Швед химигі Карл Шееле мен шотланд ботанигі Дэниел Резерфорд 1772 жылы азотты бөлек ашты. Реверенд Кавендиш пен Лавуазье де бір мезгілде азотты өз бетінше алды. Азотты элемент ретінде алғаш рет Лавуазье танып, оны «жансыз» дегенді білдіретін «азо» деп атады. Чаптал 1790 жылы элементті азот деп атады. Бұл атау гректің «нитр» (нитрат құрамында азот бар нитрат) сөзінен шыққан.
Азот өндірісін өндірушілер - Қытайдағы азот өндіру зауыты және жеткізушілер (xinfatools.com)
Азот көздері
Азот - жер бетіндегі ең көп таралған 30-шы элемент. Азоттың атмосфералық көлемнің 4/5 бөлігін немесе 78%-дан астамын құрайтынын ескерсек, бізде азоттың шексіз саны дерлік бар. Азот сонымен қатар Чили селитрасы (натрий нитраты), селитра немесе нитра (калий нитраты) және аммоний тұздары бар минералдар сияқты әртүрлі минералдарда нитраттар түрінде болады. Азот көптеген күрделі органикалық молекулаларда, соның ішінде барлық тірі организмдерде кездесетін белоктар мен аминқышқылдарында болады.
Физикалық қасиеттері
Азот N2 бөлме температурасында түссіз, дәмсіз және иіссіз газ болып табылады және әдетте улы емес. Стандартты жағдайларда газдың тығыздығы 1,25 г/л. Азот жалпы атмосфераның (көлемдік үлесі) 78,12% құрайды және ауаның негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Атмосферада шамамен 400 триллион тонна газ бар.
Стандартты атмосфералық қысымда -195,8 ℃ дейін салқындаған кезде ол түссіз сұйықтыққа айналады. -209,86℃ дейін салқындаған кезде сұйық азот қар тәрізді қатты затқа айналады.
Азот жанғыш емес және тұншықтырғыш газ болып саналады (яғни таза азотпен тыныс алу адам ағзасын оттегінен айырады). Азоттың суда ерігіштігі өте төмен. 283К судың бір көлемі шамамен 0,02 көлем N2 еріте алады.
Химиялық қасиеттері
Азот өте тұрақты химиялық қасиеттерге ие. Бөлме температурасында басқа заттармен әрекеттесу қиын, бірақ ол жоғары температурада және жоғары энергия жағдайында белгілі бір заттармен химиялық өзгерістерге ұшырауы мүмкін және адамға пайдалы жаңа заттарды алу үшін қолданылуы мүмкін.
Азот молекулаларының молекулалық орбиталық формуласы KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Байланысқа үш жұп электрон үлес қосады, яғни екі π байланыс және бір σ байланыс түзіледі. Байланысқа ешқандай үлес қосылмайды және байланыс және байланысқа қарсы энергиялар шамамен ығыстырылады және олар жалғыз электрон жұптарына тең. N2 молекуласында N≡N үштік байланыс болғандықтан, N2 молекуласы үлкен тұрақтылыққа ие және оны атомдарға ыдырату үшін 941,69 кДж/моль энергия қажет. N2 молекуласы белгілі екі атомды молекулалардың ең тұрақтысы болып табылады, ал азоттың салыстырмалы молекулалық массасы 28. Оның үстіне азотты жағу оңай емес және жануды қолдамайды.
