Что такое азот от А до Я

Азот – это газ с химической формулой в виде «N2», являющийся одним из самых известных веществ. В статье вы найдете все основные физические, химические и биологические характеристике азота. Для вас мы подобрали полезные фото и видеоматериалы.

История открытия

Впервые обнаружили его в начале 1770-х годов в Шотландии и Англии. Небезызвестный Резерфорд пытался понять, что такое воздух. Он пропускал его через уголь и щёлочи – в результате был получен газ, в среде которого не горело пламя.

Параллельно ему британец Кавендиш сжигал некоторые вещества – в остаточной среде дыхание было невозможно. Опыты привели к открытию нового вещества. Его начали называть воздухом удушливым» и «воздухом испорченным».

Gidro azota 1

Привычное название химический элемент получил устами француза Лавуазье. В своих опытах он установил, что грызуны, помещаемые в колбы только с этим газом, неотвратимо погибают. Он и «ввёл в оборот» известное слово.

Происхождение названия

Открыватели вещества обнаруживали, что живые организмы умирают в среде азота. Соответственно, само собой напрашивалось следующее:

  • «а» — приставка, обозначающая отсутствие чего-то;
  • «зоо» — термин, отражающий наличие жизни;
  • а + зоо -> «азот», относительно безжизненный.

Именно этим именем химический элемент называется сегодня в таблице имени великого русского учёного Д.И. Менделеева.

Азот в природе

Он является одним из наиболее распространённых химических элементов на планете. Большое его количество присутствует в атмосфере, в частях растений и живых организмов – в форме нитратов, окисей, нуклеиновых кислотах, аминокислотах, белках и прочих.

В качестве ископаемого слабо распространён, больше всего – как селитра и хлористый аммоний.

Для науки и техники особый интерес представляет высший гидроксид азота, точнее – азотная кислота. Её запах, специфический нашатырный, известен каждому.

Распространенность

Подсчитано, что только в атмосфере Земли имеется примерно 3,8 х 10 в 15-й степени тонн азота. Ещё до 1,5 х 10 в 15-й степени тонн содержится в поверхностных слоях нашей планеты, а в мантии – примерно 1,3 х 10 в 16-й степени тонн.

Последнее рассчитано с учётом фактических данных по количеству и составу лавы, извергающейся из вулканов: в ней содержится колоссальное количество азота.

Богат на него и космос: он обнаружен на нескольких планетах Солнечной системы и их спутниках, в газовых скоплениях. Это – многие миллиарды тонн.

Изотопы

Химия азота отличается разнообразием, известен целый ряд оксидов. Все они интересны широким спектром степени окисления N и образуют «свои» кислоты и соли:

  • N2O (степень окисления молекулы азота равна +1, низшая из возможных), сладковатый на запах газ, применяемый для наркоза: образует гипоазотистую кислоту и гипонитрит (название производной соли);
  • NO (+2), отличается ядовитостью при высокой концентрации: нитроксиловая кислота и нитроксилат;
  • N2O3 (+3), существует в чистом виде только при отрицательной температуре: нитрит;
  • NO2 или N2O4 (+4), бесцветный при нормальных условиях и коричневый – если вводить сопутствующий подогрев;
  • N2O5 (+5), летучие кристаллы, отличающиеся гигроскопичностью.

Непосредственно изотопы (как электронная конфигурация атома азота) интересны для химиков и работников атомной промышленности – при генерировании новых соединений и при исследованиях. Отличие заключается в количестве нейтронов ядра атома и фактических степенях окисления азота.

Типовая природная форма – всего 2 изотопа. Они обозначаются записями 14N и 15N, отличаются стабильностью. Остальные (известно 15 единиц) различаются собственной энергией и продолжительностью существования.

А вы знаете какое давление в кислородном баллоне

Круговорот азота в природе

Интересно, что чистый N2 не знали долгое время – хотя и использовали значительное количество его соединений. Их добывали и синтезировали, производили и очищали десятками и сотнями лет, что даже кое-где вошло в культуру.

Так, аммиак, селитра и азотная кислота обладают повсеместной известностью. У отдельных веществ есть даже свои названия:

  • KNO3 – селитра «индийская», калиевая, в большом объёме добывается в Индии;
  • NaNO3 – селитра «чилийская», натриевая, много месторождений находится в Чили.

Более известная аммиачная селитра (NH4NO3) является продуктом химической промышленности. Это удобрение синтезируется специально. Степень окисления аммиака равна «-3».

Биологическая роль

Несмотря на название вещество крайне важно для жизни.

Растения генерируют его в ходе переработки азотсодержащих соединений и фотосинтеза. Завершают эту работу особые микроорганизмы, преобразующие вещество в свободный газ.

