Азот
Азот технический
- Азотные установки и станции
- Криогенные установки производства азота
Получение азота
| Жидкий азот. При н.у. — газ без цвета, вкуса и запаха. |
| Имя, символ, номер |
Генри Кавендишем еще в 1772 году был осуществлен интересный эксперимент, позволивший выделить новое простое вещество — азот. Исследователь выделил азот, но не сумел его распознать.
Эксперимент заключался в следующем: над раскаленным углем многократно пропускался воздух, который впоследствии обрабатывался щелочью.
Такие манипуляции позволили ученому выделить остаток, который им был определен, как мефитический или удушливый воздух.
Если рассматривать данный эксперимент с точки зрения современной химии, можно прийти к выводу, что кислород, находящийся в потоке воздуха, вступая в реакцию с раскаленным углем, связывался в углекислый газ.Щелочь, которая была задействована на следующем этапе эксперимента, поглощала полученное углекислое соединение.
Таким образом, можно прийти к простому выводу, что полученный остаток в большей своей части являлся азотом, который экспериментатор сумел путем достаточно простых действий выделить из атмосферного воздуха.
Не сумев правильно установить полученное вещество, Генри Кавендиш в том же 1772 году сообщил о результатах своей работы Джозефу Пристли, который в то же самое время работал над решением аналогичной задачи. Он осуществлял эксперименты, намереваясь связать кислород и удалить полученный, таким образом, углекислый газ. Джозеф Пристли в те времена являлся приверженцем теории флогистона.
Соответственно, он абсолютно неправильно истолковывал получаемые результаты и был абсолютно уверен в том, что не кислород вытесняется из воздуха, а наоборот. Пристли не сомневался, что в процессе производимых им манипуляций происходит насыщение воздуха флогистоном.
Таким образом, он именовал оставшийся воздух (то есть практически азот) флогистированным, что означало — насыщенным флогистоном.
Оба эти экспериментатора хоть и нашли способы выделить из воздуха азот, но не считаются его первооткрывателями вследствие ошибочного толкования результатов своей деятельности.
Карл Шееле в те же времена занимался аналогичной деятельностью, а Даниэль Резерфорд все в том же 1772 году опубликовал магистерскую диссертацию, в которой упомянул азот, используя термин «испорченный воздух».
Резерфордом в своей научной работе были указаны основные свойства азота. Им абсолютно верно было установлено следующее:
- отсутствие взаимодействия полученного газа со щелочами;
- непригодность использования его для дыхания;
- выделенный газ не поддерживает горения.
В связи с верными выводами именно Даниэля Резерфорд многие признали первооткрывателем азота. К сожалению, он также, как и Джозеф Пристли был приверженцем флогистонной теории, поэтому так и не смог осознать, что именно за вещество ему удалось выделить из обычного атмосферного воздуха.
Анализируя все вышесказанное, можно прийти к выводу, что точно определить, кто же именно открыл азот, не представляется возможным.
Азот и далее подвергался исследованию многими учеными, которые все-таки со временем определили полный спектр его характеристик, что позволило в наши дни использовать данный газ во многих сферах профессиональной деятельности человека.
Производство азота для использования в промышленности
Азот технический в наши дни используется во многих отраслях промышленности. Анализ его свойств современными специалистами помог развитию различных современных технологий. Соответствующий ГОСТ устанавливает параметры, какими должен обладать азот для различных областей применения. Сегодня данный технический газ получают, используя современные установки воздухо- и газоразделения.
Научно-производственная компания «Грасис» является лидером в разработке и производстве оборудования для воздухоразделения и создания газовых сред. Мы разрабатываем и производим стационарные и мобильные установки, которые позволяют получать необходимый объем азота. Наша компания предоставляет свои услуги не только в России и странах СНГ, но и имеет множество клиентов в Восточной Европе.
НПК «Грасис» — это самое прогрессивное оборудование для разделения газов, которое характеризуется высокой производительностью и надежностью. Клиентам мы предлагаем полный комплекс услуг, поэтому, приобретя наше оборудование, вы сможете, ни о чем не беспокоясь, его эксплуатировать.
НПК «Грасис» — это:
- нестандартные проектные решения и инновационные технологии;
- оборудование для разделения газов и создания газовых средств, соответствующее всем международным стандартам;
- сдача проектов под ключ;
- пусконаладочные работы;
- обслуживание в период гарантийного срока и после его окончания.
Современные сфера применения азота в качестве технического газа
Азот сегодня широко используется в виде газа и жидкого раствора во многих отраслях промышленности. который перед применением переводят в газообразное состояние при помощи специального оборудования — газификатора.
Используется технический азот для обеспечения безопасности работы с легковоспламеняющимися веществами, в установках пожаротушения и для создания определенной среды, необходимой для осуществления технологических процессов.
Технический азот сегодня широко востребован в:
- нефтегазовой промышленности,
- нефтехимической и химической индустрии,
- фармацевтике,
- металлургии,
- стекольной промышленности,
- при производстве электроники,
- обработке отходов,
- упаковке продуктов питания и пр.
Как видите, характерные особенности данного технического газа сегодня востребованы практически во всех отраслях. Мы разрабатываем и производим установки для разделения газов с 2001 года. За время своей деятельности мы успели полностью изучить спрос на него в современной промышленности. Поэтому сегодня готовы предложить оборудование для всех существующих областей его применения.
