Азот в химии - классификация, получение, свойства, формулы и определения с примерами

Получение

В лабораториях его можно получать по реакции разложения нитрита аммония:

Реакция экзотермическая, идёт с выделением 80 ккал (335 кДж), поэтому требуется охлаждение сосуда при её протекании (хотя для начала реакции требуется нагревание нитрита аммония).

Практически эту реакцию выполняют, добавляя по каплям насыщенный раствор нитрита натрия в нагретый насыщенный раствор сульфата аммония, при этом образующийся в результате обменной реакции нитрит аммония мгновенно разлагается.

Выделяющийся при этом газ загрязнён аммиаком, оксидом азота (I) и кислородом, от которых его очищают, последовательно пропуская через растворы серной кислоты, сульфата железа (II) и над раскалённой медью. Затем азот осушают.

Ещё один лабораторный способ получения азота — нагревание смеси дихромата калия и сульфата аммония (в соотношении 2:1 по массе). Реакция идёт по уравнениям:

Самый чистый азот можно получить разложением азидов металлов:

Так называемый «воздушный», или «атмосферный» азот, то есть смесь азота с благородными газами, получают путём реакции воздуха с раскалённым коксом:

O₂+ 4N₂ + 2C → 2CO + 4N₂

При этом получается так называемый «генераторный», или «воздушный», газ — сырьё для химических синтезов и топливо. При необходимости из него можно выделить азот, поглотив монооксид углерода.

Молекулярный азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Этим методом можно получить и «атмосферный азот».

Один из лабораторных способов — пропускание аммиака над оксидом меди (II) при температуре ~700°С:

Аммиак берут из его насыщенного раствора при нагревании. Количество CuO в 2 раза больше расчётного. Непосредственно перед применением азот очищают от примеси кислорода и аммиака пропусканием над медью и её оксидом (II) (тоже ~700°C), затем сушат концентрированной серной кислотой и сухой щёлочью.
Процесс происходит довольно медленно, но он того стоит: газ получается весьма чистый.

Сроки и нормы внесения азотных удобрений

Азотные удобрения вносят, начиная с весны, при наступлении первых теплых дней (в середине апреля). Большинство азотных удобрений легко вымывается из почвы, поэтому применение их ранней весной нерационально. Осенью азот из подкормок исключают, иначе растения останутся зимовать с молодыми невызревшими побегами.

Первая подкормка (апрель): 100-150 г азота на приствольный круг. Норма указана по действующему веществу: таким образом, мочевину вносят 200 г (содержит 45-46% действующего вещества), аммиачную селитру — 250-300 г (содержит 30-34% действующего вещества).

Вторая подкормка (середина мая): вносится под плодовые деревья и кустарники, декоративные можно не подкармливать; 50-100 г (по действующему веществу) азота на приствольный круг.

Третья подкормка (2-ая декада июня): аналогично второй, вносится для сохранения завязей.

Начиная с июля подкармливать азотом растения не рекомендуют: в противном случае они не успеют подготовиться к зиме.

Нормы указаны для деревьев, для кустарников норму уменьшают в 2-3 раза, для вересковых и хвойных — вносят 1/8 от приведенных норм. Для внекорневых подкормок концентрацию уменьшают в 2-3 раза; лучше использовать мочевину, т.к. она не обжигает листья — 5–10 г на 1 л воды.

Открытие

Полная статья Открытие азота.

В 1777 году Генри Кавендиш провёл следующий опыт: он многократно пропускал воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. С позиций современной химии ясно, что в реакции с раскалённым углём кислород воздуха связывался в углекислый газ, который затем реагировал со щёлочью. При этом остаток газа представлял собой по большей части азот. Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что это новое простое вещество (химический элемент). В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли.

Пристли в это время проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, совершенно неверно истолковал полученные результаты (по его мнению, процесс был противоположным — не кислород удалялся из газовой смеси, а наоборот, в результате обжига воздух насыщался флогистоном; оставшийся воздух (азот) он и назвал насыщенным флогистоном, то есть флогистированным). Очевидно, что и Пристли, хотя и смог выделить азот, не сумел понять сути своего открытия, поэтому и не считается первооткрывателем азота.

Одновременно схожие эксперименты с тем же результатом проводил и Карл Шееле.

