Селитра беру - Nitrogenium сөзі латын тілінен осылай аударылады. Бұл азоттың атауы - периодтық кестенің ұзын нұсқасында 15-ші топты құрайтын атомдық нөмірі 7 химиялық элемент. Қарапайым зат түрінде ол Жердің ауа қабығында – атмосферада таралады. Әртүрлі азот қосылыстары жер қыртысында және тірі организмдерде кездеседі және олар өнеркәсіпте, әскери істерде, ауыл шаруашылығында және медицинада кеңінен қолданылады.
Неліктен азот «тұншықтырғыш» және «жансыз» деп аталды
Химия тарихшылары айтып отырғандай, бұл қарапайым затты бірінші болып Генри Кавендиш (1777) алған. Ғалым реакция өнімдерін сіңіру үшін сілтіні пайдаланып, ыстық көмірдің үстінен ауа өткізген. Тәжірибе нәтижесінде зерттеуші көмірмен әрекеттеспейтін түссіз, иіссіз газды тапты. Кавендиш оны «тұншықтырғыш ауа» деп атады, себебі тыныс алуды және күйуді қамтамасыз ете алмайды.
Қазіргі химик оттегінің көміртегімен әрекеттесіп, көмірқышқыл газын түзетінін түсіндірер еді. Қалған ауаның «тұншықтыратын» бөлігі негізінен N2 молекулалардан тұрды. Кавендиш және сол кездегі басқа ғалымдар бұл зат туралы әлі білмеді, дегенмен азот пен селитра қосылыстары сол кезде халық шаруашылығында кеңінен қолданылды. Ғалым әдеттен тыс газ туралы осыған ұқсас эксперименттер жасаған әріптесі Джозеф Пристлиге хабарлады.
Сонымен бірге Карл Шееле ауаның белгісіз құрамдас бөлігіне назар аударды, бірақ оның пайда болуын дұрыс түсіндіре алмады. Тек Дэниел Резерфорд 1772 жылы эксперименттерде бар «тұншықтырғыш» «бұзылған» газдың азот екенін түсінді. Қай ғалымды оның ашушысы деп санау керек – ғылым тарихшылары бұл туралы әлі дауласып жатыр.
Резерфорд тәжірибелерінен 15 жыл өткен соң, атақты химик Антуан Лавуазье азотқа қатысты «бұзылған» ауа терминін басқа - Nitrogenium деп өзгертуді ұсынды. Осы уақытқа дейін бұл заттың жанбайтындығы, тыныс алуды қолдамайтыны дәлелденді. Сонымен бірге орысша «азот» атауы пайда болды, ол әртүрлі тәсілдермен түсіндіріледі. Бұл термин көбінесе «жансыз» дегенді білдіреді. Кейінгі жұмыстар материяның қасиеттері туралы кең таралған пікірді жоққа шығарды. Азот қосылыстары – белоктар – тірі ағзалар құрамындағы ең маңызды макромолекулалар. Оларды құру үшін өсімдіктер топырақтан қажетті минералды қоректік элементтерді - NO32- және NH4+ иондарын сіңіреді..
Азот – химиялық элемент
Периодтық жүйе (PS) атомның құрылымын және оның қасиеттерін түсінуге көмектеседі. Химиялық элементтің периодтық жүйедегі орны бойынша анықтауға боладыядро заряды, протондар мен нейтрондар саны (массалық саны). Атомдық массаның мәніне назар аудару керек - бұл элементтің негізгі сипаттамаларының бірі. Период саны энергия деңгейлерінің санына сәйкес келеді. Периодтық кестенің қысқа нұсқасында топ нөмірі сыртқы энергетикалық деңгейдегі электрондар санына сәйкес келеді. Азоттың жалпы сипаттамасындағы барлық мәліметтерді оның периодтық жүйедегі орны бойынша жинақтайық:
- Бұл PS-тің жоғарғы оң жақ бұрышында орналасқан металл емес элемент.
- Химиялық белгісі: N.
- Тапсырыс нөмірі: 7.
- Салыстырмалы атомдық массасы: 14,0067.
- Ұшпа сутегі қосылысының формуласы: NH3 (аммиак).
- Азот валенттілігі V болатын N2O5 ең жоғары оксидті шығарады.
Азот атомының құрылымы:
- Негізгі заряд: +7.
- Протондар саны:7; нейтрондар саны: 7.
- Энергия деңгейлерінің саны: 2.
- Электрондардың жалпы саны: 7; электрондық формула: 1s22s22p3.
