Застосування азоту схема. Азот - велика медична енциклопедія

Азот одна із найпоширеніших Землі елементів - у атмосфері його зміст перевищує 78%. Існування такої великої кількості азоту у вільному стані говорить про його інертність та важку взаємодію з іншими елементами у звичайних умовах.

У зв'язаному стані цю речовину можна знайти в органічній та неорганічній матерії. Пов'язаний з вуглецем і киснем азот знаходиться в білках тварин і рослин.

Сама собою назва «азот» придумав Лавуазьє, який у ході численних дослідів встановив наявність у атмосфері якогось інертного речовини. Вчений вважав цю субстанцію неживою – грецькою «azote».

Азотний цикл

Незважаючи на інертність азоту, у природі відбуваються постійні процеси його фіксації чи зв'язування. Так, наприклад, у корінні бобових рослин накопичуються особливі бактерії, які фіксують азот, переробляючи його в нітрати.

У атмосфері цей газ окислюється під час розряду блискавок. Потім розчиняються в осадах, утворюючи азотисту. Зі снігом, дощем, туманом азот потрапляє в ґрунт, де відбувається перетворення його на нітрити або нітрати. Потім різні рослини використовують для будівництва білка. Тварини харчуються рослинами, і переробляється на тварину. При розкладанні рослин і тварин після смерті всі азотні сполуки в їх організмах перетворюються на аміак. Бактерії руйнують його до найпростіших елементів, виділяючи при цьому знову чистий азот та водень. Так відбувається азотний цикл або кругообіг азоту в природі.

Хімічні властивості азоту

Його основна властивість у нормальних умовах - це інертність, тобто. Мінімальна хімічна активність. Атом азоту може утворювати зв'язок з іншим атомом азоту, що досить незвично для хімічних елементів (виняток становлять лише кремній та вуглець).

Під час нагрівання цей елемент реагує з більшістю металів. При цьому утворюються іонні, ковалентні або проміжні нітриди із негативно зарядженим іоном азоту.

У реакції з воднем азот утворює досить стійкі сполуки - азотоводи, які віддалено нагадують вуглеводні. До подібних речовин відносяться аміак, гідразин та азотистоводнева кислота.

Отримання та застосування азоту

Сполуки цієї речовини відіграють важливу роль у промисловості та сільському господарстві. Спосіб отримання азоту як хімічного елемента залежить від необхідного ступеня його чистоти. Найбільше азоту необхідне але при цьому допускається незначний вміст у ньому благородних газів.

Одержання азоту з атмосфери

Це один із найбільш економічних способів, в ході якого очищене повітря послідовно зріджують шляхом охолодження та розширення. Отриманий переганяють через фракції, повільно піднімаючи при цьому температуру. У цьому процесі спочатку виділяються шляхетні гази, та був азот. Залишається тільки

Подібне одержання азоту дозволяє виробити багато мільйонів тонн цієї речовини щороку. Використовують азот в основному для подальшого виробництва аміаку, який, у свою чергу, виступає в ролі сировини для отримання промислових та сільськогосподарських азотовмісних сполук.

Чисту азотну атмосферу також можуть використовувати, коли потрібна повна відсутність кисню.

Отримання азоту у лабораторії

У невеликих кількостях цей газ одержують, окислюючи іони амонію або аміак. Зокрема, іон амонію можна окислити нітрит-іоном.

Отримання азоту у процесі розкладання

При нагріванні розкладаються азиди, аміак розкладається нітрити розкладаються від взаємодії з сечовиною або сульфамінової кислоти - у результаті цих реакцій утворюється азот.

Властивості елементів V-A підгрупи

1. Будова атомів хімічних елементів

Наявність трьох неспарених електронів на зовнішньому енергетичному рівні пояснює те, що в нормальному незбудженому стані валентність елементів підгрупи азоту дорівнює трьом.

У атомів елементів підгрупи азоту (крім азоту - зовнішній рівень азоту складається тільки з двох підрівнів - 2s і 2p) на зовнішніх енергетичних рівнях є вакантні осередки d-підрівня, тому вони можуть розпарити один електрон з s-підрівня і перенести його на d-підрівень . Таким чином, валентність фосфору, миш'яку, сурми та вісмуту дорівнює 5.

Елементи групи азоту утворюють з воднем сполуки складу RH 3 , а з киснем оксиди виду - R 2 O 3 і R 2 O 5 . Оксидам відповідають кислоти HRO 2 і HRO 3 (і ортокислоти H 3 PO 4 крім азоту).

Вищий ступінь окислення цих елементів дорівнює +5, а нижчий -3.

Так як заряд ядра атомів збільшується, число електронів на зовнішньому рівні постійно, число енергетичних рівнів в атомах зростає і радіус атома збільшується від азоту до вісмуту, тяжіння негативних електронів до позитивного ядру слабшає і здатність до віддачі електронів збільшується, і, отже, в підгрупі азоту зростанням порядкового номера неметалеві властивості зменшуються, а металеві посилюються.

Азот – неметал, вісмут – метал. Від азоту до вісмуту міцність сполук RH 3 зменшується, а міцність кисневих сполук зростає.

Найбільше значення серед елементів підгрупи азоту мають азот та фосфор .

Азот, фізичні та хімічні властивості, отримання та застосування

1. Азот – хімічний елемент

N +7) 2) 5

1 s 2 2 s 2 2 p 3 незавершений зовнішній рівень, p -Елемент, неметал

Ar (N) = 14

2. Можливі ступені окислення

Із-за наявності трьох неспарених електронів азот дуже активний, знаходиться лише у вигляді сполук. Азот виявляє у сполуках ступеня окислення від «-3» до «+5»

3. Азот – проста речовина, будова молекули, фізичні властивості

Азот (від грец. ᶀ ζωτος - неживий, лат. Nitrogenium), замість попередніх назв («флогістоване», «мефітичне» та «зіпсоване» повітря) запропонував у 1787 Антуан Лавуазьє . Як показано вище, тоді вже було відомо, що азот не підтримує ні горіння, ні дихання. Цю властивість і визнали найважливішою. Хоча згодом з'ясувалося, що азот, навпаки, вкрай необхідний для всіх живих істот, назва збереглася у французькій та російській мовах.

