Азот

Химический элемент азот и его электронное строение

 Химический элемент азот,N является представителем VA( пятой группы группы главной подгруппы) группы 2 периода с атомным номером — 7(p-элемент).

• Относительная молекулярная масса азота 14,00727 г/моль
• Число протонов P⁺=7
  Число электронов e=7
  Число нейтронов n°=Mr—P⁺=7
• В основном состоянии конфигурация азота : 1s² 2s² 2p³ ( [He] 2s² 2p³ )
• Азот может образовывать 3 связи по обменному механизму и одну по донорно-акцепторному=>максимальная валентность азота равна IV

Степени окисления азота и соответствующие важнейшие представители

Азот может проявлять как положительные ,так и отрицательные степени окисления: -3,0,+1,+2.+3,+4,+5.
Более устойчивыми из них являются (+3) и (+5).

Азот как простое вещество

Химические свойства

При обычных условиях азот взаимодействует только с литием.С другими металлами N2 взаимодействует только при высоких температурах

6Li+N₂=2Li₃N
N₂+3Mg=Mg₃N₂

Также при высоких температурах,давлении и в присутствии катализатора азот взаимодействует с водородом,образуя аммиак

N₂+3H₂=2NH₃    +Q (kat-Fe,t°,p)

При температуре электрической дуги он соединяется с кислородом,образуя оксид азота(II)

N₂+O₂=2NO       -Q (t°)

Физические свойства азота

• При нормальных условиях азот-бесцветный двухатомный газ,не имеющий запаха и вкуса
• Температура кипения и плавления соответственно равны  -195,8°C и -210°C
• Мало растворим в воде и других растворителях
• Не ядовит
• Молекула азота прочная вследствие его химической инертности 
• Содержание в воздухе — 78%

Получение азота

а)Из воздуха 
б)Разложением азитов сильных металлов
2NaN₃=3N₂+2Na
в)Разложением нитрита аммония
NH₄NO₂= N₂ +2H₂O (ходовой лаб.способ)
г)Взаимодействием аммиака и оксида меди(II)
3CuO + 2NH₃= N₂ + 3Cu +3H₂O

Аммиак(-3)

Химические свойства

С точки зрения кислотно-основных свойств аммиак- это основание,за счет неподеленной электронной пары на атоме азота.

• Химическая связь между элементами в молекуле аммиака-ковалентная полярная,образованная за счет распределения электронов между двумя атомами.
• В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями,образованными за счет электростатического взаимодействия между положительным и отрицательным зарядом.Отсюда такая хорошая растворимость в воде.

Взаимодействует с кислотами и водой,образуя катион аммония.

NH₃+H₂0=NH₄OH                                                      
NH₃+HCl=NH₄Cl
2NH₃+H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄
С точки зрения окислительно-восстановительных свойств аммиак- сильный восстановитель,вследствие наличия  атома азота в низшей, неустойчивой степени окисления.

Горение:
4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O
4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O(Kat-Pt)

Взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:
3CuO+2NH₃=N₂+3H₂O+3Cu
10NH₃+6KMnO₄+9H₂SO₄=5N₂+6MnSO₄+24H₂O+3K₂SO₄

Физические свойства

• Аммиак-бесцветный газ,с резким запахом
• Хорошо растворим в воде
• Легче воздуха (Mr(NH₃=17 г/моль)

Получение NH3

а)В условиях лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами

NH₄Cl+Ca(OH)₂=CaCl₂ +NH₃+H₂0 (t°)

Чтобы доказать,что выделяющийся газ-аммиак, подносим влажную фенолфталеиновую бумажку,она становится малиновой

б)В промышленности.Аммиак получают из азота и водорода
N₂+3H₂=2NH₃   +Q(kat-Fe)

Термическое разложение солей аммония 

а)Анион от летучей кислоты
NH₄Cl=NH₃+HCl
(NH₄)₂CO₃= 2NH₃+H₂O+CO₂ 

(NH₄)₂HPO₄=2NH₃+H₂O+HPO₃

б)Анион от кислоты-окислителя

NH₄NO₂=N₂+2H₂O

NH₄NO₃=N₂O+2H₂O

(NH₄)₂Cr₂O₇=N₂+Cr₂O₃+4H₂O  (реакция “Вулкан”)

