Azotici - proprietăți ale elementelor chimice

Azot (din azoos greacă - lipsit de viață, Lat Nitrogenium ..), N, un element chimic al grupului V a tabelului periodic, numărul atomic al 7 masă atomică 14,0067; gaz incolor, inodor și fără gust.

Informații istorice. Compuși de azot - de nitrați, acid azotic, amoniac - au fost cunoscute cu mult înainte de obținerea de azot în stare liberă. În 1772 Rutherford, DI, fosfor și alte substanțe într-un clopot de sticlă de ardere a arătat că rămasă după gazul de ardere, pe care el a numit „aer sufocare“, nu are suport pentru respirație și de ardere. În 1787, Lavoisier a constatat că „viața“ și gazele „sufocant“, care fac aerul, este o chestiune simplă, și a sugerat numele de „azot“. In 1784, H. Cavendish a arătat că azotul este o parte din nitratul; prin urmare, numele latin de azot (de la sfârșitul lunii nitrum - nitrat și gennao greacă - născut, eu produc), a propus în 1790 Zh A. Shaptalem.. La începutul secolului al 19-lea a fost clarificat inerția chimică a azotului în stare liberă și rolul său exclusiv în compuși cu alte elemente ca de azot legat. De atunci, „legarea“ de azot atmosferic a devenit una dintre cele mai importante probleme tehnice ale chimiei.

Deși numele „azotul“ înseamnă „nu acceptă viață“, acesta este într-adevăr - un element necesar pentru viață. La animale și proteină umană conține 16-17% azot. In organismele de proteine ​​carnivore se formeaza prin aportul de substanțe proteice prezente în organismele vii și ierbivore în plante. Plantele sintetizează o proteină digerarea substanțe azotate conținute în sol, în principal anorganic. Prin urmare, cantitatea de azot intră în sol datorită microorganismelor fixatoare de azot, capabil să traducă compusul liber Azot Azot aer.

In natura, ciclul azotului se realizează, în care rolul principal jucat de microorganisme - nitrofitsiruyuschie, denitrofitsiruyuschie, azot-fixare și altele. Cu toate acestea, extragerea de sol plante cantitate mare de azot legat (în special în agricultură intensivă) sunt epuizate de azot din sol. Deficitul de azot este caracteristic agriculturii în aproape toate țările, există un deficit de azot în creșterea animalelor ( „deficit de proteină“). Pe soluri sărace în azot disponibile, plantele se dezvolta slab. îngrășăminte cu azot și hrana de proteine ​​animale - mijloace cele mai importante de îmbunătățire a agriculturii. Activitatea economică încalcă ciclul de azot uman. Astfel, arderea combustibilului îmbogățește atmosfera de azot și fabrici producătoare de îngrășăminte, se leaga de aer cu azot. Transport de îngrășăminte și produse agricole redistribuie azot pe suprafața pământului. Azotul - al patrulea cel mai abundent element al sistemului solar (după hidrogen și heliu și oxigen).

Izotopii atomilor și molecule de azot. azot natural are doi izotopi stabili 14 N (99,635%) și 15 N (0,365%). N 15 izotop este utilizat în studiile chimice și biochimice ca trasor. Artificial izotopii radioactivi de azot mai mare timp de înjumătățire este de 13 N (T½ = 10,08 min), cealaltă foarte scurtă durată. În atmosfera superioară, sub acțiunea radiației cosmice de neutroni, 14 N este convertit în izotopul carbon radioactiv 14 C. Acest proces este utilizat în reacțiile nucleare pentru a produce 14 C. extern atom de electroni coajă de azot are 5 electroni (perechile singuri și un singur nepereche trei - configurație 2s 2 2p 3. în cele mai multe cazuri de azot din 3-covalent compușii datorită electronilor nepereche (ca în NH3 amoniac). prezenţa electroni singură pereche poate avea ca rezultat formarea unui alt legătură covalentă și azot devine 4-covalente ( în ionul de amoniu NH4). Gradul de oxidare a azotului variază de la +5 (în 2O 5) -3 (c NH3). În condiții normale, în stare liberă formează o moleculă de azot N2. în care N atomi sunt conectate prin trei legături covalente. Molecula este azot foarte stabil :. energia de disociere pentru atomii săi este 942.9 kJ / mol (225.2 kcal / mol), astfel încât, chiar dacă t c 3300 ° C, gradul de disociere a azotului este de numai aproximativ 0,1%.