N 2 – ковалентний неполярний зв'язок, потрійний (σ, 2π), молекулярні кристалічні грати

Висновок:

1. Мала реакційна здатність за нормальної температури

2. Газ, без кольору, запаху, легше за повітря

Mr ( B повітря)/ Mr ( N 2 ) = 29/28

4. Хімічні властивості азоту

5. Отримання:

У промисловості азот одержують із повітря. Для цього повітря спочатку охолоджують, скраплюють, а рідке повітря піддають перегонці (дистиляції). Температура кипіння азоту трохи нижче (-195,8 ° C), ніж іншого компонента повітря - кисню (-182,9 ° C), тому при обережному нагріванні рідкого повітря азот випаровується першим. Споживачам газоподібний азот постачають у стислому вигляді (150 атм. або 15 МПа) у чорних балонах, що мають жовтий напис «азот». Зберігають рідкий азот у судинах Дьюара.

В лабораторіїчистий («хімічний») азот одержують додаючи при нагріванні насичений розчин хлориду амонію NH 4 Cl до твердого нітриту натрію NaNO 2:

NaNO 2 + NH 4 Cl = NaCl + N 2 + 2H 2 O.

Можна також нагрівати твердий нітрит амонію:

NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O. ДОСВІД

6. Застосування:

У промисловості газ азот використовують головним чином отримання аміаку. Як хімічно інертний газ азот застосовують для забезпечення інертного середовища в різних хімічних та металургійних процесах при перекачуванні горючих рідин. Рідкий азот широко використовують як холодоагент, його застосовують у медицині, особливо у косметології. Важливе значення у підтримці родючості ґрунтів мають азотні мінеральні добрива.

7. Біологічна роль

Азот є елементом, необхідним існування тварин і рослин, він входить до складубілків (16-18 % за масою), амінокислот, нуклеїнових кислот, нуклеопротеїдів,хлорофілу,гемоглобіну та ін У складі живих клітин за кількістю атомів азоту близько 2%, за масовою часткою - близько 2,5% (четверте місце після водню, вуглецю та кисню). У зв'язку з цим значна кількість зв'язаного азоту міститься в живих організмах, «мертвій органіці» та дисперсній речовині морів та океанів. Ця кількість оцінюється приблизно в 1,9 10 11 т. В результаті процесів гниття і розкладання азотовмісної органіки, за умови сприятливих факторів навколишнього середовища, можуть утворитися природні поклади корисних копалин, що містять азот, наприклад, «чилійськаселітраN 2 → Li 3 N → NH 3

№2. Складіть рівняння реакції взаємодії азоту з киснем, магнієм та воднем. Для кожної реакції складіть електронний баланс, вкажіть окислювач та відновник.

№3. В одному циліндрі знаходиться газ азот, в іншому – кисень, а в третьому – вуглекислий газ. Як розрізнити ці гази?

№4. У деяких горючих газах міститься у вигляді домішки вільний азот. Чи може при згорянні таких газів у звичайних газових плитах утворитись оксид азоту (II). Чому?

Азот

Урок-дослідження 9 клас

Життя ставить цілі науці;
наука висвітлює шлях життя.
М.Михайловський

Цілі уроку.

Навчальні:вивчити взаємозв'язок складу, будови, властивостей та застосування азоту та його сполук.

Розвиваючі:продовжити розвиток умінь логічно мислити, самостійно працювати з підручником та додатковою літературою, знаходити головне, порівнювати, робити висновки; вдосконалення здатності до рефлексії.

Виховні:сформувати в учнів громадянську позицію з прикладу вирішення однієї з глобальних проблем людства.

Методиі методичні прийоми. Проблемний, частково пошуковий; самостійна робота з навчальною та додатковою літературою, бесіда, хімічний експеримент, складання опорного конспекту, самоперевірка.

Організаційні форми роботи.Колективна, індивідуальна, групова з різними видами самостійної діяльності учнів.

Обладнання та реактиви.План схема ( на дошці), схеми, опорні конспекти на кожному столі ( див. додаток), плакат із зображенням варіантів приладів для збору газу, картки із завданнями для груп, склянки, кристалізатор з водою, циліндр, свічка на шматочку пінопласту, сірники; 25% розчин аміаку, універсальний індикатор, азотна кислота, розчин білка, зразок грунту.

Опорний конспект заповнюється учнями під час уроку.

ХІД УРОКУ

I. Орієнтовно-мотиваційний етап

Вчитель. Сьогодні ми вивчатимемо хімічний елемент, з яким пов'язаний не один «парадокс».

Про нього говорять «млявий», і в той же час без нього немає життя. Його називають «джерелом танталових мук людства», елементом трагедій, воєн та катастроф. Цей елемент – азот.

Давайте проведемо дослідження та винесемо свій висновок, який цей елемент? Корисний він чи шкідливий? Яка природа протиріч, що його оточують? Відповісти на ці запитання нам допоможе план-схема на дошці (схема 1) .

Отже, наша мета: дати характеристику азоту як хімічному елементу і як простій речовині. Працюватимемо у групах, кожна група отримує своє завдання.

Г р у п п а I. Історія відкриття елемента азоту. Походження назви. Застосування азоту.

Г р у п п а II. Знаходження азоту у природі.

Г р у п п а III. Будова атома. Ступені окиснення.

Г р у п п а IV. Вид хімічного зв'язку простої речовини азоту. Фізичні властивості.

Г р у п п а V. Хімічні властивості азоту. Одержання азоту.

ІІ. Операційно-виконавчий етап

Вчитель. На підготовку відповідей виділяється 10 хвилин. Потім слухаємо звіти груп.(Під час підготовки вчитель надає допомогу групам, окремим учням.) Під час звітів груп кожному слід заповнити опорний конспект, який оцінюватиметься наприкінці уроку. Перша група розповість про історію відкриття азоту, походження назви цього хімічного елемента.

Г р у п п а I.

1-й учень. Повітря завжди було об'єктом дослідження дослідників природи і, здавалося б, повинно бути добре вивчене, але його основні частини - азот і кисень - визначили тільки в кінці ХVIII ст.