Оксиды азота(+1),(+2)

Физические свойства N₂O и NO

• Бесцветные газы,почти не имеют никакого запаха
• Плохо растворимы в воде
• N₂O — “веселящий газ” является наркотиком в смеси с кислородом
• NO токсичен

Химические свойства

• Оксиды азота(I) и (II) являются несолеобразующими,т.е. они не вступают в реакции с щелочами,кислотами и солеобразования
• Взаимодействуют с O₂ и MeO

2N₂O + O₂ = 4NO
2NO + O₂ = 2NO₂
CuO + NO = Cu +NO₂

• С точки зрения ОВР эти оксиды восстановители(за счет атомов азота в неустойчивых степенях окисления)
  N₂ + O₂ = NO

Получение
       NO

• В промышленности
  4NH₃ + 5O₂ = NO + 6H₂O(Kat-Pt)
• В лаборатории
  3Cu + HNO₃(разб) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
• В природе
  N₂ + O₂ = 2NO
             
  N₂O

• NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O

Оксид азота(+3)

Физические свойства N₂O₃

• При нормальных условиях жидкость  синего цвета
• При стандартных условиях бесцветный, ядовитый газ
• Без примесей существует только в твердом виде

Химические свойства

Связь N⁺-O^— образована по донорно-акцепторному механизму.

• N₂O₃ — типичный кислотный оксид,который вступает в реакцию с водой,основными металлами,щелочами
              
  N₂O₃+H₂O= 2HNO₂
  N₂O₃ + Na₂O = 2NaNO₂
  N₂O₃ + 2 KOH = 2KNO₂ + H₂O
  
  Получение
• 2HNO₃ + As₂O₃ + 2H₂O = 2H₃AsO₄ + N₂O₃ (на холоде)
• Крахмал с 50% азотной кислотой
  (C₆H₁₀O₅)n + 12nHNO₃(50%) = 6nNO + 6nNO₂ + 6nCO₂ +11nH₂O
  

Оксид азота(+4)

Физические свойства NO₂

• Ядовитый газ красно-бурого цвета 
• Имеет характерный запах
• Хорошо растворим в воде

Химические свойства

• NO₂ — кислотный оксид

        2NO₂ + H₂O = HNO₂ + HNO₃
2NO₂ + K₂O = KNO₂ + KNO₃
2NO₂ + KOH = KNO₂ + KNO₃ +H₂O

• Если реакции идут в присутствии кислорода, то образуется HNO₃  и нитраты

        4NO₂ + 2H₂O + O₂ = 4HNO₃
4NO₂ +4KOH + O₂ = 4KNO₃ +2H₂O

Получение 

• В промышленности
  2NO + O₂ = 2NO₂
• В лаборатории
  Cu+4HNO₃(конц) = Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O
  2Pb(NO₃)₂ = 2PbO+4NO₂↑+O₂↑

Оксид азота(+5)

Физические свойства N₂O₅

• Бесцветные, летучие кристаллы
• Разлагается при комнатной температуре
• Стабилен при температуре ниже +10°C

Химические свойства

Связи N⁺-O^— образуются по донорно-акцепторному механизму: атом азота отдает электрон, являясь донором,и приобретает положительный заряд, атом кислорода присоединяет электрон,и приобретая отрицательный заряд(акцептор).

• N₂O₅ — кислотный оксид
  N₂O₅ + H₂O = 2HNO₃
  N₂O₅ + K₂O = 2KNO₃
  N₂O₅ + 2KOH = 2KNO₃ + H₂O

Получение 

• 2HNO₃ + P₂O₅ = 2HPO₃ +N₂O₅
• 2NO₂ + O₃ = N₂O₅ + O₂

Азотистая кислота HNO₂(+4)

Химические свойства
Разложение
2HNO₂=N₂O₃+H₂O=NO₂+NO+H₂O
3HNO₂=HNO₃+2NO+H₂O

Соли-нитриты
Более устойчивы,чем соответствующая кислота
Получение
KNO₃+Pb=KNO₂+PbO
NO₂+NO+2NaOH=2NaNO₂+H₂O
2NaNO₃=2NaNO₂+O₂

Восстановительные свойства
1)5KNO₂+2KMnO₄+3H₂SO₄ = 5KNO₃+2MnSO₄+K₂SO₄+3H₂O
2)HNO₂ + Br₂ + H₂O → 2HBr + HNO₃
3)HNO₂ + PbO₂ + H₂SO₄ → PbSO₄ + HNO₃ + H₂O
4)3KNO₂ + K₂Cr₂O₇ + 5H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 2KHSO₄ + 3KNO₃ + 4H₂O

Окислительные свойства
1)2HNO₂ + 2HI → I₂ + 2NO + 2H₂O
2)NaNO₂+3Zn+5NaOH+5H₂O=NH₃+3Na(Zn(OH)₄)
Нитриты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств.

