Химия. 11 класс

Азот как простое вещество

Азот как простое вещество состоит из двухатомных молекул N₂, графическая формула молекулы азота «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mo»§#8801;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«/math». Атомы азота связаны между собой тремя ковалентными неполярными связями, причём одна из них — σ-связь и две π-связи (рис. 87).

Энергия связи в молекуле азота очень высока и составляет 945 кДж/моль (для сравнения: О₂ — 494 кДж/моль, Cl₂ — 243 кДж/моль), что свидетельствует о прочности связей, а значит, и большой химической инертности вещества. Действительно, в подавляющем большинстве реакции с участием азота протекают в «жёстких условиях» (при очень высоких температурах и давлениях).

Физические свойства. Небольшое значение относительной молекулярной массы (М_r(N₂) = 28) и отсутствие полярности у молекул азота определяют низкие температуры кипения и плавления –196 °С и –210 °С. Азот — газ (н. у.) без цвета и запаха, почти не растворяется в воде.

Химические свойства. Азот в реакциях с кислородом и фтором проявляет свойства восстановителя, а с металлами и водородом — окислителя.

1. Азот как восстановитель. Реакция азота с кислородом протекает при температуре около 3000 °С — в электрической дуге или разряде молнии. Реакция является эндотермической. При этом образуется оксид азота(II):

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8644;«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mrow»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«/mrow»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/mover»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»-«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»Q«/mi»«mo».«/mo»«/math»

2. Азот как окислитель. Реакция азота с водородом протекает при высокой температуре и давлении даже в присутствии катализаторов:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»3«/mn»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8644;«/mo»«mrow»«mi»t«/mi»«mo»,«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»p«/mi»«mo»,«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1082;§#1072;§#1090;«/mi»«mo».«/mo»«/mrow»«/mover»«munder»«mrow»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«/mrow»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«/mrow»«mi»§#1072;§#1084;§#1084;§#1080;§#1072;§#1082;«/mi»«/munder»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»Q«/mi»«mo».«/mo»«/math»

Реагируя с металлами (при повышенной температуре), азот образует бинарные соединения нитриды:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»3«/mn»«mi»Mg«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mrow»«msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mover»«mo»=«/mo»«mi»t«/mi»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»Mg«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«/math» (нитрид магния).

С литием азот вступает в реакцию без нагревания:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»6«/mn»«mi»Li«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«/msub»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi»Li«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«/math» (нитрид лития).

Применение. Основная область применения азота — производство аммиака. Его используют также для создания инертной среды при хранении пищевых продуктов, произведений искусства и рукописей, в пожаротушении, лазерной резке металлов. Расширяется спектр его применения в медицине и косметологии, например криоконсервация клеток, криотерапия (удаление папиллом и гемангиом).