Офіційною датою відкриття азоту вважається 1772, а лаври першовідкривача віддані Даніелю Резерфорду. Проте ще 1770 р. Карл Шееле – помічник аптекаря, майбутній академік – виділив азот із згорілого повітря. Відкриття «носилося у повітрі», кілька дослідників впритул підходили до нього. Але перший опис елемента дав Резерфорд. Він дослідив і охарактеризував частину повітря, що залишилася в закритій посудині, де загинула від яду піддослідна миша.

2-й учень. З назвою азоту не пощастило. Резерфорд називав його «постійним чи задушливим повітрям». Джозеф Прістлі - "флогістоване повітря", Карл Шееле - "погане повітря", а Лавуазьє дав назву "азот" (від грец.– частка заперечення, – життя), тобто. «неживий».

Але чому символ азоту – N якщо перша літера назви «а»? Справа в тому, що назва «азот» збереглася тільки в російській та французькій мовах, а англомовні вчені називають азот Nitrogen, від латинської назви Nitrogenium, що означає «що породжує селітру».

Назва пройшла шлях від «неживого» до «народжуючого». Слово Nitrogenium намагалися перекласти російською, і азот називали селітротвором, але назва не прижилася, в 1824 повернулися до терміну «азот».

Вчитель. В наш час застосування до азоту прикметника «млявий» звучить парадоксально, адже основу життя на Землі складають сполуки, в які входить азот. Друга група розповість у тому, де у природі зустрічається азот.

Г р у п п а II.

1-й учень. Назва «азот» розшифровують як неживий. Так, жива істота в атмосфері азоту гине, цей газ не підтримує горіння. Але хіба можна назвати «неживим» елемент, який входить до складу білків – носіїв життя? З них побудовано тканини людського організму, білки входять до складу клітин тварин і рослин, причому у значних кількостях. Вміст елемента азоту в організмі при масі тіла 70 кг – 1,8 кг, у м'язовій тканині його – 7,2 %, у кістковій тканині – 4,3 %.

У атмосфері Землі цього газу міститься 78,09 % за обсягом чи 75,6 % за масою. Над кожним гектаром земної поверхні висять 8 тисяч тонн азоту. Зараз ми продемонструємо досвід, що підтверджує вміст азоту та кисню у повітрі.

2-й учень. Запальюю свічку, яка укріплена на пінопласті і вільно плаває в кристалізаторі з водою; накриваю свічку циліндром, об'єм якого поділено на п'ять рівних частин за допомогою поділів. У циліндрі знаходилося повітря, після того, як свічка згасла, у нього піднялася вода на один поділ. В результаті горіння кисень витратився (кисень займає 1/5 частину або приблизно 20% за обсягом у повітрі), залишився азот та інші складові повітря (їх вміст незначний). Можна дійти невтішного висновку, що у газ азот припадає чотири п'ятих частини від обсягу повітря, чи близько 80 %.

3-й учень. Основною «фабрикою» білкових речовин Землі є рослини. Вони є джерелом азотного харчування для тварин. Рослини використовують лише «пов'язаний» азот, який засвоюють із ґрунту у вигляді іонів, наприклад нітратів. Підраховано, що один гектар орного чорнозему містить 18 т азоту. А зв'язаний азот з'явився у ґрунті в результаті життєдіяльності мікроорганізмів, які живуть у бульбах на коренях бобових рослин (конюшини, гороху, вікі, люпину та ін.).

З природних мінералів, що містять зв'язаний азот, найбільш відома чилійська селітра- NaNO 3 .

4-й учень (демонструє схему (схема 2) вмісту азоту у природі). У природі азот у вільному стані міститься у повітрі (78 % за обсягом), у зв'язаному стані азот містять деякі мінерали, органічні речовини, у тому числі ті, що входять до складу живих організмів.

Вчитель. Азоту досить багато в природі, але, за словами американського біохіміка М.Камена, «азот – це вічні муки голоду серед океану достатку». За даними ООН 1/3 населення планети голодує, щохвилини кілька людей помирають саме з цієї причини. Чому саме азот пов'язують із нестачею їжі, з голодом? Для відповіді це питання спочатку розглянемо будову атома азоту.

Г р у п п а III.

1-й учень (дає біля дошки характеристику елемента за його становищем у періодичної системі). Азот - елемент V групи, головної підгрупи, 2-го періоду. Його порядковий номер – 7, відносна атомна маса – 14. Число електронів у атомі – 7, число протонів у ядрі – 7, число нейтронів у ядрі – 7. Схема будови атома: +7, 2е, 5е. Електронна схема: 1s 2 2s 2 2p 3 . Електронно-графічна схема:

Атом азоту має три неспарені електрони на 2р-підрівні.

Ступені окислення азоту у сполуках: -3, +1, +2, +3, +4, +5.

Вчитель (дає завдання класу). Визначте ступеня окиснення азоту в сполуках: HNО 3 , NН 3 , NO, KNО 2 , NО 2 , N 2 Про, НNO 2 .

Самопроверка. Для цього учень із групи III вивішує картки з правильними відповідями на дошку:

Вчитель. Ми розглянули будову атома, знаємо, що азоту повітря досить багато. У чому причина того, що рослинам досить важко засвоїти азот з повітря? Розглянемо вид хімічного зв'язку в молекулі азоту N 2 .

Г р у п п а IV.

1-й учень. У вільному стані азот існує у вигляді двоатомної молекули N 2 . У цій молекулі два атоми азоту пов'язані дуже міцним потрійним ковалентним неполярним зв'язком.

Наводиться схема утворення ковалентного зв'язку в молекулі N 2 а також структурна формула:

1-й учень. Висновок: саме міцністю молекули обумовлена ​​хімічна інертність азоту.

Вчитель. Продовжуємо з'ясовувати, що є азотом як проста речовина.

2-й учень розповідає про фізичні властивості азоту, демонструючи схему-павучок (схема 3).

Вчитель. Як можна зібрати азот у лабораторії, ґрунтуючись на знанні фізичних властивостей?

Учні IV групи дають аргументовану відповідь, використовуючи плакат із зображенням кількох варіантів приладів для збирання газів.

3-й учень. Зібрати азот у лабораторії можна шляхом витіснення повітря (пробірку-приймач закріплюють отвором вниз), т.к. азот трохи легше повітря, і навіть шляхом витіснення води, т.к. він малорозчинний у воді.

Вчитель. Розглянемо хімічні властивості азоту.

Г р у п п а V.

