Азотът се получава чрез постепенно изпаряване на втечнен въздух.
Оксиди на азота
• Азотът проявява много малка химична активност към кислорода. Процесът е обратим и протича при много висока температура (в природата – при гръмотевични бури). • Взаимодействието между азота и кислорода може да протече при прескачане на електрична искра през смес от азот и кислород. В стъклен съд се смесват
N 2
и
O 2
в отношение 1:1. Прилага се високо напрежение и между електродите прескача електрична искра. Тя осигурява условията за разпадане на молекулите на азота и на кислорода до атоми, които се свързват помежду си. Аналогични процеси се извършват в атмосферата при светкавици. • Запалена на въздуха свещ угасва, ако се внесе в цилиндър, пълен с азот. Азотът не поддържа горенето.
По отношение на кислорода азотът проявява от +1 до +5 степен на окисление. Поради това той образува пет оксида: N 2 O, NO, N 2 O 3 , NO 2 , N 2 O 5 .
• Азотните оксиди (без диазотния оксид
(N 2 O)
са сред главните замърсители на околната среда. Те са едни от причинителите на киселинните дъждове. Основни източници на азотни оксиди са химическата промишленост и автомобилният транспорт. • Диазотният оксид е безцветен газ с приятна миризма. Разтваря се добре във вода, но не взаимодейства с нея. Интересно е физиологичното му действие. Вдишването на смес от диазотен оксид и въздух предизвиква притъпяване на чувството за болка и леко опиянение. Затова го използват в хирургията като упойващо средство. Нарича се още “райски газ”.
• Азотният оксид (NO)е безцветен газ, малко разтворим във вода.Той не взаимодейства с вода, с основи и с киселини. Азотният оксид се получава при гръмотевични бури. • Азотният диоксид (NO силен окислител.
2 )
е червено-кафяв, силно отровен газ със специфична миризма. Има киселинен химичен характер. Той е • При пряко взаимодействие и при много висока температура (над 3 000 ° С) може да се получи само NO, който дори при стайна температура се окислява до NO
2
.
N 2 + O 2
→ 2NO
2NO (г) + O 2 (г)
→
2 NO 2
• Диазотният пентаоксид е бяло кристално вещество. Той е единственият твърд азотeн оксид. Нетраен е и при пряка слънчева светлина се разлага до азотен диоксид (
NO 2
) и кислород. Той е силен окислител. Диазотният пентаоксид (
N 2 O 5
)е киселинен оксид
.
С водата образува азотна киселина (
HNO 3
).
Азотен диоксид
Азотна киселина
• При взаимодействие на азотен диоксид с вода се получава смес от киселините на азота – азотната (
HNO 3 )
азотистата
2 NO 2 (г) (HNO 2 ): + H 2 O
→
HNO 3 (р-р) + HNO
• Азотната киселина е една от най-силните киселини.
• Азотната киселина е безцветна, димяща течност с характерна миризма. Обикновено, разтвореният в нея азотен диоксид я оцветява в жълто.
2 (р-р)
• С водата тя се смесва във всяко отношение. 65 - 69% разтвор се нарича концентрирана азотна киселина
.
и •
Внимание!
кожата.
действие.
С концентрираната азотна киселина трябва да се работи много внимателно. Тя разрушава вълната, коприната и памука. Оставя трайни жълти петна по • Концентрираната азотна киселина има силно окислително • При обикновени условия тя се разлага с отделяне на кислород. Отделеният кислород действа окислително.
• Концентрираната азотна киселина пасивира желязото, хрома, алуминия и други метали. При това се образува защитен слой от съответния метален оксид, който предотвратява по-нататъшното разтваряне. • Тъй като среброто се разтваря в азотна киселина, а златото не, киселината може да се използва за разделяне на двата метала. Сместа на азотна киселина със солна киселина, известна още под името “царска вода”, разтваря дори злато. • Азотната киселина е една от съставките на киселинните дъждове. При всяко горене с излишък на кислород, особено при много високи температури, се образуват известни количества азотни оксиди. Те от своя страна се разтварят във влагата от въздуха и дават азотна и азотиста киселина.
Соли на азотната киселина
• Както всяка киселина, и азотната взаимодейства с основи – процес на неутрализация, при който се получават соли на азотната киселина.
• Солите на азотната киселина се наричат
нитрати или селитри.
Такива са например натриевият нитрат
NaNO 3
(чилска селитра), калциевият нитрат
Ca(NO 3 ) 2
(норвежка селитра),
KNO 3 (индийска селитра)
във вода.
и много други
.
• Нитратите са бели кристални вещества.Всички нитрати са разтворими • При нагряване отделят кислород, като процесът е съпроводен с отделяне на топлина. Това свойство на нитратите се използва при приготвянето на взривни вещества. Черният барут, открит през ХІV в., съдържа въглища, сяра и селитра.
• Нитратните йони в разтворите на нитратите се възприемат от растенията и са част от тяхната храна. Ето защо селитрите се използват за минерални торове.
Кръговрат на азота в природата
В природата протичат множество процеси, които осигуряват баланса на азота в атмосферата, в почвата и във водите. Тези процеси могат да се обединят около два противоположни цикъла: – Внасяне на азот в почвата; – Извличане на азота от почвата.
Преминаването на азота под формата на различни съединения от атмосферата в почвата и оттам обратно в атмосферата се нарича
кръговрат на азота.
• Вече знаем, че почти 80 % от атмосферата на Земята се състои от свободен азот във вид на двуатомни молекули. При гръмотевични бури светкавиците разкъсват здравата тройна ковалентна връзка. Получените азотни атоми се свързват с кислорода и се получават азотен оксид и азотен диоксид.
• Азотният диоксид се разтваря в дъждовните капки – образува се азотна киселина.
• Попаднала в почвата, азотната киселина се неутрализира като разтваря оксиди, хидроксиди и карбонати и ги превръща в
нитрати (соли на азотната киселина).
• Азотни съединения постъпват в почвата благодарение на жизнената дейност на бактерии, които свързват атмосферния азот в амоняк, стимулират окисляването му до нитрати. Нитратите лесно се усвояват от растенията. • В растенията се образуват сложни азотсъдържащи съединения аминокиселини и белтъчни вещества.
• При гниенето на растенията и умрелите животни азотсъдържащите вещества отново попадат в почвата.
• При гниенето на растенията и животните част от от азота под формата на амоняк се отделя във въздуха.
Екологични проблеми
•
Щетите, причинени от замърсяването с азот и азотни торове на въздуха, почвите, водите, дивата природа в Европа, достигат между 70 млрд. и 320 млрд. евро годишно.
•
Голяма част от замърсяването с азот идва от селското стопанство за производството на месо и млечни продукти, тъй като земеделските култури, необходими за изхранването им, се отглеждат с помощта на изкуствени торове.
•
Освен че замърсява въздуха, диазотният оксид е и парников газ. Предизвиква дихателни затруднения и заболявания от астма и рак, води до намаляването на продължителността на живота с около шест месеца, твърдят учените. Освен че са опасни за човешкото здраве, торовете нанасят щети върху дивата природа, като достигат чрез реките Световния океан и вредят дори на рибните пасажи.