Преимуществом выбора НПК «Грасис» является индивидуальный подход к выполнению каждого заказа, который обеспечивает строго соответствие параметров и характеристик оборудования требованиям клиента. Если вас интересует оборудование для получения технического азота, обращайтесь в НПК «Грасис» — мы его изготовим, установим и будем в дальнейшем обслуживать!
Более подробно Вы можете ознакомиться с азотным оборудованием (азотные генераторы, азотные установки, азотные станции) на странице www.grasys.ru.
Азот №7 химический элемент
Всем известно: азот инертен. Часто мы сетуем за это на элемент № 7, что естественно: слишком дорогой ценой приходится расплачиваться за его относительную инертность, слишком много энергии, сил и средств приходится тратить на его превращение в жизненно необходимые соединения.
Но, с другой стороны, не будь азот так инертен, в атмосфере произошли бы реакции азота с кислородом, и жизнь на нашей планете в тех формах, в которых она существует, стала бы невозможной. Растения, животные, мы с вами буквально захлебывались бы в потоках неприемлемых жизнью окислов и кислот.
И «при всем при том» именно в окислы и азотную кислоту мы стремимся превратить возможно большую часть атмосферного азота. Это один из парадоксов элемента № 7. (Здесь автор рискует быть обвиненным в тривиальности, ибо парадоксальность азота, вернее его свойств, стала притчей во языцех. И все же…
)
Азот — элемент необыкновенный. Порою кажется, что чем больше мы о нем узнаем, тем не понятнее он становится. Противоречивость свойств элемента № 7 отразилась даже в его названии, ибо ввела в заблуждение даже такого блистательного химика, как Антуан Лоран Лавуазье.
Это Лавуазье предложил назвать азот азотом после того, как не первым и не последним получил и исследовал не поддерживающую дыхания и горения часть воздуха.
Согласно Лавуазье, «азот» означает «безжизненный», и слово это произведено от греческого «а» — отрицание и «зоэ» — жизнь
Термин «азот» бытовал еще в лексиконе алхимиков, откуда и заимствовал его французский ученый. Означал он некое «философское начало», своего рода кабалистическое заклинание.Знатоки утверждают, что ключом к расшифровке слова «азот» служит заключительная фраза из Апокалипсиса: «Я есть альфа и омега, начало и конец, первый и последний…» В средние века особо почитались три языка: латинский, греческий и древнееврейский.
И слово «азот» алхимики составили из первой буквы «а» (а, альфа, алеф) и последних букв: «зет», «омега» и «тов» этих трех алфавитов. Таким образом, это таинственное синтетическое слово означало «начало и конец всех начал».
Современник и соотечественник Лавуазье Ж. Шапталь, не мудрствуя лукаво, предложил назвать элемент № 7 гибридным латино-греческим именем «нитрогеннум», что значит «селитру рождающий».
Селитры — азотнокислые соли, вещества, известные с древнейших времен. (О них речь впереди.) Надо сказать, что термин «азот» укоренился только в русском и французском языках.
По-английски элемент № 7 — «Nitrogen», по-немецки — «Stickstoff» (удушающее вещество). Химический же символ N — дань шапталевскому нитрогениуму.
Кем открыт азот
Открытие азота приписывают ученику замечательного шотландского ученого Джозефа Блока Даниэлю Резерфорду, который в 1772 г. опубликовал диссертацию «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе». Блэк прославился своими опытами с «фиксируемым воздухом» — углекислым газом.
Он обнаружил, что после фиксирования углекислоты (связывания ее щелочью) остается еще ка- конто «нефиксируемый воздух», который был назвал «мефитическим» — испорченным — за то, что не поддерживал горения и дыхания.
Исследование этого «воздуха» Блэк и предложил Резерфорду в качестве диссертационной работы.
Примерно в то же время азот был получен К. Шееле, Дж. Пристли, Г. Кавендишем, причем последний, как следовало из его лабораторных записей, изучал этот газ раньше Резерфорда, но, как всегда, не спешил с публикацией результатов своих трудов.
Однако все эти выдающиеся ученые имели весьма смутное представление о природе открытого ими вещества. Они были убежденными сторонниками теории флогистона и связывали свойства, «мефитического воздуха» с этой мнимой субстанцией.
Только Лавуазье, ведя наступление на флогистон, убедился сам и убедил других, что газ, который он назвал «безжизненным», — простое вещество, как и кислород…
Можно лишь догадываться, что означает «начало и конец всех начал» в алхимическом «азоте». Но об одном из «начал», связанных с элементом № 7, можно говорить всерьез. Азот и жизнь — понятия неотделимые. По крайней мере всякий раз, когда биологи, химики, астрофизики пытаются постичь «начало начал» жизни, то непременно сталкиваются с азотом.Атомы земных химических элементов рождены в недрах звезд. Именно оттуда, от ночных светил и дневного светила, начинаются истоки нашей земной жизни. Это обстоятельство и имел в виду английский астрофизик У. Фаулер, говоря, что «все мы… являемся частичкой звездного праха»…
Звездный «прах» азота возникает в сложнейшей цепи термоядерных процессов, начальная стадия которых — превращение водорода в гелий. Это многостадийная реакция, идущая, как предполагают, двумя путями.
