Как выглядит азот

Азот – это химический элемент с атомным номером 7. Является газом без запаха, вкуса и цвета.

Таким образом, человек не ощущает присутствия азота в земной атмосфере, между тем как она состоит из этого вещества на 78 процентов. Азот относится к самым распространенным веществам на нашей планете. Часто можно слышать, что без азота не было бы жизни на Земле, и это правда. Ведь белковые соединения, из которых состоит все живое, обязательно содержат в себе азот.

Азот в природе

Азот находится в атмосфере в виде молекул, состоящих из двух атомов. Помимо атмосферы, азот есть в мантии Земли и в гумусном слое почвы. Основной источник азота для промышленного производства – это полезные ископаемые.

Однако в последние десятилетия, когда запасы минералов стали истощаться, возникла острая необходимость выделения азота из воздуха в промышленных масштабах. В настоящее время эта проблема решена, и огромные объемы азота для нужд промышленности добываются из атмосферы.

Роль азота в биологии, круговорот азота

На Земле азот претерпевает ряд трансформаций, в которых участвуют и биотические (связанные с жизнью) и абиотические факторы. Из атмосферы и почвы азот поступает в растения, причем не напрямую, а через микроорганизмы. Азотфиксирующие бактерии удерживают и перерабатывают азот, превращая его в форму, легко усваиваемую растениями. В организме растений азот переходит в состав сложных соединений, в частности – белков.

По пищевой цепи эти вещества попадают в организмы травоядных, а затем – хищников. После гибели всего живого азот вновь попадает в почву, где подвергается разложению (аммонификации и денитрификации). Азот фиксируется в грунте, минералах, воде, попадает в атмосферу, и круг повторяется.

Применение азота

После открытия азота (это произошло в 18-м столетии), были хорошо изучены свойства самого вещества, его соединений, возможности использования в хозяйстве. Поскольку запасы азота на нашей планете огромны, данный элемент стал использоваться крайне активно.

Чистый азот применяется в жидком или газообразном виде. Жидкий азот имеет температуру минус 196 градусов по Цельсию и применяется в следующих областях:

— в медицине. Жидкий азот является хладагентом при процедурах криотерапии, то есть лечения холодом. Мгновенная заморозка применяется для удаления различных новообразований. В жидком азоте хранят образцы тканей и живые клетки (в частности – сперматозоиды и яйцеклетки). Низкая температура позволяет сохранить биоматериал в течение длительного времени, а затем разморозить и использовать.

Возможность хранить в жидком азоте целые живые организмы, а при необходимости размораживать их без всякого вреда высказана писателями-фантастами. Однако в реальности освоить эту технологию пока не удалось;

— в пищевой промышленности жидкий азот используется при розливе жидкостей для создания инертной среды в таре.

Вообще азот применяется в тех областях, где необходима газообразная среда без кислорода, например,

— в пожаротушении. Азот вытесняет кислород, без которого процессы горения не поддерживаются и огонь затухает.

Газообразный азот нашел применение в таких отраслях:

— производство продуктов питания. Азот используется как инертная газовая среда для сохранения свежести продуктов в упаковке;

— в нефтедобывающей промышленности и горном деле. Азотом продувают трубопроводы и резервуары, его нагнетают в шахты для формирования взрывобезопасной газовой среды;

— в самолетостроении азотом накачивают шины шасси.

Все вышесказанное относится к применению чистого азота, но не стоит забывать, что этот элемент является исходным сырьем для производства массы всевозможных соединений:

— аммиак. Чрезвычайно востребованное вещество с содержанием азота. Аммиак идет на производство удобрений, полимеров, соды, азотной кислоты. Сам по себе применяется в медицине, изготовлении холодильной техники;

— азотные удобрения;

— взрывчатые вещества;

— красители и т.д.

Азот – не только один из наиболее распространенных химических элементов, но и очень нужный компонент, применяемый во многих отраслях человеческой деятельности.

Источник: www.vseznaika.org

АЗОТ, N (читается «эн»), химический элемент второго периода VA группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. В свободном виде — газ без цвета, запаха и вкуса, плохо растворим в воде. Состоит из двухатомных молекул N2, обладающих высокой прочностью. Относится к неметаллам.

В 1777 году Генри Кавендиш провёл следующий опыт: он многократно пропускал воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его
щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. С позиций современной химии ясно,
что в реакции с раскалённым углём кислород воздуха связывался в углекислый газ, который затем реагировал со щёлочью. При этом остаток газа представлял собой по большей части азот. Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что это новый химический элемент.

Жидкий азот — жидкость прозрачного цвета. Является одним из четырёх агрегатных состояний азота. Имеет криогенные свойства с точкой кипения 77,4 K (−195,75 °C). Не взрывоопасен и не ядовит.

Жидкий азот в кружке:

Литр жидкого азота, испаряясь и нагреваясь до 20 °C, образует примерно
700 литров газа. По этой причине жидкий азот хранят в специальных сосудах Дьюара с вакуумной изоляцией открытого
типа или криогенных ёмкостях под давлением.

