Об элементе
Азот — элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 7. Относится к пниктогенам. Обозначается символом N (лат. Nitrogenium). Простое вещество азот — двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Один из самых распространённых элементов на Земле. Химически весьма инертен, однако реагирует с комплексными соединениями переходных металлов. Основной компонент воздуха (78,09 % объёма), разделением которого получают промышленный азот (более ¾ идёт на синтез аммиака). Применяется как инертная среда для множества технологических процессов; жидкий азот — хладагент. Азот — один из основных биогенных элементов, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот.
В 1772 году азот (под названием «испорченного воздуха») как простое вещество описал шотландский химик Даниэль Резерфорд, он опубликовал магистерскую диссертацию, где указал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Именно Даниэль Резерфорд и считается первооткрывателем азота. Однако и Резерфорд был сторонником флогистонной теории, поэтому также не смог понять, что же он выделил. Таким образом, чётко определить первооткрывателя азота невозможно.
Название «азо́т» (фр. azote, по наиболее распространённой версии, от др.-греч. ἄζωτος — безжизненный), вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских учёных разрабатывал принципы химической номенклатуры, в том же году это предложение опубликовано в труде «Метод химической номенклатуры».
Физические свойства
При нормальных условиях азот — это бесцветный газ, не имеет запаха, мало растворим в воде (2,3 мл/100 г при 0 °C, 1,5 мл/100 г при 20 °C, 1,1 мл/100 г при 40 °C, 0,5 мл/100 г при 80 °C[9]), плотность 1,2506 кг/м³ (при н. у.).
В жидком состоянии (темп. кипения −195,8 °C) — бесцветная, подвижная, как вода, жидкость. Плотность жидкого азота 808 кг/м³. При контакте с воздухом поглощает из него кислород.
При −209,86 °C азот переходит в твёрдое состояние в виде снегоподобной массы или больших белоснежных кристаллов. При контакте с воздухом поглощает из него кислород, при этом плавится, образуя раствор кислорода в азоте.
Химические свойства
Азот в свободном состоянии существует в форме двухатомных молекул N2, электронная конфигурация которых описывается формулой σs²σs*2πx, y4σz², что соответствует тройной связи между атомами азота N≡N (длина связи dN≡N = 0,1095 нм). Вследствие этого молекула азота крайне прочна, для реакции диссоциации N2 ↔ 2N изменение энтальпии в реакции ΔH°298=945 кДж/моль, константа скорости реакции К298=10−120, то есть диссоциация молекул азота при нормальных условиях практически не происходит (равновесие практически полностью сдвинуто влево). Молекула азота неполярна и слабо поляризуется, силы взаимодействия между молекулами очень слабые, поэтому в обычных условиях азот газообразен.
Даже при 3000 °C степень термической диссоциации N2 составляет всего 0,1 %, и лишь при температуре около 5000 °C достигает нескольких процентов (при нормальном давлении). В высоких слоях атмосферы происходит фотохимическая диссоциация молекул N2. В лабораторных условиях можно получить атомарный азот, пропуская газообразный N2 при сильном разрежении через поле высокочастотного электрического разряда. Атомарный азот намного активнее молекулярного: в частности, при обычной температуре он реагирует с серой, фосфором, мышьяком и с рядом металлов, например, со ртутью.
Вследствие большой прочности молекулы азота некоторые его соединения эндотермичны (многие галогениды, азиды, оксиды), то есть энтальпия их образования положительна, а соединения азота термически малоустойчивы и довольно легко разлагаются при нагревании. Именно поэтому азот на Земле находится по большей части в свободном состоянии.
Применение
Слабокипящий жидкий азот в металлическом стакане.
Жидкий азот применяется как хладагент и для криотерапии.
Промышленные применения газообразного азота обусловлены его инертными свойствами. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, препятствует окислению, гниению. В нефтехимии азот применяется для продувки резервуаров и трубопроводов, проверки работы трубопроводов под давлением, увеличения выработки месторождений.
В горнодобывающем деле азот может использоваться для создания в шахтах взрывобезопасной среды, для распирания пластов породы. В производстве электроники азот применяется для продувки областей, не допускающих наличия окисляющего кислорода.
Важной областью применения азота является его использование для дальнейшего синтеза самых разнообразных соединений, содержащих азот, таких, как аммиак, азотные удобрения, взрывчатые вещества, красители и т. п. Более ¾ промышленного азота идёт на синтез аммиака. Большие количества азота используются в коксовом производстве («сухое тушение кокса») при выгрузке кокса из коксовых батарей, а также для «передавливания» топлива в ракетах из баков в насосы или двигатели.
