Азот: свойства и соединения

Скачать

Нахождение азота в природе, его физические и химические свойства. Выделение азота из жидкого воздуха. Свойство жидкого азота при испарении резко понижать температуру. Получение аммиака и азотной кислоты. Образование и скопление селитры в природе.

Размер: 490,6 K
Тип: реферат
Категория: Химия
Скачать

Другие файлы:

Азот и его соединения
Азот (общие сведения). Соединения азота. Физические и химические свойства. Получение, применение. История открытия. Азот (лат. Nitrogenium - рождающий...

Органические соединения со связями азот-азот
Органические соединения со связями азот-азот". Книга содержит лаконичное изложение некоторых современных аспектов химии гидразинов, гидразонов, азо- и...

Азот и его соединения
Биологические и не биологические процессы фиксации азота. Открытие бактерий рода азотобактер. Соединения азота, формы их распространения и области при...

Азот
Трудно найти элемент, у которого название так противоречило бы его значению, как у азота. Слово «азот» греческого происхождения и означает «не поддерж...

Геохимия нефти
Состав и структура нефти. Ее физические и химические свойства. Характеристика неуглеводороднных соединений. Расчет удельной теплоёмкости нефти. Порфир...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

Трудно найти элемент, у которого название так противоречило бы его значению, как у азота. Слово «азот» греческого происхождения и означает «не поддерживать жизни».

Впервые азот был получен из воздуха в 1774 году.

Оказалось, что горящая лучинка, внесенная в сосуд, наполненный азотом, гаснет, а живое существо в атмосфере этого газа быстро гибнет. За эти свойства азот и получил свое название. Тем не менее, без азота невозможна никакая жизнь.

История открытия азота тесно связана с открытием кислорода. Эти два газа составляют основную часть воздуха.

В начале XVIII столетия воздух считали простым однородным газом. Опыт, показал, что воздух необходим не только для жизни живых организмов, на и для горения. Однако процесс горения объясняли ошибочно и связывали ею с наличием некоей «огненной силы». Такого представления придерживались многие ученые того времени, в том числе английский ученый Роберт Бойль, считавший, что он сумел доказать существование «огненной материи».

В 1773 году выдающийся французский учёный Лавуазье занялся количественным определением состава воздуха.

Поместив немного ртути в стеклянную реторту и подведя узкий конец ее под цилиндр, опрокинутый в чашку с ртутью, Лавуазье стал нагревать реторту, доведя ртуть почти до кипения. Вскоре на поверхности горячей ртути появился красный налет. Это была окись ртути, которая образовалась от соединения ртути с кислородом воздуха. Двенадцать суток длился опыт; по мере окисления ртути все больше и больше расходовалось кислорода воздуха. Давление в реторте и цилиндре падало. С понижением давления ртуть всасывалась в цилиндр; когда опыт был закончен, объем ртути, вошедшей в цилиндр, составлял примерно 1/5 общего объема воздуха до начала опыта. Какой же газ остался в системе? Лавуазье внес в него горящую свечу, и она погасла. Животное, посаженное в сосуд, наполненный этим газом, быстро погибло. Газ, который, составлял большую часть воздуха, оказался непригодным для жизни и не поддерживал горения.

Он был назван азотом.

С названиями азоту не везло. Д. Резефорд назвал его «постоянным или удушливым воздухом». Другой известный химик Джозеф Пристли считал азот «флогистонированным воздухом»; Карл Шееле употреблял термин «дурной воздух»; Генри Кавендиш говорило нем как об «удушливом воздухе», и, наконец, прижившееся у нас название «азот», дал ему ученый Антуан Лоран Лавуазье («а» - по-гречески отрицание, «зое» - жизнь); по-русски это означает «безжизненный». Но почему же символ N, если первая буква в названии А? Дело в том, что название «азот» сохранилось лишь у русских и французов, а немцы, например, его зовут Stickstoff- удушающее вещество;· англичане называют Nitrogen - от латинского слова Nitrogenium. Первая буква этого слова и стала символом элемента Nitrogenium - словесный гибрид, образованный от латинского nitrum - селитра и греческого genos - рождение, значит - рождающий селитру . Таким образом название элемента прошло путь от «безжизненного» до «рождающего». Слово Nitrogenium пытались перевести на русский язык и азот назвать селитротвором, но это не прижилось. В 1824 г. вернулись к термину «азот».

Впоследствии выяснилось, что слово «азот» встречается у алхимиков в рукописях. Алхимики взяли первую букву всех алфавитов «а» и последние буквы трех древних: «зет» - латинского, «омега» - греческого, «стов» - древнееврейского. Получилось А +З +0 +Т, слово, которое как бы в себя вобрало «все начала и концы». В наше время применение к азоту прилагательного «безжизненный» звучит парадоксом ведь основу жизни на нашей планете составляют именно соединения азота. Они входят в состав веществ всех живых организмов. Набор в 25 аминокислот обеспечивает весь спектр белков органических структур. Без азота не обходится и великий процесс рождения химических элементов на нашей звезде - Солнце. Ядра азота появляются как промежуточные продукты при реакции превращения четырех протонов в гелий. Заметьте, скорость превращения водорода в гелий мала и для отдельно взятого протона составляет в среднем 50 млн. лет. Однако масса Солнца и водорода в нем так велика что такая «малопроизводительная» реакция в сумме доставляет нашей планетной системе основную долю энергии.