1-й учень (демонструє узагальнену схему (схема 4) хімічних властивостей азоту). Азот – хімічно інертний. За звичайних умов взаємодіє тільки з літієм, утворюючи нітрид- Li 3 N. З іншими металами взаємодіє лише за високих температур. При температурі 450–500 °С та високому тиску 30–100 МПа у присутності каталізатора (порошку заліза з домішкою оксидів алюмінію та калію) реагує з воднем, утворюючи аміак. При температурі електричної дуги взаємодіє із киснем, утворюючи оксид азоту(II).

2-й учень. Більшість організмів використовують азот у вигляді сполук (тобто пов'язаний), а молекулярний азот, що міститься в повітрі, дійсно практично інертний. У природі розрив потрійного зв'язку між атомами азоту відбувається під час грозових розрядів: при цьому утворюються спочатку оксиди азоту, а потім слабоконцентрована азотна кислота (оксиди азоту з'єднуються з краплями дощу). Це – шлях зв'язування азоту в природі та попадання його у ґрунт.

Інший шлях введення азоту в ґрунт виробила також сама природа – на корінні бобових культур утворюються бульби, що містять мікроорганізми, що фіксують газоподібний азот.

Вчитель. У природі постійно відбувається кругообіг азоту: солі азотної кислоти засвоюються із ґрунту рослинами; з рослинною їжею азот перетворюється на організми тварин і; потім знову потрапляє у ґрунт із продуктами життєдіяльності, гниття, розкладання; крім того, азот частково перетворюється на атмосферу тощо. Однак у ході круговороту кількість «пов'язаного» азоту в ґрунті зменшується, і рослини починають відчувати його нестачу. Виснажена земля дає низькі врожаї. Як повернути землі чудову силу, зробити її родючою?

3-й учень. Потрібно вносити у землю азотні добрива. Де їх взяти? Є невеликі родовища селітри в Чилі, Каліфорнії, Африці, Малій Азії, але вони можуть швидко вичерпатися.

Перша світова війна, 1914 р. Багато країн охопила пожежу війни. Селітра була потрібна для військових цілей. Німеччина почала задихатися у лещатах «азотного голоду».

Німецький вчений Франц Габер зробив видатне відкриття: він одержав аміак, використовуючи при цьому сталевий циліндр, високий тиск, нагрівання, каталізатор. З аміаку потім легко отримати азотну кислоту. Таким чином було вирішено проблему «зв'язування» азоту.

Вчитель. Чи можна вносити аміак чи азотну кислоту безпосередньо у ґрунт?

4-й учень. Проведемо досліди.

а) Випробуємо розчин аміаку (нашатирний спирт) індикатором. Середовище лужне. Аміак – летюча речовина, має неприємний запах, спричиняє опіки.Висновок: вносити азот у ґрунт у такому вигляді не можна.

б) Досліджуємо дію азотної кислоти на білок(відбулася денатурація) ; на водну витяжку із ґрунту(Йде реакція із виділенням вуглекислого газу).

Висновок: вносити в ґрунт безпосередньо азотну кислоту не можна.

Що ж можна вносити у ґрунт? Азотні добрива, отримані при нейтралізації цих речовин, наприклад, аміачну селітру:

NН 3 + НNО 3 = NH 4 NO 3 .

Вчитель. Давайте розглянемо питання, як отримують азот у промисловості?

5-й учень. Для технічних цілей азот одержують із повітря. При випаровуванні рідкого повітря азот випаровується першим (t кип (азота) = -196 ° С, а t кип (кисню) = -183 ° С). У лабораторії чистий азот одержують при розкладанні деяких його сполук.

Вчитель. Які ж сфери застосування азоту? Відповідь це питання готувала група I.

Учень. Азот застосовується для отримання добрив, вибухових речовин, створення інертного середовища в електротехніці, в медицині, а також для заповнення тенісних м'ячів.

ІІІ. Рефлексивно-оцінний етап

Вчитель. Підіб'ємо підсумки уроку. Як можна вирішити проблему голоду на Землі?

Відповідь така. Азот – це елемент життя, т.к. входить до складу білків. З білків побудовано тканини живих організмів. Людина і тварини отримують білки з їжею, рослини самі здатні синтезувати їх із неорганічних речовин, які у грунті. При нестачі азоту у ґрунті його вносять у вигляді добрив. Їх, своєю чергою, отримують, пов'язуючи атмосферний азот.

Хімія прийшла на допомогу хліборобам. Невичерпний океан азоту, в якому купається наша Земля, був підкорений. Хіміки позбавили людство «азотного голоду». Таким чином:
«...життя ставить за мету науці; наука висвітлює шлях життя» (Михайлівський Н.).

Домашнє завдання.Вивчити параграф 23, підготувати розповідь про кругообіг азоту а природі (рисунок 27, стор. 110).

Литература

Габрієлян О.С.Хімія. 9 клас. М: Дрофа, 1991; Крицман В.А.Книга для читання з неорганічної хімії. М.: Просвітництво, 1983; Митряєва І.В. Джерело танталових мук людства. Хімія у школі, 2001, № 2, с. 18–20; Що ми знаємо про хімію? За ред. проф. Ю.Н.Кукушкина. М: Вища школа, 1993.

ДОДАТОК

Опорний конспект на тему «Азот»

Прізвище, ім'я учня

1. Історія відкриття азоту:

………………………….…………………..…………………..………………

………………………….…………………..…………………..………………

………………………….…………………..…………………..……….…… .

2. Знаходження у природі:

3. Положення азоту в періодичній системі:

порядковий номер: ………………………….………………….………… ;

група ………………………….…………………..…………...............… ;

підгрупа ………………………….…………………..…….........……… .

4. Будова атома:

а) N (……… e, ……… p, ……… n};

б) N + ........................................;

в) електронна схема: ...............;

г) електрографічна схема: ........................................;

д) ступеня окислення (підпишіть значення на числовій осі):

5. Будова молекули азоту: ........................................;

а) хімічна формула: ........................................;

б) вид хімічного зв'язку в молекулі: ........................................;

в) схема утворення зв'язку: ........................................;

г) міцність зв'язку: ........................................ .

Висновок про хімічні властивості азоту:

………………………….…………………..…………

………………………….…………………..…………

………………………….…………………..……….. .