No7 элементтің тұрақты изотоптары жан-жақты зерттелген, олардың массалық сандары 14 және 15. Олардың шақпақтарының атомдарының мөлшері 99,64%. Сондай-ақ қысқа мерзімді радиоактивті изотоптардың ядроларында 7 протон бар және нейтрондар саны айтарлықтай өзгереді: 4, 5, 6, 9, 10.
Табиғаттағы азот
Жердің ауа қабығында қарапайым заттың молекулалары бар, олардың формуласы N2. Атмосферадағы газ тәріздес азоттың мөлшері көлемі бойыншашамамен 78,1%. Бұл химиялық элементтің жер қыртысындағы бейорганикалық қосылыстары әртүрлі аммоний тұздары мен нитраттар (нитраттар). Қосылыстардың формулалары және кейбір маңызды заттардың атаулары:
- NH3, аммиак.
- NO2, азот диоксиді.
- NaNO3, натрий нитраты.
- (NH4)2SO4, аммоний сульфаты.
Соңғы екі қосылыстағы азоттың валенттілігі - IV. Көмірде, топырақта, тірі организмдерде де байланысқан N атомдар болады. Азот аминқышқылдарының макромолекулаларының, ДНҚ және РНҚ нуклеотидтерінің, гормондардың және гемоглобиннің құрамдас бөлігі болып табылады. Адам ағзасындағы химиялық элементтің жалпы мөлшері 2,5%-ға жетеді.
Қарапайым зат
Екі атомды молекулалар түріндегі азот көлемі мен массасы бойынша атмосфералық ауаның ең үлкен бөлігі болып табылады. Формула N2 болатын заттың иісі, түсі немесе дәмі жоқ. Бұл газ Жердің ауа қабығының 2/3-тен астамын құрайды. Сұйық күйінде азот суға ұқсайтын түссіз зат. -195,8 °C температурада қайнатады. M (N2)=28 г/моль. Қарапайым зат азот оттегінен сәл жеңіл, оның ауадағы тығыздығы 1-ге жақын.
Молекуладағы атомдар 3 ортақ электрон жұбын тығыз байланыстырады. Қосылыс жоғары химиялық тұрақтылықты көрсетеді, бұл оны оттегіден және бірқатар басқа газ тәрізді заттардан ерекшелендіреді. Азот молекуласы оның құрамдас атомдарына ыдырауы үшін 942,9 кДж/моль энергия жұмсау керек. Үш жұп электронның байланысы өте күшті.2000 °C жоғары қыздырғанда бұзылады.
Қалыпты жағдайда молекулалардың атомдарға диссоциациялануы іс жүзінде болмайды. Азоттың химиялық инерттілігі оның молекулаларында полярлықтың толық болмауымен де байланысты. Олар бір-бірімен өте әлсіз әрекеттеседі, бұл қалыпты қысымда және бөлме температурасына жақын температурада заттың газ күйінің себебі болып табылады. Молекулярлық азоттың төмен реактивтілігі инертті ортаны құру қажет болатын әртүрлі процестер мен құрылғыларда қолданылады.
N2 молекулаларының диссоциациясы атмосфераның жоғарғы қабатындағы күн радиациясының әсерінен болуы мүмкін. Қалыпты жағдайда кейбір металдармен және бейметалдармен (фосфор, күкірт, мышьяк) әрекеттесетін атомдық азот түзіледі. Нәтижесінде жер жағдайында жанама түрде алынатын заттардың синтезі жүреді.
Азот валенттілігі
Атомның сыртқы электрондық қабаты 2 с және 3 p электрондары арқылы түзіледі. Азоттың бұл теріс бөлшектері басқа элементтермен әрекеттесу кезінде бас тартуы мүмкін, бұл оның қалпына келтіретін қасиеттеріне сәйкес келеді. Жетіспейтін 3 электронды октетке қосу арқылы атом тотығу қабілеттерін көрсетеді. Азоттың электртерістігі төмен, оның бейметалдық қасиеттері фтор, оттегі және хлорға қарағанда айқын емес. Осы химиялық элементтермен әрекеттесу кезінде азот электрондарды береді (тотықсызданады). Теріс иондарға дейін тотықсыздану басқа бейметалдармен және металдармен реакциялармен бірге жүреді.
Азоттың типтік валенттілігі III. Бұл жағдайдахимиялық байланыстар сыртқы р-электрондардың тартылуы және ортақ (байланыс) жұптарының пайда болуына байланысты түзіледі. Азот аммоний ионында NH4+.
. болатын жалғыз электрон жұбының арқасында донор-акцепторлық байланыс түзуге қабілетті.
