Շվեդ քիմիկոս Կարլ Շելեն և շոտլանդացի բուսաբան Դանիել Ռադերֆորդը 1772թ.-ին առանձին հայտնաբերեցին ազոտը: Վերապատվելի Քավենդիշը և Լավուազյեն նույնպես ինքնուրույն ազոտ ստացան մոտավորապես նույն ժամանակ: Ազոտը որպես տարր առաջին անգամ ճանաչվել է Լավուազիեի կողմից, ով այն անվանել է «ազո», որը նշանակում է «անշունչ»: Չապտալը տարրը անվանել է ազոտ 1790 թվականին: Անվանումը ծագել է հունարեն «nitre» բառից (նիտրատում ազոտ պարունակող նիտրատ)
Nitrogen Production Manufacturers - China Nitrogen Production Factory & Suppliers (xinfatools.com)
Ազոտի աղբյուրները
Ազոտը 30-րդ ամենաառատ տարրն է Երկրի վրա: Հաշվի առնելով, որ ազոտը կազմում է մթնոլորտային ծավալի 4/5-ը կամ ավելի քան 78%-ը, մենք ունենք գրեթե անսահմանափակ քանակությամբ ազոտ: Ազոտը նիտրատների տեսքով առկա է նաև մի շարք միներալներում, ինչպիսիք են չիլիական սելիտրա (նատրիումի նիտրատ), սելիտրա կամ նիտր (կալիումի նիտրատ) և ամոնիումի աղեր պարունակող հանքանյութեր։ Ազոտը առկա է շատ բարդ օրգանական մոլեկուլներում, ներառյալ սպիտակուցները և ամինաթթուները, որոնք առկա են բոլոր կենդանի օրգանիզմներում:
Ֆիզիկական հատկություններ
Ազոտ N2-ը սենյակային ջերմաստիճանում անգույն, անճաշակ և առանց հոտի գազ է և սովորաբար թունավոր չէ: Գազի խտությունը ստանդարտ պայմաններում 1,25 գ/լ է: Ազոտը կազմում է ընդհանուր մթնոլորտի 78,12%-ը (ծավալային բաժինը) և հանդիսանում է օդի հիմնական բաղադրիչը։ Մթնոլորտում կա մոտ 400 տրիլիոն տոննա գազ։
Ստանդարտ մթնոլորտային ճնշման ներքո, երբ սառչում է մինչև -195,8℃, այն դառնում է անգույն հեղուկ: Երբ սառչում է մինչև -209,86℃, հեղուկ ազոտը դառնում է ձյան նման պինդ:
Ազոտը դյուրավառ չէ և համարվում է շնչահեղձ գազ (այսինքն՝ մաքուր ազոտի շնչելը մարդու օրգանիզմը զրկում է թթվածնից): Ազոտը ջրի մեջ շատ ցածր լուծելիություն ունի։ 283K ջերմաստիճանում ջրի մեկ ծավալը կարող է լուծել մոտ 0,02 ծավալ N2:
Քիմիական հատկություններ
Ազոտն ունի շատ կայուն քիմիական հատկություններ։ Դժվար է արձագանքել այլ նյութերի հետ սենյակային ջերմաստիճանում, բայց այն կարող է ենթարկվել քիմիական փոփոխությունների որոշակի նյութերի հետ բարձր ջերմաստիճանի և բարձր էներգիայի պայմաններում և կարող է օգտագործվել մարդկանց համար օգտակար նոր նյութեր արտադրելու համար:
Ազոտի մոլեկուլների մոլեկուլային ուղեծրային բանաձևը KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2 է։ Երեք զույգ էլեկտրոններ նպաստում են կապին, այսինքն՝ ձևավորվում է երկու π և մեկ σ կապ։ Կապի մեջ որևէ ներդրում չկա, և կապի և հակակապակցման էներգիաները մոտավորապես փոխհատուցված են, և դրանք համարժեք են միայնակ էլեկտրոնային զույգերին: Քանի որ N2 մոլեկուլում կա N≡N եռակի կապ, N2 մոլեկուլն ունի մեծ կայունություն, և այն ատոմների քայքայելու համար պահանջվում է 941,69 կՋ/մոլ էներգիա։ N2 մոլեկուլը հայտնի երկատոմային մոլեկուլներից ամենակայունն է, իսկ ազոտի հարաբերական մոլեկուլային զանգվածը 28 է: Ավելին, ազոտը հեշտ չէ այրել և չի ապահովում այրումը:
Փորձարկման մեթոդ
Այրվող Mg բարը դրեք ազոտով լցված գազ հավաքող շշի մեջ, և Mg բարը կշարունակի այրվել: Մնացած մոխիրը (թեթև դեղին Mg3N2 փոշի) արդյունահանեք, ավելացրեք փոքր քանակությամբ ջուր և ստացեք գազ (ամոնիակ), որը թաց կարմիր լակմուսի թուղթը կապույտ է դարձնում: Ռեակցիայի հավասարումը. 3Mg + N2 = բոցավառում = Mg3N2 (մագնեզիումի նիտրիդ); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Ազոտի կապի բնութագրերը և վալենտային կապի կառուցվածքը
Քանի որ N2 միակ նյութը նորմալ պայմաններում չափազանց կայուն է, մարդիկ հաճախ սխալմամբ կարծում են, որ ազոտը քիմիապես ոչ ակտիվ տարր է: Իրականում, ընդհակառակը, տարրական ազոտն ունի բարձր քիմիական ակտիվություն։ N-ի էլեկտրաբացասականությունը (3.04) զիջում է միայն F-ին և O-ին, ինչը ցույց է տալիս, որ այն կարող է ամուր կապեր ստեղծել այլ տարրերի հետ։ Բացի այդ, մեկ նյութի N2 մոլեկուլի կայունությունը պարզապես ցույց է տալիս N ատոմի ակտիվությունը: Խնդիրն այն է, որ մարդիկ դեռ չեն գտել սենյակային ջերմաստիճանում և ճնշման տակ N2 մոլեկուլների ակտիվացման օպտիմալ պայմաններ: Բայց բնության մեջ որոշ բակտերիաներ բույսերի հանգույցների վրա կարող են օդում N2-ը վերածել ազոտի միացությունների ցածր էներգիայի պայմաններում նորմալ ջերմաստիճանի և ճնշման պայմաններում և օգտագործել դրանք որպես պարարտանյութ բերքի աճի համար:
Ուստի ազոտի ֆիքսացիայի ուսումնասիրությունը միշտ եղել է գիտահետազոտական կարևոր թեմա: Հետևաբար, մեզ համար անհրաժեշտ է մանրամասնորեն հասկանալ ազոտի կապի բնութագրերը և վալենտային կապի կառուցվածքը:
Պարտատոմսի տեսակը
N ատոմի վալենտային էլեկտրոնային շերտի կառուցվածքը 2s2p3 է, այսինքն՝ կա 3 միայնակ էլեկտրոն և մեկ զույգ միայնակ էլեկտրոնային զույգ։ Դրա հիման վրա միացություններ ձևավորելիս կարող են առաջանալ կապերի հետևյալ երեք տեսակները.
1. Իոնային կապերի ձևավորում 2. Կովալենտային կապերի ձևավորում 3. Կոորդինացիոն կապերի ձևավորում
1. Իոնային կապերի առաջացում
N ատոմներն ունեն բարձր էլեկտրաբացասականություն (3.04): Երբ նրանք ձևավորում են երկուական նիտրիդներ ավելի ցածր էլեկտրաբացասականությամբ մետաղների հետ, ինչպիսիք են Li (էլեկտրբացասականություն 0,98), Ca (էլեկտրբացասականություն 1,00) և Mg (էլեկտրոնեգատիվություն 1,31), նրանք կարող են ստանալ 3 էլեկտրոն և ձևավորել N3- իոններ։ N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =բռնկել= Mg3N2 N3- իոններն ունեն ավելի բարձր բացասական լիցք և ավելի մեծ շառավիղ (171pm): Նրանք ուժեղ հիդրոլիզացված կլինեն, երբ հանդիպեն ջրի մոլեկուլներին: Հետևաբար, իոնային միացությունները կարող են գոյություն ունենալ միայն չոր վիճակում, և N3-ի հիդրատացված իոններ չեն լինի:
2. Կովալենտային կապերի առաջացում
Երբ N ատոմները ավելի բարձր էլեկտրաբացասականություն ունեցող ոչ մետաղների հետ միացություններ են կազմում, ձևավորվում են հետևյալ կովալենտային կապերը.