Сосуд Дьюара:

Мгновенная заморозка крупных объектов:

Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно крупные объекты. Это широко распространённая ошибка. Даже для замораживания цветка необходимо достаточно продолжительное время. Это связано отчасти с весьма низкой теплоёмкостью азота. По этой же причине весьма затруднительно охлаждать, скажем, замки до −196 °C и раскалывать их одним ударом.

Заморозка жидким азотом живых существ с возможностью последующей их разморозки проблематична. Проблема заключается в невозможности заморозить (и разморозить) существо достаточно быстро, чтобы неоднородность заморозки не сказалась на его жизненных функциях. Станислав Лем, фантазируя на эту тему в книге «Фиаско», придумал экстренную систему заморозки азотом, в которой шланг с азотом, выбивая зубы, вонзался в рот астронавта и внутрь его подавался обильный поток азота.

Ошибочно думать, что если опустить руку в жидкий азот на несколько секунд, то вытащите от туда кусок льда

А на этой фотографии вы видите банан, замороженный жидким азотом. Как видите, им можно забивать гвозди в доску..

Получение: в промышленности азот получают из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждают, сжижают, а жидкий воздух подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (–195,8°C), чем другого компонента воздуха — кислорода (–182,9°C), поэтому при осторожном нагревании жидкого воздуха азот испаряется первым. Потребителям газообразный азот поставляют в сжатом виде (150 атм. или 15 МПа) в черных баллонах, имеющих желтую надпись «азот». Хранят жидкий азот в сосудах Дьюара.

В лаборатории чистый («химический») азот получают добавляя при нагревании насыщенный раствор хлорида аммония NH4Cl к твердому нитриту натрия NaNO2:

NaNO2 + NH4Cl = NaCl + N2 + 2H2O.

Можно также нагревать твердый нитрит аммония:

NH4NO2 = N2 + 2H2O.

Применение: в промышленности газ азот используют главным образом для получения аммиака. Как химически инертный газ азот применяют для обеспечения инертной среды в различных химических и металлургических процессах, при перекачке горючих жидкостей. Жидкий азот широко используют как хладагент, его применяют в медицине, особенно в косметологии. Важное значение в поддержании плодородия почв имеют азотные минеральные удобрения.

Интересное видео, в котором наглядно экспериментально показаны свойства жидкого азота. Что можно с ним делать и что нельзя.
Как ошибаются фантасты и создатели фильмов.

Источник: trindelka.net

Что такое жидкий азот

Это инертный газ, который является неотъемлемой составляющей воздуха. Его вес 14, 0067 а. е. м, обозначение в формулах – N, состоит в химической таблице Менделеева. Жидкий азот – это агрегатная форма азота, для которой характерно отсутствие токсичности, коррозии, взрывоопасности при нормальных условиях, высокая температура кипения. Такой состав не будет гореть, а при тушении пожара вытесняет кислород, сокращая обширные источники огня. О свойствах химического вещества активно говорят ученые не одного поколения.

Свойства

Это инертный газ, негорючий, без цвета и запаха. В жидкой форме он будет плохо гореть, при этом склонен не только к замерзанию, но и к замораживанию, что особенно актуально для современной медицины. Весит 14, 0067 а. е. м. – легкий, под давлением поднимается вверх. При температуре от 195 градусов закипает, а заморозка происходит при температурном показателе – 200 градусов Цельсия. Свойства азота позволяют задействовать его в разных сферах жизни, при соблюдении правил безопасности. При вопросе, где купить, первым делом требуется определиться с целью приобретения.

Как делают

Добывать жидкую форму указанного соединения можно исключительно при соблюдении лабораторных условий. За основу технологичного процесса берется экзотермическая реакция разложения нитрита аммония с выделением энергии. Сначала сосуд доводят до кипения, потом охлаждают (происходит процесс кристаллизации). Второй метод заключается во фракционной перегонке жидкого воздуха атмосферы. Повторить такие опыты в домашней обстановке не предоставляется возможным даже при наличии соответствующего образования – не те условия.

Применение азота

Жидкая форма этого химического элемента нашла свое применение сразу в нескольких направлениях, например, ее активно задействуют при удалении папиллом и бородавок, проведении ряда хирургических манипуляций, для создания зрелищных кинотрюков в мировом кинематографе. Говорить о применении азота можно часами, поэтому ниже представлены самые актуальные и востребованные направления:

• криотерапия;

• пожаротушение;
• заморозка органических и неорганических материалов;
• криоконсервация клеток;
• криогенная резка;
• охлаждение различной техники и оборудования.

В промышленности

Прежде чем заказать такой уникальный продукт, важно определиться с условиями хранения. Закрытые помещения категорически запрещены в качестве хранилища, должна присутствовать мощная вентиляция. Liquid nitrogen положено хранить холодным в контейнерах, которые должны занимать только вертикальное положение. Для бытовых целей уместно сжижение вещества в китайский обыкновенный термос.

Применение азота в промышленности актуально при работе с оборудованием, которое под воздействием нагрузки постепенно нагревается. Жидкая форма указанного микроэлемента способствует естественному охлаждению техники. Азот может использоваться другими направлениями производства. Это:

• создание инертной среды емкостей для предстоящей транспортировки природного газа;

• производство азотных удобрений, синтез аммиака;
• обработка черных металлов;
• пожаротушение при угледобывающих шахтах;
• снижение давления у нефтяных скважин.

