Шведийн химич Карл Шееле, Шотландын ургамал судлаач Даниел Рутерфорд нар 1772 онд азотыг тус тусад нь нээсэн. Эрхэм хүндэт Кавендиш, Лавуазье нар мөн ижил хугацаанд бие даан азотыг олж авчээ. Азотыг анх Лавуазье элемент гэж хүлээн зөвшөөрч, "амьгүй" гэсэн утгатай "азо" гэж нэрлэжээ. Чаптал 1790 онд элементийг азот гэж нэрлэсэн. Энэ нэр нь "нитр" (нитрат дахь азот агуулсан нитрат) гэсэн грек үгнээс гаралтай.
Азотын эх үүсвэрүүд
Азот бол дэлхий дээрх хамгийн элбэг 30 дахь элемент юм. Азот нь агаар мандлын эзлэхүүний 4/5 буюу 78% -ийг эзэлдэг гэж үзвэл бид бараг хязгааргүй их хэмжээний азоттой. Азот нь Чилийн давс (натрийн нитрат), хужир эсвэл нитрат (калийн нитрат), аммонийн давс агуулсан эрдэс бодис зэрэг олон төрлийн эрдэс бодисуудад нитрат хэлбэрээр байдаг. Азот нь бүх амьд организмд байдаг уураг, амин хүчлүүд зэрэг олон нарийн төвөгтэй органик молекулуудад байдаг.
Физик шинж чанар
Азот N2 нь өрөөний температурт өнгөгүй, амтгүй, үнэргүй хий бөгөөд ихэвчлэн хоргүй байдаг. Стандарт нөхцөлд хийн нягтрал нь 1.25 г/л байна. Азот нь нийт агаар мандлын 78.12%-ийг (эзэлхүүний хэсэг) эзэлдэг бөгөөд агаарын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Агаар мандалд 400 орчим их наяд тонн хий бий.
Стандарт атмосферийн даралтын дор -195.8 хэм хүртэл хөргөхөд өнгөгүй шингэн болдог. Шингэн азотыг -209.86 хэм хүртэл хөргөхөд цас шиг хатуу бодис болдог.
Азот нь шатамхай биш бөгөөд амьсгал боогдуулдаг хий гэж тооцогддог (өөрөөр хэлбэл цэвэр азотоор амьсгалах нь хүний биеийг хүчилтөрөгчгүй болгодог). Азот нь усанд уусах чадвар маш бага байдаг. 283К-д нэг эзэлхүүн ус нь ойролцоогоор 0.02 эзлэхүүн N2 уусгах боломжтой.
Химийн шинж чанар
Азот нь маш тогтвортой химийн шинж чанартай байдаг. Өрөөний температурт бусад бодисуудтай урвалд ороход хэцүү байдаг ч өндөр температур, өндөр энергийн нөхцөлд тодорхой бодисуудтай химийн өөрчлөлт хийж, хүнд хэрэгтэй шинэ бодисуудыг гаргаж авах боломжтой.
Азотын молекулуудын молекул орбитал томъёо нь KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2 байна. Гурван хос электрон нь холбоонд хувь нэмэр оруулдаг, өөрөөр хэлбэл хоёр π бонд, нэг σ холбоо үүсдэг. Бондод ямар ч хувь нэмэр байхгүй бөгөөд бондын болон эсрэг холболтын энерги нь ойролцоогоор нөхөгддөг бөгөөд тэдгээр нь дан электрон хостой тэнцүү байна. N2 молекулд N≡N гурвалсан холбоо байдаг тул N2 молекул нь маш тогтвортой байдаг бөгөөд үүнийг атом болгон задлахад 941.69 кЖ/моль энерги зарцуулдаг. N2 молекул нь мэдэгдэж байгаа хоёр атомт молекулуудаас хамгийн тогтвортой нь бөгөөд азотын харьцангуй молекул масс нь 28. Түүгээр ч зогсохгүй азот нь шатахад хялбар биш бөгөөд шаталтыг дэмждэггүй.
Туршилтын арга
Шатаж буй Mg баарыг азотоор дүүргэсэн хий цуглуулах саванд хийвэл Mg баар үргэлжлүүлэн шатах болно. Үлдсэн үнс (бага зэрэг шар нунтаг Mg3N2) гаргаж аваад, бага хэмжээний ус нэмээд нойтон улаан лакмус цаасыг цэнхэр өнгөтэй болгодог хий (аммиак) гаргана. Урвалын тэгшитгэл: 3Mg + N2 = гал асаах = Mg3N2 (магнийн нитрид); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Азотын холболтын шинж чанар ба валентийн холбоо бүтэц
N2 нэг бодис нь хэвийн нөхцөлд маш тогтвортой байдаг тул хүмүүс азотыг химийн идэвхгүй элемент гэж андуурдаг. Үнэн хэрэгтээ, эсрэгээр, элементийн азот нь химийн өндөр идэвхжилтэй байдаг. N (3.04)-ийн цахилгаан сөрөг чанар нь зөвхөн F ба O-ийн дараа ордог бөгөөд энэ нь бусад элементүүдтэй хүчтэй холбоо үүсгэж болохыг харуулж байна. Нэмж дурдахад N2 молекулын нэг бодисын тогтвортой байдал нь N атомын идэвхийг л харуулж байна. Асуудал нь хүмүүс N2 молекулыг өрөөний температур, даралтаар идэвхжүүлэх оновчтой нөхцлийг хараахан олоогүй байгаа явдал юм. Гэвч байгальд ургамлын зангилааны зарим бактери нь агаарт байгаа N2-ийг хэвийн температур, даралттай бага энергитэй нөхцөлд азотын нэгдэл болгон хувиргаж, тариалангийн өсөлтөд бордоо болгон ашигладаг.