В 1772 году азот (под названием «испорченного воздуха») как простое вещество описал Даниэль Резерфорд, он опубликовал магистерскую диссертацию, где указал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, не пригоден для дыхания). Именно Даниэль Резерфорд и считается первооткрывателем азота.

В дальнейшем азот был изучен Генри Кавендишем (интересен тот факт, что он сумел связать азот с кислородом при помощи разрядов электрического тока, а после поглощения оксидов азота в остатке получил небольшое количество газа, абсолютно инертного, то есть инертные газы, хотя, как и в случае с азотом, не смог понять, что выделил новые химические элементы). Однако и Резерфорд был сторонником флогистонной теории, поэтому также не смог понять, что же он выделил. Таким образом, чётко определить первооткрывателя азота невозможно.

Свойства

Физические свойства

При атмосферном давлении азот существует в трех аллотропных модификациях, точка перехода между которыми −238 °C (теплота перехода 250 Дж/моль), и −186 °C (теплота перехода 199,3 кДж/кг).
Основные физические свойства азота перечислены в таблице.

Химические свойства, строение молекулы

Азот в свободном состоянии существует в форме двухатомных молекул N₂, электронная конфигурация которых описывается формулой σ_s²σ_s*2π_{x, y}4σ_z², что соответстует тройной связи между молекулами азота N≡N (длина связи d_N≡N = 0,1095 нм). Вследствие этого молекула азота крайне прочна, для реакции диссоциации N₂ 2N удельная энтальпия образования ΔH°₂₉₈=945 кДж, константа скорости реакции К₂₉₈=10-120, то есть диссоциация молекул азота при нормальных условиях практически не происходит (равновесие практически полностью сдвинуто влево). Молекула азота неполярна и слабо поляризуется, силы взаимодействия между молекулами очень слабые, поэтому в обычных условиях азот газообразен.

Даже при 3000 °C степень термической диссоциации N₂ составляет всего 0,1 %, и лишь при температуре около 5000 °C достигает нескольких процентов (при нормальном давлении). В высоких слоях атмосферы происходит фотохимическая диссоциация молекул N₂. В лабораторных условиях можно получить атомарный азот, пропуская газообразный N₂ при сильном разряжении через поле высокочастотного электрического разряда. Атомарный азот намного активнее молекулярного: в частности, при обычной температуре он реагирует с серой, фосфором, мышьяком и с рядом металлов, например, со ртутью.

Вследствие большой прочности молекулы азота многие его соединения эндотермичны, энтальпия их образования отрицательна, а соединения азота термически малоустойчивы и довольно легко разлагаются при нагревании. Именно поэтому азот на Земле находится по большей части в свободном состоянии.

Ввиду своей значительной инертности азот при обычных условиях реагирует только с литием:

6Li + 3N₂ → 2Li₃N,

при нагревании он реагирует с некоторыми другими металлами и неметаллами, также образуя нитриды:

3Mg + N₂ → Mg₃N₂,
2B + N₂ → BN₂,

Наибольшее практическое значение имеет нитрид водорода (аммиак):

Промышленное связывание атмосферного азота

Полная статья Промышленное связывание атмосферного азота.

Соединения азота чрезвычайно широко используются в химии, невозможно даже перечислить все области, где находят применение вещества, содержащие азот: это индустрия удобрений, взрывчатых веществ, красителей, медикаментов и проч. Хотя колоссальные количества азота доступны в прямом смысле слова «из воздуха», из-за описанной выше прочности молекулы азота N₂ долгое время оставалась нерешённой задача получения соединений, содержащих азот, из воздуха; большая часть соединений азота добывалась из его минералов, таких, как чилийская селитра. Однако сокращение запасов этих полезных ископаемых, а также рост потребности в соединениях азота заставил форсировать работы по промышленному связыванию атмосферного азота.

Наиболее распространён аммиачный способ связывания атмосферного азота. Обратимая реакция синтеза аммиака:

3H₂ + N₂ 2NH₃

экзотермическая (тепловой эффект 92 кДж) и идёт с уменьшением объёма, поэтому для сдвига равновесия вправо в соответствии с принципом Ле Шателье — Брауна необходимо охлаждение смеси и высокие давления. Однако с кинетической точки зрения снижение температуры невыгодно, так как при этом сильно снижается скорость реакции — уже при 700 °C скорость реакции слишком мала для ее практического использования.