В косметологии

Использование этого химического элемента в современной косметологии уместно благодаря высокой температуре кипения. Он служит для заправки медицинского оборудования, основное направление которого – криотерапия. При отсутствии противопоказаний несет колоссальную пользу для здоровья и эстетической привлекательности кожных покровов. В косметологии вещество необходимо для быстрого и безболезненного выведения папиллом и бородавок. Применять его свойства и характеристики можно и в следующих направлениях:

• устранение угревой сыпи и розовых прыщей;

• повышение порога болевой чувствительности для лучшего перенесения косметических процедур;
• устранение отеков после эстетических и хирургических манипуляций;
• улучшение заживления ран;
• устранение острых воспалений кожи;
• предотвращение стремительного старения дермы;
• криоаппликации;
• криомассаж;
• успешная борьба с признаками целлюлита.

В медицине

В аптеке баллон с таким элементом таблицы Менделеева сложно достать, заказать жидкость через интернет тоже не всегда предоставляется возможность. Использование рекомендовано только в условиях стационара под строгим врачебным контролем. Помимо дерматологии, элемент используют и для других областей, например, он является частью обезболивающего комплекса, улучшает восстановление в послеоперационном периоде. Применение азота в медицине предусматривает и другие, не менее актуальные направления:

• лечение жирной кожи, чистка лица от симптомов акне, угревой сыпи;

• обеспечение устойчивого обезболивающего эффекта;
• нормализация системного кровообращения;
• устранение язв, эрозий слизистых оболочек;
• лечение тяжелых больных области хирургии.

Лечение

Если заказать нитроген с доставкой на дом, желаемого результата после пройденного курса может не быть. Получение лечебного эффекта остается все равно под вопросом, поскольку поверхностное самолечение сомнительно по отношению к положительной динамике недуга. Лечение должно быть в полном объеме назначено после диагностики лечащим врачом, при этом будет стоить дорого.

Если купить вещество в аптеке, можно взять нитрогениум на вату и заморозить бородавку, но при этом не дотрагиваться до здоровой кожи. Узнавая о таком стремительном результате, многие пациенты оживленно интересуются, сколько стоит жидкий азот в аптеке. Уколы с веществом не только убирают боль, но и способны сделать дерму здоровой, молодой, обновленной.

Цена­

Прежде чем купить для косметологии или терапевтических целей, требуется ознакомиться с противопоказаниями (откуда можно ждать ухудшения общего самочувствия). Если ограничений не наблюдается, поставки элемента налажены в Москве, Санкт-Петербурге и не только. Стоимость зависит от процедуры, которую предстоит пережить пациентке. Сеанс криомассажа можно получать по расценкам от 500 рублей, прижигание эрозии шейки матки – от 1 000 рублей. Цены обусловлены зоной, которая требует лечения.

Источник: sovets.net

Историческая справка.

Опыты А.Лавуазье, посвященные исследованию роли атмосферы в поддержании жизни и процессов горения, подтвердили существование относительно инертного вещества в атмосфере. Не установив элементную природу остающегося после сгорания газа, Лавуазье назвал его azote, что на древнегреческом означает «безжизненный». В 1772 Д.Резерфорд из Эдинбурга установил, что этот газ является элементом, и назвал его «вредный воздух». Латинское название азота происходит от греческих слов nitron и gen, что означает «образующий селитру».

Фиксация азота и азотный цикл.

Термин «фиксация азота» означает процесс связывания атмосферного азота N₂. В природе это может происходить двумя путями: либо бобовые растения, например горох, клевер и соя, накапливают на своих корнях клубеньки, в которых бактерии, фиксирующие азот, превращают его в нитраты, либо происходит окисление атмосферного азота кислородом в условиях разряда молнии. С.Аррениус установил, что таким способом фиксируется до 400 млн. т азота ежегодно. В атмосфере оксиды азота соединяются с дождевой водой, образуя азотную и азотистую кислоты. Кроме того, установлено, что с дождем и снегом на каждый гектар земли попадает ок. 6700 г азота; достигая почвы, они превращаются в нитриты и нитраты. Растения используют нитраты для образования растительных белковых веществ. Животные, питаясь этими растениями, усваивают белковые вещества растений и превращают их в животные белки. После смерти животных и растений происходит их разложение, азотные соединения превращаются в аммиак. Аммиак используется двумя путями: бактерии, не образующие нитратов, разрушают его до элементов, выделяя азот и водород, а другие бактерии образуют из него нитриты, которые другими бактериями окисляются до нитратов. Таким образом происходит круговорот азота в природе, или азотный цикл.

Строение ядра и электронных оболочек.