⑴N ատոմները վերցնում են sp3 հիբրիդացման վիճակ, ձևավորում են երեք կովալենտ կապ, պահպանում են զույգ միայնակ էլեկտրոնային զույգեր, և մոլեկուլային կազմաձևը եռանկյուն բրգաձև է, օրինակ՝ NH3, NF3, NCl3 և այլն: Եթե ձևավորվում են չորս կովալենտային կապեր, ապա մոլեկուլային կազմաձևը կանոնավոր քառաեդրոն, ինչպիսին է NH4+ իոնները:
⑵N ատոմները ընդունում են sp2 հիբրիդացման վիճակ, ձևավորում են երկու կովալենտային կապ և մեկ կապ և պահպանում են մեկ զույգ էլեկտրոնային զույգեր, իսկ մոլեկուլային կոնֆիգուրացիան անկյունային է, օրինակ՝ Cl—N=O։ (N ատոմը կազմում է σ կապ և π կապ Cl ատոմի հետ, իսկ N ատոմի վրա միայնակ էլեկտրոնային զույգերը մոլեկուլը դարձնում են եռանկյունաձև:) Եթե չկա միայնակ էլեկտրոնային զույգ, ապա մոլեկուլային կոնֆիգուրացիան եռանկյուն է, օրինակ՝ HNO3 մոլեկուլը կամ NO3- իոն. Ազոտական թթվի մոլեկուլում N ատոմը երեք σ կապ է կազմում համապատասխանաբար երեք O ատոմների հետ, և զույգ էլեկտրոնները իր π ուղեծրի վրա և մեկ π էլեկտրոնները երկու O ատոմներից կազմում են երեք կենտրոնանոց չորս էլեկտրոնային ապատեղայնացված π կապ: Նիտրատ իոնում երեք O ատոմների և կենտրոնական N ատոմի միջև ձևավորվում է չորս կենտրոնից բաղկացած վեց էլեկտրոնից բաղկացած մեծ π կապ: Այս կառուցվածքը դարձնում է N ատոմի ակնհայտ օքսիդացման թիվը ազոտաթթուում +5: Խոշոր π կապերի առկայության պատճառով նիտրատը բավականաչափ կայուն է նորմալ պայմաններում։ ⑶N ատոմը ընդունում է sp հիբրիդացում՝ ձևավորելու կովալենտային եռակի կապ և պահպանում է միայնակ էլեկտրոնային զույգեր: Մոլեկուլային կոնֆիգուրացիան գծային է, օրինակ՝ N ատոմի կառուցվածքը N2 մոլեկուլում և CN-:
3. Կոորդինացիոն կապերի ձևավորում
Երբ ազոտի ատոմները ձևավորում են պարզ նյութեր կամ միացություններ, նրանք հաճախ պահպանում են միայնակ էլեկտրոնային զույգեր, ուստի այդպիսի պարզ նյութերը կամ միացությունները կարող են հանդես գալ որպես էլեկտրոնային զույգ դոնորներ՝ մետաղական իոններին կոորդինացնելու համար: Օրինակ՝ [Cu(NH3)4]2+ կամ [Tu(NH2)5]7 և այլն։
Օքսիդացման վիճակ-Գիբսի ազատ էներգիայի դիագրամ
Ազոտի օքսիդացման վիճակ-Գիբսի ազատ էներգիայի դիագրամից կարելի է տեսնել նաև, որ, բացառությամբ NH4 իոնների, 0 օքսիդացման թիվ ունեցող N2 մոլեկուլը գտնվում է դիագրամի կորի ամենացածր կետում, ինչը ցույց է տալիս, որ N2-ը թերմոդինամիկորեն է: կայուն է այլ օքսիդացման թվերով ազոտային միացությունների նկատմամբ:
Տարբեր ազոտային միացությունների արժեքները, որոնց օքսիդացման համարները 0-ից +5 են, բոլորը գտնվում են HNO3 և N2 երկու կետերը միացնող գծի վերևում (գծապատկերում կետավոր գիծ), ուստի այդ միացությունները թերմոդինամիկորեն անկայուն են և հակված են անհամաչափության ռեակցիաներին: Դիագրամում N2 մոլեկուլից ցածր արժեք ունեցող միակը NH4+ իոնն է։ [1] Ազոտի օքսիդացման վիճակ-Գիբսի ազատ էներգիայի դիագրամից և N2 մոլեկուլի կառուցվածքից երևում է, որ տարրական N2-ն անգործուն է։ Միայն բարձր ջերմաստիճանի, բարձր ճնշման և կատալիզատորի առկայության դեպքում ազոտը կարող է փոխազդել ջրածնի հետ և ձևավորել ամոնիակ: Լիցքաթափման պայմաններում ազոտը կարող է միանալ թթվածնի հետ և առաջացնել ազոտի օքսիդ. ձևավորել ազոտի երկօքսիդ 2NO+O2=2NO2 Ազոտի երկօքսիդը ջրում լուծվում է՝ առաջացնելով ազոտաթթու, ազոտի օքսիդ 3NO2+H2O=2HNO3+NO Զարգացած հիդրոէներգիա ունեցող երկրներում այս ռեակցիան օգտագործվել է ազոտական թթու արտադրելու համար։ N2-ը փոխազդում է ջրածնի հետ՝ առաջացնելով ամոնիակ. N2+3H2=== (շրջելի նշան) 2NH3 N2-ը փոխազդում է ցածր իոնացման պոտենցիալ ունեցող մետաղների հետ, որոնց նիտրիդներն ունեն ցանցի բարձր էներգիա՝ առաջացնելով իոնային նիտրիդներ։ Օրինակ՝ N2-ը կարող է ուղղակիորեն փոխազդել մետաղական լիթիումի հետ սենյակային ջերմաստիճանում. 6 Li + N2=== 2 Li3N N2-ը շիկացած ջերմաստիճանում փոխազդում է հողալկալիական մետաղների հետ՝ Mg, Ca, Sr, Ba. 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 կարող է արձագանքում է բորի և ալյումինի հետ միայն շիկացած ջերմաստիճաններում. 2 B + N2=== 2 BN (մակրոմոլեկուլային միացություն) N2-ը սովորաբար փոխազդում է սիլիցիումի և խմբի այլ տարրերի հետ 1473K-ից բարձր ջերմաստիճանում:
Ազոտի մոլեկուլը նպաստում է երեք զույգ էլեկտրոնների միացմանը, այսինքն՝ ձևավորելով երկու π և մեկ σ կապ: Այն չի նպաստում կապին, և կապի և հակակապակցման էներգիաները մոտավորապես փոխհատուցվում են, և դրանք համարժեք են միայնակ էլեկտրոնային զույգերին: Քանի որ N2 մոլեկուլում կա N≡N եռակի կապ, N2 մոլեկուլն ունի մեծ կայունություն, և այն ատոմների քայքայելու համար պահանջվում է 941,69 կՋ/մոլ էներգիա։ N2 մոլեկուլը հայտնի երկատոմային մոլեկուլներից ամենակայունն է, իսկ ազոտի հարաբերական մոլեկուլային զանգվածը 28 է: Ավելին, ազոտը հեշտ չէ այրել և չի ապահովում այրումը:
Հրապարակման ժամանակը՝ Հուլիս-23-2024