Один из них, получивший название углеродно-азотного цикла, имеет самое непосредственное отношение к элементу № 7. Этот цикл начинается, когда в звездном веществе, помимо ядер водорода — протонов, уже есть и углерод.
Ядро углерода-12, присоединив еще один протон, превращается в ядро нестабильного азота-13:
126С + 11H → 137N+γ.
Но, испустив позитрон, азот снова становится углеродом — образуется более тяжелый изотоп 13C:
137N →136C + e+ + γ.
Такое ядро, приняв лишний протон, превращается в ядро самого распространенного в земной атмосфере изотопа — 14N.
136С+11H →147N + γ.
Увы, лишь часть этого азота отправляется в путешествие по Вселенной. Под действием протонов азот-14 превращается в кислород-15, а тот, в свою очередь, испустив позитрон и гамма-квант, превращается в другой земной изотоп азота — 15N:
147N +11H →158O + γ.
158O →157N + e+ + γ.
Земной азот-15 стабилен, но и он в недрах звезды подвержен ядерному распаду; после того, как ядро 15N примет еще один протон, произойдет не только образование кислорода 16O, но и другая ядерная реакция:157N +11H →126C +42He.
В этой цепи превращений азот — один из промежуточных продуктов. Известный английский астрофизик Р. Дж. Тейлер пишет: «14N — изотоп, который нелегко построить.
В углеродно-азотном цикле образуется азот, и, хотя впоследствии он снова превращается в углерод, все же если процесс протекает стационарно, то азота в веществе оказывается больше, чем углерода.
Это, по-видимому, основной источник 14N»…
В умеренно сложном углеродно-азотном цикле прослеживаются любопытные закономерности. Углерод 12C играет в нем роль своеобразного катализатора.
Судите сами, в конечном счете не происходит изменения количества ядер 12C. Азот же, появляясь в начале процесса, исчезает в конце. И если углерод в этом цикле — катализатор, то азот явно — аутокатализатор, т. е.
продукт реакции, катализирующий ее дальнейшие промежуточные стадии.
Мы не случайно завели здесь речь о каталитических свойствах элемента № 7. He сохранил ли эту особенность звездный азот и в живом веществе? Катализаторы жизненных процессов — ферменты, и все они, равно как и большинство гормонов и витаминов, содержат азот.
Азот в атмосфере Земли
Жизнь многим обязана азоту, но и азот, по крайней мере атмосферный, своим происхождением обязан не столько Солнцу, сколько жизненным процессам. Поразительно несоответствие между содержанием элемента № 7 в литосфере (0,01%) и в атмосфере (75,6% по массе дли 78,09% по объему). В общем-то мы обитаем в азотной атмосфере, умеренно обогащенной кислородом.
Между тем пи на других планетах солнечной системы, ни в составе комет или каких-либо других холодных космических объектов свободный азот не обнаружен. Есть его соединения и радикалы — CN*, NH*, NH*2,
NH*3, а вот азота нет. Правда, в атмосфере Венеры зафиксировано около 2% азота, но эта цифра еще требует подтверждения. Полагают, что и в первичной атмосфере Земли элемента № 7 не было. Откуда же тогда он в воздухе?
По-видимому, атмосфера нашей планеты состояла вначале из летучих веществ, образовавшихся в земных недрах: H2, H2O, CO2, CH4, NH3.
Свободный азот если и выходил наружу как продукт вулканической деятельности, то превращался в аммиак. Условия для этого были самые подходящие: избыток водорода, повышенные температуры — поверхность Земли еще не остыла. Так что же, значит, сначала азот присутствовал в атмосфере в виде аммиака? Видимо, так. Запомним это обстоятельство.Но вот возникла жизнь… Владимир Иванович Вернадский утверждал, что «земная газовая оболочка, наш воздух, есть создание жизни». Именно жизнь запустила удивительнейший механизм фотосинтеза. Один из конечных продуктов этого процесса — свободный кислород стал активно соединяться с аммиаком, высвобождая молекулярный азот: фотосинтез
CO2 + 2Н2O —фотосинтез→ HCOH + H2O + O2;
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
кислород и азот, как известно, в обычных условиях между собой не реагируют, что и позволило земному воздуху сохранить «статус кво» состава. Заметим, что значительная часть аммиака могла раствориться в воде при образовании гидросферы. В наше время основной источник поступления N2 в атмосферу — вулканические газы.
Разрушив неисчерпаемые запасы связанного активного азота, живая природа поставила себя перед проблемой: как связать азот. В свободном, молекулярном состоянии он, как мы знаем, оказался весьма инертным. Виной тому — тройная химическая связь его молекулы: N=N.
Обычно связи такой кратности малоустойчивы. Вспомним классический пример ацетилена: HC=CH. Тройная связь его молекулы очень непрочна, чем и объясняется невероятная химическая активность этого газа. А вот у азота здесь явная аномалия: его тройная связь образует самую стабильную из всех известных двухатомных молекул.
