Азот, подготовка к ЕГЭ по химии

Основное и возбужденное состояние азота

При возбуждении атома фосфора электроны на s-подуровне распариваются и переходят на p-подуровень. Однако с азотом ситуация иная. Поскольку азот находится во втором периоде, то
3ий уровень у него отсутствует, а значит распаривание электронов на s-подуровне невозможно — возбужденное состояние у азота отсутствует.

Сравнивая возможности перемещения электронов у азота и фосфора, разница становится очевидна.

Основные физико-химические свойства

Аммиак

Бесцветный газ с резким едким запахом, раздражающим слизистые оболочки. Раствор концентрацией 10% аммиака применяется в медицинских целях,
называется нашатырным спиртом.

Получение

В промышленности аммиак получают прямым взаимодействием азота и водорода.

N2 H2 ⇄ (t, p) NH3

В лабораторных условиях сильными щелочами действуют на соли аммония.

NH4Cl NaOH → NH3 NaCl H2O

Химические свойства

Аммиак проявляет основные свойства, окрашивает лакмусовую бумажку в синий цвет.

Безопасность

Хранятся баллоны с газовой смесью на специальных складах или на открытом воздухе под навесом, который защищает их от солнечных лучей и осадков. В складах не допускается хранение баллонов, наполненных другими газами. Емкости должны быть опломбированы и иметь соответствующие этикетки. Разрешено хранение в горизонтальном положении с ограждениями от падения. Использованные баллоны хранятся отдельно.

Перевозка емкостей осуществляется любым видом транспорта с соблюдением правил транспортировки. При перевозке, погрузке и разгрузке необходимо избегать падения баллонов, ударов друг о друга, их повреждения и загрязнения.

Использование

Газовая смесь азот-кислород нашла широкое применение в медицинских учреждениях. Смесь медицинского назначения используется для комбинированной ингаляционной анестезии в сочетании с другими средствами, для общей анестезии, для усиления наркозного и обезболивающего действия других анестетиков, при болевом синдроме, для обезболивания во время проведения медицинских процедур. Смесь широко применяется в общей хирургии, стоматологии, гинекологии, для обезболивания во время родов.

Общая характеристика элементов va группы

От N к Bi (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств.
Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Азот, фосфор и мышьяк являются неметаллами, сурьма — полуметалл, висмут — металл.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2np3:

• N — 2s²2p³
• P — 3s²3p³
• As — 4s²4p³
• Sb — 5s²5p³
• Bi — 6s²6p³

Оксид азота i — n2o

Закись азота, веселящий газ — N2O — обладает опьяняющим эффектом. Несолеобразующий оксид. При н.у. является бесцветным газом с приятным
сладковатым запахом и привкусом. В медицине применяется в больших концентрациях для ингаляционного наркоза.

Получают N2O разложением нитрата аммония при нагревании:

NH4NO3 → N2O H2O

Оксид азота I разлагается на азот и кислород:

N2O → (t) N2 O2

Оксид азота ii — no

Окись азота — NO. Несолеобразующий оксид. При н.у. бесцветный газ, на воздухе быстро окисляется до оксида азота IV.

Получение

В промышленных масштабах оксид азота II получают при каталитическом окислении аммиака.

NH3 O2 → (t, кат) NO H2O

В лабораторных условиях — в ходе реакции малоактивных металлов с разбавленной азотной кислотой.

Cu HNO3(разб.) → Cu(NO3)2 NO H2O

Химические свойства

На воздухе быстро окисляется с образованием бурого газа — оксида азота IV — NO2.

NO O2 → NO2

Оксид азота iii — n2o3

При н.у. жидкость синего цвета, в газообразной форме бесцветен. Высокотоксичный, приводит к тяжелым ожогам кожи.

Получение

Получают N2O3 в две стадии: сначала реакцией оксида мышьяка III с азотной кислотой (две реакции, в которых образуется смесь оксидов азота), затем
охлаждением полученной смеси газов до температуры — 36 °C.

As2O3 HNO3 H2O → H3AsO4 NO↑

As2O3 HNO3 H2O → H3AsO4 NO2↑

При охлаждении газов образуется оксид азота III.