В таких случаях используется катализ, так как подходящий катализатор позволяет увеличить скорость реакции без сдвига равновесия. В процессе поиска подходящего катализатора было испробовано около двадцати тысяч различных соединений. По совокупности свойств (каталитическая активность, стойкость к отравлению, дешевизна) наибольшее применение получил катализатор на основе металлического железа с примесями оксидов алюминия и калия. Процесс ведут при температуре 400—600°С и давлениях 10—1000 атмосфер.

Следует отметить, что при давлениях выше 2000 атмосфер синтез аммиака из смеси водорода и азота идёт с высокой скоростью и без катализатора. Например, при 850 °C и 4500 атмосфер выход продукта составялет 97 %.

Существует и ещё один, менее распространённый способ промышленного связывания атмосферного азота — цианамидный метод, основанный на реакции карбида кальция с азотом при 1000 °C. Реакция происходит по уравнению:

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C.

Реакция экзотермична, её тепловой эффект 293 кДж.

Ежегодно из атмософеры Земли промышленным путём отбирается примерно 1·106 т азота.

Особенности процедуры

Лечебное действие жидкого азота основано на его низкой температуре. В зависимости от типа процедуры замораживание может вызвать либо разрушение и отторжение патологических тканей, либо резкое сужение кровеносных сосудов и их последующее расширение, значительно увеличивающее приток крови к месту обработки кожи.

Криотерапия жидким азотом проводится с помощью специального аппликатора – деревянной палочки 25-30 сантиметров длиной, на конце которой закреплен ватный тампон размером несколько превышающий размер удаляемого элемента на коже.

Также для процедуры может использоваться криоаппликатор в виде тубуса-резервуара для жидкого азота со специальными сменными насадками различной формы в зависимости от проводимой процедуры.

Криоаппликатор

Непосредственно перед процедурой участок будущего воздействия азота обрабатывают 70° спиртом.

Удаление бородавок, гипертрофических рубцов и угревой сыпи происходит посредством глубокой заморозки удаляемого дефекта кожи.

Для этого под небольшим давлением около 30 секунд проводится плотная фиксация аппликатора над удаляемым образованием. Примерно через минуту после замораживания в области обработки кожи жидким азотом развивается гиперемия (резкий приток крови) и отек, а еще спустя несколько часов формируется либо эпидермиальный пузырь, либо плотная корочка, которая через несколько дней отторгается, оставляя на месте себя практически незаметное розовое пятно.

Удаление бородавки жидким азотом

В ситуации, когда необходимо лишь поверхностное действие на кожу, жидкий азот применяется непродолжительно (10-15 секунд) в виде криомассажа.

Ватный тампон погружается в емкость с жидким азотом и проводится по массажным линиям либо в проблемной области кожи.

Таким образом удаляются папилломы, розовые угри, проводится массаж для лечения некоторых видов алопеции (облысения).

При лечении алопеции проводится расчесывание волос и кожи головы, и параллельно этому проводятся быстрые вращательные движения аппликатором с жидким азотом.

ВАЖНО: Локальная криотерапия широко используется как в медицинских, так и в косметологических целях, позволяя очень быстро добиваться желаемого результата и практически не вызывая негативных последствий после процедуры

Виды азота

По видам азот делиться на следующие:

Жидкий азот – бесцветная жидкость без запаха с температурой кипения -195,8°C при давлении 101,3 кПа и удельным объемом 1,239 дм/кг при температуре -195,8°C и давлении 101,3 кПа. Жидкий азот используется как хладагент. Жидкий азот может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз.
Закись азота – бесцветный газ, имеет сладковатый вкус и слабый, приятный запах.

Свойства этого газа были изучены английским химиком Гемфри Дэви (Humphry Davy) в 1799 году. Интересуясь действием различных газов на организм человека, Дэви обычно испытывал их на себе. При вдыхании закиси азота, он пришел в возбужденное состояние, сопровождаемое смехом. За эти свойства закись азота была названа им – веселящим газом. В дальнейшем было установлено, что при более длительном вдыхании закиси азота наступает потеря сознания. Закись азота – окисел, не дающий кислот, он относится к несолеобразующим окислам.

