Кислоты. Азотные удобрения

К 5А группе относятся элементы азот, фосфор, мышьяк, сурьма и

висмут. Общая формула ВЭУ ns²np³nd° (азот -

2s²2p³). Азот представляет собой бесцветный газ, фосфор является

кристаллическим веществом и существует в виде трех модификаций – белый,

красный и черный, мышьяк и сурьма – металлоподобные кристаллические

вещества серого цвета, висмут – серебристо-белый мягкий металл.

Азот в промышленности получают ректификацией воздуха, в лаборатории – окислением

аммиака (1), реакциями внутримолекулярного окисления-восстановления соединений

азота (2), восстановлением азотной кислоты (3): 1. 2NH

₃ + 3CuO ® N₂ + 3Cu + 3H₂O;

2. NH₄NO₂ ® N₂ + H₂O;

3. 5Mg + 12HNO₃(p) ® N₂ + 5Mg(NO₃)₂ + 6H₂O.

Фосфор – в электрических печах по реакции:

Ca₃(PO₄)₂ + 5C + 3SiO₂ ® P₂ + 3CaSiO₃ + 5CO.

Мышьяк – термическое разложение арсенопирита без доступа воздуха:

FeAsS ® As + FeS.

Сурьма – сплавление сульфида сурьмы с железом:

Sb₂S₃ + 3Fe ® 2Sb + 3FeS.

В ряду N – Bi усиливаются металлические свойства. Азот и фосфор – типичные

неметаллы; мышьяк и сурьма имеют как металлические, так и неметаллические

модификации; висмут – неметалл. Устойчивость неметаллических модификаций в

этом ряду падает, металлических – растет. Молекулярный азот мало активен, при

комнатной температуре реагирует только с литием. При активации молекул азот

окисляет многие металлы, образуя нитриды; окисляется только при

взаимодействии с кислородом и фтором. Остальные элементы обладают более

высокой химической активностью. Они могут окисляться и восстанавливаться,

легко реагируют с рядом неметаллов и многими металлами. С кислотами-

неокислителями они не реагируют, при нагревании взаимодействуют с кислотами-

окислителями. При переходе от мышьяка к висмуту стабилизируется более низкая

степень окисления +3; химическая связь в соединениях становиться все более

ионной; основные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются.

N2 + H2 ® NH3 (t); Э + Г2 ® NF3; PГ3, PГ5; As, Sb, Bi – ЭГ3, ЭГ5; Э + О2 ® NО; P4О6, P4О10; As, Sb, Bi – Э2О3; Э + S ® N2; ЭxSy; P + N2 ® P3N5; Э + С ® C2N2; CP3. Э + H2SO4(k) ® HAsO2; Sb, Bi – Э2(SO4)3; Э + H2SO4(p) ® Э + NaOH ® PH3 + NaH2PO2; Na3AsO3; P + H2O ® PH3 + H3PO2; Э + HNO3(p) ® H3AsO4; Sb2O3; Bi(NO3)3; Э + HNO3(k) ® P, As – H3ЭO4, Sb2O5.

Важнейшими элементами являются азот и фосфор. Рассмотрим более подробно их

соединения. Для них известны водородные соединения состава ЭH₃, а

также N₂H₄ (гидразин), HN₃, P₂H

₄ (дифосфан). РH₃ – ядовитый газ, плохо растворимый в воде. NH

₃ – не ядовит и хорошо растворим в воде. NH₃ получают синтезом

из простых веществ, а в лаборатории при реакции хлорида аммония с известью. РH

₃ – взаимодействием белого фосфора с концентрированным раствором щелочи.

Эти вещества – сильные восстановители. Для NH₃ характерны реакции

присоединения за счет донорно-акцепторного взаимодействия. ЭH₃ с

ильными кислотами образуют соли аммония и фосфония соответственно.