Слово «азот» употреблялось задолго до присвоения этого названия открытому газу. Однако оно имело совершенно другой смысл. Так, в средние века алхимики называли азотом «философский камень», который они старались найти, чтобы с его помощью превращать металлы в золото.

Получение азота

Для выделения азота из жидкого воздуха используют разницу в температурах кипения азота (-196 ОС) и кислорода (-183 ОС). Обычно отделение жидкостей (а при указанных температурах азот и кислород - жидкости) с близкими температурами кипения осуществляют в разделительных колонках. Они представляют собой трубу, или башню, по всей высоте которой расположены полочки или «тарелки». Последние сообщаются между собой так, что жидкость, переполняя одну из тарелок, переливается на расположенную ниже. Создается поток жидкости, двигающейся вниз, а вверх поднимается пар, который, попадая с нижней тарелки па верхнюю, проходит через слой жидкости.

Молекулы из состава пара, конденсируясь, переходят в жидкость, а часть молекул жидкости, получив тепловую энергию, испаряется. При этом у вещества с более низкой температурой кипения (азот, - 196 ОС) молекулы чаще попадают в поток пара, а молекулы вещества с более высокой температурой кипения (кислород, -183 ОС) чаще оказываются в жидкости.

В лаборатории проще всего азот может быть получен разложением нитрита аммония при нагревании:

NН4NО2=N2+Н20+334,4 кДж

Нагревать нужно лишь вначале, а затем требуется охлаждать реакционный сосуд, чтобы процесс не шел слишком бурно. Вместо нитрита аммония можно воспользоваться смесью:

NaN02+ NH4CI=NaCI+NH4N02

образующийся NH4N02 разлагается, сдвигая равновесие реакции вправо. Самая удобная методика заключается в медленном приливании по каплям насыщенного раствора нитрита аммония в нагретый насыщенный раствор сульфата аммония. Выделяющийся при этом газ освобождают от аммиака, оксида азота и кислорода, пропуская его последовательно через раствор серной кислоты, затем через раствор сульфата железа и над раскаленной медью.

Сушат оставшийся газ, состоящий теперь уже практически из азота с небольшой примесью паров воды, над хлоридом кальция или для особой тщательности, пропуская через склянку с фосфорным оксидом.

Спектрально чистый азот обычно получают термическим разложением при 3000С тщательно высушенных азидов натрия или бария:

2NаN3=2Nа+3N2;

Bа(NЗ)2=Bа+3N2

Физические свойства азота

Достаточно поверхностного ознакомления со свойствами азота, чтобы стало ясно, что позднее открытие азота во многом объясняется его малой химической активностью и ничем не примечательными физическими свойствами.

Человек окружен воздухом, он непрерывно пользуется им, но редко думает об этом, так как не замечает и не чувствует воздуха.

Азот, как и все другие составные части воздуха, совершенно бесцветен, не обладает ни запахом, ни вкусом и при вдохе не раздражает органов чувств. Не замечает человек и веса воздуха, хотя окружающий нас воздух, в состав которого главным образом входит азот, имеет довольно значительный вес. Один кубический метр азота весит 1,25 килограмма. Вес кубического метра воздуха несколько больше и составляет 1,3 килограмма. Нетрудно подсчитать, что в комнате площадью в 15 квадратных метров, при высоте ее в 3 метра, содержится около 60 килограммов воздуха, из которых 48 килограммов приходится на азот. Казалась бы, что человек должен ощущать на себе давление такой массы воздуха, но он не замечает его, так как атмосферное давление на уровне моря колеблется в пределах одной атмосферы, а человеческий организм приспособлен к такому давлению. Однако организм человека легко реагирует на изменение в давлении воздуха. Известно, что с удалением от земли воздух все больше и больше разрежается и давление его становится намного ниже, чем на уровне моря.

Изменение давления газа сказывается на его растворимости. Все газы растворяются в воде, но каждый из них в разных количествах. Любой газ, входит ли он в состав какой-либо смеси газов или находится отдельно, обладает своей собственной растворимостью, не зависящей от наличия или отсутствия в воде другого растворенного газа. Но имеются и общие закономерности для всех газов. Они сводятся к тому, что с увеличением давления растворимость газов увеличивается, а с повышением температуры жидкости уменьшается. Если при нормальном атмосферном давлении пропустить чистый азот через воду с температурой 0,то в каждом литре воды растворится 23,9 кубического сантиметра азота, а при температуре воды в 30 его растворится всего лишь 13,8 кубического сантиметра.

При температуре -195,80 газообразный азот переходит в жидкость, а при дальнейшем охлаждении жидкий азот превращается в бесцветную твердую массу с температурой плавления -209,90.

Для того чтобы сохранить жидкий азот при комнатной температуре, его держат в специальных стеклянных или металлических сосудах.

Если поместить в жидкий азот или в другой сжиженный газ, обладающий низкой температурой, кусочек резины, она потеряет свою эластичность и начнет трескаться. Замороженну...