В природе существуют два стабильных изотопа азота: с массовым числом 14 ( содержит 7 протонов и 7 нейтронов) и с массовым числом 15 ( содержит 7 протонов и 8 нейтронов). Их соотношение составляет 99,635:0,365, поэтому атомная масса азота равна 14,008. Нестабильные изотопы азота ¹²N, ¹³N, ¹⁶N, ¹⁷N получены искусственно. Схематически электронное строение атома азота таково: 1s²2s²2p_x¹2p_y¹2p_z¹. Следовательно, на внешней (второй) электронной оболочке находится 5 электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей; орбитали азота могут также принимать электроны, т.е. возможно образование соединений со степенью окисления от (–III) до (V), и они известны. См. также АТОМА СТРОЕНИЕ.

Молекулярный азот.

Из определений плотности газа установлено, что молекула азота двухатомна, т.е. молекулярная формула азота имеет вид NєN (или N₂). У двух атомов азота три внешних 2p-электрона каждого атома образуют тройную связь:N:::N:, формируя электронные пары. Измеренное межатомное расстояние N–N равно 1,095 Å. Как и в случае с водородом (см. ВОДОРОД), существуют молекулы азота с различным спином ядра – симметричные и антисимметричные. При обычной температуре соотношение симметричной и антисимметричной форм равно 2:1. В твердом состоянии известны две модификации азота: a – кубическая и b – гексагональная с температурой перехода a ® b –237,39° С. Модификация b плавится при –209,96° С и кипит при –195,78° C при 1 атм (см. табл. 1).

Энергия диссоциации моля (28,016 г или 6,023Ч10²³ молекул) молекулярного азота на атомы (N₂ 2N) равна примерно –225 ккал. Поэтому атомарный азот может образовываться при тихом электрическом разряде и химически более активен, чем молекулярный азот.

Получение и применение.

Способ получения элементного азота зависит от требуемой его чистоты. В огромных количествах азот получают для синтеза аммиака, при этом допустимы небольшие примеси благородных газов.

Азот из атмосферы.

Экономически выделение азота из атмосферы обусловлено дешевизной метода сжижения очищенного воздуха (пары воды, CO₂, пыль, другие примеси удалены). Последовательные циклы сжатия, охлаждения и расширения такого воздуха приводят к его сжижению. Жидкий воздух подвергают фракционной перегонке при медленном подъеме температуры. Первыми выделяются благородные газы, затем азот, и остается жидкий кислород. Очистка достигается многократностью процессов фракционирования. Таким методом производят многие миллионы тонн азота ежегодно, преимущественно для синтеза аммиака, который является исходным сырьем в технологии производства различных азотсодержащих соединений для промышленности и сельского хозяйства. Кроме того, очищенную азотную атмосферу часто используют, когда недопустимо присутствие кислорода.

Лабораторные способы.

Азот в небольших количествах можно получать в лаборатории разными способами, окисляя аммиак или ион аммония, например:

Очень удобен процесс окисления иона аммония нитрит-ионом:

Известны и другие способы – разложение азидов при нагревании, разложение аммиака оксидом меди(II), взаимодействие нитритов с сульфаминовой кислотой или мочевиной:

При каталитическом разложении аммиака при высокой температуре тоже можно получить азот:

Физические свойства.

Некоторые физические свойства азота приведены в табл. 1.

Таблица 1. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА
Плотность, г/см3	0,808 (жидк.)
Температура плавления, °С	–209,96
Температура кипения, °С	–195,8
Критическая температура, °С	–147,1
Критическое давление, атма	33,5
Критическая плотность, г/см3а	0,311
Удельная теплоемкость, Дж/(мольЧК)	14,56 (15° С)
Электроотрицательность по Полингу	3
Ковалентный радиус,	0,74
Кристаллический радиус,	1,4 (M3–)
Потенциал ионизации, Вб
первый	14,54
второй	29,60
а Температура и давление, при которых плотности азота жидкого и газообразного состояния одинаковы. б Количество энергии, необходимое для удаления первого внешнего и следующего за ним электронов, в расчете на 1 моль атомарного азота.

Химические свойства.

Как уже было отмечено, преобладающим свойством азота при обычных условиях температуры и давления является его инертность, или малая химическая активность. Электронная структура азота содержит электронную пару на 2s-уровне и три наполовину заполненные 2р-орбитали, поэтому один атом азота может связывать не более четырех других атомов, т.е. его координационное число равно четырем. Небольшой размер атома также ограничивает количество атомов или групп атомов, которые могут быть связаны с ним. Поэтому многие соединения других членов подгруппы VA либо вовсе не имеют аналогов среди соединений азота, либо аналогичные соединения азота оказываются нестабильными. Так, PCl₅ – стабильное соединение, а NCl₅ не существует. Атом азота способен связываться с другим атомом азота, образуя несколько достаточно стабильных соединений, такие, как гидразин N₂H₄ и азиды металлов MN₃. Такой тип связи необычен для химических элементов (за исключением углерода и кремния). При повышенных температурах азот реагирует со многими металлами, образуя частично ионные нитриды M_xN_y. В этих соединениях азот заряжен отрицательно. В табл. 2 приведены степени окисления и примеры соответствующих соединений.