Для азота известна все оксиды отвечающие СО от +1 до +5, для фосфора – степеням

окисления +3 и +5. Синтезом из простых веществ при очень высоких температурах

можно получить только NО, остальные оксиды азота получают косвенным путем. Р

₄О₆ и Р₄О₁₀ можно получить при

взаимодействии простых веществ. Все оксиды азота, кроме NО термически

неустойчивы. N₂О и NО с водой не реагируют, NО₂ при

растворении в воде диспропорционирует, аналогично протекает реакция со

щелочами. Оксиды азота (3, 5) и фосфора (3, 5) при растворении в воде образуют

соответствующие кислоты. Кислотный характер оксидов выражен тем сильнее, чем

меньше атомный номер элемента и выше его СО: N₂О₅ –

наиболее кислотный оксид. Все оксиды азота – окислители, N₂О₅

– сильнейший окислитель. Р₄О₆ – восстановитель легко

окисляется кислородом, серой, галогенами.

Для азота и фосфора известны кислоты отвечающие степеням окисления +3 и +5 (для

фосфора также +1 и +4). Кислоты азота в лаборатории получают действием сильных

окислителей на нитраты и нитриты. Н₃РО₃ в лаборатории

получают гидролизом хлорида фосфора. Н₃РО₄ – растворением

соответствующего оксида в воде. Кислоты азота – сильные окислители, однако, НNО

₂ восстанавливается при действии только сильных восстановителей. Кислоты

фосфора являются сильными восстановителями, но при действии сильных

восстановителей они восстанавливаются.

Аммиак и азотная кислота используются для получения азотных удобрений,

взрывчатых веществ. Фосфор и его соединения используются в производстве

спичек. Роль азота и фосфора очень велика в жизни организмов. Они входят в

состав молекул ДНК, с помощью которых осуществляется синтез белков и передача

наследственной информации.

Фосфор повышает засухо- и морозоустойчивость, способствует

накоплению ценных веществ в растении. Удобрениями служат как природные

фосфорные руды, так и продукты их химической переработки. Качество фосфорных

удобрении характеризуется содержанием усвояемого Р в пересчете на Р₂

О₅.Стандартным считается удобрение, содержащее 18,9% Р₂О

₅. Сырьем для получения служат природные фосфорные руды – фосфориты и

апатиты. Фосфоритная мука – это природный измельченный

фосфорсодержащий минерал. Производство состоит из операций дробления, сушки и

размола фосфоритов. Суперфосфат простой получается разложением

природных фосфатов серной кислотой. Простой суперфосфат содержит от 14 до 21%

усвояемого Р₂О₅:

4Ca₅(PO₄)₃F + 14H₂SO₄ + 13H₂O → 6Ca(H₂PO₄)₂·H₂O + 14CaSO₄·0,5H₂O + HF,

Ca₅(PO₄)₃F получают из кальцийфторапатита Ca₅(PO₄)₃F·CaF₅

Суперфосфат двойной отличается меньшим содержанием балласта и

содержит в 2 – 3 раза больше усвояемого Р₂О₅.

Азот входит в состав хлорофилла и белков, являющихся основой живой

ткани. Растения усваивают азот, содержащийся в почве в виде солей. Только

некоторые растения (бобовые) усваивают азот воздуха. Основными азотными

удобрениями являются: нитрат, сульфат, хлорид и фосфат аммония, калиевая,

натриевая и кальциевая селитры, мочевина. Нитрат аммония –

наиболее эффективное азотное удобрение, содержащее 35% азота. Получают

нейтрализацией азотной кислоты сухим аммиаком:

HNO₃ + NH₃ →NH₄NO₃

Сульфат аммония содержит 21,2% азота и получается поглощением

серной кислотой аммиака газа коксовых печей, нейтрализацией серной кислоты

синтетическим аммиаком, обработка гипса растворами карбоната аммония:

CaSO₄ + (NH₄)₂CO₃ → (NH₄)₂SO₄ + CaCO₃

Мочевина – наиболее ценное удобрение, содержащее 46,6% азота и

получаемое в промышленности из аммиака и углекислого газа:

2NH₃ + CO₂ → NH₂COONH₄ → NH₂CONH₂ + H₂O