Азот (N) – это двухатомный газ, который не имеет вкуса, цвета, запаха. Это основной компонент воздуха. Один из самых распространённых и биологически значимых элементов. Входит в состав нуклеиновых кислот, а также гемоглобина, белков, хлорофилла.
Содержание статьи
- Свойства
- Химические свойства азота
- Физические свойства азота
- Связывание атмосферного азота
- Как получают азот
- Разложение нитрита аммония
- Нагревание дихромата калия с сульфатом аммония
- Пропускание аммиака над оксидом меди (II)
- Разложение азидов
- Реакция воздуха с раскалённым коксом
- Перегонка воздуха
- Основные области применения азота
- Медицина
- Промышленность
- Сельское хозяйство
- Маркировка баллонов с азотом
Свойства
Азот – довольно востребованный газ. Его популярность в различных областях обусловлена уникальными характеристиками.
Химические свойства азота
В свободном состоянии представляет собой двухатомные молекулы N2. Азот проявляет свойства как окислителя, так и восстановителя, поэтому может реагировать и с металлами, и с неметаллами. С кислородом вступает в реакцию только при больших температурах – от 2000°C, на вольтовой дуге. При взаимодействии с водородом образует аммиак. Нет реакции с мышьяком, серой, углеродом.
У азота минимальная реакционная способность. Для взаимодействия нужны жёсткие условия и достаточно активные вещества.
Физические свойства азота
Этот газ плохо растворяется в воде при нормальных условиях. У него нет ни цвета, ни запаха. Его плотность –1, 2506 кг/м3.
Элемент становится твердым при снижении температуры до -209,86 °C и образует огромные белые кристаллы или массу, похожую на снег.
В жидком состоянии этот газ похож на воду – он подвижный, не имеет цвета. При взаимодействии с воздухом вытягивает кислород. Его плотность в этом агрегатном состоянии составляет 808 кг/м3.
Связывание атмосферного азота
- Соединения азота применяют в большом количестве областей:
- индустрия удобрений;
- взрывчатые вещества;
- красители;
- медикаменты.
Однако из-за высокой прочности молекулы долго не удавалось получить соединения, в которых содержался бы азот из воздуха. Большую часть добывали из минералов, например, чилийской селитры. Снижение запасов ископаемых и увеличение потребности в соединениях азота спровоцировали ускорение работ по промышленному связыванию.
Самыми распространёнными способами стали аммиачный и цианамидный.
Как получают азот
Существует несколько способов получения этого газа. Перечислим самые известные и распространённые.
Разложение нитрита аммония
В лабораториях его получают с помощью реакции разложения NH4NO2 – нитрита аммония.
Для этого в насыщенный подогретый раствор сульфата аммония по капле добавляют насыщенный раствор нитрита натрия. В результате образуется и мгновенно разлагается NH4NO2.
Азот, который выделяется, очищают от кислорода, аммиака и оксида железа. Затем его осушают.
Нагревание дихромата калия с сульфатом аммония
Один из популярных методов – это нагревание смеси сульфата аммония и дихромата калия в пропорции 1:2. Реакцию описывают следующими формулами:
K2Cr2O7 + (NH4)2SO4 ⟶ (NH4)2Cr2O7 + K2SO4
(NH4)2Cr2O7 ⟶ N2↑ + Cr2O3 + 4H2O
Хотите получить консультацию?
Позвоните нам по телефону!Пропускание аммиака над оксидом меди (II)
В лабораториях применяют следующий способ. Над оксидом двухвалентной меди при 700°C пропускают аммиак. Его берут из нагретого насыщенного раствора. Перед использованием азот очищают от примеси кислорода и аммиака, а после сушат с использованием серной кислоты и сухой щёлочи. Это небыстрый процесс, но результат точно порадует – газ получается очень чистый.