Таблица 2. СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ АЗОТА И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Степень окисления	Примеры соединений
–III	Аммиак NH3, ион аммония NH4+, нитриды M3N2
–II	Гидразин N2H4
–I	Гидроксиламин NH2OH
I	Гипонитрит натрия Na2N2O2, оксид азота(I) N2O
II	Оксид азота(II) NO
III	Оксид азота(III) N2O3, нитрит натрия NaNO2
IV	Оксид азота(IV) NO2, димер N2O4
V	Оксид азота(V) N2O5, азотная кислота HNO3 и ее соли (нитраты)

Нитриды.

Соединения азота с более электроположительными элементами, металлами и неметаллами – нитриды – похожи на карбиды и гидриды. Их можно разделить в зависимости от характера связи M–N на ионные, ковалентные и с промежуточным типом связи. Как правило, это кристаллические вещества.

Ионные нитриды.

Связь в этих соединениях предполагает переход электронов от металла к азоту с образованием иона N^3–. К таким нитридам относятся Li₃N, Mg₃N₂, Zn₃N₂ и Cu₃N₂. Кроме лития, другие щелочные металлы IA подгруппы нитридов не образуют. Ионные нитриды имеют высокие температуры плавления, реагируют с водой, образуя NH₃ и гидроксиды металлов.

Ковалентные нитриды.

Когда электроны азота участвуют в образовании связи совместно с электронами другого элемента без перехода их от азота к другому атому, образуются нитриды с ковалентной связью. Нитриды водорода (например, аммиак и гидразин) полностью ковалентны, как и галогениды азота (NF₃ и NCl₃). К ковалентным нитридам относятся, например, Si₃N₄, P₃N₅ и BN – высокостабильные белые вещества, причем BN имеет две аллотропные модификации: гексагональную и алмазоподобную. Последняя образуется при высоких давлениях и температурах и имеет твердость, близкую к твердости алмаза.

Нитриды с промежуточным типом связи.

Переходные элементы в реакции с NH₃ при высокой температуре образуют необычный класс соединений, в которых атомы азота распределены между регулярно расположенными атомами металла. В этих соединениях нет четкого смещения электронов. Примеры таких нитридов – Fe₄N, W₂N, Mo₂N, Mn₃N₂. Эти соединения, как правило, совершенно инертны и обладают хорошей электрической проводимостью.

Водородные соединения азота.

Азот и водород взаимодействуют, образуя соединения, отдаленно напоминающие углеводороды (см. также ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ). Стабильность азотоводородов уменьшается с увеличением числа атомов азота в цепи в отличие от углеводородов, которые устойчивы и в длинных цепях. Наиболее важные нитриды водорода – аммиак NH₃ и гидразин N₂H₄. К ним относится также азотистоводородная кислота HNNN (HN₃).

Аммиак NH3.

Аммиак – один из наиболее важных промышленных продуктов современной экономики. В конце 20 в. США производили ок. 13 млн. т аммиака ежегодно (в пересчете на безводный аммиак).

Строение молекулы.

Молекула NH₃ имеет почти пирамидальное строение. Угол связи H–N–H составляет 107°, что близко к величине тетраэдрического угла 109°. Неподеленная электронная пара эквивалентна присоединенной группе, в результате координационное число азота равно 4 и азот располагается в центре тетраэдра.

Cвойства аммиака.

Некоторые физические свойств аммиака в сравнении с водой приведены в табл. 3.

Таблица 3. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АММИАКА И ВОДЫ
Свойство	Аммиак	Вода
Плотность, г/см3	0,65 (–10° С)	1,00 (4,0° С)
Температура плавления, °С	–77,7	0
Температура кипения, °С	–33,35	100
Критическая температура, °С	132	374
Критическое давление, атм	112	218
Энтальпия испарения, Дж/г	1368 (–33° С)	2264 (100° С)
Энтальпия плавления, Дж/г	351 (–77° С)	334 (0° С)
Удельная электропроводность	5Ч10–11 (–33° С)	4Ч10–8 (18° С)

Температуры кипения и плавления у аммиака намного ниже, чем у воды, несмотря на близость молекулярных масс и сходство строения молекул. Это объясняется относительно большей прочностью межмолекулярных связей у воды, чем у аммиака (такая межмолекулярная связь называется водородной).

Аммиак как растворитель.

Высокая диэлектрическая проницаемость и дипольный момент жидкого аммиака позволяют использовать его как растворитель для полярных или ионных неорганических веществ. Аммиак-растворитель занимает промежуточное положение между водой и органическими растворителями типа этилового спирта. Щелочные и щелочноземельные металлы растворяются в аммиаке, образуя темносиние растворы. Можно полагать, что в растворе происходит сольватация и ионизация валентных электронов по схеме

Синий цвет связывают с сольватацией и движением электронов или с подвижностью «дырок» в жидкости. При высокой концентрации натрия в жидком аммиаке раствор принимает бронзовую окраску и отличается высокой электропроводностью. Несвязанный щелочной металл можно выделить из такого раствора испарением аммиака или добавлением хлорида натрия. Растворы металлов в аммиаке являются хорошими восстановителями. В жидком аммиаке происходит автоионизация

аналогично процессу, протекающему в воде:

Некоторые химические свойства обеих систем сопоставлены в табл. 4.