7. Хімічні властивості азоту (запишіть рівняння реакцій, вказавши умови їх перебігу, назвіть продукти реакцій):

а) ........................................;

б) ........................................ ;

в) ........................................ .

8. Одержання азоту у промисловості.

З чого одержують азот? ........................................ .

На чому ґрунтується отримання? ........................................ .

9. Застосування азоту: ........................................ .

Азот – це газ, слаборозчинний у воді, без смаку, запаху та кольору. Незважаючи на те, що назва елемента означає «неживий», він необхідний для життєдіяльності. Використання азоту у вільному вигляді поширене у багатьох галузях промисловості. Виробництво зв'язаного азоту стало швидко розвиватися після Першої світової війни і в наші часи досягло дуже великих масштабів. Розглянемо докладніше використання азоту за галузями.

Газ, нафта, хімія

Використання в газоподібному вигляді для освоєння свердловин. Цей метод зниження у свердловинах рівня рідини є найперспективнішим. Для нього характерні надійність і простота регулювання та контролю процесу у великому діапазоні тисків та витрат. Газоподібний азот допомагає швидко спорожняти глибокі свердловини, різко та швидко чи плавно та повільно знижувати тиск у свердловині; може забезпечити дренування пласта з підживленням стисненим газом, щоб створити фонтанування.

Створення інертного середовища при вантажно-розвантажувальних роботах у ємностях. Азот також застосовується з метою пожежогасіння, випробування та продування трубопроводів (особливо актуальна ця проблема на Крайній Півночі, де зосереджено видобуток газу та нафти, внаслідок неможливості використання під час морозів піноутворюючих засобів та води).

Використання у чистому вигляді для синтезу аміаку та при виробництві азотних добрив, для переробки попутних газів та конверсії метану.

Використання зменшення сірчаних відкладень на нафтопереробних заводах, для високоефективної переробки високооктанових компонентів, підвищення продуктивності підприємств з крекінгу нафти.

Металургія

Азот застосовується під час відпалу, при нейтральному загартуванні, при спіканні порошковим металом, ціануванні, пайці твердим припоєм, для захисту кольорових та чорних металів.

Азот необхідний роботи завантажувального пристрою доменної печі, сірководневих компресорів, машини вогневої зачистки металу цеху блюмінгу, коксохімічного виробництва.

Гірничодобувна промисловість

При пожежогасінні у вугледобувних шахтах також використовується азот.

Харчова промисловість.

Азот необхідний для зберігання, перевалки та пакування продуктів харчування з метою збільшення термінів зберігання та збереження їх смакових якостей.

Використання азоту важливе для запобігання розмноженню бактерій шляхом заповнення упаковки сумішшю діоксиду вуглецю та азоту.

Азот застосовують для захисту продуктів від шкідливих комах, котрим інертна атмосфера може бути згубною.

Фармацевтика

• Азот використовують при упаковці, транспортуванні та витісненні кисню з резервуарів із продуктом.

Медицина

• Використання азоту поширене у лабораторних дослідженнях, щодо лікарняних аналізів.

Целюлозно-паперова промисловість

• Азот використовується для обробки картону та паперу, а також дерев'яних предметів катодним променем або ультрафіолетом з метою полімеризації лакових покриттів. Це дозволяє знизити витрати на фотоініціатори, зменшити викид летких з'єднань, підвищити якість обробки.

Пожежногасіння

• Маючи інертні властивості, азот дозволяє витіснити кисень і запобігти реакції окислення. Горіння – це реакція швидкого окиснення, що відбувається за рахунок присутності кисню та джерела займання (електрична дуга, іскра, хімічна реакція з великим виділенням тепла) в атмосфері. Азот дозволяє не допустити такої ситуації. При концентрації серед азоту 90 %, горіння немає. Мобільні азотні станції та стаціонарні установки з виробництва азоту від 5 до 5000 нм³/год із чистотою від 90% до 99.99%, ефективно запобігають займанню, або гасять його вогнище.

АЗОТ (Nitrogenium, N)- Хімічний елемент V групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва, атом, номер 7, атомна маса 14,0067. Відкритий Резерфордом (D. Rutherford) у 1772 році. Відомі такі ізотопи азоту (табл.).

У різних сполуках азоту має змінну валентність, яка може дорівнювати - 3, +1, +2, +3, +4 і +5.

Поширення у природі. Загальний вміст азоту у земній корі становить близько 0,016 вага. %. Основна його маса знаходиться у повітрі у вільному, молекулярному вигляді - N 2 . Сухе повітря містить у середньому 78,09% за обсягом (або 75,6% за вагою) вільного азоту. У відносно малих кількостях вільний азот знаходиться у розчиненому стані у водах океанів. Азот у вигляді сполук з іншими елементами (пов'язаний азот) входить до складу всіх рослинних та тваринних організмів.

Життя нерозривно пов'язане з властивостями складних азотистих речовин, що легко змінюються, - білків. До складу білків у середньому входить 15-17% азоту. При відмиранні організмів складні азотисті сполуки в процесі круговороту азоту перетворюються на прості сполуки: аміак, амонійні солі, нітрити і нітрати. Усі сполуки азоту, як органічні, і неорганічні, які у грунті, об'єднуються під назвою «азот грунту».

Одержання азоту

У лабораторіях чистий азот отримують зазвичай нагріванням концентрованого водного розчину азотисто-кислого амонію або розчину суміші хлористого амонію з азотистокислим натрієм:

NH 4 Cl + NaNO 2 = N 2 + NaCl + 2H 2 O.

У техніці азоту з домішкою до 3% аргону одержують фракціонованою перегонкою рідкого повітря.

Властивості азоту

У вільному стані азот є безбарвним газом без запаху і смаку, що складається з двоатомних молекул - N 2 . Вага 1 л його при t° 0° та тиску 760 мм рт. ст. дорівнює 1,2506 г, t ° кіп - 195,8 °, t ° пл - 209,86 °; щільність рідкого А. 0,808 (при t° – 195,8°), твердого – 1,026 (при t° – 255°). В 1 мл води при t° 0°, 20° і 38° і парціальному тиску азоту, що дорівнює 760 мм, розчиняється відповідно 0,0235, 0,0154 та 0,0122 мл азоту.

