Применение азота

Чрезвычайно важное значение имеет азот для жизни растений и животных, поскольку он входит в состав белков. Соединения азота применяются в производстве минеральных удобрений, взрывчатых веществ. В больших количествах N₂ используется для производства NH₃, для создания инертной среды (в электрических лампах накаливания, при перекачке горючих жидкостей и т.д.).

А М М И А К

Строение молекулы и физические свойства

Одним из важнейших соединений азота является аммиак NH₃. Атом N в молекуле NH₃ за счет своих неспаренных электронов внешнего слоя образует по обменному механизму три ковалентные связи с атомами водорода. Кроме того, у него на внешнем слое остается еще неподелённая электронная пара, расположенная на s-подуровне. В связи с этим электронную формулу аммиака можно представить следующим образом:

Все связи в молекуле NH₃ являются полярными и их электронная плотность смещается к более электроотрицательному атому азота. Вследствие чего на нем сосредоточен частичный отрицательный заряд (│δ‾│< 1), а на атомах Н – частичный положительный заряд (δ⁺< 1).

Молекулы аммиака способны образовывать между собой водородные связи, поэтому NH₃ легко сжижается и имеет сравнительно высокую температуру кипения (–33°С):

Молекулы NH₃ – полярные и имеют пирамидальную форму (рис. 8). В вершине пирамиды расположен атом азота, а в основании – атомы водорода. Углы связи НNH в молекуле составляют 107^о, т.е. близки к тетраэдрическим (109^о28’). Это позволяет предположить, что атом N в молекуле NH₃ находится в состоянии sp³-гибридизации. Некоторое отклонение углов связи от тетраэдрических объясняется влиянием неподеленной электронной пары атома азота, занимающей гибридную орбиталь, расположенную в вершине пирамиды (рис. 8).

Рис. 8. Схема образования молекулы NH₃

Эта электронная пара оказывает существенное влияние на характер химических свойств аммиака, т.к. позволяет атому N образовать еще одну ковалентную связь, но уже по донорно-акцепторному механизму.

Аммиак является бесцветным газом с резким удушающим запахом. Он ядовит, но при вдыхании в небольших количествах повышает функциональную активность отдельных структур головного мозга, стимулирует работу сердца, поэтому NH₃ используется в медицине для приведения человека в сознание при неглубоких обмороках.

Однако вдыхание аммиака в больших количествах приводит к острому отравлению, сопровождающемуся поражением органов дыхания, глаз и в итоге – к летальному исходу.

Полярность молекул NH₃ обеспечивает его хорошую растворимость в Н₂О, молекулы которой тоже полярны. При 20^оС и атмосферном давлении в одном объеме Н₂О растворяется до 700 объемов NH₃. Большая растворимость аммиака в Н₂О вызвана также и способностью его молекул образовывать межмолекулярные водородные связи с молекулами Н₂О.

Водный (3% – 10%) раствор NH₃, используемый в быту, медицине, называется иначе нашатырным спиртом, а более концентрированный (18% – 25%) раствор, применяемый в промышленности, называют аммиачной водой.

При растворении аммиака в Н₂О происходит образование гидрата аммиака NH₃ ∙ Н₂О, который частично диссоциирует, образуя катионы аммония NH₄⁺ и гидроксид-ионы OH^–:

NH₃ + Н₂О NH₃ ∙ Н₂О NH₄⁺ + OH^–

Данное равновесие при обычных условиях значительно смещено влево, поэтому водный раствор аммиака является слабым основанием (K_дисс. = 1,8 ∙ 10^-5). Растворы NH₃ окрашивают индикатор лакмус в синий цвет.

Установлено, что молекулы NH₄OH в водном растворе не существуют, и поэтому формулу гидроксида аммония правильнее записывать в виде гидрата аммиака NH₃ ∙ Н₂О.