Азот - свойства на химичните елементи
Азот (от гръцката azoos - безжизнена, шир Nitrogenium ..), N, химичен елемент от група V на периодичната таблица, атомния номер на 7 атомна маса 14,0067; газ безцветен, без мирис и вкус.
Исторически информация. Азотни съединения - нитрати, азотна киселина, амоняк - са известни много преди получаване на азот в свободно състояние. През 1772 Ръдърфорд, DI, парене фосфор и други вещества в стъклен звънец показа, че е останал след горивен газ, която той нарича "задушаване въздух" не поддържа дишането и горенето. През 1787, Лавоазие установено, че "живота" и "задушаване" газовете, които съставляват въздуха, това е просто въпрос и предложи името "азот". През 1784, Н. Кавендиш показа, че азотът е част от нитрат; оттук и Латинска азота име (от края на nitrum - нитрат и гръцки gennao - роден, аз произвеждат), предложен през 1790 г. Ж. А. Shaptalem.. В началото на 19-ти век е било изяснено химическа инертност на азот в свободно състояние и неговата изключителна роля в съединения с други елементи, като на свързания азот. Оттогава "Свързването" на атмосферния азот е една от най-важните технически проблеми на химията.
Въпреки че името "азот" означава "не поддържа живота", това наистина е - необходим елемент за цял живот. В животински и човешки протеин съдържа 16-17% азот. В организми месоядни протеин се формира от прием на протеинови вещества, присъстващи в живите организми и тревопасни в растенията. Растения синтезират протеин изваряване азотни вещества, съдържащи се в почвата, предимно неорганична. Следователно, количеството на азот влиза почвата поради азотни фиксиране микроорганизми, могат да се преведат на свободен въздух азот азот съединение.
В природата, азотния цикъл се извършва, в който главната роля на микроорганизмите - nitrofitsiruyuschie, denitrofitsiruyuschie, азот-закрепване и другите. Въпреки това, добивът на почвата растения огромно количество на свързания азот (особено в интензивно земеделие) са изчерпани почвата азот. Недостигът на азот е характерен за селското стопанство в почти всички страни има недостиг на азот в животновъдството ( "дефицит на протеин"). На почви, бедни на разположение азот, растенията се развиват зле. Азотни торове и протеин хранене на животни - най-важните средства за подобряване на селското стопанство. Икономическата активност нарушава човешки цикъл азот. По този начин изгаряне на гориво обогатява атмосфера на азот и фабрики за производство на торове, въздух свързват азот. Транспорт на торове и селскостопански продукти преразпределя азот на повърхността на земята. Азот - четвъртият най-разпространеният елемент на слънчевата система (след водород и хелий и кислород).
Изотопи на атоми и молекули от азот. Природен азот има две стабилни изотопи 14 N (99,635%) и 15 N (0365%). N 15 изотоп се използва в химични и биохимични изследвания като радиоактивен изотоп. Изкуствен радиоактивни изотопи азот големина полуживот е 13 N (T½ = 10,08 мин), а другият много краткотраен. В горната част на атмосферата, под действието на неутрони космическа радиация, 14 N се превръща във въглероден изотоп радиоактивните 14 С. Този метод се използва в ядрени реакции за получаване на 14 ° С външна електрони обвивка азотен атом има 5 електрони (самотните двойки и един несдвоен три - конфигурация 2s 2 2p 3. в повечето случаи азот в 3-ковалентна съединенията поради несдвоени електрони (като амоняк NH3). наличието на свободна двойка електрони може да доведе до образуването на друга ковалентна връзка и азот става 4-ковалентна ( в амониев йон NH4). Степента на окисление на азот варира от 5 (в 2O 5) -3 (в NH3). При нормални условия в свободно състояние образува азот молекула N2. където п атоми са свързани от три ковалентни връзки. Молекулата е много стабилна азот :. дисоциация енергия за неговите атоми е 942.9 кДж / мол (225.2 ккал / мол), така че дори ако т в 3300 ° с, степента на дисоциация на азот е само около 0.1%.