Нужно приложить колоссальные усилия, чтобы разрушить эту связь. К примеру, промышленный синтез аммиака требует давления более 200 атм и температуры свыше 500°С, да еще обязательного присутствия катализаторов…
Решая проблему связывания азота, природе пришлось наладить непрерывное производство соединений азота методом гроз.
Статистика утверждает, что в атмосфере нашей планеты ежегодно вспыхивают три с лишним миллиарда молний. Мощность отдельных разрядов достигает 200 млн. киловатт, а воздух при этом разогревается (локально, разумеется) до 20 тыс. градусов. При такой чудовищной температуре молекулы кислорода и азота распадаются на атомы, которые, легко реагируя друг с другом, образуют непрочную окись азота:
Благодаря быстрому охлаждению (разряд молнии длится десятитысячную долю секунды) окись азота не распадается и беспрепятственно окисляется кислородом воздуха до более стабильной двуокиси:
В присутствии атмосферной влаги и капель дождя двуокись азота превращается в азотную кислоту:3NO2 + H2O -+ 2HNO3 + NO.
Так, попав под свежии грозовой дождик, мы получаем возможность искупаться в слабом растворе азотной кислоты. Проникая в почву, атмосферная азотная кислота образует с ее веществами разнообразные естественные, удобрения.
Азот фиксируется в атмосфере и фотохимическим путем: поглотив квант света, молекула N2 переходит в возбужденное, активированное состояние и становится способной соединяться с кислородом…
Из почвы соединения азота попадают в растения. Далее: «лошади кушают овес», а хищники — травоядных животных. По пищевой цепи идет круговорот вещества, в том числе и элемента № 7. При этом форма существования азота меняется, он входит в состав все более сложных и нередко весьма активных соединений. Но не только «грозорожденный» азот путешествует по пищевым цепям.
Еще в древности было замечено, что некоторые растения, в частности бобовые, способны повышать плодородие почвы.
«…Или, как сменится год, золотые засеивай злаки Там, где с поля собрал урожай, стручками шумящий, Или где вика росла мелкоплодная с горьким лупином…»
Вчитайтесь: это же травопольная система земледелия! Строки эти взяты из поэмы Вергилия, написанной около двух тысяч лет назад.
Пожалуй, первым, кто задумался над тем, почему бобовые дают прибавки урожая зерновых, был французский агрохимик Ж. Буссенго. В 1838 г. он установил, что бобовые обогащают почву азотом. Зерновые же (и еще многие другие растения) истощают землю, забирая, в частности, все тот же азот.
Буссенго предположил, что листья бобовых усваивают азот из воздуха, но это было заблуждением. В то время немыслимо было предположить, что дело не в самих растениях, а в особых микроорганизмах, вызывающих образование клубеньков на их корнях. В симбиозе с бобовыми эти организмы и фиксируют азот атмосферы.
Сейчас это прописная истина.
В наше время известно довольно много различных азот-фиксаторов: бактерии, актиномицеты, дрожжевые и плесневые грибки, синезеленые водоросли. И все они поставляют азот растениям.
Но вот вопрос: каким образом без особых энергетических затрат расщепляют инертную молекулу N2микроорганизмы? И почему одни из них обладают этой полезнейшей для всего живого способностью, а другие нет? Долгое время это оставалось загадкой.
Тихий, без громов и молний механизм биологической фиксации элемента № 7 был раскрыт лишь недавно. Доказано, что путь элементного азота в живое вещество стал возможен благодаря восстановительным процессам, в ходе которых азот превращается в аммиак. Решающую роль при этом играет фермент нитрогеназа.
Его центры, содержащие соединения железа и молибдена, активируют азот для «стыковки» с водородом, который предварительно активируется другим ферментом. Так из инертного азота получается весьма активный аммиак — первый стабильный продукт биологической азотфиксации.Вот ведь как получается! Сначала процессы жизнедеятельности перевели аммиак первичной атмосферы в азот, а затем жизнь снова превратила азот в аммиак. Стоило ли природе на этом «ломать копья»? Безусловно, потому что именно так и возник круговорот элемента № 7.
Азот — это что за вещество? Типы и свойства азота
Азот — это всем известный химический элемент, который обозначается буквой N. Этот элемент, пожалуй, основа неорганической химии, его начинают подробно изучать еще в 8 классе. В данной статье мы рассмотрим данный химический элемент, а также его свойства и типы.
История открытия химического элемента
Азот — это элемент, который впервые был представлен знаменитым французским химиком Антуаном Лавуазье. Но за звание первооткрывателя азота борются многие ученые, среди них и Генри Кавендиш, Карл Шееле, Даниэль Резерфорд.
Генри Кавендиш в результате опыта первым выделил химический элемент, но так и не понял, что он получил простое вещество. О своем опыте он сообщил Джозефу Пристли, который тоже проделывал ряд исследований.
Вероятно, Пристли тоже удалось выделить этот элемент, но ученый не смог понять, что именно он получил, поэтому не заслужил звание первооткрывателя.
Карл Шееле одновременно с ними проводил те же исследования, но не пришел к нужному выводу.
В том же году Даниэль Резерфорд сумел не только получить азот, но и описать его, опубликовать диссертацию и указать основные химические свойства элемента. Но даже Резерфорд так до конца и не понял, что он получил. Однако именно его считают первооткрывателем, потому что он был ближе всех к разгадке.