Proprietățile fizice ale azotului. Azotul este puțin mai ușor decât aerul; densitate 1.2506 kg / m 3 (la 0 ° C și 101,325 N / m 2, sau 760 mm Hg. v.), cu punct de topire -209.86 ° C, ° C -195.8 p.f. Azotul este lichefiat cu dificultate: temperatupa critică destul de scăzută (-147,1 ° C) și o presiune critică ridicată de 3,39 MN / m 2 (34,6 kgf / cm2); Densitatea Azota lichid 808 kg / m 3. azotul solubil în apă este mai mică decât oxigenul: la 0 ° C în 1 m 3 H2O se dizolvă 23,3 g de azot. Mai bine decât în ​​apă, azotul solubil în unele hidrocarburi.

Proprietățile chimice ale azotului. Numai cu aceste metale active ca litiu, calciu, magneziu, azot reacționează la temperaturi când încălzite la relativ scăzute. Cu cele mai multe alte elemente de azot reacționează la temperatură ridicată și în prezența catalizatorilor. pompuși studiat cu oxigen, azot N2 O, NO, N2 O3. NO2 și N2 O5. Dintre acestea, interacțiunea directă a elementelor (4000 ° C), NO oxid format, care după răcirea la oxid mai ușor oxidat (IV) NO2. Oxizii de azot de aer formate în timpul descărcărilor atmosferice. Ele pot fi preparate, de asemenea, prin acțiunea asupra amestecului de azot cu oxigen la radiații ionizante. Atunci când se dizolvă în apă, azot și azot N2 O3 2O 5 anhidridele obținut respectiv acid azotos HNO2 și acid azotic, HNO3. care formează săruri - nitrați și nitriți. Azotul se leagă doar cu hidrogen, la temperatură ridicată și în prezența catalizatorilor, formând astfel NH3 amoniac. In plus amoniacul, sunt cunoscute și numeroși alți compuși cu azot, cu hidrogen, cum ar fi hidrazină H2N-NH2. dimidă HN = NH, HN3 acidului hidrazoic (HN = N≡N), oktazon N8 H14 și alții; majoritatea compușilor cu azot cu hidrogen alocate numai sub formă de derivați organici. Cu halogeni de azot nu interacționează în mod direct, astfel încât toate halogenurile de azot obținute doar indirect, cum ar fi NF3 fluorura de azot - prin reacția dintre fluor cu amoniac. În mod tipic, halogenuri de azot - compus malostoykie (cu excepția NF3); oxihalogenuri mai rezistent azot - NOF, NOCl, NOBR, NO2 F și NO2 Cl. Cu sulf are loc, de asemenea, azot legătură directă; sulf azotos N4 S4 este obținut prin reacția sulfului cu amoniacul lichid. Prin reacția cu cian cocsul incandescent format azot (CN) 2. încălzire azot cu acetilenă C2 H2 până la 1500 ° C, se poate obține HCN cianhidric. Interacțiunea dintre azot cu metale la temperaturi ridicate duce la formarea de nitruri (de exemplu, Mg3 N2).

Sub acțiunea unei convenționale descărcări electrice de azot [presiune de 130-270 N / m 2 (1-2 mm Hg. CT.)] Sau azot activ poate fi format prin descompunerea nitruri In, Ti, Mg si Ca, precum și descărcări electrice în aer , un amestec de molecule și atomi de azot având un conținut crescut de energie. Spre deosebire de moleculara, azotul activ este puternic reacționat cu oxigen, hidrogen, vapori de sulf, fosfor și unele metale.

Azotul este o parte a multor compuși importanți organici (amine, amino, nitro, și altele).

Azot. Laboratorul de azot poate fi ușor obținută prin încălzirea unei soluții concentrate de nitrit de amoniu: NH4 NO2 = N2 + 2H2 O. Metoda tehnică de producere a azotului se bazează pe separarea aerului lichefiat anterior, care este apoi supus distilării.