Жидкий аммиак как растворитель имеет преимущество в некоторых случаях, когда невозможно проводить реакции в воде из-за быстрого взаимодействия компонентов с водой (например, окисление и восстановление). Например, в жидком аммиаке кальций реагирует с KCl с образованием CaCl₂ и K, поскольку CaCl₂ нерастворим в жидком аммиаке, а К растворим, и реакция протекает полностью. В воде такая реакция невозможна из-за быстрого взаимодействия Ca с водой.

Получение аммиака.

Газообразный NH₃ выделяется из солей аммония при действии сильного основания, например, NaOH:

Метод применим в лабораторных условиях. Небольшие производства аммиака основаны также на гидролизе нитридов, например Mg₃N₂, водой. Цианамид кальция CaCN₂ при взаимодействии с водой также образует аммиак. Основным промышленным методом получения аммиака является каталитический синтез его из атмосферного азота и водорода при высоких температуре и давлении:

Водород для этого синтеза получают термическим крекингом углеводородов, действием паров воды на уголь или железо, разложением спиртов парами воды или электролизом воды. На синтез аммиака получено множество патентов, отличающихся условиями проведения процесса (температура, давление, катализатор). Существует способ промышленного получения при термической перегонке угля. С технологической разработкой синтеза аммиака связаны имена Ф.Габера и К.Боша.

Таблица 4. СРАВНЕНИЕ РЕАКЦИЙ В ВОДНОЙ И АММИАЧНОЙ СРЕДЕ
Водная среда	Аммиачная среда
Нейтрализация
OH– + H3O+ ® 2H2O	NH2– + NH4+ ® 2NH3
Гидролиз (протолиз)
PCl5 + 3H2O POCl3 + 2H3O+ + 2Cl–	PCl5 + 4NH3 PNCl2 + 3NH4+ + 3Cl–
Замещение
Zn + 2H3O+ ® Zn2+ + 2H2O + H2	Zn + 2NH4+® Zn2+ + 2NH3 + H2
Сольватация (комплексообразование)
Al2Cl6 + 12H2O 2[Al(H2O)6]3+ + 6Cl–	Al2Cl6 + 12NH3 2[Al(NH3)6]3+ + 6Cl–
Амфотерность
Zn2+ + 2OH– Zn(OH)2	Zn2+ + 2NH2– Zn(NH2)2
Zn(OH)2 + 2H3O+ Zn2+ + 4H2O	Zn(NH2)2 + 2NH4+ Zn2+ + 4NH3
Zn(OH)2 + 2OH– Zn(OH)42–	Zn(NH2)2 + 2NH2– Zn(NH2)42–

Химические свойства аммиака.

Кроме реакций, упомянутых в табл. 4, аммиак реагирует с водой, образуя соединение NH₃ЧH₂O, которое часто ошибочно считают гидроксидом аммония NH₄OH; в действительности существование NH₄OH в растворе не доказано. Водный раствор аммиака («нашатырный спирт») состоит преимущественно из NH₃, H₂O и и малых концентраций ионов NH₄⁺ и OH^–, образующихся при диссоциации

Основной характер аммиака объясняется наличием неподеленной электронной пары азота:NH₃. Поэтому NH₃ – это основание Льюиса, которое имеет высшую нуклеофильную активность, проявляемую в форме ассоциации с протоном, или ядром атома водорода:

Любые ион или молекула, способные принимать электронную пару (электрофильное соединение), будут взаимодействовать с NH₃ с образованием координационного соединения. Например:

Символ Mⁿ+ представляет ион переходного металла (B-подгруппы периодической таблицы, например, Cu²⁺, Mn²⁺ и др.). Любая протонная (т.е. Н-содержащая) кислота реагирует с аммиаком в водном растворе с образованием солей аммония, таких, как нитрат аммония NH₄NO₃, хлорид аммония NH₄Cl, сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, фосфат аммония (NH₄)₃PO₄. Эти соли широко применяются в сельском хозяйстве как удобрения для введения азота в почву. Нитрат аммония кроме того применяют как недорогое взрывчатое вещество; впервые оно было применено с нефтяным топливом (дизельным маслом). Водный раствор аммиака применяют непосредственно для введения в почву или с орошающей водой. Мочевина NH₂CONH₂, получаемая синтезом из аммиака и углекислого газа, также является удобрением. Газообразный аммиак реагирует с металлами типа Na и K с образованием амидов:

Аммиак реагирует с гидридами и нитридами также с образованием амидов:

Амиды щелочных металлов (например, NaNH₂) реагируют с N₂O при нагревании, образуя азиды:

Газообразный NH₃ восстанавливает оксиды тяжелых металлов до металлов при высокой температуре, по-видимому, благодаря водороду, образующемуся в результате разложения аммиака на N₂ и H₂:

Атомы водорода в молекуле NH₃ могут замещаться на галоген. Иод реагирует с концентрированным раствором NH₃, образуя смесь веществ, содержащую NI₃. Это вещество очень неустойчиво и взрывается при малейшем механическом воздействии. При реакции NH₃ c Cl₂ образуются хлорамины NCl₃, NHCl₂ и NH₂Cl. При воздействии на аммиак гипохлорита натрия NaOCl (образуется из NaOH и Cl₂) конечным продуктом является гидразин:

Гидразин.