Происхождение названия азота
С греческого «азот» переводится как «безжизненный». Именно Лавуазье трудился над правилами номенклатуры и решил так назвать элемент. В 18 веке про этот элемент было известно лишь то, что он не поддерживает ни реакций горения, ни дыхания. Поэтому данное название приняли.
В латинском языке азот называется «нитрогениум», что в перевод означает «рождающий селитру». Из латинского языка и появилось обозначение азота — буква N. Но само название во многих странах не прижилось.
Распространенность элемента
Азот — это, пожалуй, один из самых распространенных элементов на нашей планете, он занимает четвертое место по распространенности. Элемент также найден в солнечной атмосфере, на планетах Уран и Нептун. Из азота состоят атмосферы Титана, Плутона и Тритона. Помимо этого, атмосфера Земли состоит на 78-79 процентов из этого химического элемента.
Азот играет важную биологическую роль, ведь он необходим для существования растений и животных. Даже тело человека содержит от 2 до 3 процентов этого химического элемента. Входит в состав хлорофилла, аминокислот, белков, нуклеиновых кислот.
Жидкий азот
Жидкий азот — это бесцветная прозрачная жидкость, является одним из агрегатных состояний химического вещества. Жидкий азот широко используется в промышленности, строительстве и медицине. Он используется при заморозке органических материалов, охлаждения техники, а в медицине для удаления бородавок (эстетическая медицина).
Жидкий азот не токсичен, а также не взрывоопасен.
Молекулярный азот
Молекулярный азот — это элемент, который содержится в атмосфере нашей планеты и образует большую ее часть. Формула молекулярного азота — N2. Такой азот вступает в реакции с другими химическими элементами или веществами только при очень высокой температуре.
Физические свойства
При нормальных условиях химический элемент азот — это газ, который не имеет запаха, цвета, а также практически не растворим в воде.
Азот жидкий по своей консистенции напоминает воду, такой же прозрачный и бесцветный.
У азота есть еще одно агрегатное состояние, при температуре ниже -210 градусов он превращается в твердое тело, образует много больших белоснежных кристаллов. Поглощает кислород из воздуха.
Химические свойства
Азот относится к группе неметаллов и перенимает свойства у других химических элементов из этой группы. Как правило, неметаллы не являются хорошими проводниками электричества. Азот образует различные оксиды, например NO (моноокисид).
NO или окись азота является мышечным релаксантом (вещество, которое значительно расслабляет мускулатуру и при этом не оказывает никакого вреда и иных влияний на организм человека). Оксиды, где содержится больше атомов азота, например N2O — это веселящий газ, чуть-чуть сладковатый на вкус, который используется в медицине как анестезирующее средство.
Однако уже оксид NO2 не имеет никакого отношения к первым двум, ведь это довольно вредный выхлопной газ, который содержится в выхлопах автомобилей и серьезно загрязняет атмосферу.
Азотная кислота, которую образуют атомы водорода, азота и три атома кислорода, является сильной кислотой.Ее широко используют в производстве удобрений, в ювелирном деле, органическом синтезе, военной промышленности (производство взрывчатых веществ, ракетного топлива и синтеза отравляющих веществ), производстве красителей, лекарств и др. Азотная кислота очень вредна для организма человека, на коже оставляет язвы и химические ожоги.
Люди ошибочно полагают, что углекислый газ — это азот. На самом деле, по своим химическим свойствам элемент реагирует лишь с небольшим количеством элементов при нормальных условиях. А углекислый газ — это оксид углерода.
Применение химического элемента
Азот в жидком состоянии применяют в медицине для лечения холодом (криотерапии), а также в кулинарии как хладагент.
Этот элемент также нашел широкое применение в промышленности. Азот — это газ, который взрыво- и пожаробезопасен. Помимо этого, он препятствует гниению и окислению. Сейчас азот используют в шахтах с целью создания взрывобезопасной среды. Газообразный азот применяют в нефтехимии.
В химической промышленности без азота обойтись очень нелегко. Его используют для синтеза различных веществ и соединений, например некоторых удобрений, аммиака, взрывчатых веществ, красителей. Сейчас большое количество азота используют для синтеза аммиака.
В пищевой промышленности это вещество зарегистрировано как пищевая добавка.
Смесь или чистое вещество?
Даже ученые первой половины 18 века, которым удалось выделить химический элемент, думали, что азот — это смесь. Но существует большая разница между этими понятиями.
Чистое вещество имеет целый комплекс постоянных свойств, таких как состав, физические и химические свойства. А смесь — это соединение, в которое входит два или больше химических элемента.
Сейчас мы знаем, что азот — это чистое вещество, так как он является химическим элементом.
При изучении химии очень важно понять, что азот является основой всей химии. Он образует различные соединения, которые всем нам встречаются, это и веселящий газ, и бурый газ, и аммиак, и азотная кислота. Недаром химия в школе начинается именно с изучения такого химического элемента, как азот.
Азот и кислород и их взаимодействие
[Deposit Photos]
Из этой статьи вы узнаете про кислород и азот — два газа, которые успешно взаимодействуют между собой.
