Получение азота

В промышленности N₂ получают из воздуха. Причем он всегда содержит в себе различные примеси.

В лаборатории часто используют чистый азот, который образуется при разложении некоторых соединений:

аммоний-нитрит NH₄NO₂ N₂ ↑ + 2H₂O

аммоний-дихромат (NH₄)₂Cr₂O₇ Cr₂O₃ + N₂↑ + 4Н₂О

натрий-азид 2NaN₃ 2Na + 3N₂

Химические свойства азота

В таблице Д.И. Менделеева элемент азот (N) расположен во втором периоде VA группе. Порядковый номер – 7, заряд ядра равен +7. Вокруг ядра вращается 7 электронов. Графическая электронная формула выглядит так:

На внешнем слое у атома N в невозбужденном состоянии имеется 3 неспаренных электрона, за счет которых он может образовать три ковалентные связи по обменному механизму. Поэтому валентность его в этом случае будет равна 3. Так как у атома N на внешнем слое нет вакантных орбиталей, то в возбужденном состоянии электронная пара, расположенная на 2s-подуровне распариться не может. Однако в ряде соединений (NH₄⁺, HNO₃ и т.д.) азот проявляет валентность равную четырем. Дополнительная четвертая связь образуется в этом случае по донорно-акцепторному механизму, причем атомы N выступают в роли донора электронной пары.

Азот в соединениях проявляет как положительную, так и отрицательную степень окисления.

Положительную степень окисления атомы N проявляют при взаимодействии с атомами более электроотрицательных элементов, чем сами (F, O). В этом случае они выступают в роли восстановителя и отдают другим атомам электроны со своего внешнего слоя. Величина степени окисления при этом равна +3. Атомы N в соединениях с кислородом могут проявить также степени окисления +1, +2, +4 и +5.

С фтором (F₂) азот не взаимодействует, однако косвенным путем или в условиях электроразряда можно получить азот(III)-фторид:

4NH₃ + 3F₂ = 3NH₄F +

C кислородом азот вступает в обратимую реакцию только при температуре электрической дуги (3000-4000ºС). Реакция является эндотермической. При этом образуется азот(II)-оксид:

N₂ + O₂ 2NO

В природе эта реакция протекает в атмосфере во время грозы.

Азот образует с кислородом еще несколько оксидов ( ₂O, ₂O₃, O₂ (N₂O₄), ₂O₅). Но все они, в отличие от NO, получаются только косвенным путем.

Оксиды N₂O и NO являются безразличными или несолеобразующими, а остальные – кислотными.

Отрицательную степень окисления атомы азота (N) проявляют при взаимодействии с атомами менее электроотрицательных элементов, чем сами (Cl, S, C, P, Н, Si, металлы). В этом случае они выступают в роли окислителя и отрывают от других атомов три недостающих до завершения своего внешнего слоя электрона. Величина степени окисления при этом равна –3. Хотя в некоторых соединениях ( ₂H₄, H₂OH и др.) атомы азота проявляют степень окисления –2, или –1. Это связано с тем, что в таких соединениях атомы N часть связей образуют не с менее электроотрицательными атомами, а между собой или с более электроотрицательными атомами:

Бинарные соединения азота, в которых он проявляет степень окисления –3, носят общее название нитриды.

Хлор(I)-нитрид обычно получают косвенным путем:

NH₄Cl + 3Cl₂ 4HCl +

При высоких температурах N₂ реагирует с кремнием и углеродом

2N₂ + 3Si _{3 4} – кремний(IV)-нитрид

N₂ + 2C (CN)₂ – дициан (газообразное вещество, молекулы которого имеют следующее строение:

С фосфором и серой N₂ непосредственно не взаимодействует.

Азот при нагревании реагирует с активными металлами (щелочными, щелочноземельными, Al). С литием N₂ может реагировать без нагревания уже при обычных условиях. При этом образуются нитриды металлов:

6Li + N₂ = 2 ₃ – литий-нитрид

3Ca + N_{2 3 2} – кальций-нитрид

Нитриды металлов легко разлагаются H₂O и растворами кислот:

Li₃N + 3H₂O = 3LiOH + NH₃ ↑

Ca₃N₂ + 6H₂O = 3Ca(OH)₂ + 2NH₃ ↑

Li₃N + 3HCl = 3LiCl + NH₃ ↑

Ca₃N₂ + 6HCl = 3CaCl₂ + 2NH₃ ↑

С Н₂ азот взаимодействует с достаточной скоростью только при высокой температуре и в присутствии катализаторов. При этом образуется аммиак (NH₃) – газ с резким запахом. Эта реакция используется в промышленности. Она является экзотермической и обратимой и, чтобы в условиях ее проведения сместить равновесие в сторону синтеза NH₃, ее осуществляют под высоким давлением:

N₂ + 3H₂ 2NH₃