Приведенные выше реакции представляют собой способ получения моногидрата гидразина состава N₂H₄ЧH₂O. Безводный гидразин образуется при специальной перегонке моногидрата с BaO или другими водоотнимающими веществами. По свойствам гидразин слегка напоминает пероксид водорода H₂O₂. Чистый безводный гидразин – бесцветная гигроскопичная жидкость, кипящая при 113,5° C; хорошо растворяется в воде, образуя слабое основание

В кислой среде (H⁺) гидразин образует растворимые соли гидразония типа [NH₂NH₂H]⁺X^–. Легкость, с которой гидразин и некоторые его производные (например, метилгидразин) реагируют с кислородом, позволяет использовать его в качестве компонента жидкого ракетного топлива. Гидразин и все его производные сильно ядовиты.

Оксиды азота.

В соединениях с кислородом азот проявляет все степени окисления, образуя оксиды: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂ (N₂O₄), N₂O₅. Имеется скудная информация об образовании пероксидов азота (NO₃, NO₄).

Оксид азота(I)

N₂O (монооксид диазота) получается при термической диссоциации нитрата аммония:

Молекула имеет линейное строение

N₂O довольно инертен при комнатной температуре, но при высоких температурах может поддерживать горение легко окисляющихся материалов. N₂O, известный как «веселящий газ», используют для умеренной анестезии в медицине.

Оксид азота(II)

NO – бесцветный газ, является одним из продуктов каталитической термической диссоциации аммиака в присутствии кислорода:

NO образуется также при термическом разложении азотной кислоты или при реакции меди с разбавленной азотной кислотой:

NO можно получать синтезом из простых веществ (N₂ и O₂) при очень высоких температурах, например в электрическом разряде. В структуре молекулы NO имеется один неспаренный электрон. Соединения с такой структурой взаимодействуют с электрическим и магнитным полями. В жидком или твердом состоянии оксид имеет голубую окраску, поскольку неспаренный электрон вызывает частичную ассоциацию в жидком состоянии и слабую димеризацию в твердом состоянии: 2NO N₂O₂.

Оксид азота(III)

N₂O₃ (триоксид азота) – ангидрид азотистой кислоты: N₂O₃ + H₂O 2HNO₂. Чистый N₂O₃ может быть получен в виде голубой жидкости при низких температурах (–20° С) из эквимолекулярной смеси NO и NO₂. N₂O₃ устойчив только в твердом состоянии при низких температурах (т.пл. –102,3° С), в жидком и газообразном состояния он снова разлагается на NO и NO₂.

Оксид азота(IV)

NO₂ (диоксид азота) также имеет в молекуле неспаренный электрон (см. выше оксид азота(II)). В строении молекулы предполагается трехэлектронная связь, и молекула проявляет свойства свободного радикала (одна линия соответствует двум спаренным электронам):

NO₂ получается каталитическим окислением аммиака в избытке кислорода или окислением NO на воздухе:

а также по реакциям:

При комнатной температуре NO₂ – газ темнокоричневого цвета, обладает магнитными свойствами благодаря наличию неспаренного электрона. При температурах ниже 0° C молекула NO₂ димеризуется в тетраоксид диазота, причем при –9,3° C димеризация протекает полностью: 2NO₂ N₂O₄. В жидком состоянии недимеризовано только 1% NO₂, а при 100° C остается в виде димера 10% N₂O₄.

NO₂ (или N₂O₄) реагирует в теплой воде с образованием азотной кислоты: 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO. Технология NO₂ поэтому очень существенна как промежуточная стадия получения промышленно важного продукта – азотной кислоты.

Оксид азота(V)

N₂O₅ (устар. ангидрид азотной кислоты) – белое кристаллическое вещество, получается обезвоживанием азотной кислоты в присутствии оксида фосфора P₄O₁₀:

N₂O₅ легко растворяется во влаге воздуха, вновь образуя HNO₃. Свойства N₂O₅ определяются равновесием

N₂O₅ – хороший окислитель, легко реагирует, иногда бурно, с металлами и органическими соединениями и в чистом состоянии при нагреве взрывается. Вероятную структуру N₂O₅ можно представить как

Оксокислоты азота.

Для азота известны три оксокислоты: гипоазотистая H₂N₂O₂, азотистая HNO₂ и азотная HNO₃.

Гипоазотистая кислота

H₂N₂O₂ – очень нестабильное соединение, образуется в неводной среде из соли тяжелого металла – гипонитрита при действии другой кислоты: M₂N₂O₂ + 2HX 2MX + H₂N₂O₂. При выпаривании раствора образуется белое взрывчатое вещество с предполагаемой структурой H–O–N=N–O–H.

Азотистая кислота

HNO₂ не существует в чистом виде, однако водные растворы ее невысокой концентрации образуются при добавлении серной кислоты к нитриту бария:

Азотистая кислота образуется также при растворении эквимолярной смеси NO и NO₂ (или N₂O₃) в воде. Азотистая кислота немного сильнее уксусной кислоты. Степень окисления азота в ней +3 (ее структура H–O–N=O), т.е. она может являться и окислителем, и восстановителем. Под действием восстановителей она восстанавливается обычно до NO, а при взаимодействии с окислителями окисляется до азотной кислоты.

