Тема 2.11. Нітроген. Азот
План
1. Загальна характеристика елементів V-А групи.
2. Нітроген.
3. Склад та будова молекули азоту.*
4. Фізичні властивості.
5. Хімічні властивості.**
6. Добування.*
7. Застосування.
1. Елементи V-A групи, або головної підгрупи V групи періодичної системи мають однакову будову зовнішнього енергетичного рівня ns2np3 , яка відрізняється від будови зовнішнього енергетичного рівня наступних у періодах інертних елементів на три електрони. Тому вони (за винятком Стибію і Бісмуту) виявляють неметалічні властивості. Це – р-елементи, що мають по три неспарених електрони на зовнішньому р-підрівні. Всі вони, крім Нітрогену, на зовнішньому рівні мають вільні d-орбіталі, на які під час збудження атома можуть переходити розпаровані електрони зовнішнього s-підрівня. Тому їх найнижчий ступінь окиснення -3, а найвищий +5.
Вищі оксиди та їх гідрати мають кислотний характер, який зменшується із зростанням протонного числа елемента. У групі зверху вниз неметалічні властивості послаблюються, а металічні посилюються (Стибій і Вісмут – метали) згідно зі зменшенням значень електронегативності.
Гідриди цих елементів, на відміну від гідридів VI-A групи, не виявляють яскраво виражених кислотних властивостей. Аміак NH3, маючи на атомі Нітрогену неподілену пару електронів зовнішньої s-орбіталі, легко приєднує йон Гідрогену, утворюючи амоній-іон NH4+ за донорно-акцепторним механізмом, і виявляє основні властивості. Інші гідриди, крім фосфіну РН3, позбавлені цих властивостей через збільшення радіуса центрального атома.
2. Будова атома Нітрогену:
Електронна конфігурація атома: 1s22s22p3
|
Ізотопи: 14N та 15N
Поширення в природі: Нітроген у складі азоту – основна складова повітря (w(N2) = 78%). У вигляді неорганічних сполук Нітроген у невеликих кількостях є в грунті. У вигляді складних органічних сполук – білків – він увіходить до складу всіх живих організмів, беручи участь у їх життєдіяльності.
3.Молекулярна формула азоту N2
Електронна формула 
Структурна формула 
4. Азот за стандартних умов – газ без кольору і запаху. Його молекули неполярні, тому взаємодія між ними дуже слабка, вона не може перешкодити їх хаотичному руху. Цим пояснюється газуватий стан азоту і це є причиною того, що азот зріджується (-196ºC) і твердне (-210ºC) за дуже низьких температур. У твердому стані має молекулярні кристалічні гратки. Неполярністю молекул азоту пояснюється низька розчинність його у воді (в 1 об’ємі води за 20ºC розчиняється 0,0154 об’єми азоту). Він трохи легший за повітря, маса 1 л азоту дорівнює 1,25 г.
5. Молекула азоту має потрійний зв’язок між атомами Нітрогену (один σ-зв’язок і два π-зв’язки), він міцний і тому азот малоактивний.
1) За звичайних умов він взаємодіє тільки з літієм, утворюючи літій нітрид:
З іншими металами азот сполучається за високої температури:
2) За високих температур і тиску, а також наявності каталізатора азот взаємодіє з воднем, утворюючи амоніак:
3) З киснем азот сполучається за температури електричної дуги, понад 2000OC, утворюючи нітроген (ІІ) оксид:
Оскільки Нітроген у сполуках виявляє як позитивний, так і негативний ступінь окиснення, його проста речовина – азот – у реакціях може бути як окисником, так і відновником.
6. У лабораторії азот одержують такими способами:
1) під час нагрівання амоній нітриту або суміші концентрованих розчинів натрій нітриту і амоній хлориду:
2) під час розкладу амоніаку над купрум (ІІ) оксидом:
У промисловості азот добувають фракційною перегонкою зрідженого повітря.
7. Азот застосовують для:
1) добування амоніаку;
2) наповнення електричних ламп;
3) одержання сильного охолодження (пари рідкого азоту викликають сильне охолодження – у холодильних установках (рефрижераторах) для перевезення фруктів; для охолодження пошкодженого чорнобильського реактора навіть збудували завод для виробництва рідкого азоту).
Контрольні запитання:
1. Яке місце в періодичній системі елементів займає Нітроген?
2. Наведіть електронну формулу атома Нітрогену. Які ступені окиснення для нього характерні?
3. Які фізичні властивості азоту?
4. Де використовується азот?
5. Скласти рівняння реакцій за схемою N2→NO→ NO2→HNO3→NaNO3
6. Який об’єм займає азот за н.у. масою 56 г?
7. Визначте об’єм аміаку, який утворився при взаємодії 11,2л азоту з 11,2л водню, якщо вихід продукту реакції складає 95%.
Література:
1. Данильченко В.Є., Фрадіна Н.В. Хімія. 10 – 11 класи: Навч. посібник. – Х.: Країна мрій™, 2003. - с. 21.
2. Хомченко Г.П. Химия. – М.: Высшая школа, 1981. – Ч. ІІ, Гл. 10, §§ 78-79, с. 93-94.
3. Стахеєв О.Ю. Хімія. Узагальнюючі схеми і таблиці. – Тернопіль.: «Богдан», 1998. – с. 28.