Тест әдісі
Жанып жатқан Mg жолағын азот толтырылған газ жинайтын бөтелкеге салыңыз, Mg жолағы жануды жалғастырады. Қалған күлді (аздап сары ұнтақ Mg3N2) шығарып, аз мөлшерде су қосып, ылғалды қызыл лакмус қағазын көк түске айналдыратын газды (аммиак) шығарыңыз. Реакция теңдеуі: 3Mg + N2 = тұтану = Mg3N2 (магний нитриді); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Азоттың байланыс сипаттамасы және валентті байланыс құрылымы
Бір зат N2 қалыпты жағдайда өте тұрақты болғандықтан, адамдар азотты химиялық белсенді емес элемент деп қателеседі. Шындығында, керісінше, элементар азоттың химиялық белсенділігі жоғары. N (3,04) электртерістігі F және O-дан кейін екінші орында, бұл оның басқа элементтермен күшті байланыс құра алатынын көрсетеді. Сонымен қатар N2 бір зат молекуласының тұрақтылығы N атомының белсенділігін ғана көрсетеді. Мәселе мынада, адамдар бөлме температурасында және қысымда N2 молекулаларын белсендіру үшін оңтайлы жағдайларды әлі таппаған. Бірақ табиғатта өсімдік түйіндеріндегі кейбір бактериялар ауадағы N2-ні қалыпты температура мен қысымда төмен энергиялы жағдайда азот қосылыстарына айналдырып, оларды дақылдардың өсуіне тыңайтқыш ретінде пайдалана алады.
Сондықтан азотты бекітуді зерттеу әрқашан маңызды ғылыми зерттеу тақырыбы болды. Сондықтан бізге азоттың байланыс сипаттамалары мен валенттік байланыс құрылымын егжей-тегжейлі түсіну қажет.
Облигация түрі
N атомының валенттік электронды қабат құрылымы 2s2p3, яғни 3 дара электрон және жұп жалғыз электрон жұбы болады. Осының негізінде қосылыстар түзу кезінде келесі үш байланыстың түрін жасауға болады:
1. Иондық байланыс түзу 2. Коваленттік байланыс түзу 3. Координациялық байланыс түзу
1. Иондық байланыстардың түзілуі
N атомдардың электртерістігі жоғары (3,04). Олар Li (электрондылығы 0,98), Са (электртерістігі 1,00), Mg (электртерістігі 1,31) сияқты электртерістігі төмен металдармен екілік нитридтер түзгенде 3 электрон алып, N3- иондарын түзе алады. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =тұтану= Mg3N2 N3- иондарының теріс заряды жоғары және радиусы үлкен (171pm). Олар су молекулаларымен кездескенде қатты гидролизденеді. Сондықтан иондық қосылыстар тек құрғақ күйде болуы мүмкін және N3- гидратталған иондары болмайды.
2. Коваленттік байланыстың түзілуі
N атомдары электртерістігі жоғары бейметалдармен қосылыстар түзгенде келесі коваленттік байланыстар түзіледі:
⑴N атомдары sp3 гибридтену күйін қабылдайды, үш коваленттік байланыс түзеді, жұп жалғыз электрон жұптарын сақтайды және молекулалық конфигурация NH3, NF3, NCl3 және т.б. сияқты тригональды пирамидалық болады. Төрт ковалентті жалғыз байланыс түзілсе, молекулалық конфигурация келесідей болады: тұрақты тетраэдр, мысалы, NH4+ иондары.
⑵N атомдары sp2 гибридтену күйін қабылдайды, екі коваленттік байланыс пен бір байланыс түзеді және жұп жалғыз электрон жұбын сақтайды, ал молекулалық конфигурациясы бұрыштық, мысалы Cl—N=O. (N атомы Cl атомымен σ байланысын және π байланысын түзеді, ал N атомындағы жалғыз электрон жұптары молекуланы үшбұрышты етеді.) Егер жалғыз электрон жұбы болмаса, молекулалық конфигурация үшбұрышты болады, мысалы, HNO3 молекуласы немесе NO3- ион. Азот қышқылының молекуласында N атомы сәйкесінше үш O атомымен үш σ байланысын түзеді, ал оның π орбиталындағы электрон жұбы және екі O атомының жалғыз π электрондары үш центрлі төрт электронды делокализацияланған π байланысын құрайды. Нитрат ионында үш O атомы мен орталық N атомы арасында төрт орталықты алты электронды делокализацияланған үлкен π байланыс түзіледі. Бұл құрылым азот қышқылындағы N атомының айқын тотығу санын +5 құрайды. Үлкен π байланыстардың болуына байланысты нитрат қалыпты жағдайда жеткілікті тұрақты. ⑶N атомы ковалентті үштік байланыс құру үшін sp гибридизациясын қабылдайды және жұп жалғыз электрон жұбын сақтайды. Молекулалық конфигурация сызықты, мысалы, N2 молекуласындағы N атомының құрылымы және CN-.