Физичните свойства на азот. Азотът е малко по-лек от въздуха; плътност 1.2506 кг / м 3 (при 0 ° С и 101 325 N / т2, или 760 mm Hg. ст.), т.т. -209,86 ° С, т.к. -195.8 ° С Азотът се втечнява с трудност: критичната temperatupa доста ниски (-147,1 ° С) и висока критична налягане от 3,39 MN / т2 (34,6 кгс / см 2); плътност течен азот 808 кг / м 3. В водоразтворим азот е по-малко от кислорода: при 0 ° С в 1 m 3 Н 2О се разтваря 23,3 грама от азот. По-добре, отколкото в вода, азота, разтворим в някои въглеводороди.
Химичните свойства на азот. Само с такива активни метали като литий, калций, магнезий, азот реагира при нагряване до относително ниски температури. При повечето други елементи азот реагира при висока температура и в присъствието на катализатори. Е изследваните съединения с кислород, азот N2 О, NO, 2O 3. NO2 и 2O 5. От тях, директно взаимодействие на елементите (4000 ° С) NO оксид формира, което при охлаждане до по-лесно се окислява оксид (IV) NO2. оксиди въздух Азотни, образувани по време на атмосферни разряди. Те могат да бъдат получени също така чрез взаимодействие на сместа от азот с кислород на йонизиращо лъчение. Когато се разтваря във вода, азот и азот 2O 3 2O 5 анхидриди съответно получава HNO2 азотиста киселина и азотна киселина, HNO3. образуващи соли - нитрати и нитрити. Азот се свързва с водород само при висока температура и в присъствието на катализатор, при което се образува амоняк NH3. Освен амоняк, са известни и много други азотни съединения с водород, като хидразин Н2 N-NH2. диимид HN = NH, HN3 азотоводородна киселина (HN = N≡N), oktazon N8 H14 и други; Азотни повечето съединения с водород разпределени само под формата на органични производни. С халогена азот не взаимодейства директно, така че всички азотни халогениди получени само непряко, като азот флуорид NF3 - чрез взаимодействие с амоняк флуор. Обикновено, азотни халогениди - malostoykie съединение (с изключение NF3); по-устойчиви оксихалиди азот - NOF, NOCl, NOBr, NO2 F и NO2 Cl. С сяра се случва директно азотна връзка; азотен сяра N4 S4 е получен чрез взаимодействие на сяра с течен амоняк. Чрез взаимодействие с нажежаема кокс образува азот циано (CN) 2. Азот отопление с ацетилен С2 Н2 до 1500 ° С, може да се получи циановодород HCN. Взаимодействието на азот с метали при високи температури води до образуването на нитриди (например, Mg3 N2).
Под действието на конвенционален електрически разряди азот [налягане от 130-270 N / m 2 (1-2 mm Hg. CT.)] Или активни азот може да бъде образуван от разлагането на нитриди В, Ti, Mg и Са, както и електрически разряди във въздуха , смес от молекули и азотни атоми с повишено енергийно съдържание. За разлика молекулно активен азот се енергично взаимодейства с кислород, водород, сяра пара, фосфор и някои метали.
Азотът е част от много важни органични съединения (амини, амино, нитро, и други).
Азот. Лабораторни азот може лесно да бъде получен чрез нагряване на концентриран разтвор на амониев нитрит: NH4 NO2 = N2 + 2Н2 О. технически метод за получаване на азот се основава на разделянето на предварително втечнен въздух, който след това се подлага на дестилация.
Използването на азот. По-голямата част от произведената свободен азот се използва за промишленото производство на амоняк, който след това в значителни количества се обработва в азотна киселина, торове, взривни вещества, и така нататък. D. В допълнение към директен синтез на амоняк от елементите на промишлено значение за свързване въздух азот е разработен през 1905 г. метод godu цианамид това се основава на факта, че при 1000 ° с, калциев карбид (получен чрез нагряване на смес в вар електрическа пещ и въглища) реагира със свободния азот: CaC2 + N2 = CaCN2 + Получената цианамид калциев под действието на прегрята водна пара разлага да освободи амоняк: CaCN2 + 3H2 О = СаСО3 + 2NH3.