Физические свойства
Азотистая кислота — это неустойчивая кислота, существующая только в разбавленных водных растворах, окрашенных в слабый голубой цвет, и в газовой фазе.В больших концентрациях эта кислота токсична.

Получение HNO₂
1)KNO₂+H₂SO₄=HNO₂+KHSO₄
2)Ba(NO₃)₂+H₂SO₄=2HNO₂+BaSO₄
AgNO₂+HCl=HNO₂+AgCl

Азотная кислота(+5)

Химические свойства

С точки зрения кислотно-основных свойств HNO₃-кислота.Как и все кислоты она будет реагировать:

а)С основными оксидами

CaO + 2 HNO₃ → H₂O + Ca(NO₃)₂

б)С солями

2HNO₃+CaCO₃=Ca(NO₃)₂+CO₂+H₂O

в)С гидроксидами металлов

NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O

С точки зрения окислительно-восстановительных свойств HNO3-сильный окислитель, за счет атома азота в высшей степени окисления.Будет взаимодействовать с типичными восстановителями:

а)С металлами

Mg + 4HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2NO₂ +2H₂O

Pt и Au не  реагируют с азотной кислотой!
Fe, AI, Cr реагируют с концентрированной HNO3 только при нагревании!

Me + HNO₃(разб) = MeNO₃ + H₂O + X

Щелочные и щелочноземельные металлы	Металлы до H2 в электрохим. ряду напряжения +Mg и Al	Металлы после H2
X- это NH4NO3	X- это N2, N2O	X- это NO

Me + HNO₃(конц) = MeNO₃ + H₂O + X

Щелочные и щелочноземельные металлы	Металлы до H2 в электрохим. ряду напряжения +Mg и A	Металлы после H2 Fe,Al,Cr при t°
X- это N2	X- это NO	X- это NO2

б)С неметаллами 

P + 5HNO₃ → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O
S + 6HNO₃ → H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O
C + 4HNO₃ → CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O
I₂ + 10HNO₃ → 2HIO₃ + 10NO₂ + 4H₂O

в)С галогеноводородами 

HNO₃ + 3HCl → NOCl + Cl₂ + 2H₂O
6HBr + 2HNO₃ → 3Br₂ + 2NO + 4H₂O

г)С сероводородной кислотой

8HNO₃ + H₂S → H₂SO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

Химические свойства нитратов

I.Как любые соли,нитраты взаимодействуют
а)с кислотами

Ba(NO₃)₂+H₂SO₄=BaSO₄+2HNO₃

б) с основаниями

Cu(NO₃)₂ + 2KOH=Cu(OH)₂+ 2KNO₃

в) с солями

3Ca(NO₃)₂+2K₃PO₄=6KNO₃+Ca₃(PO₄)₂

г)Более активные металлы вытесняют менее активные металлы из нитратов
Cu(NO₃)₂+Fe=Fe(NO₃)₂+Cu

II.Специфические свойства нитратов

1)NaNO₃ и KNO₃ не взаимодействуют с кислотами,солями,основаниями(т.к. р-ция не идет до конца)

2)Все нитраты при нагревании разлагаются

2KNO₃=2KNO₂+O₂
2Zn(NO₃)₂=ZnO+2NO₂+O₂
2AgNO₃=2Ag+2NO₂+O₂

Физические свойства азотной кислоты

Азотная кислота — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C с частичным разложением. Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях.

4HNO₃ = 2H₂O + 4NO₂ ↑ + O₂ ↑ 

Получение  

а) В промышленности:
N₂+3H₂=2NH₃
4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O(kat-Pt)
6NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃+2NO

б) В лаборатории
NaNO₃+H₂SO₄=HNO₃+NaHSO₄