Скорость растворения некоторых веществ, например металлов или иодид-иона, в азотной кислоте зависит от концентрации азотистой кислоты, присутствующей в виде примеси. Соли азотистой кислоты – нитриты – хорошо растворяются в воде, кроме нитрита серебра. NaNO₂ применяется в производстве красителей.

Азотная кислота

HNO₃ – один из наиболее важных неорганических продуктов основной химической промышленности. Она используется в технологиях множества других неорганических и органических веществ, например, взрывчатых веществ, удобрений, полимеров и волокон, красителей, фармацевтических препаратов и др. См. также ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ.

Источник: www.krugosvet.ru

Основные характеристики

Помимо инертности, к основным характеристикам технического азота можно отнести не токсичность, а также отсутствие вкуса, запаха и цвета. В природе он наиболее распространен в атмосфере, где концентрация достигает 78% от объема воздуха. Кроме того, это один из главных элементов, которые входят в состав нуклеиновых кислот и белков.

 

При охлаждении до точки кипения (-196°C) этот газ превращается в бесцветную жидкость, а при -209,8°C образуется твердое снегоподобное вещество. В свободном состоянии данный элемент имеет двухатомную структуру (N2), которая является очень прочной. Поскольку соединения N с другими химическими элементами достаточно легко распадаются при нагревании, на Земле по большей части встречаются молекулы газа в свободной двухатомной форме.

 

Назначение и область применения

N2 применяется для образования инертной среды в процессе высокотемпературной обработки, хранения и перемещения легко окисляемых материалов, а также для консервации металлических трубопроводов и сосудов. Жидкий раствор используется как хладагент или пропускается через специальное оборудование (газификатор) для газообразования.

 

 

Благодаря тому, что данный газ не поддерживает горение, он обеспечивает безопасность работы с материалами, которые легко поддаются воспламенению, и часто применяется в установках пожаротушения. Помимо этого, технический азот позволяет реализовать множество технологических операций в разных сферах промышленности, поэтому имеет востребованность в:

• металлургии;
• химической индустрии;
• нефтегазовой промышленности;
• медицине;
• производстве стекла и электроники;
• обработке отходов;
• упаковке товаров питания и др.

 

Иногда N2 используется для защитных целей во время сварочного процесса, например, для увеличения коррозионной стойкости в дуплексных сталях. Однако, его применение в качестве защитной среды при сварке имеет некоторые ограничения, поскольку в зоне дуги молекула распадается на отдельные атомы N, взаимодействующие со многими металлами. Поэтому для таких целей чаще используется сварочная смесь или более инертный аргон, о характеристиках которого читайте в статье: газ аргон – химические свойства и сфера применения. А о других технических газах вы можете узнать в этом разделе.

 

В чем хранится и транспортируется технический азот

Хранение и перевозка газообразного вещества осуществляется в баллонах из стали (ГОСТ 949-73) черного цвета с желтой надписью. Сжиженный газ транспортируется в специальных цистернах или криогенных резервуарах.

 

 

До недавнего времени эксплуатация жидкого азота как инертного вещества считалась абсолютно безопасной. Однако, на сегодня известно несколько случаев взрывов резервуаров и оборудования, работающего со сжиженным N2, что вызвано быстрым испарением жидкой фазы и обогащением ее кислородом. Поэтому при эксплуатации житкоазотных сосудов необходимо руководствоваться такими же требованиями, как и при работе с резервуарами с жидким кислородом.

 

Во время перевозки газообразного состава необходимо избегать ударов и падений сосудов, а также их перегрева. Поскольку внутреннее давление емкости составляет 15-20 Мпа, при сильном ударе или нагреве более 60°C появляется риск разгерметизации или взрыва.

 

Азотный баллон, как и любая емкость, работающая под давлением, должен периодически подвергаться переаттестации. При этом к качеству и чистоте резервуара предъявляются, как правило, более высокие требования, чем, например, к сосудам, предназначенным для заправки CO2. Кстати, интересную информацию о свойствах и процессе заправки углекислоты можно прочитать в статье: углекислота: где заправить – вопрос не праздный.

 

 

Степень опасности для человека

Несмотря на то, что N2 является нетоксичным и не имеет отрицательного влияния на окружающую среду, для человека его действие может иметь весьма неприятные последствия. Замещая в атмосфере и вытесняя из организма кислород, данный газ работает как удушающий агент. При уменьшении концентрации кислорода в воздухе ниже 19% человек начинает испытывать следующие симптомы:

• учащение дыхания и пульса;
• головокружение;
• чувство тяжести и жара в теле;
• затруднение речи;
• снижение работоспособности;
• возможная потеря сознания.

 

Поэтому при работе в азотной среде важно придерживаться основных мер безопасности – часто проветривать помещение и контролировать содержание O2.

 

В компании «Промтехгаз» можно заправить азотные баллоны качественным газом, а также воспользоваться квалифицированным и удобным обслуживанием, в том числе доставкой заправленной тары на объект.

Источник: xn--80affkvlgiu5a.xn--p1ai