«Азот как составной элемент атмосферы Земли»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №6»

Реферат по химии по теме:

«Азот как составной элемент атмосферы Земли»

Выполнил ученик 8-г класса : Кирьянов Дмитрий

Научный руководитель: Корнышова С.С.

2010-2011 учебный год

Содержание

1.Введение. Характеристика. ……………………………………………….……2

2.Историческая справка. История открытия азота. ………………………….3-4

3.Распространение азота в природе. ………………………………………….5-6

4.Изотопы, атом и молекула азота………………………………………….....7

5.Физические свойства азота. ……………………………………………………8

6.Химические свойства азота. ………………………………………………..9-10

7.Получение азота. ………………………………………………………………11

8.Применение азота. …………………………………………………………….12

9.Азот в организме. ………………………………………………………….13-14

10.Значение соединений азот. Соединения азота. ……………………….. 15-17

11.Исследовательская работа. ……………………………………….…..18

12.Литература………………………………………………………………..19

Введение. Характеристика азота.

Азот — химический элемент V группы периодической системы элементов.

Атомный номер 7

Атомная масса 14,007

Плотность, кг/м³ 1,251

Температура плавления, °С -210

Температура кипения, °С -195,8

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) 1,034

Электроотрицательность 3,0

Ковалентный радиус, Å 0,74

1-й ионизац. потенциал, эв 14,53

Цель:
изучить свойства азота и природных его соединений, совершенствовать знания о строении атомов

Задачи:

· Определить особенности строения азота, значение соединений и их практическом применении.

· Выделить значение азота как биогенного элемента

· Определить основные области промышленности, где используется азот

Историческая справка

История открытия азота

Азот (англ. Nitrogen, франц. Azote, нем. Stickstoff) был открыт почти одновременно несколькими исследователями.

Впервые азот изучен Даниэлем Резерфордом. После того как Д. Блек
открыл реакцию взаимодействия углекислого газа с известковой водой, Резерфордом исследовал изменения состава воздуха, после того как в нём жило и погибало живое существо (в закрытом объёме). После того как углекислый газ поглощался щёлочью, оставшаяся часть газа не поддерживает горение, да и живые существа мгновенно погибали.

В 1777 году Генри Кавендиш провёл следующий опыт: он многократно пропускал воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. Кавендиш писал: «Я переводил обыкновенный воздух из одного сосуда через раскаленные угли в другой, потом через свежий горящий уголь – в следующий сосуд, поглощая каждый раз образующийся фиксируемый воздух (углекислый газ) кусковой известью. Удельный вес полученного газа оказался лишь незначительно разнящимся от удельного веса обыкновенного воздуха: из обоих газов азот несколько легче воздуха. Он гасит пламя и делает обыкновенный воздух неспособным возбуждать горение, так же как и фиксируемый воздух (CO2), но в меньшей степени". Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что это новое простое вещество (химический элемент). В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли.

Пристли в это время проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, совершенно неверно истолковал полученные результаты (по его мнению, процесс был противоположным — не кислород удалялся из газовой смеси, а наоборот, в результате обжига воздух насыщался флогистоном; оставшийся воздух (азот) он и назвал насыщенным флогистоном, то есть флогистированным). Очевидно, что и Пристли, хотя и смог выделить азот, не сумел понять сути своего открытия, поэтому и не считается первооткрывателем азота.

Одновременно схожие эксперименты с тем же результатом проводил и Карл Шееле.

Ученые-химики Г. Кавендиш и К. Шееле, в отличие от Д. Резерфорда поняли, что азот – это лишь составная часть воздуха.

Из-за того, что в азоте погибали организмы, А. Лавуазье назвал его азотом. Согласно Лавуазье, «азот» означает «безжизненный», и слово это произведено от греческого «а» – отрицание и «зоэ» – жизнь. Такое название сохранилось в русском и французском языках, а в англосаксонских азот называют Nitrogen – «рождающий селитру», немцы же дали азоту название Stickstoff – «удушающая материя».

Распространение азота в природе.

Азот - один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса (около 4·1015 т) сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2) составляет 78,09% по объему (или 75,6% по массе), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и оксидов. Среднее содержание азота в литосфере 1,9·10-3% по массе. Природные соединения азота - хлористый аммоний NH4Cl и различные нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата (Чили, Средняя Азия). Долгое время селитры были главным поставщиком азота для промышленности (сейчас основные значение для связывания азота имеет промышленный синтез аммиака из азота воздуха и водорода). Небольшие количества связанного азота находятся в каменном угле (1-2,5%) и нефти (0,02-1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах (0,1%) и в живых организмах (0,3%).