3. Үйлестіру байланыстарын қалыптастыру
Азот атомдары қарапайым заттар немесе қосылыстар түзгенде, олар көбінесе жалғыз электрон жұптарын сақтайды, сондықтан мұндай қарапайым заттар немесе қосылыстар металл иондарын координациялау үшін электронды жұп доноры ретінде әрекет ете алады. Мысалы, [Cu(NH3)4]2+ немесе [Tu(NH2)5]7, т.б.
Тотығу күйі-Гиббс бос энергия диаграммасы
Сондай-ақ тотығу дәрежесі – азоттың Гиббс бос энергия диаграммасынан NH4 иондарынан басқа тотығу саны 0 болатын N2 молекуласының диаграммадағы қисық сызығының ең төменгі нүктесінде орналасқанын көруге болады, бұл N2 термодинамикалық екенін көрсетеді. басқа тотығу сандары бар азот қосылыстарына қатысты тұрақты.
Тотығу сандары 0 мен +5 аралығындағы әртүрлі азот қосылыстарының мәндері екі HNO3 және N2 нүктелерін қосатын сызықтан жоғары (диаграммадағы нүктелі сызық), сондықтан бұл қосылыстар термодинамикалық тұрақсыз және диспропорциялық реакцияларға бейім. Диаграммадағы N2 молекуласынан төмен мәнге ие жалғыз NH4+ ионы. [1] Тотығу дәрежесі-Гиббс азоттың бос энергия диаграммасынан және N2 молекуласының құрылымынан N2 элементінің белсенді емес екенін көруге болады. Тек жоғары температурада, жоғары қысымда және катализатордың қатысуымен азот сутегімен әрекеттесіп, аммиак түзе алады: Разряд жағдайында азот оттегімен қосылып, азот оксидін түзе алады: N2+O2=разряд=2NO Азот оксиді оттегімен тез қосылып, азот диоксиді түзеді 2NO+O2=2NO2 Азот диоксиді суда еріп азот қышқылын түзеді, азот оксиді 3NO2+H2O=2HNO3+NO Су энергетикасы дамыған елдерде бұл реакция азот қышқылын алу үшін қолданылған. N2 сутегімен әрекеттесіп аммиак түзеді: N2+3H2=== (қайтымды белгі) 2NH3 N2 иондану потенциалы төмен және нитридтерінің торлық энергиясы жоғары металдармен әрекеттесіп, иондық нитридтер түзеді. Мысалы: N2 металл литиймен бөлме температурасында тікелей әрекеттесе алады: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 сілтілі жер металдарымен Mg, Ca, Sr, Ba қыздыру температурасында әрекеттеседі: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 тек қыздыру температурасында бор және алюминиймен әрекеттеседі: 2 B + N2=== 2 BN (макромолекула қосылысы) N2 әдетте кремниймен және басқа топ элементтерімен 1473К жоғары температурада әрекеттеседі.
Азот молекуласы байланысқа үш жұп электрон қосады, яғни екі π байланыс және бір σ байланыс түзеді. Ол байланыстыруға ықпал етпейді және байланыс және байланысқа қарсы энергиялар шамамен ығыстырылады және олар жалғыз электрон жұптарына тең. N2 молекуласында N≡N үштік байланыс болғандықтан, N2 молекуласы үлкен тұрақтылыққа ие және оны атомдарға ыдырату үшін 941,69кДж/моль энергия қажет. N2 молекуласы белгілі екі атомды молекулалардың ең тұрақтысы болып табылады, ал азоттың салыстырмалы молекулалық массасы 28. Оның үстіне азотты жағу оңай емес және жануды қолдамайды.
Хабарлама уақыты: 23 шілде 2024 ж