Азот
Сам азот был открыт в 1772 году химиком Генри Кавендишем. В своей лаборатории Генри с помощью специального устройства несколько раз пропускал воздух над раскаленным углем. Затем воздух обрабатывался щелочами.
Из-за свойств полученный от эксперимента остаток был назван «удушливым» газом. Но ученый не смог понять, какое вещество он получил. Современному химику известно, что пропускание воздуха над раскаленным углем дает в результате углекислый газ, который нейтрализуется щелочью.
О своем опыте Генри сообщил приятелю — Джозефу Пристли.
Интересно, что это не первый случай, когда ученые не могут понять, какое вещество получилось в ходе эксперимента. Например, с помощью тока Пристли как-то связал кислород и азот, но не смог понять, что в результате опыта он получил аргон, который является инертным газом.
Физические свойства азота
При стандартных условиях азот представляет собой инертный бесцветный газ без запаха и вкуса. Он безопасен для человека. Кроме того, этот газ практически не растворяется в воде и химически не взаимодействует с ней.
Также седьмой элемент периодической системы Менделеева существует в жидком и твердом агрегатных состояниях.
Жидкий азот [Deposit Photos]
Температура кипения жидкого азота составляет -195,8 °С, а в твердое состояние он переходит при -209,86 °С.
Химические свойства азота
Сам бесцветный газ имеет очень прочные двухатомные молекулы, которые образуют тройную связь. Поэтому молекулы практически не распадаются. И именно из-за этого свойства азот проявляет малую химическую активность. Все его соединения крайне неустойчивы, потому что при нагреве вещества образуется свободный азот.
Реакции азота с металлами
Молекулярный азот может вступать в реакцию лишь с небольшой группой металлов, которые проявляют восстановительные свойства. Например, N₂ может вступать в реакцию с литием:
6Li + N₂ = 2Li₃N
Также он реагирует с легким серебристым металлом магнием, но для этого химического процесса нужен нагрев до 300 °С. Результатом реакции будет нитрид магния — желтовато-зеленые кристаллы, которые при нагревании разлагаются на магний и свободный азот:
3Mg + N₂ = Mg₃N₂
Mg₃N₂ → 3Мg + N₂ (при нагреве от 1000 °С)
Если нитрид активного металла добавить в воду, запустится процесс гидролиза, и в итоге получится аммиак.
Азот и водород
При температуре около 400 °С и давлении в 200 атмосфер, а также в присутствии железа (то есть катализатора) протекает взаимодействие азота и водорода:
3H₂ + N₂ = 2NH₃
[Deposit Photos]
Все реакции с азотом проходят при высоких температурах. Например, с бором:
2B + N₂ = 2BN.
Азот не взаимодействует со многими галогенами, а также серой. Однако сульфиды и галогениды можно получить косвенным путем.
Реакция азота с кислородом
Кислород — это химический элемент, который имеет VIII порядковый атомный номер. Это прозрачный газ без запаха и цвета. В жидком виде кислород имеет синеватый оттенок.
Жидкий кислород [Wikimedia]
Также он способен находиться и в твердом агрегатном состоянии и представляет собой голубые кристаллики. Кислород имеет двухатомную молекулу.
Интересный факт: ученый Пристли первоначально не понял, что он открыл кислород — он считал, что в результате эксперимента получил некую составную часть воздуха. Ученый наблюдал за разложением оксида ртути в герметичном устройстве и с помощью линзы направлял на оксид солнечные лучи.
Если говорить о взаимодействии азота и кислорода, то вещества вступают в реакцию под воздействием электрического тока. У азота очень прочная молекула, которая весьма неохотно взаимодействуют с другими веществами:
O₂ + N₂ = 2NO
Существует несколько оксидов бесцветного газа, валентность которых колеблется от одного до пяти.Вот несколько соединений, которые могут образовываться в ходе реакции азота и кислорода:
- N₂O — закись азота;
- NO — окись азота;
- N₂O₃ — азотистый ангидрид;
- NO₂ — двуокись азота;
- N₂O₅ — азотный ангидрид.
Нажмите здесь, чтобы провести интересный эксперимент с получением двуокиси азота и изучить его свойства.
Закись азота применяют в качестве анестезии. Это соединение получают путем распада азотнокислого аммония — бесцветного газа с характерным запахом. Закись отлично растворяется в воде.
Молекула закиси азота [Wikimedia]
N₂O является постоянной составляющей воздуха. Химический процесс протекает при температуре 200 °С. Уравнение реакции выглядит следующим образом:
NH₄NO₃ = 2Н₂О + N₂O
Окись азота NO тоже является бесцветным газом, который практически не растворяется в воде. Это соединение неохотно отдает кислород, но зато известно своими реакциями присоединения. Например, взаимодействие с зеленовато-желтым токсичным газом хлором:
2NO + Сl₂ = 2NOCl.
Азот — безжизненный газ, который так необходим для жизни
Азот химический элемент, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2) составляет 78,09%. Азот немного легче воздуха, плотность 1,2506 кг/м3 при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -195,8°C. Критическая температура -147°C и критическое давление 3,39 МПа.
Азот бесцветный, без запаха и вкуса, нетоксичен, невоспламеняемый, невзрывоопасен и не поддерживающий горение газ в газообразном состоянии при обычной температуре обладает высокой инертностью. Химическая формула — N. В обычных условиях молекула азота двухатомная — N2.