Розчинність азоту у крові менше; вона становить при t° 38° 0,0110 мл А. При малих парціальних тисках азоту його розчинність у крові дещо більша, ніж у воді.

У нормальних умовах азот фізіологічно інертний, але за вдиханні повітря, стиснутого до 2-2,5 атм, настає стан, зване азотним наркозом, подібне до сп'янінням алкоголем. Це може мати місце при водолазних роботах (див.) на глибині кількох десятків метрів. Для запобігання виникненню такого стану іноді користуються штучними газовими сумішами, в яких азот замінений гелієм або якимось іншим інертним газом. При різкому і значному зниженні парціального тиску азоту розчинність його в крові і тканинах настільки знижується, що частина його виділяється у вигляді бульбашок, що є однією з причин виникнення кесонної хвороби, що спостерігається у водолазів при їх швидкому підйомі на поверхню і у льотчиків при великих швидкостях зльоту літаків у верхні шари атмосфери (див. Декомпресійна хвороба).

Застосування азоту

Вільний азот як хімічно неактивний газ застосовується в лабораторній практиці та техніці у всіх випадках, коли наявність у навколишній атмосфері кисню неприпустима або небажана, наприклад при проведенні біологічного експерименту в анаеробних умовах, при переливанні великих кількостей горючих рідин (для запобігання пожежам) і так далі. Основна маса вільного азоту використовується в промисловості для синтезу аміаку, ціанаміду кальцію та азотної кислоти, які є вихідними речовинами для отримання азотних добрив, вибухових речовин, фарб, лаків, фармацевтичних препаратів та інше.

З'єднання азоту

Вільний азот при нормальних температурах хімічно інертний; при високій температурі вступає у з'єднання з багатьма елементами.

З воднем азот утворює ряд сполук, основними з яких є:

3. Азотистоводнева кислота (HN 3) - безбарвна, кипляча при t ° 37 ° рідина з різким запахом. Вибухає з великою силою при нагріванні. У водних розчинах стійка та виявляє властивості слабкої кислоти. Солі її – азиди – нестійкі та вибухають при нагріванні чи ударі. Азид свинцю Pb(N 3) 2 застосовується як детонатор. Вдихання парів HN3 викликає сильний головний біль та подразнення слизових оболонок.

З киснем азот утворює п'ять оксидів.

1. Закис азоту, або газ, що веселить (N 2 O), - безбарвний газ, отримують при нагріванні (вище 190°) азотнокислого амонію:

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O. У суміші з киснем закис азоту застосовують як слабкий наркотик, що викликає стан сп'яніння, ейфорії, притуплення больової чутливості. Застосовується для інгаляційного наркозу (див.).

2. Окис азоту (NO) – безбарвний газ, погано розчинний у воді; в лабораторіях одержують дією азотної кислоти середньої концентрації на мідь:

8HNO 3 + 3Cu = 2NO + 3Cu (NO 3) 2 + 4H 2 O, у техніці - продуванням повітря через полум'я електричної дуги. На повітрі миттєво окислюється, утворюючи червоно-бурі пари двоокису азоту; разом з останньою викликає отруєння організму (див. нижче – Професійні шкідливості сполук азоту).

3. Двоокис азоту (NO 2) - червоно-бурий газ, що має характерний запах і що складається з власне двоокису А. та її безбарвного полімеру - чотирихокису азоту (N 2 O 4) - азотнуватого ангідриду. Двоокис азоту легко згущується в червоно-буру рідину, що кипить при t° 22,4° і твердне при t° - 11° безбарвні кристали. Розчиняється у воді з утворенням азотистої та азотної кислот:

2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3 .

Є сильним окислювачем та небезпечною отрутою. Двоокис азоту утворюється при отриманні азотної кислоти, при реакціях нітрування, травленні металів тощо і тому є професійною отрутою.

4. Трикіс азоту, ангідрид азотистої к-ти (N 2 O 3), - темно-синя рідина, що твердне при t ° - 103 ° в блакитні кристали. Стійка лише за низьких температур. З водою утворює слабку та неміцну азотисту кислоту, з лугами – солі азотистої кислоти – нітрити.

5. П'ятиокис азоту, ангідрид азотної к-ти (N 2 O 5), - безбарвні призматичні кристали, що мають щільність 1,63, що плавляться при t° 30° в жовту рідину, що злегка розкладається; розкладання посилюється при нагріванні та при дії світла. Температура кипіння близько 50 °. З водою утворює сильну, досить стійку азотну кислоту, з лугами – солі цієї кислоти – нітрати.

При нагріванні азот безпосередньо з'єднується з багатьма металами, утворюючи нітриди металів, наприклад Li3N, Mg 3 N 2 , AlN та ін. Багато з них розкладаються водою з утворенням аміаку, наприклад

Mg 3 N 2 + 6H 2 O = 2NH 3 + 3Mg(OH) 2 .

Азот входить до складу великої кількості органічних сполук, серед яких особливе значення мають алкалоїди, амінокислоти, аміни, нітросполуки, ціаністі сполуки та найбільш складні природні сполуки – білки.

Фіксація атмосферного азоту. Протягом довгого часу вихідними речовинами для одержання різноманітних сполук азоту, необхідних для сільського господарства, промисловості та військової справи, служили природна чилійська селітра та аміак, одержуваний при сухій перегонці кам'яного вугілля. З виснаженням покладів чилійської селітри людству загрожував «азотний голод». Проблема азотного голоду було вирішено наприкінці 19 і на початку 20 століття шляхом розробки низки промислових методів фіксації атмосферного азоту. Найважливішим із них є синтез аміаку за схемою:

Визначення азоту

Для визначення вільного азоту аналізований газ приводять у контакт із нагрітим магнієм; за наявності азоту утворюється нітрид магнію, що з водою дає аміак.