Закись азота (N2O) не может быть получена из газообразного кислорода и N2, она образуется из азотнокислой соли аммония, которая при осторожном нагревании разлагается на закись азота и воду по реакции:

NH4NO3 = N2O + 2H2O

Газообразный азот – относительно инертный по своим свойствам газ без цвета и запаха плотностью 1,25046 кг/м3 при 0°C и давлении 101,3 кПа. Удельный объем газообразного азота равен 860,4 дм3/кг при давлении около 105 Па и температуре 20°C.

В отличие от кислорода, который взаимодействует почти со всеми элементами, встречающимися в природе, газообразный азот при комнатной температуре соединяется с единственным элементом – литием, образуя при этом нитрид лития:

N2 + 6Li = 2Li3N

Но при высоких температурах ряд металлов (титан, молибден и др.) с азотом образуют нитриды, снижающие механические свойства и поэтому его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить.

Лазерная деструкция бородавок – выбор современных специалистов

Оптимальным и наиболее прогрессивным способом избавления от бородавок на сегодняшний день однозначно является лазерное удаление.

Процедура занимает всего несколько минут, обеспечивая испарение атипичных клеток новообразования и минимизируя риск рецидива или формирования шрама на коже пациента. В отличии от прижигания бородавок азотом, лазер действует строго направленно и избирательно, не травмируя окружающие эпидермальные структуры. Кроме всего вышеописанного, к преимуществом лазерной методики можно отнести также следующие факторы:

Безболезненность;
Повышение регенеративных свойств кожи;
Отсутствие необходимости подготовки и реабилитации;
Простоту манипуляции;
Эффективность.

Клиника «НЕОМЕД», придерживаясь концепции внедрения в практику новейших технологий, предлагает своим пациентам лазерную коррекцию бородавок, при помощи современного оборудования. Многолетний опыт и квалификация наших специалистов, индивидуальный подход и доступная стоимость процедуры, позволит Вам быстро и навсегда избавиться от доброкачественного новообразования любой локализации.

Виды и свойства

Азот — вещество, которое образует несколько групп оксидов. Все они обладают разной молярной массой и физическими характеристиками. В группу солеобразующих входят:

Триоксид диазота (III). Химическая формула N2O3, кратность связи равна 3. Вещество имеет вид жидкости тёмно-синего цвета, плотность которой меньше плотности воды. Кристаллизуется при температуре -100 градусов. Этот кислотный оксид реагирует со щелочами, образуя соли. С водой образует азотистую кислоту: N2O3+H2O = 2HNO2.
Двуокись азота (IV) — NO2. Атомы в молекуле расположены под углом к друг другу. Вещество является ядовитым газом бурого цвета, имеет характерный запах. Легко растворимо в воде. Оксид образует 2 кислоты — азотную и азотистую. Азотная кислота образуется в присутствии воздуха и воды. Со щелочами образует 2 соли — нитрат и нитрит. При температуре меньше 22 градусов молекулы димеризуются и образуется N2O4. Образуется жидкость, которая при дальнейшем охлаждении превращается в кристаллы.
Пентаоксид (V) — N2O5. Другое название — азотный ангидрид. Представляет собой кристаллы, имеющие белую окраску. При нормальной температуре и давлении легко разлагается. При низких температурах сохраняет высокую степень устойчивости. Обладает свойствами окислителя и восстановителя.

РИСКИ

Явления, которые могут привести к повреждению клеток при криоконсервации, в основном происходят на этапе замерзания, и включают в себя: эффекты растворов, формирование внеклеточного льда, обезвоживание и внутриклеточное образование льда. Многие из этих эффектов могут быть уменьшены использованием криопротекторов. После того, как сохраняемый материал заморожен, он в относительной безопасности от дальнейших повреждений.

Однако, расчёты, основанные на накоплении радиационно-индуцированных повреждений ДНК в процессе крионического хранения, предложили максимальный срок хранения 1000 лет.

Эффекты растворов

Так как кристаллы льда растут в замерзающей воде, растворы исключаются, в результате чего они становятся концентрированными в оставшейся жидкой воде. Высокие концентрации некоторых растворенных веществ могут быть очень опасным.

Образование внеклеточного льда

Когда ткани постепенно охлаждается, вода мигрирует из клетки и лед образуется в межклеточном пространстве. Слишком много внеклеточного льда могут нанести механическое повреждение клеточной мембраны вследствие дробления.

Обезвоживание

Миграция воды, вызываемая образованием внеклеточного льда, также может привести к клеточной дегидратации. Соответствующие нагрузки на клетки могут причинить вред напрямую.