Utilizarea azotului. Cea mai mare parte din azotul liber produs este utilizat pentru producția industrială de amoniac, care este apoi în cantități semnificative este procesat în acid azotic, îngrășăminte, explozivi, și așa mai departe. D. În plus față de sinteza directă a amoniacului din elementele de importanță industrială pentru azot a aerului de legare a dezvoltat în 1905 metoda godu cianamida Se bazează pe faptul că la 1000 ° C, carbură de calciu (obținută prin încălzirea amestecului într-un cuptor electric de var și de cărbune) reacționează cu azotul liber: CaC2 + N2 = CaCN2 + C. cianamidă rezultat calciu sub acțiunea vaporilor de apă supraîncălziți se descompune pentru a elibera amoniac: CaCN2 + 3H2O = CaCO3 + 2NH3.

azot liber este utilizat în multe industrii ca mediu inert la diverse procese chimice și metalurgice pentru umplerea spațiului din termometre cu mercur, când se pompează lichide inflamabile etc. azot lichid găsește aplicare în diferite sisteme de refrigerare ... Acesta este stocat și transportat în oțel vase Dewar, azot gazos sub formă comprimată - în cilindri. Pe scară largă se utilizează compuși cu azot mult. Producția de azot fix a fost dezvolta viguros după primul război mondial și a atins acum proporții enorme.

Azotul în organism. Azotul este unul dintre principalele elemente nutritive care fac parte din cele mai importante substante ale celulelor vii - proteine ​​și acizi nucleici. Cu toate acestea, cantitatea de azot din organism mic (1-3% raportat la substanța uscată). Situat într-o atmosferă de azot molecular poate absorbi doar unele microorganisme și algele albastre-verzi.

Rezervele de azot considerabilă sunt concentrate în sol sub formă de diverse minerale (săruri de amoniu, nitrați) și compuși organici (proteine ​​azot, acizi nucleici și produșii lor de descompunere, adică nu a fost încă resturi de plante și animale descompuse complet). Plantele asimila azotul din sol sub formă de compuși organici și anorganici anumite. În condiții naturale de mare importanță pentru nutriția plantelor sunt microorganisme din sol (ammonifiers) care Mineralize azotul organic din sol la săruri de amoniu. sol azotat este format de vitale deschise SN Vinogradskii bacterii 1890 nitrificare care oxidează săruri de amoniu și de amoniu la nitrați. O parte din azotul nitric asimilabili de microorganisme și plante pierdute, transformate in azot molecular prin acțiunea bacteriilor denitrificatoare. Plantele și microorganismele asimilează și azotul de amoniu și nitrat, reducând la urmă săruri de amoniac și amoniu. Microorganismele și plante transformate activ azot anorganic amoniac în compuși organici cu azot - amidă (asparagina și glutamina) și aminoacizi. Așa cum se arată DN Prianishnikov și V. S. Butkevich azot în plante sunt depozitate și transportate în formă de glutamină și asparagină. In formarea amidelor de amoniac este detoxifiat, concentrații mari de care sunt toxice, nu numai pentru animale, ci și pentru plante. Amide parte din mai multe proteine, cum ar fi microorganisme și plante și animale. Sinteza glutamină și asparagină prin glutamviovoy amidare enzimatică și acizii aspartic se realizează nu numai în microorganisme și plante, dar, în anumite limite și la animale.

Sinteza aminoacizilor are loc prin aminarea reductivă a aldehidă și numărul de acid ceto care rezultă din oxidarea carbohidraților, sau prin transaminare enzimatică. Produsele finale ale digestiei de către microorganisme și plante de amoniac sunt proteine ​​care aparțin protoplasmic și nucleele celulare și au fost depozitate sub formă de proteine ​​de stocare. Animalele și oamenii sunt capabili doar într-o măsură limitată de a sintetiza aminoacizi. Ele nu pot sintetiza opt aminoacizi esențiali (valină, izoleucină, leucină, fenilalanină, triptofan, metionină, treonină, lizină), și produse alimentare, prin urmare, sursa principală de azot sunt consumate proteine, care este, în cele din urmă, - proteine ​​vegetale și microorganisme.

Proteinele din toate organismele sunt supuse degradării enzimatice, produsele finale care sunt aminoacizi. În etapa următoare, ca rezultat al dezaminarea aminoacizilor, azotul organic din nou transformați în azot de amoniu anorganic. La microorganisme și, în special azot din amoniac în plante pot fi folosite pentru o nouă sinteză a amidelor și aminoacizi. Animalele dezamorsare amoniacul format în timpul descompunerii proteinelor și acizilor nucleici, se realizează prin sinteza acidului uric (reptile și păsări) sau uree (mamifere, inclusiv la om), care apoi sunt excretați. Din punct de vedere al metabolismului azotului plantelor, pe de o parte, și animale (și umane), pe de altă parte, caracterizat prin aceea că reciclarea amoniacului format se realizează la animale numai într-o mică măsură - cea mai mare parte este excretat; în plante schimbul de azot „închis“ - azotul primit este returnat la fabrica într-un sol cu ​​planta în sine.