Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Южно-Уральский  государственный университет»

Факультет «Экономика и предпринимательство»

Кафедра «Финансового Менеджмента» 
 
 
 
 
 

                     РЕФЕРАТ по химии НА ТЕМУ:

АЗОТ

Выполнил:

Студент группы ЭиП-270

Буганцев  Евгений

Проверил:

Кудрейко  Ираида Иосифовна 
 

                                                     Челябинск 2011 
 
 

Содержание:

1. Историческая  справка
2. Распространенность в природе
3. Атом и молекула
4. Физические и химические свойства
5. Получение и применение                                           
6. Азотная кислота      
7. Окислительные свойства азотной кислоты
8. Нитраты       

     9. Промышленное получение азотной кислоты

      10. Круговорот азота в природе 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Происходит  от греческого слова azoos - безжизненный, по-латыни Nitrogenium. Химический знак элемента - N. Азот - химический элемент V группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 7, относительная атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. 

1.Историческая  справка. Соединения азота - селитра, азотная кислота, аммиак - были известны задолго до получения азота в свободном состоянии. В 1772 г. Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им “удушливым воздухом”, не поддерживает дыхания и горения. В 1787 году А. Лавуазье установил, что “жизненный” и “удушливый” газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название “азот”. В 1784 г. Г. Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum - селитра и греческого gennao - рождаю, произвожу), предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем .К началу ХIX в. были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота.

2.Распространяемость в природе. Азот - один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса (около 4*10¹⁵ т.)сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный азот (в виде молекул N₂ ) составляет 78,09% по объему ( или 75,6% по массе ), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и окислов. Среднее содержание азота в литосфере 1,9*10^-3% по массе. Природные соединения азота - хлористый аммоний NH₄CI и различные нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата ( Чили, Средняя Азия ). Долгое время селитры были главным поставщиком азота для промышленности ( сейчас основное значение для связывания азота имеет промышленный синтез аммиака из азота воздуха и водорода ). 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 в живых организмах ( 0,3% ).

Хотя название “азот” означает “не поддерживающий жизни”, на самом деле это - необходимый  для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека  содержится 16 - 17% азота. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным  образом неорганические. Значительные количества азота поступают в  почву благодаря азотфиксирующим  микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения азота.

В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в  котором играют микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие  и др. Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота ( особенно при интенсивном  земледелии ) почвы оказываются обедненными. Дефицит азота характерен для  земледелия почти всех стран, наблюдается  дефицит азота и в животноводстве ( “белковое голодание” ). На почвах, бедных доступным азотом, растения плохо развиваются. Хозяйственная  деятельность человека нарушает круговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает  атмосферу азотом, а заводы, производящие удобрения, связывают азот из воздуха. Транспортировка удобрений и  продуктов сельского хозяйства 

перераспределяет  азот на поверхности земли.

Азот - четвертый  по распространенности элемент Солнечной  системы ( после водорода, гелия и  кислорода).  

3.Атом  и молекула. Внешняя электронная оболочка атома азота состоит из 5 электронов ( одной неподеленной пары и трех неспаренных - конфигурация 2s²2p³ ). Чаще всего азот в соединениях 3-ковалентен за счет неспаренных электронов ( как в аммиаке NH₃ ). Наличие неподеленной пары электронов может приводить к образованию еще одной ковалентной связи, и азот становится 4-ковалентным ( как в ионе аммония NH₄⁺ ). Степени окисления азота меняются от +5 ( в N₂O₅ ) до -3  ( в NH₃ ). В обычных условиях в свободном состоянии азот образует молекулу N₂, где атомы азота связаны тремя ковалентными связями. Молекула азота очень устойчива: энергия диссоциации ее на атомы составляет 942,9 кдж/моль, поэтому даже при температуре 3300⁰С степень диссоциации азота составляет лишь около 0,1%.

4. Физические и химические свойства. Азот немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м³ ( при 0⁰С и 101325 н/м² или 760 мм. рт. ст. ), t_пл-209,86⁰С, t_кип-195,8⁰С. Азот сжижается с трудом: его критическая температура довольно низка     (-147,1⁰С), а критическое давление высоко 3,39 Мн/м²                  (34,6 кгс/см²);плотность жидкого азота 808 кг/м³. В воде азот менее растворим, чем кислород: при 0⁰С в 1 м³ H₂O растворяется 23,3 г азота. Лучше, чем в воде, азот растворим в некоторых углеводородах.

