Основы химии: свойства, применение и получение азота

Азот является одним из самых распространенных на Земле элементов – в атмосфере его содержание превышает 78%. Существование такого большого количества азота в свободном состоянии говорит о его инертности и трудном взаимодействии с другими элементами в обычных условиях.

В связанном состоянии это вещество можно найти в органической и неорганической материи. Связанный с углеродом и кислородом, азот находится в белках животных и растений.

Само по себе название «азот» придумал Лавуазье, который в ходе многочисленных опытов установил наличие в атмосфере некоего инертного вещества. Ученый счел эту субстанцию безжизненной – по-гречески «azote».

Азотный цикл

Несмотря на инертность азота, в природе происходят постоянные процессы его фиксации или связывания. Так, например, в корнях бобовых растений накапливаются особые бактерии, которые фиксируют азот, перерабатывая его в нитраты.

В атмосфере этот газ окисляется во время разряда молний. Затем оксиды азота растворяются в осадках, образуя кислоту азотную и азотистую. Со снегом, дождем, туманом азот попадает в почву, где происходит превращение его в нитриты или нитраты. Затем различные растения используют их для строительства белка. Животные питаются растениями, и растительный белок перерабатывается в животный. При разложении растений и животных после смерти все азотные соединения в их организмах превращаются в аммиак. Бактерии разрушают его до простейших элементов, выделяя при этом вновь чистый азот и водород. Так происходит азотный цикл или круговорот азота в природе.

Химические свойства азота

Его основное свойство в нормальных условиях – это инертность, т.е. минимальная химическая активность. Атом азота может образовывать связь с другим атомом азота, что достаточно необычно для химических элементов (исключение составляют лишь кремний и углерод).

При нагревании этот элемент реагирует с большинством металлов. При этом образуются ионные, ковалентные или промежуточные нитриды с отрицательно заряженным ионом азота.

В реакции с водородом азот образует достаточно устойчивые соединения – азотоводороды, которые отдаленно напоминают углеводороды. К подобным веществам относятся аммиак, гидразин и азотистоводородная кислота.

Получение и применение азота

Соединения этого вещества, играют важную роль в промышленности и сельском хозяйстве. Способ получения азота в виде химического элемента зависит от необходимой степени его чистоты. Больше всего азота необходимо для производства аммиака, но при этом допускается незначительное содержание в нем благородных газов.

Получение азота из атмосферы

Это один из самых экономичных способов, в ходе которого очищенный воздух последовательно сжижают путем охлаждения и расширения. Полученный жидкий воздух перегоняют через фракции, медленно поднимая при этом температуру. При этом процессе сначала выделяются благородные газы, а затем азот. Остается только жидкий кислород.

Подобное получение азота позволяет произвести много миллионов тонн этого вещества каждый год. Используют азот в основном для последующего производства аммиака, который, в свою очередь, выступает в роли сырья для получения промышленных и сельскохозяйственных азотосодержащих соединений.

Чистую азотную атмосферу также могут использовать, когда необходимо полное отсутствие кислорода.

Получение азота в лаборатории

В небольших количествах этот газ получают, окисляя ионы аммония или аммиак. В частности, ион аммония можно окислить нитрит-ионом.

Получение азота в процессе разложения

При нагревании разлагаются азиды, аммиак разлагается оксидом меди, нитриты разлагаются от взаимодействия с мочевиной или сульфаминовой кислотой – в результате всех этих реакций образуется азот.