Кругообіг азоту

Азот є найважливішим біогенним елементом, необхідним для побудови білків та нуклеїнових кислот. Однак азот атмосфери недоступний для тварин та більшої частини рослин. Тому в кругообіг азоту першорядне значення має процес його біологічної фіксації (фіксація молекулярного азоту атмосфери). Азотфіксація здійснюється азотфіксуючими мікроорганізмами, наприклад бактеріями з роду Rhizobium, або бульбочковими бактеріями, що живуть у симбіозі (див.) з бобовими рослинами (горох, люцерна, соя, люпин та інші), на коренях яких утворюються бульбочки, що містять бактерії, здатні . До симбіотичних азотфіксаторів відносяться також деякі актиноміцети, що живуть у кореневих бульбах вільхи, лоха, обліпихи і так далі. Активними азотфіксаторами є також деякі вільноживучі мікроорганізми, що мешкають у ґрунті, прісних та солоних водоймах. Це анаеробна спороносна бактерія клостридіум (Clostridium pasteurianum), відкрита С. Н. Виноградським, аеробна бактерія – азотобактер (див. Azotobacter). Здатність засвоювати молекулярний азот мають, крім того, мікобактерії, деякі види синьо-зелених водоростей (Nostoc, Anabaena та ін), а також фотосинтезуючі бактерії.

Найбільше значення в збагаченні ґрунту азотом мають бульбочкові бактерії. В результаті діяльності цих бактерій у ґрунт вноситься 100-250 кг/га за сезон; синьо-зелені водорості на рисових полях фіксують до 200 кг/га азоту на рік. Вільноживучі азотфіксуючі бактерії пов'язують кілька десятків кілограмів азоту однією гектар грунту.

С. Н. Виноградський уперше (1894) висловив припущення про те, що початковим продуктом процесу біологічної азотфіксації є аміак. Нині це припущення повністю підтверджено. Доведено, що перетворення N 2 NH 3 являє собою ферментативний процес. Фермент, який здійснює цей процес (нітрогеназа), складається з двох білкових компонентів, активний тільки без кисню, а сам процес відбувається за рахунок енергії аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Рослини, а також мікроорганізми потім перетворюють неорганічний амонійний азот на його органічні сполуки (амінокислоти, білки, нуклеїнові кислоти і так далі), і в такому вигляді він стає доступним для тварин і людини, включаючись в обмінні процеси, що протікають у їх організмах. Органічний азот тварин і рослин потрапляє в ґрунт (з виділеннями тварин або продуктами їх розкладання) і переробляється різними хробаками, молюсками, нематодами, комахами, а також мікроорганізмами. Мікроорганізми ґрунту – амоніфікатори (гнильні бактерії, деякі актиноміцети та гриби) – мінералізують у свою чергу органічний азот ґрунту (тіла тварин і рослин, органічні добрива, гумус) до амонію. Амоніфікація - комплекс ферментативних процесів, що протікають в основному в два етапи: гідроліз білків та нуклеїнових кислот до амінокислот та азотистих основ та подальше розкладання цих сполук до аміаку. Аміак, що утворився, нейтралізується, реагуючи з органічними і неорганічними кислотами, що містяться в грунті. При цьому відбувається утворення амонійних солей. Амонійні солі та аміак у свою чергу піддаються нітрифікації під впливом нітрифікуючих бактерій (відкритих у 1890 році С. Н. Виноградським) з утворенням нітратів та нітритів.

Процеси нітрифікації та амоніфікації забезпечують рослини легко засвоюваними сполуками азоту. Амонійні солі та нітрати засвоюються рослинами та мікроорганізмами, перетворюючись на азотні органічні сполуки. Однак частина азоту перетворюється в грунті на молекулярний азот в результаті процесу денітрифікації, що здійснюється в мікроорганізмах - денітрифікаторами (рис.). Денітрифікуючі бактерії широко поширені в природі, зустрічаючись у великій кількості в грунті, гною та в меншому - у воді річок, озер та морів. Найбільш типові денітрифікатори – рухливі, грамнегативні палички. До них відносяться Bacterium fluorescens, В. denitrificans, В. pyocyaneum та інше.

Процес денітрифікації призводить до втрати доступного рослин азоту, проте процес азотфіксації, що постійно йде, в якійсь мірі компенсує ці втрати, а в відомих умовах (зокрема, при багатстві грунту безазотистими органічними речовинами) і значно збагачує грунт зв'язаним азотом.

Загалом сукупна дія процесів азотфіксації, нітрифікації та денітрифікації має велике біогеохімічне значення, сприяючи збереженню динамічної рівноваги між вмістом молекулярного азоту в атмосфері та зв'язаного азоту ґрунту, рослинного та тваринного світу.

Кругообіг азоту, в такий спосіб, грає найважливішу роль підтримці життя Землі.

Професійні шкідливості сполук азоту

До найбільш шкідливих у професійному відношенні сполук азоту відносяться азотна кислота (див.), аміак (див.), аміносполуки (див. Аміни) і амідосполуки (див. Аміди), а також суміші оксидів азоту, або нітрогазів (N 2 O, NO, NO 2 , N 2 O 4 і N 2 O 5). Останні утворюються при виробництві та застосуванні азотної кислоти (у процесі взаємодії її з різними металами або органічними речовинами), у процесі термічного окислення азоту повітря при електро- та газозварюванні, роботі дизельних та карбюраторних двигунів, спалюванні палива у потужних котельнях, а також під час вибухових робіт і так далі. Загальний характер дії нітрогазів на організм залежить від вмісту в газовій суміші різних оксидів азоту. В основному отруєння протікає по дратівливому, або нітритного типу дії. При контакті оксидів азоту з вологою поверхнею легень утворюються азотна та азотиста кислоти, які вражають легеневу тканину, викликаючи набряк легень. Одночасно в крові утворюються нітрати і нітрити, що безпосередньо діють на кровоносні судини, розширюючи їх і викликаючи зниження кров'яного тиску. Нітрити, взаємодіючи з оксигемоглобіном, перетворюють його на метгемоглобін, викликаючи метгемоглобінемію (див.). Спільним наслідком дії оксидів азоту є киснева недостатність.

У виробничих умовах можливі випадки впливу окремих оксидів азоту (див. нижче).

Оксид азоту. Великі її концентрації викликають шум у вухах, асфіксію, втрату свідомості. Смерть настає від паралічу дихального центру.

Окис азоту діє на центральну нервову систему, впливає на гемоглобін (переводить оксигемоглобін в метгемоглобін).

При легкому отруєнні окисом азоту спостерігається загальна слабкість, сонливість, запаморочення (симптоми оборотні).