   Только 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 N₂O, NO, N₂O₃, NO₂ и N₂O₅. Из них при непосредственном взаимодействии элементов ( 4000⁰С ) образуется окись NO, которая при охлаждении легко окисляется далее до двуокиси NO₂. В воздухе окислы азота образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь азота с кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого N₂O₃ и азотного N₂O₅ ангидридов соответственно получаются азотистая кислота НNO₂ и азотная кислота НNO₃, образующие соли - нитриты и нитраты. С водородом азот соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH₃. Кроме аммиака, известны и другие многочисленные соединения азота с водородом, например гидразин H₂N-NH₂, диимид HN-NH, азотистоводородная кислота HN₃ (H-N=N=N), октазон N₈H₁₄ и др.; большинство соединений азота с водородом выделено только в виде органических производных. С галогенами азот непосредственно не взаимодействует, поэтому все галогениды азота получают косвенным путем, например фтористый азот NF₃ - при взаимодействии фтора с аммиаком. Как правило, галогениды азота - малостойкие соединения ( за исключением NF₃ ); более устойчивы оксигалогениды азота - NOF, NOCI, NOBr, NO₂F и NO₂CI. С серой также не происходит непосредственного соединения азота; азотистая сера N₄S₄ получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии раскаленного кокса с азотом образуется циан (СN)₂. Нагреванием азота с ацетиленом С₂Н₂ до 1500⁰С может быть получен цианистый водород HCN. Взаимодействие азота с металлами при высоких температурах приводит к образованию нитридов (например, Mg₃N₂ ).

  При действии на обычный азот электрических разрядов или при разложении нитридов бора, титана, магния и кальция, а также  при электрических разрядах в  воздухе может образоваться активный азот, представляющий собой смесь  молекул и атомов азота, обладающих повышенным запасом энергии. В отличие  от молекулярного, активный азот весьма энергично взаимодействует с  кислородом, водородом, парами серы, фосфором и некоторыми металлами.

Азот входит в состав очень многих важнейших  органических соединений ( амины, аминокислоты, нитросоединения и др. ).

5. Получение и применение. В лаборатории азот легко может быть получен при нагревании концентрированного нитрита аммония: NH₄NO₂ ®  N₂ + 2H₂O. Технический способ получения азота основан на разделении предварительно сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.

   Основная часть добываемого свободного азота используется для промышленного производства аммиака, который затем в значительных количествах перерабатывается на азотную кислоту, удобрения, взрывчатые вещества и т. д. Помимо прямого синтеза аммиака из элементов, промышленное значение для связывания азота воздуха имеет разработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 1000⁰С карбид кальция (получаемый накаливанием смеси известии угля в электрической печи) реагирует со свободным азотом: CaC₂ + N₂ ® CaCN₂ + C. Образующийся цианамид кальция при действии перегретого водяного пара разлагается с выделением аммиака: CaCN₂ + 3H₂O ® CaCO₃ + 2NH₃.

  Cвободный азот применяют во многих отраслях промышленности: как инертную среду при разнообразных химических и металлургических процессах, для заполнения свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке горючих жидкостей и т. д. Жидкий азот находит применение в различных холодильных установках. Его хранят и транспортируют в стальных сосудах Дьюара, ^{газообразный азот в сжатом виде - в баллонах. Широко применяют многие соединения азота. Производство связанного азота стало усиленно развиваться после 1-й мировой войны и сейчас достигло огромных масштабов.}

6. Азотная кислота. Чистая азотная кислота HNO —бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/см при - 42 °С застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На воздухе она, подобно концентрированной соляной кислоте, «дымит», так как пары ее образуют с влагой воздуха мелкие капельки тумана,

  Азотная кислота не отличается прочностью, Уже под влиянием света она постепенно разлагается:

Чем выше температура  и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идет разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и придает ей бурую окраску.

Азотная кислота  принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в разбавленных растворах она полностью распадается на ионы Н и- NO .

7. Окислительные свойства азотной кислоты. Характерным свойством азотной кислоты является ее ярко выраженная окислительная способность. Азотная кислота—один из энергичнейших окислителей. Многие неметаллы легко окисляются ею, превращаясь в соответствующие кислоты. Так, сера при кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор — в фосфорную. Тлеющий уголек, погруженный в концентрированную HNO , ярко разгорается.

  Азотная кислота действует почти на все  металлы (за исключением золота, платины, тантала, родия, иридия), превращая их в нитраты, а некоторые металлы—в оксиды.

Концентрированная HNO пассивирует некоторые металлы. Еще Ломоносов открыл, что железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной кислоте, не растворяется в холодной концентрированной HNO . Позже было установлено, что аналогичное действие азотная кислота оказывает на хром и алюминий. Эти металлы переходят под действием концентрированной азотной кислоты в пассивное состояние.

Степень окисленности азота в азотной кислоте равна 4-5. Выступая в качестве окислителя, НNО может восстанавливаться до различных продуктов:

Какое из этих веществ  образуется, т. е. насколько глубоко восстанавливается азотная кислота в том или ином случае, зависит от природы восстановителя и от условий реакции, прежде всего от концентрации кислоты. Чем выше концентрации HNO , тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется . При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например, с медью, выделяется NO. В случае более активных металлов — железа, цинка, — образуется . Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами—--цинком, магнием, алюминием—с образованием иона аммония, дающего с кислотой нитрат аммония. Обычно одновременно образуются несколько продуктов.