Безплатна азот се използва в много индустрии като инертна среда при различни химически и металургични процеси за запълване на пространството в живачни термометри, при изпомпване на запалими течности и др течен азот намира приложение в различни хладилни системи ... Той се съхранява и транспортира в Dewar съдове стомана, газообразен азот в компресирана форма - в цилиндъра. Широко се използват много азотни съединения. Производство на фиксиран азот беше енергично се развие след първия световна война и е достигнал огромни размери.
Азот в тялото. Азотът е един от основните хранителни вещества, които са част от най-важните вещества на живи клетки - протеини и нуклеинови киселини. Въпреки това, количеството на азот в тялото малки (1-3% на база сухо тегло). Разположен в атмосфера на молекулярен азот може да поеме само някои микроорганизми и синьо-зелени водорасли.
Значителни азотни резерви са концентрирани в почвата под формата на различни минерални (амониеви соли, нитрати) и органични съединения (азотни протеини, нуклеинови киселини и техни продукти на разпадане, т.е. все още не е напълно разложен останки от растения и животни). Растения асимилират азот от почвата под формата на неорганични и някои органични съединения. В естествени условия на голямо значение за подхранване на растенията са почвата микроорганизми (ammonifiers), които минерализират органичен почвата азот до амониеви соли. Нитратен азот почвата се формира от жизнените отворени SN Vinogradskii 1890 нитрифициращи бактерии, които окисляват амоняк и амониеви соли на нитрати. Част от азот нитрат усвоим от микроорганизми и растения загубени, трансформиран в молекулярен азот чрез действието на денитрифициращи бактерии. Растения и микроорганизми асимилират и амониев нитрат и азот, намаляване на последния да амоняк и амониеви соли. Микроорганизми и растения активно превърнати неорганична амоняк азот в органични азотни съединения - амид (аспарагин и глутамин) и аминокиселини. Както е показано DN Prianishnikov и В. S. Butkevich азот в растенията се съхранява и транспортира под формата на глутамин и аспарагин. При образуването на амиди на амоняк се детоксифицира, високи концентрации на които са токсични не само за животни, но също така и за растенията. Амиди са част от много протеини като микроорганизми и растения и животни. Синтез на глутамин и аспарагин чрез ензимно амидиране glutamviovoy и аспартамова киселини се извършва не само в микроорганизми и растения, но в определени граници и при животни.
Синтез на аминокиселини се осъществява чрез редукционно аминиране на алдехид и кето киселина брой резултат от окисляването на въглехидрати, или чрез ензимно трансаминиране. Крайните продукти на разграждане от микроорганизми и растения амоняк са протеини, принадлежащи към протоплазмената и клетъчните ядра и бяха депозирани под формата на протеини съхранение. Животни и хора са в състояние само в ограничена степен да синтезират аминокиселини. Те не могат да се синтезират осем основни аминокиселини (валин, изолевцин, левцин, фенилаланин, триптофан, метионин, треонин, лизин), и следователно основен източник на азот се консумират протеини храна, която е, в крайна сметка, - растителни протеини и микроорганизми.
Протеини във всички организми се подлагат на ензимно разграждане, крайните продукти, които са аминокиселини. В следващия етап, в резултат на деаминиране на аминокиселини, органичен азот отново се превръща в амониев неорганичен азот. В микроорганизми и, по-специално амоняк азот в растенията могат да бъдат използвани за нов синтез на амиди и аминокиселини. Животните обезвреждане амоняк, образувана по време разлагане на протеини и нуклеинови киселини, се извършва чрез синтез на пикочна киселина (влечуги и птици) или урея (бозайници, включително хора), които след това се отделят. От гледна точка на метаболизма на растението азот, от една страна, и животински (и човек), от друга, характеризиращ се с това, че рециклирането на образуваният амоняк се извършва при животни само лека степен - голямата част от него се отделя; в растения обмена на азот "затворен" - входящия азота се връща на растението в почвата с самото растение.