Курсовая работа: Свойства азота
Таблица 2. СТЕПЕНИ
ОКИСЛЕНИЯ АЗОТА И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Химические свойства |
Степень окисления |
Примеры соединений |
–III |
Аммиак NH3, ион аммония NH4+, нитриды M3N2 |
–II |
Гидразин N2H4 |
–I |
Гидроксиламин NH2OH |
I |
Гипонитрит натрия Na2N2O2,
оксид азота(I) N2O |
II |
Оксид азота(II) NO |
III |
Оксид азота(III) N2O3, нитрит натрия NaNO2 |
IV |
Оксид азота(IV) NO2, димер N2O4 |
V |
Оксид азота(V) N2O5, азотная кислота HNO3 и ее соли (нитраты) |
Азота способен
образовывать химические соединения, находясь во всех степенях окисления от +5
до -3. Соединения в положительных степенях окисления азот образует с фтором и
кислородом, причем в степенях окисления больше +3 азот может находиться только
в соединениях с кислородом. Соединения, в которых имеет степень окисления - 3,
называются нитридами.Только с такими активными металлами, как литий, кальций,
магний, Азот взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких
температур. С большинством других элементов Азот реагирует при высокой
температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения Азота с
кислородом N2O, NO, N2O3,
NO2
и N2O5
. Из них при непосредственном взаимодействии элементов (4000°С) образуется
оксид NO
С
кислородом азот соединяется только в электрической дуге с образованием оксида
азота (II):
N2
+ O2
= 2NO
который при охлаждении
легко окисляется далее до оксида (IV) NO2.
В воздухе оксиды Азота образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить
также действием на смесь Азота с кислородом ионизирующих излучений. При
растворении в воде азотистого N2O3
и азотного N2O5
ангидридов соответственно получаются азотистая кислота HNO2
и азотная кислота HNO3, образующие соли -
нитриты и нитраты. С водородом Азот соединяется только при высокой температуре
и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH3.
Кроме аммиака, известны и другие многочисленные соединения Азот с водородом,
например гидразин H2N-NH2,
диимид HN=NH, азотистоводородная кислота HN3(H-N=N≡N),
октазон N8H14
и другие; большинство соединений Азота с водородом выделено только в виде
органических производных. Известно несколько оксидов азота. С галогенами азот
непосредственно не реагирует, косвенными путями получены NF3,
NCl3,
NBr3
и NI3
(фтористый азот NF3 - при взаимодействии
фтора с аммиаком), а также несколько оксигалогенидов (соединений, в состав
которых, кроме азота, входят атомы и галогена, и кислорода, например, NOF3)..
Как правило, галогениды Азота - малостойкие соединения (за исключением NF3);
более устойчивы оксигалогениды Азота - NOF, NOCl, NOBr, NO2F
и NO2Cl.
С серой также не происходит непосредственного соединения Азот; азотистая сера N4S4
получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии
раскаленного кокса с Азот образуется циан (CN)2.
Нагреванием Азота с ацетиленом С2Н2
до 1500°С может быть получен цианистый водород HCN. Взаимодействие Азота с
металлами при высоких температурах приводит к образованию нитридов (например,
Mg3N2).
При действии на обычный
Азот электрических разрядов [давление 130-270 н/м2 (1-2 мм рт. cт.)] или при
разложении нитридов В, Ti, Mg и Са, а также при электрических разрядах в
воздухе может образоваться активный Азот, представляющий собой смесь молекул и
атомов Азота, обладающих повышенным запасом энергии. В отличие от
молекулярного, активный Азот весьма энергично взаимодействует с кислородом,
водородом, парами серы, фосфором и некоторыми металлами.
Азот входит в состав
очень многих важнейших органических соединений (амины, аминокислоты,
нитросоединения и других).
Из-за высокой прочности
молекулы N2 процессы разложения различных
соединений азота (в том числе и печально знаменитого взрывчатого вещества
гексогена) при нагревании, ударах и т. д. приводят к образованию молекул N2.
Так как объем образовавшегося газа значительно больше, чем объем исходного
взрывчатого вещества, гремит взрыв.
Химически азот довольно
инертен и при комнатной температуре реагирует только с металлом литием с
образованием твердого нитрида лития Li3N.
В соединениях проявляет различные степени окисления (от –3 до +5). С водородом
образует азотистоводородную кислоту HN3.
Соли этой кислоты — азиды. Азид свинца Pb(N3)2
разлагается при ударе, поэтому его используют как детонатор, например, в
капсюлях патронов. Галогениды азота неустойчивы и легко разлагаются при
нагревании (некоторые — при хранении) на простые вещества. Так, NI3
выпадает в осадок при сливании водных растворов аммиака и иодной настойки. Уже
при легком сотрясении сухой NI3 взрывается:
2NI3
= N2
+ 3I2.
Азот не реагирует с
серой, углеродом, фосфором, кремнием и некоторыми другими неметаллами. При
нагревании азот реагирует с магнием и щелочноземельными металлами, при этом
возникают солеобразные нитриды общей формулы М3N2,
которые разлагаются водой с образованием соответствующих гидроксидов и аммиака,
например:
Са3N2
+ 6H2O
= 3Ca(OH)2
+ 2NH3.
Аналогично ведут себя и
нитриды щелочных металлов. Взаимодействие азота с переходными металлами
приводит к образованию твердых металлоподобных нитридов различного состава.
Например, при взаимодействии железа и азота образуются нитриды железа состава
Fe2N
и Fe4N.
При нагревании азота с ацетиленом C2H2
может быть получен цианистый водород HCN. Из сложных неорганических соединений
азота наибольшее значение имеют азотная кислота HNO3,
ее соли нитраты, а также азотистая кислота HNO2
и ее соли нитриты. Поэтому реакции
присоединения одного атома H или молекулы H2
к N2
сильно эндотермичны:
H + N2=N2H
(87,8 кДж/моль)
H2
+ N2=N2H2
(204,8 кДж/моль)
Отсюда следует, что
гидрирование N2 не может происходить через стадию
образования диимида (HN=NH), в то время как в случае ацетилена аналогичные
реакции сильно экзотермичны:
H + С2H2=C2H3
(- 167,2 кДж/моль)
H2
+ С2H2=C2H4
(- 175,5 кДж/моль)
Итак, энергетические
характеристики N2 из-за особенностей его
электронного строения делают его нереакционноспособным в реакциях с кислотами и
основаниями, электрофильными (R+, AlCl3)
и нуклеофильными (H-, R-, OR-) реагентами и даже с атомом H.
До 1964 года считали
маловероятной возможность создания каталитических систем для фиксации азота,
работающих в более мягких условиях, чем катализаторы процесса Габера-Боша, и
более простых по структуре, чем ферменты. Вместе с тем известные в то время
методы активации инертной молекулы CO комплексами переходных металлов, аналогии
с активацией типичной тройной связи в алкинах и известные данные о наличии
переходных металлов (Mo, V, Fe) в активных центрах нитрогеназ позволяли
надеяться на возможность использования более слабых восстановителей, чем Li,
при использовании комплексов переходных металлов в качестве активаторов азота
[13].
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 |