Производство азота в промышленных масштабах основано на получении его из воздуха (см. Способ получения азота).
До сих пор ведутся споры о том, кто был первооткрывателем азота. В 1772 г.
шотландский врач Даниель Резерфорд (Daniel Rutherford) пропуская воздух через раскаленный уголь, а потом через водный раствор щелочи — получил газ, который он назвал «ядовитый газ».
Оказалось, что горящая лучинка, внесенная в сосуд, наполненный азотом, гаснет, а живое существо в атмосфере этого газа быстро гибнет.
Данный опыт можно посмотреть на видео: Горящая лучинка в азоте гаснет.
В тоже время, проводя подобный опыт, азот получили британский физик Генри Кавендшин (Henry Cavendish) назвав его «удушливый воздух», британский естествоиспытатель Джозеф Пристли (Joseph Priestley) дал ему имя «дефлогистированный воздух», шведский химик Карл Вильгельм Шееле (Carl Wilhelm Scheele) — «испорченный воздух».
Окончательное имя «азот» данному газу дал французский ученый Антуан Лоран Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier).
Слово «азот» греческого происхождения и означает «безжизненный».
Как мы уже писали в статье «Карбид кальция и ацетилен — друзья не разлей вода!» — азот довольно легко поглощается раскаленным карбидом кальция, образуя при этом важный технический продукт — цианамид кальция.
https://www.youtube.com/watch?v=HwlgknbeHVo
Жидкий азот бесцветная жидкость без запаха с температурой кипения -195,8°C при давлении 101,3 кПа и удельным объемом 1,239 дм3/кг при температуре -195,8°C и давлении 101,3 кПа. Жидкий азот используется как хладагент. Жидкий азот может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз. Закись азота бесцветный газ, имеет сладковатый вкус и слабый, приятный запах.
Свойства этого газа были изучены английским химиком Гемфри Дэви (Humphry Davy) в 1799 году. Интересуясь действием различных газов на организм человека, Дэви обычно испытывал их на себе. При вдыхании закиси азота, он пришел в возбужденное состояние, сопровождаемое смехом. За эти свойства закись азота была названа им — веселящим газом.
В дальнейшем было установлено, что при более длительном вдыхании закиси азота наступает потеря сознания. Закись азота — окисел, не дающий кислот, он относится к несолеобразующим окислам.
Закись азота (N2O) не может быть получена из газообразного кислорода и азота, она образуется из азотно-кислой соли аммония, которая при осторожном нагревании разлагается на закись азота и воду по реакции:
NH4NO3 = N2O + 2H2O
Газообразный азот относительно инертный по своим свойствам газ без цвета и запаха плотностью 1,25046 кг/м3 при 0°C и давлении 101,3 кПа. Удельный объем газообразного азота равен 860,4 дм3/кг при давлении около 105 Па и температуре 20°C.В отличие от кислорода, который взаимодействует почти со всеми элементами, встречающимися в природе, газообразный азот при комнатной температуре соединяется с единственным элементом — литием, образуя при этом нитрид лития:
N2 + 6Li = 2Li3N
Но при высоких температурах ряд металлов (титан, молибден и др.) с азотом образуют нитриды, снижающие механические свойства металла и поэтому его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить.
Газообразный азот чаще всего применяют:
- для создания инертной атмосферы при производстве, хранении и транспортировке легко окисляемых продуктов;
- при высокотемпературных процессах (например — сварка и резка) обработки металлов, не взаимодействующих с азотом;
- для консервации замкнутых металлических сосудов и трубопроводов.
Азот является инертным по отношению к меди и ее сплавам (он не растворяется в меди и не реагирует с ней) даже при высоких температурах. Поэтому его используют, как в чистом виде, так и в составе защитного газовой смеси с аргоном Ar (70-90%) + N2 (30-10%).
Также газообразный азот используют для сварки аустенитных нержавеющих сталей — исключительно как компонент защитной газовой смеси с аргоном.
Возникает логичный вопрос: «Если азот образует карбиды, какой смысл его использовать для сварки нержавеющих сталей, в составе которых есть карбидообразующие элементы?»
Все дело в том, что даже сравнительно небольшое содержание азота увеличивает тепловую мощность дуги. Из-за этой особенности, азот чаще всего используют не для сварки, а для плазменной резки.
Азот относится к нетоксичным газам, но может действовать как простой асфиксант (удушающий газ). Удушье наступает тогда, когда уровень азота в воздухе сокращает содержание кислорода на 75% или ниже нормальной концентрации.
Выпускают азот по ГОСТ 9293 газообразным и жидким. Для сварки и плазменной резки применяют газообразный азот 1-го (99,6% азота) и 2-го (99,0% азота) сортов.
Хранят и транспортируют его в сжатом состоянии в стальных баллонах по ГОСТ 949. Баллоны окрашены в черный цвет и надписью желтыми буквами «АЗОТ» на верхней цилиндрической части.