Зертханалық және өнеркәсіптік өндіріс
Зертханалық әдістердің бірі мыс оксидінің тотықтырғыш қасиеттеріне негізделген. Азот-сутек қосылысы пайдаланылады - аммиак NH3. Бұл жағымсыз иісті газ ұнтақ тәрізді қара мыс оксидімен әрекеттеседі. Реакция нәтижесінде азот бөлініп, металл мыс (қызыл ұнтақ) пайда болады. Реакцияның басқа өнімі су тамшылары түтіктің қабырғаларында қалады.
Азот пен металдар комбинациясын пайдаланатын тағы бір зертханалық әдіс - азид, мысалы, NaN3. Қоспалардан тазартуды қажет етпейтін газ болып шықты.
Аммоний нитриті зертханада азот пен суға ыдырайды. Реакцияның басталуы үшін қыздыру қажет, содан кейін процесс жылу бөлінуімен (экзотермиялық) жүреді. Азот қоспалармен ластанған, сондықтан ол тазартылады және кептіріледі.
Өнеркәсіпте азот өндіру:
- сұйық ауаны фракциялық айдау - азот пен оттегінің физикалық қасиеттерін пайдаланатын әдіс (әртүрлі қайнау нүктелері);
- ауаның қызған көмірмен химиялық реакциясы;
- адсорбциялық газды бөлу.
Металдармен және сутегімен әрекеттесу - тотықтырғыш қасиеттері
Күшті молекулалардың инерттілігікейбір азот қосылыстарын тікелей синтездеу арқылы алуға мүмкіндік бермейді. Атомдарды белсендіру үшін затты күшті қыздыру немесе сәулелену қажет. Азот бөлме температурасында литиймен әрекеттесе алады, магниймен, кальциймен және натриймен реакция тек қыздырғанда ғана жүреді. Сәйкес металл нитридтері түзіледі.
Азоттың сутегімен әрекеттесуі жоғары температура мен қысымда жүреді. Бұл процесс катализаторды да қажет етеді. Аммиак химиялық синтездің ең маңызды өнімдерінің бірі болып табылады. Азот тотықтырғыш ретінде өз қосылыстарында үш теріс тотығу дәрежесін көрсетеді:
- −3 (аммиак және азоттың басқа сутегі қосылыстары нитридтер болып табылады);
- −2 (гидразин N2H4);
- −1 (гидроксиламин NH2OH).
Ең маңызды нитрид – аммиак өнеркәсіпте көп мөлшерде өндіріледі. Азоттың химиялық инерттілігі ұзақ уақыт бойы үлкен мәселе болып қала берді. Селитра оның шикізат көзі болды, бірақ өндіріс ұлғайған сайын минералдық қорлар тез азая бастады.
Өнеркәсіптік ауқымда азотты бекітудің аммиак әдісін жасау химия ғылымы мен практикасының үлкен жетістігі болды. Тікелей синтез арнайы колонналарда жүзеге асырылады - ауа мен сутегінен алынған азот арасындағы қайтымды процесс. Бұл реакцияның тепе-теңдігін өнімге қарай жылжытатын оңтайлы жағдайларды жасау кезінде катализаторды пайдаланып аммиак шығымы 97%-ға жетеді.
Оттегімен әрекеттесу - төмендететін қасиеттер
Азот пен оттегінің реакциясын бастау үшін қатты қыздыру қажет. Атмосферадағы электр доғасы мен найзағай разряды жеткілікті энергияға ие. Азот оң тотығу күйінде болатын ең маңызды бейорганикалық қосылыстар:
- +1 (азот оксиді (I) N2O);
- +2 (азот оксиді NO);
- +3 (азот оксиді (III) N2O3; азот қышқылы HNO2, оның тұздары нитриттер);
- +4 (азот (IV) диоксиді NO2);
- +5 (азот пентоксиді (V) N2O5, азот қышқылы HNO3, нитраттар).
Табиғаттағы мағынасы
Өсімдіктер топырақтан аммоний иондары мен нитрат аниондарын сіңіреді, химиялық реакциялар үшін жасушаларда үздіксіз жүретін органикалық молекулалардың синтезін пайдаланады. Атмосфералық азотты түйінді бактериялар – бұршақ тұқымдастардың тамырында өсінді түзетін микроскопиялық тіршілік иелері сіңіре алады. Нәтижесінде өсімдіктердің бұл тобы қажетті қоректік элементті алады, онымен топырақты байытады.
Тропиктік жаңбыр кезінде атмосферада азоттың тотығу реакциялары жүреді. Оксидтер еріп қышқылдар түзеді, судағы бұл азот қосылыстары топыраққа енеді. Элементтің табиғаттағы айналымына байланысты оның жер қыртысындағы және ауадағы қоры үнемі толықтырылып отырады. Құрамында азот бар күрделі органикалық молекулалар бактериялармен бейорганикалық компоненттерге ыдырайды.
