Азот является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 7 и символьным обозначением N. При нормальных условиях молекулярные атомы азота связываются в N2 и представляют собой газ без цвета и запаха.
Открытие
Азотистые соединения известны человечеству уже очень давно, так как древние алхимики использовали разные вещества в попытках получения золота. Особой популярностью у данных персонажей пользовались различного рода нитраты и соли аммония.
Открытие такого химического элемента как азот приписывается шотландскому врачу Дэниелу Резерфорду, который назвал его вредным воздухом. В сентябре 1772 года ученый опубликовал статью о вредном воздухе, где предположил что он является новым химическим элементом. Французский химик Антуан де Лавуазье дал название новому химическому элементу от древнегреческого ἄζωτος ázōtos, что переводится как «не поддерживающий жизнь или враждебный для жизни». В дальнейшем исследования азота и его характеристик продолжались. В частности чистый аммиак впервые был проиллюстрирован Джозефом Пристли в 1774 году. Генри Кавендиш в 1783 году выявил что воздух содержит кислород и азот в постоянном соотношении около 1 : 4.
На протяжении многих веков источники соединений азота были ограничены. Фиксация азота с помощью промышленных процессов, таких как процесс Франка-Каро (1895–1899) и процесс Габера-Боша (1908–1913), облегчила эту нехватку соединений азота до такой степени, что половина мирового производства продуктов питания в современности зависит от синтетических азотных удобрений. В то же время использование процесса Оствальда (1902 г.) для получения нитратов путем промышленной азотфиксации позволило наладить крупномасштабное промышленное производство нитратов в качестве сырья при производстве взрывчатых веществ в мировых войнах 20 века.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Газ |
| Температура плавления | -210,1 °С |
| Точка кипения | -196 °С |
| Плотность при Н.У. | 1,2506 г/см 3 при 0 °C и 1013 мбар |
| Твердость по шкале Мооса | — |
| Критическая точка | -146,94 °C, 3,39 МПа |
| Мол. теплота плавления | 0,72 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 5,57 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 29,124 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 22,4 · 10³ см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 7 |
| Атомная масса | 14,0067 |
| Электронная конфигурация | 1s22s22p3 |
| Радиус атома | 75 пм |
| Ковалентный радиус | 134 пм |
| Степени окисления | -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 |
| Радиус иона | 13 пм |
| Электроотрицательность | 3.04 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 1401,5 кДж/моль |
| Изотопы | ¹³N, ¹⁴N, ¹⁵N, ¹⁶N |
Интересное:
Добыча и производство
Газообразный азот в виде N2 представляет собой промышленный газ, который получают очень многими способами. Наиболее популярными методами являются фракционная перегонка жидкого воздуха или механическим способом с использованием газообразного воздуха (мембрана обратного осмоса под давлением или адсорбция с переменным давлением). Генераторы азотного газа, использующие мембраны или адсорбцию при переменном давлении, обычно более экономичны и энергоэффективны, чем азот, доставляемый в больших количествах. Технический азот часто является побочным продуктом обработки воздуха для промышленной концентрации кислорода для производства стали и других целей. Технический азот должен содержать не более 20 частей на миллион кислорода, но в то же время доступны специально очищенные сорта, которые содержат не более 2 частей на миллион кислорода и 10 частей на миллион аргона.
В лабораторных условиях его готовят обработкой водного раствора хлорида аммония нитритом натрия используя химическую формулу:
NH4Cl + NaNO2 → N 2 + NaCl + 2 H2O
В этой реакции также образуются небольшие количества примесей NO и HNO3. Примеси можно удалить, пропуская газ через водную серную кислоту, содержащую дихромат калия.
Еще одним популярным методом является термическое разложение дихромата аммония с химической формулой:
3(NH4)2Cr2O7 → 2N2 + 9H2O + 3Cr2O3 + 2NH3 + 32O2
Азот наивысшей частоты получают термическим разложением азида бария или азида натрия с химической формулой:
2 NaN3 → 2 Na + 3 N2
Все вышеперечисленные методы массово распространены, так как данный химический элемент является одним из самых распространенных в природе и составляет порядка 78% воздушной атмосферы. Что касается количества мирового производства азота, то во многих странах это составляет как коммерческую, так и государственную тайну. Это связано с тем, что азот является одним из основополагающих компонентов при изготовлении взрывчатых веществ и боеприпасов.
Интересное:
Применение
Применение азота очень распространено и разнообразно из-за широкой распространенности этого химического элемента. Он применяется как в газообразном, так и в жидком состоянии во всех сферах жизнедеятельности человека.
В частности применение азота распространяется на такие области как:
- Сельскохозяйственная промышленность;
- Медицина;
- Военная промышленность;
- Электроника;
- Сталелитейная промышленность;
- Пищевая отрасль;
- Химическая промышленность;
Применение азота не ограничивается этими областями, так как оно очень разнообразно. В сельскохозяйственной промышленности азотсодержащие соединения используются для изготовления удобрений, которые известны как азотистые удобрения. В медицине этот химический элемент находит применение в качестве среды для хранения биологических материалов, таких как кровь, плазма, сперма и яйцеклетки. Он позволяет мгновенно замораживать данные образцы не теряя при этом их качества.
Военная промышленность использует азот для изготовления пороха для боеприпасов, ракетного топлива и многих других целях общего назначения. Многие специальные установки используют жидкий азот в качестве охлаждающего вещества или средства пожаротушения. В электронике данный элемент используется как в жидком так и в газообразном состоянии начиная от заполнения ламп и заканчивая производством различного рода плат и процессоров. Сталелитейное производство использует азот при изготовлении нержавеющей стали и при производстве сварных соединений в качестве защитной среды.
Пищевая отрасль использует азот при изготовлении некоторых спиртных напитков, включая пиво и шампанское. Так же газообразный элемент используется в системах розлива напитков и в качестве газа вытеснителя при консервации и упаковке. Кроме всего вышеперечисленного, азот известен как самостоятельная пищевая добавка с номенклатурным номером E941.
Химическая отрасль вероятно является самой масштабной и в какой-то степени затрагивает все остальные сферы жизнедеятельности. Соединения азота являются основополагающими компонентами органической жизни на планете Земля и все возможные применения данного элемента охватить просто невозможно.
Интересное:
Безопасность
Азот является относительно безвредным химическим элементом при нормальных условиях. В закрытом пространстве он может вытеснять кислород и тем самым способен вызывать опасность удушья. Таким образом погибли два техника в 1981 году перед запуском космического корабля Шатл, когда они зашли в зону мобильной пусковой платформы заполненную газообразным азотом в целях пожарной безопасности. Если человек попадает в такую зону, то возникает коварная нормобарическая гипоксия из-за азота, незаметно для человека, что приводит к легким нарушениям сознания через несколько секунд с последующим потерей сознания и через несколько минут к смерти от удушья.
Азот в жидкой фазе может вызывать холодные ожоги из-за очень низких температур при контакте с кожей. При попадании жидкого азота внутрь организма в результате проглатывания очень вероятны серьезные внутренние повреждения, которые могут так же привести к летальному исходу. В 2012 году женщине, которая употребила коктейль из жидкого азота для сохранения жизни пришлось удалить желудок в Англии. Именно по этим причинам необходимо соблюдать меры предосторожности при обращении с жидкой фазой этого химического элемента.
Напишите статью о закиси азота и как она устанавливается. Это было бы горахдо интереснее чем это все