Формирование внутриклеточного льда

Хотя некоторые организмы и ткани могут выносить некоторое количество внеклеточного льда, какое-либо заметное количество внутриклеточного льда почти всегда приводит к смерти клеток.

Причины и виды бородавок

Бородавки – это кожные новообразования, имеющие вид полушаровидного узелка, плотного кожного нароста или мягкой папулы. Надеяться, что бородавка исчезнет сама собой можно только в детском возрасте, когда подобное разрешение наблюдается примерно в половине всех случаев. Что же касается взрослых, то самопроизвольное исчезновение эпидермального нароста – скорее исключение, чем правило.

Врачи утверждают, что всему виной вирус папилломы, который присутствует в организме практически каждого человека. Данный вирус некоторое время «дремлет», пребывая в латентном состоянии, а активизируется он в самый неподходящий момент, когда снижается защитная функция иммунной системы.

Обычно бородавки появляются на поверхности кожи, а также слизистых оболочках человека. Наиболее часто встречаются бородавки четырех типов:

Генитальные;
Плоские;
Подошвенные;
Обычные (или вульгарные).

Чаще бородавки формируются у женщин и детей. Это никак не связано с распространенным стереотипом о том, что данное явления возникает на почве нечистоплотности или нарушениями правил личной гигиены. На самом деле дети и женщины находятся в зоне риска лишь потому, что их кожа тоньше и нежнее. У детей, например, в эпидермисе различают всего три слоя, в то время как у взрослого их пять. Частые микротравмы и нарушения целостности кожного барьера, а также несовершенство детской иммунной системы, также провоцируют повышения риска возникновения кожных наростов у пациентов младшей возрастной группы.

Самыми распространенными являются обычные или, как их еще называют, вульгарные бородавки. Их излюбленное место – пальцы и кисти рук. Часто случается, что увидев появившуюся бородавку, люди стараются удалить кожный дефект самостоятельно, содрав его. Однако ни в коем случае не стоит этого делать. Таким образом, происходит повторное самозаражение ближних участков кожи.

Многие думают, что избавиться от бородавки можно очень просто, срезав ее лезвием или острым ножом. Но это мнение ошибочно, так как полностью удалить бородавку вряд ли получится, а вот обусловить ее дальнейшее увеличение в размерах можно

Также важно не спутать бородавку с опухолью и вовремя предпринять все необходимые меры. Как уже упоминалось выше, бородавка имеет вид шарообразного сосочка или узелка, её основание находится глубоко в коже

Иногда бородавки доставляют весьма неприятные и болезненные ощущения, мешая выполнять повседневную работу. Бородавки считаются косметическим дефектом, а также могут свидетельствовать об аномальном разрастании тканей, которое может пройти процесс злокачественного перерождения, приведя к предраковому или онкологическому состоянию, поэтому заметив подобный эпидермальный нарост, следует как можно быстрее обратиться за помощью к опытному врачу, который подскажет, каким способом лучше удалить бородавку на теле.

Источники получения азота

Физико-химические свойства азота обуславливают его широкое применение во многих отраслях жизнедеятельности человека. Для непрерывного протекания технологических процессов требуется постоянное наличие инертного газа требуемой степени чистоты. С это целью используют три основных источника его получения:

собственное производство газа в генераторных установках;
аренда емкости и подача азота на месте;
приобретение баллонов с жидким азотом.

Самостоятельная генерация азота для промышленных нужд – к такому решению приходят многие компании, в технологических процессах которых требуется постоянное применение данного газа. Получение азота посредством работы собственных генераторов является наиболее экономически выгодным способом, так как:

инертный газ получается требуемой чистоты,
отсутствуют транспортные расходы на его доставку,
исключаются отходы, вызванные испарением при замене баллонов,
использовать собственное оборудование гораздо безопаснее, чем баллоны под высоким давлением,
постоянный источник азота в требуемом объеме,
обеспечивается непрерывность технологических процессов, и исключаются простои.

Существует два типа генераторных установок для получения азота:

оборудование, использующее метод адсорбции при переменном давлении. Получаемый азот имеет очень высокую степень чистоты до 99,999%
генераторы мембранного типа – степень очистки менее 90%.

Каждый из данных способов получения газа имеет свои преимущества, поэтому выбор генераторов азота осуществляется в зависимости от нужд конкретного предприятия.