Для иллюстрации  приведем схемы реакций окисления  некоторых металлов азотной кислотой;

При действии азотной  кислоты на металлы водород, как правило, не выделяется.

При окислении  неметаллов концентрированная азотная  кислота, как и в случае металлов, восстанавливается до , например

Более разбавленная кислота обычно восстанавливается  до NO, например:

Приведенные схемы  иллюстрируют наиболее типичные случаи взаимодействия азотной кислоты  с металлами и неметаллами. Вообще же, окислительно-восстановительные  реакции, идущие с участием , протекают сложно.

Смесь, состоящая  из 1 объема азотной и 3—4 объемов концентрированной соляной кислоты, называется царской водкой. Царская водка растворяет некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в том числе и «царя металлов»—золото. Действие ее объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота(III), или хлорида нитрозила, :

Хлорид  нитрозила является промежуточным продуктом реакции и разлагается:

Хлор в момент выделения состоит из атомов, что и обусловливает высокую окислительную способность царской водки. Реакции окисления золота и платины протекают в основном согласно следующим уравнениям.

С избытком соляной  кислоты хлорид золота(III) и хлорид платины (IV) образуют комплексные соединения

На многие органические вещества азотная кислота действует  так, что один или несколько атомов водорода в молекуле органического соединения замещаются нитрогруппами . Этот процесс называется нитрованием и имеет большое значение в органической химии.

Азотная кислота  — одно из важнейших соединений азота: в больших количествах  она расходуется в производстве, азотных удобрений, взрывчатых веществ и органических красителей, служит окислителем во многих химических процессах, используется в производстве серной кислоты по нитрозному способу, применяется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.

7. Нитраты. Соли азотной кислоты называются нитратами. Все они хорошо растворяются в воде, а при нагревании разлагаются с выделением кислорода. При этом нитраты наиболее активных металлов переходят в нитриты:

Нитраты большинства  остальных металлов при нагревании распадаются на оксид металла, кислород и диоксид азота. Например:

Наконец, нитраты  наименее активных металлов (например, серебра, золота) разлагаются при нагревании до свободного металла:

  Легко отщепляя кислород, нитраты при высокой температуре являются энергичными окислителями. Их водные растворы, напротив, почти не проявляют окислительных свойств.

Наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые на практике называются селитрами.

Нитрат  натрия или натриевая селитра, иногда называемая также чилийской селитрой, встречается в большом количестве в природе только в Чили.

Нитрат  калия , или калийная селитра, в небольших количествах также встречается в природе, но главным образом получается искусственно при взаимодействии нитрата натрия с хлоридом калия.

Обе эти соли используются в качестве удобрений, причем нитрат калия содержит два необходимых растениям элемента: азот и калий. Нитраты натрия и калия применяются также при стекловарении и в пищевой промышленности для консервирования продуктов.

Нитрат  кальция или кальциевая селитра, получается в больших количествах нейтрализацией азотной кислоты известью; применяется как удобрение.

8. Промышленное получение азотной кислоты. Современные промышленные способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. При« описании свойств аммиака было указано, что он горит в кислороде, причём продуктами реакции являются вода и свободный азот. Но в присутствии катализаторов - окисление аммиака кислородом может протекать иначе. Если пропускать смесь аммиака с воздухом над катализатором, то при 750 °С и определенном составе смеси происходит почти полное превращение

Образовавшийся  легко переходит в , который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.

В качестве катализаторов  при окислении аммиака используют сплавы на основе платины.

Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет  концентрацию, не превышающую 60%. При  необходимости ее концентрируют,

Промышленностью выпускается разбавленная азотная  кислота концентрацией 55, 47 и 45%, а  концентрированная—98 и 97%, Концентрированную  кислоту перевозят в алюминиевых  цистернах, разбавленную — в цистернах  из кислотоупорной стали.

9. Круговорот азота в природе. При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция , образует нитраты:

Некоторая же часть  азота всегда выделяется при гниении  в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также  при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль  минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к  полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. 'Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

Таким образом, в природе совершается непрерывный  круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений. 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1)Анорганикум / Пер. с нем.; Под ред. А. Ф. Воробьева. М.: Мир, 2004.I.

2)Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1999.

3)Годовиков А. А. Периодическая система Д. И. Менделеева и силовые характеристики элементов. — Новосибирск: Наука, 1981.

4)Дикерсон Р., Грей Г. Основные законы химии. Т. 1, 2.— М.: Мир, 1982.

5)Карапетьянц М. X., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1994.

Коттон Ф., Уилкинсон  Дж. Основы неорганической химии.—  М.: Мир, 1999.