Коэффициенты перевода объема и массы газа при Т=15°C и Р=0,1 МПа
| 1,170 | 1 | 1,447 |
| 0,809 | 0,691 | 1 |
| 1 | 0,855 | 1,237 |
Коэффициенты перевода объема и массы газа при Т=0°C и Р=0,1 МПа
| 1,251 | 1 | 1,548 |
| 0,809 | 0,646 | 1 |
| 1 | 0,799 | 1,237 |
Газ в баллоне
| 40 | 7,37 | 6,3 |
Давление газа в баллоне при различной температуре окружающей среды
| -40 | 11,2 |
| -30 | 11,9 |
| -20 | 12,6 |
| -10 | 13,4 |
| 0 | 14,0 |
| +10 | 14,7 |
| +20 | 15,3 |
| +30 | 15,9 |
Азот
АЗОТ, N (лат. Nitrogenium * а. nitrogen; н. Stickstoff; ф. azote, nitrogene; и. nitrogeno), — химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. Открыт в 1772 английским исследователем Д. Резерфордом.
Свойства азота
При обычных условиях азот — газ без цвета и запаха. Природный азот состоит из двух стабильных изотопов: 14N (99,635%) и 15N (0,365%). Молекула азота двухатомная; атомы связаны ковалентной тройной связью NN. Диаметр молекулы азота, определённый разными способами, 3,15-3,53 А. Молекула азота очень устойчива — энергия диссоциации 942,9 кДж/моль.
Характеристика азота
В твёрдом состоянии азот существует в двух модификациях: кубической а-форме с плотностью 1026,5 кг/м3 и гексагональной b-форме с плотностью 879,2 кг/м3. Теплота плавления 25,5 кДж/кг, теплота испарения 200 кДж/кг.
Поверхностное натяжение жидкого азота в контакте с воздухом 8,5•10-3 Н/м; диэлектрическая проницаемость 1,000538. Растворимость азота в воде (см3 на 100 мл Н2О): 2,33 (0°С), 1,42 (25°С) и 1,32 (60°С). Внешняя электронная оболочка атома азота состоит из 5 электронов.
Степени окисления азота меняются от 5 (в N2О5) до -3 (в NH3).
Соединение азота
Азот при нормальных условиях может реагировать с соединениями переходных металлов (Ti, V, Mo и др.), образуя комплексы либо восстанавливаясь с образованием аммиака и гидразина. С такими активными металлами, как литий, кальций, магний, азот взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур.
С большинством других элементов азот реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения азота с кислородом: N2О, NO, N2О5. С водородом азот соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов; при этом образуется аммиак NH3.
С галогенами азот непосредственно не взаимодействует; поэтому все галогениды азота получают только косвенным путём, например фтористый азот NF3 — при взаимодействии фтора с аммиаком. С серой также не происходит непосредственного соединения азота.
При взаимодействии раскалённого кокса с азотом образуется циан (CN)2. При действии на обычный азот электрических разрядов, а также при электрических разрядах в воздухе может образоваться активный азот, представляющий собой смесь молекул и атомов азота, обладающих повышенным запасом энергии.Активный азот весьма энергично взаимодействует с кислородом, водородом, парами серы, фосфором и некоторыми металлами.
Азот — один из самых распространённых элементов на Земле, причём основная его масса (около 4•1015 т) сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. Ежегодно при вулканической деятельности в атмосферу выделяется 2•106 т азота.
Незначительная часть азота концентрируется в литосфере (среднее содержание в литосфере 1,9•10-3%). Природные соединения азота — хлористый аммоний и различные нитраты (селитры).
Нитриды азота могут образовываться только при высоких температурах и давлениях, что, по-видимому, имело место на самых ранних стадиях развития Земли. Крупные скопления селитры встречаются только в условиях сухого пустынного климата (Чили, Индия, Египет, Испания и др.).
Небольшие количества связанного азота находятся в каменном угле (1-2,5%) и нефти (0,02-1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах (0,1 %) и живых организмах (0,3%). Азот входит в состав белковых молекул и многих естественных органических соединений.
Круговорот азота в природе
В природе осуществляется круговорот азота, который включает цикл молекулярного атмосферного азота в биосфере, цикл в атмосфере химически связанного азота, круговорот захоронённого с органическим веществом поверхностного азота в литосфере с возвратом его обратно в атмосферу. Азот для промышленности ранее добывался целиком из месторождений природных селитр, число которых в мире весьма ограничено. Особенно крупные залежи азота в виде азотнокислого натрия находятся в Чили; добыча селитры в отдельные годы составляла более 3 млн. т.
Применение азота
Азот получают главным образом разделением предварительно сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке. Основная часть получаемого азота используется для производства аммиака, который затем перерабатывается на азотную кислоту, удобрения, взрывчатые вещества.
Свободный азот применяют во многих отраслях промышленности как инертную среду при разнообразных химических и металлургических процессах. Жидкий азот находит применение в различных холодильных установках.
Ведутся работы по использованию жидкого азота для замораживания неустойчивых пород (главным образом глинистых) при проходке шахтных стволов, в качестве безопасного энергоносителя для шахтных машин, а также для борьбы с рудничными пожарами, где применение азота позволяет резко снизить содержание кислорода в очаге пожара.
При разработке нефтяных месторождений закачиванием азота в нефтяные пласты эффективно вытесняют нефть после заводнения. Азот используется также для поддержания давления в скважинах при бурении.