Процессы роста «зелени» зависят от содержания его соединений в почве. Полезная хозяйственная деятельность снижает количество элемента – что приводит к ухудшению питательной среды. Подкормка внесением удобрений – основной способ поддержания растениеводства.

Gidro azota 2

Жизнь животных и человека во многом зависит от имеющихся в организме 15-16 процентов азота. Накапливается он при питании – поэтому важно потреблять полноценный рацион.

Опасность для здоровья

На живой организм азот чистый и в соединениях воздействует таким образом:

  • накапливается в жировых тканях, растворяясь в них и отравляя весь организм;
  • поражает нервную систему и головной мозг, снижая скорость реакций и нарушая мыслительные способности;
  • нарушает работу дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Проявляется работа «веселящего» газа (одно из названий вещества) в следующем: начинается кашель, чувствуется эйфория, обнаруживаются боли в груди, тело ощущается будто расторможенным, однако вскоре начинается апатия, кожа может посинеть, температура тела повышается, может развиться удушье.

Может даже наступить гибель: при дыхании инертным веществом в концентрации 90% и выше. Причины – от тяжелой интоксикации до обычного кислородного голодания.

При недостатке этого неметалла возможно следующее:

  • дистрофия различной степени;
  • задержка умственного и физического развития;
  • нарушение иммунитета.

Причинами выступают недополучение питательных компонентов (в первую очередь – белков), нарушение работы пищеварительной системы и сбои в обмене веществ.

Полезная статья — УЗК сварных швов

Получение

Атом и молекулу чистого азота оптимально вычленять в лабораторных условиях. Для этого применяют такие химические реакции:

  • сведение нитрита натрия с хлоридом аммония даёт воду и азот;
  • сжигание аммиака;
  • термическое разложение некоторых соединений щелочных металлов;
  • аммиачное восстановление окисленной меди, а также ряд других.

В условиях промышленных задействуются мембранный, криогенный и адсорбционный способы. Каждый из них нуждается в оборудовании и особых условиях выполнения.

При дальнейшей обработке производится высший гидроксид азота – азотная кислота (HNO3), которая способна реагировать с широким спектром веществ.

Разложение нитрита аммония

Экзотермическая реакция распада нитрита нуждается в охлаждении – тепловыделение составляет около 330 кДж. Интересен начальный период – для активации реакции необходим кратковременный подогрев продукта.

Gidro azota 3

В сосуд с нитритом аммония в малых количествах добавляется сульфат аммония. В результате выделяются азот и вода, загрязнённые небольшими количествами кислорода и аммиака.

Избавиться от них возможно с помощью последовательного проведения продуктов реакции через серную кислоту, сульфат железа и медь.

Нагревание дихромата калия с сульфатом аммония

Если смешать сульфат аммония и дихромат калия, а потом начать их нагревать, в результатах реагирования компонентов продуктов будет присутствовать и газообразный азот.

Gidro azota 4

Разложение азидов

Нагревание азидов щелочных металлов позволяет получить наиболее химически чистый азот. Процесс заключается в обычном разложении на более простые компоненты без остатка.

Gidro azota 5

Реакция воздуха с раскаленным коксом

Если подогреть кокс до определённой температуры и начать пропускать через него обычный воздух (без предварительной подготовки), на выходе образуется «генераторная» газовая смесь. Выделение N2 из неё возможно при удалении СО.

Перегонка воздуха

В промышленных условиях наиболее часто задействуется перегонка с мембранной или адсорбционной обработкой.

Gidro azota 6

Для этого получают сжиженный воздух (собирая его в ёмкость под давлением), после чего фракционируют. Выполняется это силами специальной азотной станции.

Пропускание аммиака над оксидом меди II

Двухвалентный оксид меди, нагретый до 690-710 °С), позволяет сгенерировать азот из аммиака. Валентность азота не равна требуемой константе – параметр в данном случае не имеет значения.

Газовое сырье очищают от излишков кислорода, после чего осушивают с помощью сухих щелочей и серной кислоты. После подготовленный газ пропускают над поверхностью меди.

Свойства

Вещество является представителем 5 (V) группы химических элементов таблицы Менделеева. Среди подобных ему газ занимает лидирующую позицию в подгруппе с названием «пниктогены» («удушающие», греч.).

Все свойства являются следствием электронной конфигурации атома азота.

Физические свойства

N2 представляет собой газ без цвета и запаха. Является основой воздуха — до 79% массовых частей принадлежит ему.

Основные физические параметры:

  • плотность при температуре в 20°С и атмосферном давлении: 1,25 кг/м3;
  • температура кипения: -195..-197°С;
  • температура плавления: около -209°С;
  • растворимость в воде и других органических растворителях: очень низкая;
  • степень окисления N – различная, что даёт целый ряд оксидов и производных соединений.

