Хронология открытия химических элементов V А-подгруппы

Степени окисления N и Р и отвечающие им соединения

Азот

Азот в природе встречается главным образом в свободном состоянии. В воздухе объёмная доля его составляет 78,09%. Соединения азота в небольших количествах содержатся в почвах. Азот входит в состав белковых веществ и многих естественных органических соединений. Общее содержание азота в земной коре 0,01%. В технике азот получают из жидкого воздуха: воздух переводят в жидкое состояние, а затем испарением отделяют азот от менее летучего кислорода (t_кип азота -195,8^оС, кислорода -183^оС). Полученный таким образом азот содержит примеси благородных газов (преимущественно аргона). Чистый азот можно получить в лабораторных условиях, разлагая при нагревании нитрит аммония:

Атом азота имеет следующее строение:

Молекула азота образована тройной ковалентной связью атомов: двумя пи-связями и одной сигма — связью. Молекула азота распадается на атомы при температуре 2000^оС. Жидкий азот хранится в сосуде Дьюра.

Физические свойства азота. Азот — газ без цвета, вкуса и запаха, легче воздуха, растворимость в воде меньше, чем у кислорода.

Химические свойства азота. Молекула азота состоит из двух атомов, длина между ними очень мала, Тройная связь и её малая длина делают молекулу весьма прочной. Этим объясняется малая реакционная способность азота при обычной температуре.

При комнатной температуре азот непосредственно соединяется с литием:

6Li + N₂ = 2Li₃N.

C другими металлами он реагирует лишь при высоких температурах, образуя нитриды:

3Сa + N₂ = Ca₃N₂ 2Al + N₂ = 2AlN.

С водородом азот соединяется в присутствии катализатора при высоком давлении и температур азот фосфор кислота оксид.

N₂ + 3H₃ 2NH₃

При температуре электрической дуги (3000−4000^оС) азот соединяется с кислородом:

N_{2 +} O₂ 2NO.

Азот образует с водородом несколько прочных соединений, из которых важнейшим является аммиак. Электронная формула молекулы аммиака такова:

Получение и применение аммиака. В лабораторных условиях аммиак обычно получают слабым нагреванием смеси хлорида аммония с гашеной известью:

2NH₄Cl + Ca (OH)₂ = CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O.

Основным промышленным способом получения аммиака является синтез его из азота и водорода. Реакция экзотермичная и обратимая:

N_{2 +} 3H₂ 2NH₃ + 92кДж Она протекает только в присутствии катализатора Губчатого железа с добавками активаторов — оксидов алюминия, калия, кальция, кремния (иногда и магния) Физические свойства аммиака. Аммиак — бесцветный газ с характерным резким запахом, почти в два раза легче воздуха. При увеличении давления или охлаждении он легко сжимается в бесцветную жидкость. Аммиак хорошо растворим в воде. Раствор аммиака в воде называется аммиачной водой или нашатырным спиртом. При кипячении растворённый аммиак улетучивается из раствора.

Химические свойства аммиака. Большая растворимость аммиака в воде обусловлена образованием водородных связей между их молекулами. Гидроксид — ионы обуславливают слабощелочную (их мало) реакцию аммиачной воды. При взаимодействии гидроксид — ионов с ионами NH₄⁺ снова образуются молекулы NH₃ и H₂O, соединённые водородной связью, т. е. реакция протекает в обратном направлении. Образование ионов аммония и гидроксид — ионов в аммиачной воде можно выразить уравнением.

NH₃ + H₂O NH₃ ^. H₂O NH₄⁺ + OH—.

В аммиачной воде наибольшая часть аммиака содержится в виде молекул NH₃, равновесие смещено в сторону образования аммиака, поэтому она пахнет аммиаком. Тем не менее водный раствор аммиака по традиции обозначают формулой NH₄OH и называют гидроксидом аммония, а щелочную реакцию раствора аммиака объясняют как результат диссоциации молекул NH₄OH:

NH₄OH NH₄⁺ + OH-;

А так как в растворе аммиака в воде концентрация гидроксид — ионов невелика, то гидроксид аммония относится к слабым основаниям.

Аммиак сгорает в кислороде и в воздухе (предварительно подогретом) с образованием азота и воды:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O.

В присутствии катализатора [например, оксида хрома (III)] реакция протекает с образованием оксида азота (II) и воды:

Cr₂O₃

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O.

Аммиак взаимодействует с галогенами, при этом выделяется азот и водородное соединение галогена:

• 2NH₃ + 3Br₂ = 6HBr + N₂
• 2NH3 + 3Cl₂ = 6HCl + N₂

Аммиак — сильный восстановитель. При нагревании он восстанавливает оксид меди (II), а сам окисляется до свободного азота:

• 3Cu⁺²O + 2N—³H₃ = 3Cu⁰ + N₂⁰ + 3H₂O
• 2N—³ — 6e = N₂ 1

Cu²⁺ + 2e = Cu 3.

Аммиак взаимодействует с перманганатом калия:

NH₃ + KMnO₄ = N₂ + H₂O + MnO₂ +KOH.

Добавление аммиака изменяет цвет раствора:

Важным химическим свойством аммиака является его взаимодействие с кислотами с образованием солей аммония. В этом случае к молекуле аммиака присоединяется ион водорода кислоты, образуя ион аммония, входящей в состав соли:

Связь между ионами NH₄ и Cl ионная, в ионе NH₄ четыре связи ковалентные, причём три из них полярные и одна по донорно — акцепторном механизму.