При більш тяжкому отруєнні початкові симптоми посилюються, до них приєднується нудота, іноді блювання, настає напівнепритомність. При отруєннях середньої тяжкості різка слабкість та запаморочення тривають багато годин, нерідко спостерігається синюшність слизових оболонок та шкіри, почастішання пульсу. При тяжких отруєннях початкові явища нерідко стихають, але після 1-3-денної ремісії з'являються слабкість і запаморочення, спостерігаються зниження кров'яного тиску, сіро-синє забарвлення слизових оболонок та шкіри, збільшення та болючість печінки; межі серця розширені, тони глухі, пульс уповільнений. Виникають поліневрити, поліневралгії. Кров шоколадно-бурого кольору, підвищеної в'язкості. Наслідки важкого отруєння можуть тривати більше року: порушення асоціативних здібностей, послаблення пам'яті та м'язової сили, загальна слабкість, біль голови, запаморочення, швидка стомлюваність.

Двоокис азоту. Гостре отруєння починається з легкого кашлю, у більш важких випадках – з сильного кашлю, відчуття сором'язливості у грудях, головного болю, іноді блювоти, салівації. Період щодо задовільного стану триває 2-18 год. Потім з'являються ознаки наростаючого набряку легень: сильна слабкість, кашель, що збільшується, біль у грудях, ціаноз, у легенях багато вологих хрипів, прискорене серцебиття, іноді озноб, підвищення температури. Непоодинокі значні розлади з боку шлунково-кишкового тракту: нудота, блювання, пронос, сильні болі у верхній частині живота. Набряк легень характеризується важким станом (різкий ціаноз, сильна задишка, прискорений пульс, кашель з пінистим мокротинням, іноді з кров'ю). Кров'яний тиск у нормі, у крові – збільшення кількості еритроцитів та гемоглобіну, лейкоцитоз, уповільнена РОЕ. Рентгенологічно - знижена прозорість легеневих полів, в обох легенях велика кількість пластів'яподібних затемнень різної величини. Токсичний набряк легень супроводжується «синім» типом гіпоксемії, при ускладненні колапсом спостерігається «сірий» тип (див. Гіпоксія). Нерідкі ускладнення пневмонією. Можливий смертельний результат. На секції - набряк легень, крововиливу в них, темна рідка кров у серці та судинах. Стан отруєних та прогноз погіршується, якщо постраждалі до отруєння страждали на захворювання серця або легень.

При хронічних отруєннях - хронічні запальні захворювання верхніх дихальних шляхів, хронічні бронхіти, емфізема, зниження кров'яного тиску, зелений наліт на зубах, руйнація коронок різців.

Ангідрид азотистої кислоти діє на організм аналогічно окису азоту та іншим нижчим його окислам.

Перша допомога при отруєннях сполуками азоту- перенести потерпілого на свіже повітря; забезпечити повний спокій, вдихання кисню. За показаннями – серцеві засоби, при зупинці дихання – лобелін. Потім обов'язкове транспортування постраждалого у лежачому положенні до стаціонару. При ознаках набряку легенів - внутрішньовенно 10-20 мл 10% розчину хлориду кальцію, 20 мл 40% розчину глюкози з аскорбіновою до-тою (500 мг), киснева терапія.

Лікування розвиненого набряку легень залежить від типу гіпоксемії. При "синьому" типі - переривчасте введення кисню (карбоген протипоказаний), кровопускання (200-300 мл), при необхідності - повторення його через 6-8 год; рекомендуються засоби, що знижують кров'яний тиск, серцеві засоби. При «сірому» типі аноксемії – стимуляція дихального та вазомоторного центру шляхом переривчастого вдихання карбогену, кофеїну, ефедрину, внутрішньовенно 50-100 мл 40% розчину глюкози. Кровопускання протипоказане.

З метою профілактики та лікування пневмоній – раннє призначення сульфаніламідів та антибіотиків.

Профілактика:індивідуальний захист - протигази, що фільтрують марок В, М, KB, кислотозахисні рукавички та чоботи, герметичні окуляри, спеціальний одяг. Необхідна повна герметизація виробничого обладнання, де можуть утворитися та виділятися нітрогази, укриття фіксованих джерел виділення цих газів, місцева вентиляційна система.

Гранично допустима концентрація для оксидів азоту повітря робочих приміщень 5 мг/м 3 (у перерахунку на NО 2), в атмосферному повітрі населених пунктів 0,085 мг/м 3 або 0,4 мг/м 3 (для азотної кислоти).

Визначення в повітрі оксидів азоту засноване на поглинанні двоокису та чотирихокису азоту розчином йодиду калію та колориметричному визначенні азотистої кислоти, що утворилася, з реактивом Грисса-Ілошваї.

Бібліографія:Некрасов Б. В. Основи загальної хімії, т. 1, с. 377, М., 1969; Ремі Г. Курс неорганічної хімії, пров. з нім., т. 1, с. 560, М., 1972.

Кругообіг А.- Виноградський С. Н. Мікробіологія ґрунту, М., 1952; Кретович Ст Л. Обмін азоту в рослинах, М., 1972, бібліогр.; Мішустін Е. Н. і Шильникова Ст К. Біологічна фіксація атмосферного азоту, М., 1968, бібліогр.

Професійні шкідливості сполукА. - Шкідливі речовини у промисловості, під ред. Н. В. Лазарєва, ч. 2, с. 136, Л., 1971; Гігієна праці хімічної промисловості, під ред. З. А. Волкової та ін, с. 373, М., 1967; Гуртовий Ю. А. Отруєння парами азотної кислоти, Суд.-мед. експертиза, т. 12, №3, с. 45, 1969; Неймарк Е. З. та Зінгер Ф. X. Професійні отруєння робочих вугільних шахт, їх лікування та профілактика, с. 34, М., 1961; Перегуд Є. А., Биховська М. С. та Гернет Є. В. Швидкі методи визначення шкідливих речовин у повітрі, с. 67, М., 1970; Сафронов В. А. Особливості клінічного перебігу набряку легень при комбінованих ураженнях азотною кислотою, Воєн.-мед. журн., № 7, с. 32, 1966; Air quality criteria for nitrogen oxides, Washington, 1971, bibliogr.

В. П. Мішин; З. Г. Євстигнєєва, В. Л. Кретович (кругообіг А.); Є. Н. Марченко (проф.).