Хотя название "Азот" означает "не поддерживающий жизни", на самом деле это - необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16-17% азота. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические. Значит, количества азот поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный Азот воздуха в соединения азота.

В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и другие. Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота (особенно при интенсивном земледелии) почвы оказываются обедненными азотом. Дефицит азота характерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит азота и в животноводстве ("белковое голодание"). На почвах, бедных доступным азотом, растения плохо развиваются. Азотные удобрения и белковая подкормка животных - важнейшее средство подъема сельского хозяйства. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает атмосферу азотом, а заводы, производящие удобрения, связывают азот воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет азот на поверхности земли. Азот - четвертый по распространенности элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).

Изотопы, атом и молекула азота.

Природный азот состоит из двух стабильных изотопов: 14N (99,635%) и 15N (0,365%). Изотоп 15N применяют в химических и биохимических исследованиях в качестве меченого атома. Из искусственных радиоактивных изотопов азота наибольший период полураспада имеет 13N (T½ = 10,08 мин), остальные весьма короткоживущие. В верхних слоях атмосферы, под действием нейтронов космического излучения, 14N превращается в радиоактивный изотоп углерода 14С. Этот процесс используют и в ядерных реакциях для получения 14С. Внешняя электронная оболочка атома азота состоит из 5 электронов (одной неподеленной пары и трех неспаренных - конфигурация 2s22р3). Чаще всего азот в соединениях 3-ковалентен за счет не спаренных электронов (как в аммиаке NН3). Наличие неподеленной пары электронов может приводить к образованию еще одной ковалентной связи, и азот становится 4-ковалентным (как в ионе аммония NH4). Степени окисления азот меняются от +5 (в N2O5) до -3 (в NH3). В обычных условиях в свободном состоянии азот образует молекулу N2, где атомы N связаны тремя ковалентными связями. Молекула азота очень устойчива: энергия диссоциации ее на атомы составляет 942,9 кдж/моль (225,2 ккал/моль), поэтому даже при t около 3300°С степень диссоциации азот составляет лишь около 0,1%.

Физические свойства азота.

При нормальных условиях азот это бесцветный газ, не имеет запаха, мало растворим в воде (2,3 мл/100г при 0 °C, 0,8 мл/100 г при 80 °C). Азот растворим в некоторых углеводородах.

Азот немного легче воздуха, его плотность 1,2506 кг/м³ (при н.у.).

В жидком состоянии (темп. кипения −195,8 °C) – бесцветная, подвижная, как вода, жидкость. Плотность жидкого азота 808 кг/м³. При контакте с воздухом поглощает из него кислород.

При −209,86 °C(температура плавления) азот переходит в твердое состояние в виде снегоподобной массы или больших белоснежных кристаллов. При контакте с воздухом поглощает из него кислород, при этом плавится, образуя раствор кислорода в азоте.

Азот сжижается с трудом: его критическая температуpa довольно низка (-147,1°С) а критическое давление высоко 3,39 Мн/м2
(34,6 кгс/см2
);

Известны три кристаллические модификации
твёрдого азота.

Химические свойства азота

Из-за наличия прочной тройной связи молекулярный азот малоактивен, а соединения азота термически малоустойчивы и относительно легко разлагаются при нагревании с образованием свободного азота.

1. Взаимодействие с металлами

При обычных условиях молекулярный азот реагирует лишь с некоторыми сильными восстановителями, например, литием:

6Li + N2
= 2Li3
N.

Для образования нитрида магния из простых веществ требуется нагревание до 300 °С:

3Mg + N2
= Mg3
N2
.

Нитриды активных металлов представляют собой ионные соединения, которые гидролизуются водой с образованием аммиака.

2. Взаимодействие с кислородом

Только под действием электрического разряда азот реагирует с кислородом:

O2
+ N2
= 2NO.

3. Взаимодействие с водородом

Реакция с водородом протекает при температуре порядка 400 °С и давлении 200 атм в присутствии катализатора – металлического железа:

3H2
+ N2
= 2NH3
.

4. Взаимодействие с другими неметаллами

При высоких температурах реагирует с другими неметаллами, например, с бором:

2B + N2
= 2BN.

Азот непосредственно не взаимодействует с галогенами и серой, но галогениды и сульфиды могут быть получены косвенным путем. С водой, кислотами и щелочами азот не взаимодействует.

Получение азота.