Азот

(далее А)(от греч. ázōos - безжизненный, лат. Nitrogenium), , элемент группы периодической системы номер 7, масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса.   Историческая справка. Соединения А - селитра, кислота, аммиак - были известны задолго до получения А в свободном состоянии. В 1772 Д. Резерфорд, сжигая и др. вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им "удушливым воздухом", не поддерживает дыхания и горения. В 1787 А Лавуазье установил, что "жизненный" и "удушливый" газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название "А В 1784 Г. Кавендиш показал, что А входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название А (от позднелатинское nitrum - селитра и греческое gennao - рождаю, произвожу), предложенное в 1790 Ж. А Шапталем. К началу 19 в. были выяснены инертность А в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с др. элементами в качестве связанного С тех пор "связывание" А воздуха стало одной из важнейших технических проблем химии.   Распространенность в природе. А - один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса (около 4´1015 т) сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный А (в виде молекул 2) составляет 78,09% по объему (или 75,6% по массе), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и окислов. Среднее содержание А в литосфере 1,9´10-3% по массе. Природные соединения А - аммоний 4 и различные нитраты (см. Селитры.) Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата (Чили, Средняя Азия). Долгое время селитры были главным поставщиком А для промышленности (сейчас основное значение для связывания А имеет промышленный синтез аммиака из А воздуха и Небольшие количества связанного А находятся в каменном угле (1-2,5%) и нефти (0,02-1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. А накапливается в почвах (0,1%) и в живых организмах (0,3%).   Хотя название "А означает "не поддерживающий жизни", на самом деле это - необходимый для жизнедеятельности элемент (см. Азот в организме). В животных и человека содержится 16 - 17% А В организмах плотоядных животных образуется за счет потребляемых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют усваивая содержащиеся в почве вещества, главным образом неорганические. Значительные количества А поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный А воздуха в соединения А (см. Азотфиксация).   В природе осуществляется круговорот А (см. Круговорот веществ), главную роль в котором играют микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, и др. Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного А (особенно при интенсивном земледелии) почвы оказываются обедненными А Дефицит А характерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит А и в животноводстве ("белковое голодание"). На почвах, бедных доступным А растения плохо развиваются. Азотные удобрения и подкормка животных - важнейшее средство подъема сельского хозяйства. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот А Так, сжигание топлива обогащает атмосферу А а заводы, производящие удобрения, связывают А воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет А на поверхности земли.   А четвертый по распространенности элемент Солнечной системы (после и (см. Космохимия).   Изотопы, молекула. Природный А состоит из двух стабильных изотопов: 14 (99,635%) и 15 (0,365% ). Изотоп 15 применяют в и биохимических исследованиях в качестве меченого атома. Из искусственных радиоактивных изотопов А наибольший период полураспада имеет 13 (T1/2 = 10,08 мин), остальные весьма короткоживущие. В верхних слоях атмосферы, под действием нейтронов космического излучения, 14 превращается в радиоактивный изотоп 14. Этот процесс используют и в ядерных реакциях для получения 14 (см. Углерод). Внешняя электронная оболочка А состоит из 5 электронов (одной неподеленной пары и трех неспаренных - конфигурация 2s22p3, см. Атом). Чаще всего А в соединениях З-ковалентен за счет неспаренных электронов (как в аммиаке 3). Наличие неподеленной пары электронов может приводить к образованию еще одной ковалентной связи, и А становится 4-ковалентным (как в ионе аммония 4+). Степени окисления А меняются от +5 (в 205) до -3 (в 3). В обычных условиях в свободном состоянии А образует молекулу 2, где связаны тремя ковалентными связями. Молекула А очень устойчива: энергия диссоциации ее на составляет 942,9 кдж/моль (225,2 ккал/моль), поэтому даже при t около 3300°С степень диссоциации А составляет лишь около 0,1%.   Физические и свойства. А немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м3 (при 0°С и 101325 н/м2 или 760 мм рт. ст.), tпл -209,86°С, tкип -195,8°. А сжижается с трудом: его критическая температура довольно низка (-147,1 °С), а критическое давление высоко 3,39 Мн/м2 (34,6 кгс/см2); плотность жидкого А 808 кг{м3. В воде А менее растворим, чем при 0°С в 1 м3 Н2О растворяется 23,3 г А Лучше, чем в воде, А растворим в некоторых углеводородах.   Только с такими активными металлами, как А взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С большинством других элементов А реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения А с 2, , 23, 2 и 25 (см. Азота окислы). Из них при непосредственном взаимодействии элементов (4000°) образуется окись , которая при охлаждении легко окисляется далее до двуокиси 2. В воздухе окислы А образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь А с ионизирующих излучений (см. Радиационная химия). При растворении в воде 2О3 и 2О5 ангидридов соответственно получаются азотистая кислота 2 и азотная кислота 3, образующие соли - нитриты и нитраты. С А соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак 3. Кроме аммиака, известны и другие многочисленные соединения А с например гидразин 2-2, диимид =, кислота 3(-=º), октазон 814 и др.; большинство соединений А с выделено только в виде органических производных. С галогенами А непосредственно не взаимодействует, поэтому все галогениды А получают только косвенным путем, например 3- при взаимодействии с аммиаком. Как правило, галогениды А - малостойкие соединения (за исключением 3); более устойчивы оксигалогениды А - , , , 02 и 2. С серой также не происходит непосредственного соединения А сера 44 получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии раскаленного кокса с А образуется циан ().;. Нагреванием А с ацетиленом 22 до 1500° может быть получен цианистый водород . Взаимодействие А с металлами при высоких температурах приводит к образованию нитридов (например, 32).   При действии на обычный А электрических разрядов (давление 130 - 270 н/м2 (1- 2 мм рт ст)) или при разложении нитридов В, , и Са, а также при электрических разрядах в воздухе может образоваться активный А представляющий собой смесь молекул и А обладающих повышенным запасом энергии. В отличие от молекулярного, активный А весьма энергично взаимодействует с парами серы, и некоторыми металлами.   А входит в состав очень многих важнейших органических соединений (амины, аминокислоты, нитросоединения и др.).   Получение и применение. В лаборатории А легко может быть получен при нагревании концентрированного раствора нитрита аммония: 42 = 2 + 22О. Технический способ получения А основан на разделении предварительно сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке (см. Газов разделения).   Основная часть добываемого свободного А используется для промышленного производства аммиака, который затем в значительных количествах перерабатывается на кислоту, удобрения, взрывчатые вещества и т. д. Помимо прямого синтеза аммиака из элементов, промышленное значение для связывания А воздуха имеет разработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 1000° карбид кальция (получаемый накаливанием смеси извести и угля в электрической печи) реагирует со свободным А СаС­ + ­ -= ­ + С. Образующийся цианамид кальция при действии перегретого водяного пара разлагается с выделением аммиака:   +ЗН2О=СаСО3+23.   Свободный А применяют во многих отраслях промышленности: как инертную среду при разнообразных и металлургических процессах, для заполнения свободного пространства в термометрах, при перекачке горючих жидкостей и т. д. Жидкий А находит применение в различных холодильных установках. Его хранят и транспортируют в стальных сосудах Дьюара, газообразный А в сжатом виде - в баллонах. Широко применяют многие соединения А производство связанного А стало усиленно развиваться после 1-й мировой войны и сейчас достигло огромных масштабов.   Лит.: Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963: и технология связанного (М.- Л.), 1934; КХЭ, т. 1, М.,1961.