В пищевой промышленности азот зарегистрирован в качестве пищевой добавки E941, как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент, а жидкий азот применяется при разливе масел и негазированных напитков для создания избыточного давления и инертной среды в мягкой таре.
Газообразным азотом заполняют камеры шин шасси летательных аппаратов.
Жидкий азот нередко демонстрируется в кинофильмах в качестве вещества, способного мгновенно заморозить достаточно крупные объекты. Это широко распространённое заблуждение. Даже для замораживания цветка необходимо достаточно продолжительное время. Это связано отчасти с весьма низкой теплоёмкостью азота. По этой же причине весьма затруднительно охлаждать, скажем, замки до −196 °C и раскалывать их одним ударом.
Азот, в отличие от воды, пены или порошка, просто испаряется и выветривается, азотное пожаротушение — самый эффективный с точки зрения сохранности ценностей механизм тушения пожаров.
В качестве легирующей добавки к кремнию, образует высокопрочное соединение (керамику) нитрид кремния, обладающее высокой вязкостью и прочностью.
Стихи про азот
Азот бактерий убивает
И ядовит для нас весьма,
Но в грозы воздух очищает
Для плодовитости ума!
*****
Вы растёте и живёте,
Словно плавая… в Азоте!
Знайте, в воздухе у нас
Это самый первый газ.
Все живое – все цветы,
Все деревья и кусты,
Все животные не могут
Без аминокислоты!
А в составе тех кислот
Непременно есть Азот!
*****
Вот и новый элемент.
В воздухе он мешен.
Он – двухатомный дуэт,
Который безмятежен.
Он – основа удобрений,
Для растений сотни лет.
Он – творение бактерий,
Получавших его вслед.
Он оксиды образует,
А они во все поры.
То нитриты образуют,
А другие нитраты.
Третий в ряде усиления
Силы неметаллов свойств.
Температура сим плавления
Выше всяких там геройств.
В медицине каждый раз
Для людей незаменим.
Все бактерии за раз
Убиваются лишь им.
Заморозит так, что надо.
Отвердеет все кругом.
Он как сильное торнадо,
Он разбудит целый дом.
Степей окисления много.
Плюс один, плюс два и три.
Их вообще запомнить сложно,
Их же ровно девяти.
*****
Лавуазье скажу спасибо,
Ведь он открыл меня.
И, поверьте, мне обидно,
Что не активным называюсь я.
Все безжизненным считают,
А ведь главного не знают,
Я в состав белков вхожу,
Я с металлами дружу.
Ну конечно не со всеми,
Чаще в виде удобрений.
В атмосфере – я король,
Но в дыхании – я ноль.
Я капризный с кислородом,
Со старожилом водородом,
Если надо – Соединюсь,
Не понравится – разойдусь!
Зря сказали неактивный –
Основой жизни я зовусь,
Чтобы колос был большим и сильным
Я день и ночь тружусь.
Меня бактерии земные
Любят нежно, от души,
И все растения родные
Со мною просто хороши.
Верю, вы меня узнали,
Навсегда останусь с вами.
В беге жизни и забот
Ваш « безжизненный» азот!
*****
В воздухе он главный газ,
Окружает всюду нас.
Угасает жизнь растений
Без него, без удобрений.
В наших клеточках живет
Важный элемент…
(Азот)
*****
Славянский алфавит открой,
Стоит там первой буквой…
Ты вслед за ней предлог пристрой,
Получишь незаметный газ,
Который в воздухе живёт.
Он называется…
(Азот)
*****
Смотря на акваланг, я задаю вопрос:
Вот, видно, кислорода сжатого баллон,
Вот это маска, это, видно – трубка в нос,
Но вот зачем баллон азота? Что за он?
Мне отвечает водолаз, что без азота
Нырнешь не глубже, рыбка, чем на пядь
Ныряешь в глубь – не будь же идиотом,
Киссона постарайся избежать!
Да и к тому же, чтобы знала ты, запомни,
Что в воздухе, которым дышишь ты сейчас
Азота – на процентов семьдесят так восемь
А кислорода – только двадцать с малым – это раз!
Второе – то что весь азот в природе
Находится в молекулах белка
У диетологов белок, ты знаешь, тоже в моде,
Но главное – основа всякой жизни он пока!
Итак, пока азот содержит атмосфера,
Живем и мы с тобой, и этот вот баллон
К спине ремнями прикрепив, ныряем смело
На дно морей и океанов достигая лон.
