Азот
Молекулярный азот - газ без цвета и запаха, плохо растворимый в воде. Молекула азота двухатомна (N2). Азот – главная составная часть воздуха (78 % по объёму). В промышленности азот получают ректификацией жидкого воздуха.
Молекулярный азот является практически инертным веществом. При обычной температуре реагирует только с литием. С кислородом начинает реагировать при 3000-4000 0С. Это объясняется большой прочностью молекул N2 за счет трех химических связей между атомами азота. При 3000 0С азот диссоциирует на атомы примерно на 0,1%. Вследствие превращения в природе соединений азота преимущественно в молекулярный азот, происходит обеднение почвы соединениями азота. Эта проблема «связанного азота» была решена посредством синтеза аммиака
N2 + 3Н2 = 2NН3↑.
Аммиак – бесцветный газ с резким запахом. Температура кипения при атмосферном давлении -33,4 °С. Благодаря хорошим теплофизичеким свойствам широко используется в холодильной технике.
Аммиак хорошо растворяется в воде (34% при 20 0С). Водный раствор аммиака называют нашатырным спиртом. Высокая растворимость аммиак является следствием его взаимодействия с водой с образованием гидроксида аммония
|
|
NH3 + НОН ↔ NH4OH.
NH4OH ↔ NH4+ + OH-, К = 1,8∙10-5.
Аммиак взаимодействует с кислотами с образованием солей аммония:
1) NH3 + HCl → NH4CI,
2) 2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4.
Аммиак образует ряд комплексных соединений – аммиакатов
Пример – СuSО4 + 4NН3 = Сu(NН3)4SО4.
Соли аммония термически неустойчивы и при нагревании они разлагаются, при этом возможны 2 типа разложения:
1) Без изменения степеней окисления
NH4CI → NH3 + HCl.
2) С изменением степеней окисления, как внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция
NH4NO2 → N2↑ + 2 Н2O.
В атмосфере кислорода аммиак горит
4NH3 + 3О2 → 2N2 + 6Н2O.
Для получения азотной кислоты аммиак окисляют в присутствии катализатора до NO
4 NH3 + 5O2 → 4 NO + 6 Н2O.
Из NO окислением получают NО2 и затем азотную кислоту по реакции
4NО2 + O2 + 2H2O → 4НNO3.
Азот образует следующие оксиды:
1) N2О и NO - несолеобразующие оксиды;
2) N2О3 и N2О5 – кислотные оксиды соответственно азотистой и азотной кислот;
3) NО2 – смешанный кислотный оксид азотистой и азотной кислот.
Азотистая кислота НNО2 – слабая кислота
НNО2 ↔ H+ + NO2-, К = 4·10-4.
Азотистая кислота и её соли (нитриты) проявляют окислительно-восстановительную двойственность, так как азота находится в промежуточной степени окисления +3.
Азотная кислота НNО3 является сильной кислотой
НNО3 → H+ + NO3-.
Проявляет высокие окислительные свойства. Не реагирует только с Аu и металлами платиновой группы (за исключением Оs). Более сильными окислительными свойствами обладает смесь НNО3 и НС1(1:3). Данную смесь называют «царской водкой», так как она способна растворять золото
|
|
Аu + НNО3 + 4НС1 = Н[АuСl4] + NО + 2Н2О.
Концентрированная НNО3 пассивирует Аl, Fе, Со, Ni, Сr и нержавеющие стали.
Степень восстановления азотной кислоты зависит от активности металла и концентрации кислоты:
Сu + 4 НNО3 (конц.) = Сu(NО3)2 + 2 NO2 + 2 Н2О,
Сu + 8 НNО3 (разб.) = 3 Сu(NО3)2 + 2 NО + 4 Н2О,
4Мg + 10НNО3 (очень разб.) = 4Мg(NО3)2 + NН4NО3 + 3Н2О.
Из приведенных реакций следует, что чем активней металл и более разбавлена азотная кислота тем в большей степени она восстанавливается. При этом водород практически не выделяется.
Соли азотной кислоты – нитраты хорошо растворимы в воде.
Наиболее важное практическое значение имеют нитраты натрия (NаNО3), калия, аммония и кальция, которые называют селитрами. Важна биологическая роль азота, так как он входит в состав белковых молекул.