NO NO2 → N2O3

Химические свойства

Является кислотным оксидом. соответствует азотистой кислоте — HNO2, соли которой называются нитриты (NO2-).
Реагирует с водой, основаниями.

H2O N2O3 → HNO2

NaOH N2O3 → NaNO2 H2O

Оксид азота iv — no2

Бурый газ, имеет острый запах. Ядовит.

Получение

В лабораторных условиях данный оксид получают в ходе реакции меди с концентрированной азотной кислотой. Также NO2 выделяется при
разложении нитратов.

Cu HNO3(конц) → Cu(NO3)2 NO2 H2O

Cu(NO3)2 → (t) CuO NO2 O2

Pb(NO3)2 → (t) PbO NO2 O2

Химические свойства

Проявляет высокую химическую активность, кислотный оксид.

• Окислительные свойства

Как окислитель NO₂ ведет себя в реакциях с фосфором, углеродом и серой, которые сгорают в нем.

NO₂ C → CO₂ N₂

NO₂ P → P₂O₅ N₂

Окисляет SO₂ в SO₃ — на этой реакции основана одна из стадий получения серной кислоты.

SO₂ NO₂ → SO₃ NO

• Реакции с водой и щелочами

Оксид азота IV соответствует сразу двум кислотам — азотистой HNO₂ и азотной HNO₃. Реакции с
водой и щелочами протекают по одной схеме.

NO₂ H₂O → HNO₃ HNO₂

NO₂ LiOH → LiNO₃ LiNO₂ H₂O

Если растворение в воде оксида проводить в избытке кислорода, образуется азотная кислота.

NO₂ H₂O O₂ → HNO₃

Природные соединения

В природе азот встречается в виде следующих соединений:

• Воздух — во вдыхаемом нами воздухе содержится 78% азота
• Азот входит в состав нуклеиновых кислот, белков
• KNO₃ — индийская селитра, калиевая селитра
• NaNO₃ — чилийская селитра, натриевая селитра
• NH₄NO₃ — аммиачная селитра (искусственный продукт, в природе не встречается)

Получение

В промышленности азот получают путем сжижения воздуха. В дальнейшем путем испарения из сжиженного воздуха получают азот.

Применяют и метод мембранного разделения, при котором через специальный фильтр из сжатого воздуха удаляют кислород.

В лаборатории методы не столь экзотичны. Чаще всего получают азот разложением нитрита аммония

NH4NO2 → (t) N2 H2O

Также азот можно получить путем восстановления азотной кислоты активными металлами.

HNO3(разб.) Zn → Zn(NO3)2 N2 H2O

Химические свойства

Азот восхищает — он принимает все возможные для себя степени окисления от -3 до 5.

• Реакция с металлами

Без нагревания азот взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует и с другими металлами.

N₂ Li → Li₃N (нитрид лития)

N₂ Mg → (t) Mg₃N₂

N₂ Al → (t) AlN

• Реакция с неметаллами

Важное практическое значение имеет синтез аммиака, который применяется в дальнейшим при изготовлении удобрений, красителей, лекарств.

N₂ H₂ ⇄ (t, p) NH₃

Производство и поставка

Существует два способа производства смеси азот-кислород:

1. Медленное нагревание нитрата аммония (сухого). В результате может возникнуть реакция бурного разложения, которая сопровождается взрывом. Это опасный метод.
2. Безопасным методом является нагревание комбинации азотной и сульфаминовой кислот, в результате чего получается N₂O и другие побочные продукты (серная кислота, вода).

Газовая смесь азот-кислород поставляется в баллонах по 40, 50 л, которые находятся под давлением 150, 200 бар.

Соли аммония

Получение

NH3 H2SO4 → NH4HSO4 (гидросульфат аммония, избыток кислоты)

3NH3 H3PO4 → (NH4)3PO4

Химические свойства

Помните, что по правилам общей химии, если по итогам реакции выпадает осадок, выделяется газ или образуется вода — реакция идет.

Справочная информация

Техника безопасности