АЗОТ

АЗОТ
АЗОТ, N (nitrogenium), химический элемент (ат. номер 7) VA подгруппы периодической
системы элементов. Атмосфера Земли содержит 78% (об.) азота. Чтобы показать, как
велики эти запасы азота, отметим, что в атмосфере над каждым квадратным километром
земной поверхности находится столько азота, что из него можно получить до 50 млн. т
нитрата натрия или 10 млн. т аммиака (соединение азота с водородом), и все же это
составляет малую долю азота, содержащегося в земной коре. Существование свободного
азота свидетельствует о его инертности и трудности взаимодействия с другими
элементами при обычной температуре. Связанный азот входит в состав как органической,
так и неорганической материи. Растительный и животный мир содержит азот, связанный с
углеродом и кислородом в белках. Помимо этого, известны и могут быть получены в
больших количествах азотсодержащие неорганические соединения, такие, как нитраты
(NO3–), нитриты (NO2–), цианиды (CN–), нитриды (N3–) и азиды (N3–).
Историческая справка.
Опыты А.Лавуазье, посвященные исследованию роли атмосферы в поддержании жизни и
процессов горения, подтвердили существование относительно инертного вещества в
атмосфере. Не установив элементную природу остающегося после сгорания газа, Лавуазье
назвал его azote, что на древнегреческом означает «безжизненный». В 1772 Д.Резерфорд
из Эдинбурга установил, что этот газ является элементом, и назвал его «вредный воздух».
Латинское название азота происходит от греческих слов nitron и gen, что означает
«образующий селитру».
Фиксация азота и азотный цикл.
Термин «фиксация азота» означает процесс связывания атмосферного азота N2. В природе
это может происходить двумя путями: либо бобовые растения, например горох, клевер и
соя, накапливают на своих корнях клубеньки, в которых бактерии, фиксирующие азот,
превращают его в нитраты, либо происходит окисление атмосферного азота кислородом в
условиях разряда молнии. С.Аррениус установил, что таким способом фиксируется до 400
млн. т азота ежегодно. В атмосфере оксиды азота соединяются с дождевой водой, образуя
азотную и азотистую кислоты. Кроме того, установлено, что с дождем и снегом на
каждый гектар земли попадает ок. 6700 г азота; достигая почвы, они превращаются в
нитриты и нитраты. Растения используют нитраты для образования растительных
белковых веществ. Животные, питаясь этими растениями, усваивают белковые вещества
растений и превращают их в животные белки. После смерти животных и растений
происходит их разложение, азотные соединения превращаются в аммиак. Аммиак
используется двумя путями: бактерии, не образующие нитратов, разрушают его до
элементов, выделяя азот и водород, а другие бактерии образуют из него нитриты, которые
другими бактериями окисляются до нитратов. Таким образом происходит круговорот
азота в природе, или азотный цикл.
Строение ядра и электронных оболочек.
В природе существуют два стабильных изотопа азота: с массовым числом 14 (
содержит 7 протонов и 7 нейтронов) и с массовым числом 15 (
содержит 7 протонов и
8 нейтронов). Их соотношение составляет 99,635:0,365, поэтому атомная масса азота
равна 14,008. Нестабильные изотопы азота 12N, 13N, 16N, 17N получены искусственно.
Схематически электронное строение атома азота
таково: 1s22s22px12py12pz1.
Следовательно, на внешней (второй) электронной оболочке находится 5 электронов,
которые могут участвовать в образовании химических связей; орбитали азота могут также
принимать электроны, т.е. возможно образование соединений со степенью окисления от (–
III) до (V), и они известны. См. также АТОМА СТРОЕНИЕ.
Молекулярный азот.
Из определений плотности газа установлено, что молекула азота двухатомна, т.е.
молекулярная формула азота имеет вид NN (или N2). У двух атомов азота три внешних
2p-электрона каждого атома образуют тройную связь:N:::N:, формируя электронные пары.
Измеренное межатомное расстояние N–N равно 1,095 Å. Как и в случае с водородом (см.
ВОДОРОД), существуют молекулы азота с различным спином ядра – симметричные и
антисимметричные. При обычной температуре соотношение симметричной и
антисимметричной форм равно 2:1. В твердом состоянии известны две модификации
азота:  – кубическая и  – гексагональная с температурой перехода   –237,39 С.
Модификация  плавится при –209,96 С и кипит при –195,78 C при 1 атм (см. табл. 1).
Энергия диссоциации моля (28,016 г или 6,0231023 молекул) молекулярного азота на
атомы (N2 2N) равна примерно –225 ккал. Поэтому атомарный азот может
образовываться при тихом электрическом разряде и химически более активен, чем
молекулярный азот.