Разложение азидов
Самый чистый азот получают с разложения азидов металлов. Формула выглядит так:
2NaN3 → 2Na + 3N2
Реакция воздуха с раскалённым коксом
Соединение азота и редких газов называют «атмосферный» азот. Его получают при взаимодействии раскалённого кокса и воздуха. Во время реакции выделяется «воздушный» газ, который является сырьём для химических синтезов. С его помощью можно получить необходимый нам элемент.
Перегонка воздуха
В промышленности большое значение имеет стоимость и доступность сырья. Поэтому азот выделяют прямо из воздуха. Для этого используют различные способы, например, фракционную перегонку. Этот метод подходит для получения молекулярного и атмосферного азота. Также часто применяют технологии мембранного и адсорбционного разделения газов.
Основные области применения азота
Элемент не вступает в реакцию с газообразными веществами, его атомы сложно разорвать. Это позволяет создать инертную среду, которая необходима для большого количества процессов. Этот газ используют в тех сферах, где требуется избегать реакций окисления: коррозии, горения и других.
Медицина
Этот химический элемент помогает сохранить кровь, медикаменты, различные биологические материалы. Он уничтожает большинство патологических бактерий, поэтому его используют для обработки медицинского оборудования и инструментов.
Закись азота высокой степени очистки применяют для проведения ингаляционного наркоза, обезболивания беременных аллергиков. Во время операций его вводят дозированно, в соотношении 30/70. Где 70% – это кислород. Такой метод не используют при гипоксии, алкоголизме, тяжёлых нервных расстройствах. Он усиливает влияние анальгетиков , барбитуратов.
Рекомендуем к прочтению:
Промышленность
Применение азота в промышленности – довольно распространённая практика. Его применяют, например, при добыче нефти. Он позволяет обеспечить безопасность буровых работ. Его используют для ремонта скважин. Им продувают трубопроводы и резервуары. Также для повышения нефтеотдачи пласта используют азот высокого давления.
- В число сфер применения входит и горнодобывающее дело. Азот используют для выполнения нескольких задач:
- создание взрывобезопасной среды в шахте;
- распирание пластов породы;
- тушение угля при самозгорании.
Азот заменяет воздух во всех процессах, где негативными факторами будут окисление и гниение. Например, при производстве электроники им продувают области, в которых не должен присутствовать окисляющий кислород.
Газом заполняют также шины летательных аппаратов и автомобилей.
Азот применяют и в пищевой промышленности. Он зарегистрирован как E941 – хладагент и газовая среда для упаковки, а также последующего хранения. В жидком виде его используют, чтобы создать инертную среду и избыточное давление в мягкой ёмкости. Это необходимо при разливе напитков без газа и масла.
Сельское хозяйство
Полноценное развитие и урожайность сельскохозяйственных культур зависит не только от наличия влаги и солнечного света, но и питания. Большую часть нужных компонентов они забирают из почвы, усваивают через корни. Однако даже в самом лучшем грунте нет того количества элементов, которые необходимы для роста. Если ежегодно высаживать на определенном участке одни и те же растения, почва быстро истощится. В первую очередь сельхозкультуры будут ощущать дефицит азота. Восполнить его помогут удобрения. Это специальные составы, которые содержат соединения азота в легкоусвояемых формах.
- Самые популярные варианты:
- натриевая, кальциевая или аммиачная селитра;
- мочевина;
- сульфат аммония.
Использовать их нужно со строгим соблюдением норм, сроков внесения.
Маркировка баллонов с азотом
В соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением баллоны с азотом должны быть только чёрного цвета. Также потребуется нанести коричневую полоску. Надпись выполняют жёлтой краской.
Если обращаться к ГОСТУ, ситуация будет несколько иной. Нанесение полосы уже не будет обязательным условием. Зато необходимо зафиксировать сведения о чистоте газа.
Источники:
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Азот
- Химия окружающей среды. Н. В. Гусакова
- Экологическая химия. В. А. Исидоров