Оптический спектр свечения газа интересен отсутствием заметности в зелёной и жёлтой областях.

Gidro azota 7

Что до взаимодействия с другими веществами – всё зависит от изотопа и условий окружающей среды.

Полезная статья — Поксипол холодная сварка

Фазовая диаграмма

Фазовая диаграмма как способ взаимосвязи давления вещества и его температуры позволяет оценить или спрогнозировать поведение азота и даже его состояние.

Gidro azota 8

Как аналитический инструмент диаграмма важна для химиков, инженеров, различных лабораторных и производственных специалистов.

Химические свойства и строение молекулы

Газ в свободном состоянии существует в форме двухатомной молекулы. Атомы удерживаются тройными связями – из-за наличия трёх «свободных» электронов. Атомная масса: 14,0063 единиц.

Gidro azota 9

Молекула отличается прочностью, что влияет на инертность. Интересно, что с разными веществами он проявляет свойства либо восстановительные, либо окислительные. Минимальная валентность азота составляет 1, максимальная равна 4, также возможны варианты величиной в 2 и 3 единицы.

Как окислитель N2 реагирует с литием при обычных условиях и с прочими металлами при наличии подогрева. Результатом являются нитриды – ионные соединения, из которых возможно получать аммиак. При высоком давлении и температуре возможно взаимодействие с водородом.

В качестве восстановителя N2 реагирует с кислородом и фтором. Для осуществления реакции потребуется пропускание через вещества электрического разряда.

Промышленное связывание атмосферного азота

Условия промышленного производства отличаются от «чистых» лабораторных простотой практической реализации и не слишком высокой сложностью оснащения (высокотехнологичные предприятия в расчёт не берутся, речь – о среднестатистическом оснащении и культуре производства).

По этой причине азот из атмосферы связывается и применяется более упрощёнными методами. Основные варианты:

  • адсорбция и фракционирование: получение сжиженного воздуха и его перегонка с разбивкой на отдельные фракции в специальных установках, основой которых является твёрдый адсорбент;
  • вычленение необходимой газовой составляющей при пропускании через ряд мембран: методика основывается на разностях скоростей прохождения разных газов из-за их свойств (в первую очередь – фактическая разница парциальных давлений с обоих сторон каждой мембраны);
  • атмосферный воздух сильно охлаждается в криогенной установке, в ходе чего отдельные компоненты сжижаются из-за различных значений температуры фазового перехода.

Gidro azota 10

Кажущаяся простота технологии нуждается в работе квалифицированных специалистов.

Применение

Основное назначение азота – промышленное применение:

  • создание гидроксида азота (азотной кислоты), аммиака;
  • задействование в качестве защитной среды для химических реакций и технологических процессов (так, термообработка черных металлов в ряде случаев проводится под защитой азота, а металлы цветные качественно свариваются под его слоем);
  • выполнение функции рабочей среды в технике (к примеру, для систем охлаждения, в различных вакуумных линиях).

Исследовательское и лабораторное применение в расчёт не берётся – хотя азот для «химии» актуален всегда.

Газообразный азот

N2 в газообразном состоянии требуется целому спектру процессов и механизмов:

  • процессы высокотемпературные: обработка металлов и сплавов (от придания необходимых свойств до резки и сварки);
  • создание, транспортировка и хранение химических продуктов, которые быстро окисляются;
  • консервация технологического оборудования на различных этапах его транспортировки, краткосрочного и постоянного хранения.

Особый интерес к техническому газу – у сварки. Ввиду инертности к меди при нормальной и высокой температуре азот качественно ограждает свариваемые поверхности от атмосферного кислорода.

Читать также – Разряды сварщика

Жидкий азот

N2 в жидкой форме в основном применяется в таких сферах:

  • медицина и косметология: для удаления различных образований и нейтрализации болезнетворной среды;
  • научная и техническая деятельность: задействование в качестве рабочей среды и средства для консервации материалов;
  • промышленность: обработка материалов.

Широко применяется жидкий азот в химической промышленности и для лабораторных задач.

А вы знаете — Какие конструктивные элементы характеризуют форму разделки кромок

Маркировка баллонов

Техническое применение азота напрямую связано с его тарой. Поставляется газ в стандартных баллонах. Для предотвращения ошибок баллоны каждого вида газовой смеси маркируется уникальной цветовой схемой.

Gidro azota 11

Баллон с азотом окрашивается в чёрный колор, надпись «Азот» на нём выполняется жёлтым цветом.

Помогла ли Вам наша статья ?
Да
77.61%
Нет
22.39%
Проголосовало: 67

Если у Вас остались вопросы, задайте их в комментариях. Мы поможем Вам.

Оцените автора
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Mrmetall.ru
Добавить комментарий

× Заказ техкарт
Adblock
detector