Практикалық қолдану
Ең маңызды байланыстарАуыл шаруашылығына арналған азот – жақсы еритін тұздар. Несепнәр, селитра (натрий, калий, кальций), аммоний қосылыстары (аммиак, хлорид, сульфат, аммоний селитрасының сулы ерітіндісі) өсімдіктермен игеріледі. нитраттар. Өсімдік ағзасының бөліктері макронутриенттерді «болашақ үшін» сақтауға қабілетті, бұл өнімнің сапасын нашарлатады. Көкөністер мен жемістердегі нитраттардың артық болуы адамдардың улануын, қатерлі ісіктердің өсуін тудыруы мүмкін. Ауыл шаруашылығынан басқа, азот қосылыстары басқа салаларда қолданылады:
- дәрілерді алу үшін;
- макромолекулалық қосылыстардың химиялық синтезі үшін;
- тринитротолуолдан (тротилден) жарылғыш заттарды өндіруде;
- бояғыштарды өндіру үшін.
Операцияда оксид қолданылмайды, заттың ауыруды басатын әсері бар. Бұл газды ингаляциялау кезінде сезімнің жоғалуын азоттың химиялық қасиеттерін алғашқы зерттеушілер де байқады. «Күлетін газ» деген тривиальды атау осылай пайда болды.
Ауылшаруашылық өнімдеріндегі нитраттар мәселесі
Азот қышқылының тұздары - нитраттар - NO3- жалғыз зарядталған анионнан тұрады. Осы уақытқа дейін бұл заттар тобының ескі атауы - селитра қолданылады. Нитраттар егістіктерді тыңайту үшін, жылыжайларда, бақшаларда қолданылады. Олар ерте көктемде себу алдында, жазда - сұйық таңғыш түрінде қолданылады. Заттардың өзі адамға үлкен қауіп төндірмейді, бірақорганизмде олар нитриттерге, кейін нитрозаминдерге айналады. Нитрит иондары NO2- улы бөлшектер, олар гемоглобин молекулаларындағы темір темірдің үш валентті иондарға тотығуын тудырады. Бұл күйде адам мен жануарлардың қанының негізгі заты оттегін тасымалдай алмайды және тіндерден көмірқышқыл газын шығара алмайды.
Тағамның нитраттармен ластануының адам денсаулығына қауіптілігі қандай:
- нитраттарды нитрозаминдерге (канцерогендерге) айналдырғанда пайда болатын қатерлі ісіктер;
- ойық жаралы колиттің дамуы,
- гипотензия немесе гипертония;
- жүрек жеткіліксіздігі;
- қанның ұюының бұзылуы
- бауыр, ұйқы безі, қант диабетінің дамуы;
- бүйрек жеткіліксіздігінің дамуы;
- анемия, есте сақтау, зейін, интеллект бұзылысы.
Нитраттардың жоғары дозалары бар әртүрлі тағамдарды бір мезгілде қолдану жедел улануға әкеледі. Көздер өсімдіктер, ауыз су, дайындалған ет тағамдары болуы мүмкін. Таза суға салып, пісіру тағамның нитратының мөлшерін азайтуы мүмкін. Зерттеушілер қауіпті қосылыстардың жоғары дозалары жетілмеген және жылыжай өсімдіктерінен табылғанын анықтады.
Фосфор - азот топшасының элементі
Периодтық жүйенің бір тік бағанында орналасқан химиялық элементтер атомдары ортақ қасиеттерді көрсетеді. Фосфор үшінші периодта орналасқан, азот сияқты 15-ші топқа жатады. Атомдардың құрылысыэлементтері ұқсас, бірақ қасиеттерінде айырмашылықтар бар. Азот пен фосфор металдармен және сутегімен қосылыстарында теріс тотығу дәрежесін және III валенттілігін көрсетеді.
Фосфордың көптеген реакциялары қарапайым температурада жүреді, ол химиялық белсенді элемент. Ол оттегімен әрекеттесіп, жоғарырақ P2O5 түзеді. Бұл заттың сулы ерітіндісі қышқыл (метафосфор) қасиетіне ие. Оны қыздырғанда ортофосфор қышқылы алынады. Ол тұздардың бірнеше түрін құрайды, олардың көпшілігі суперфосфаттар сияқты минералды тыңайтқыштар қызметін атқарады. Азот пен фосфор қосылыстары біздің планетамыздағы заттар мен энергия айналымының маңызды бөлігі болып табылады, олар өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және қызметтің басқа салаларында қолданылады.