Тиймээс азотын бэхжилтийг судлах нь шинжлэх ухааны судалгааны чухал сэдэв байсаар ирсэн. Тиймээс бид азотын бондын шинж чанар, валентийн бондын бүтцийг нарийвчлан ойлгох шаардлагатай байна.
Бондын төрөл
N атомын валентийн электрон давхаргын бүтэц нь 2s2p3, өөрөөр хэлбэл 3 дан электрон, хос ганц электрон хос байдаг. Үүний үндсэн дээр нэгдлүүдийг үүсгэх үед дараах гурван төрлийн холбоог үүсгэж болно.
1. Ионы холбоо үүсгэх 2. Ковалентын холбоо үүсгэх 3. Зохицуулалтын холбоо үүсгэх
1. Ионы холбоо үүсгэх
N атом нь өндөр цахилгаан сөрөг нөлөөтэй (3.04). Тэд Li (цахилгаан сөрөг чанар 0.98), Ca (цахилгаан сөрөг чанар 1.00), Mg (цахилгаан сөрөг чанар 1.31) зэрэг цахилгаан сөрөг чанар багатай металуудтай хоёртын нитрид үүсгэх үед 3 электрон авч N3- ион үүсгэдэг. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =гал асаах= Mg3N2 N3- ионууд нь сөрөг цэнэг ихтэй, радиус ихтэй (171pm). Тэд усны молекулуудтай тулгарах үед хүчтэй гидролиз болно. Тиймээс ионы нэгдлүүд нь зөвхөн хуурай төлөвт байж болох бөгөөд N3-ийн гидратжуулсан ионууд байхгүй болно.
2. Ковалентын холбоо үүсэх
N атомууд нь илүү өндөр цахилгаан сөрөг нөлөө бүхий металл бус нэгдлүүдийг үүсгэх үед дараах ковалент холбоо үүснэ.
⑴N атомууд sp3 эрлийзжих төлөвийг авч, гурван ковалент холбоо үүсгэж, хос дан электрон хосыг хадгалж, молекулын тохиргоо нь NH3, NF3, NCl3 гэх мэт тригональ пирамид хэлбэртэй байна. Хэрэв дөрвөн ковалент дан холбоо үүссэн бол молекулын тохиргоо ердийн тетраэдр, тухайлбал NH4+ ионууд.
⑵N атомууд sp2 эрлийзжих төлөвийг авч, хоёр ковалент холбоо, нэг холбоо үүсгэн, хос электрон хосыг хадгалж үлдэх ба молекулын хэлбэр нь Cl—N=O гэх мэт өнцөгт байна. (N атом нь Cl атомтай σ холбоо, π холбоо үүсгэдэг ба N атом дээрх хос дан электрон хос молекулыг гурвалжин болгодог.) Хэрэв дан электрон хос байхгүй бол молекулын тохиргоо нь HNO3 молекул эсвэл гурвалжин хэлбэртэй байна. NO3-ион. Азотын хүчлийн молекулд N атом нь гурван О атомтай гурван σ холбоо үүсгэдэг ба өөрийн π орбитал дээрх хос электрон ба хоёр О атомын нэг π электрон нь гурван төвийн дөрвөн электрон делокализаци π холбоо үүсгэдэг. Нитратын ионы хувьд гурван О атом ба төвийн N атомын хооронд дөрвөн төвийн зургаан электрон делокализацилагдсан том π холбоо үүсдэг. Энэ бүтэц нь азотын хүчил дэх N атомын илэрхий исэлдэлтийн тоог +5 болгодог. Их хэмжээний π бонд байдаг тул нитрат нь хэвийн нөхцөлд хангалттай тогтвортой байдаг. ⑶N атом нь sp эрлийзжүүлэлт хийж ковалент гурвалсан холбоо үүсгэж, хос электрон хосыг хадгалдаг. Молекулын тохиргоо нь N2 молекул дахь N атомын бүтэц, CN- гэх мэт шугаман байна.
3. Зохицуулах холбоог бүрдүүлэх
Азотын атомууд нь энгийн бодис эсвэл нэгдлүүдийг үүсгэх үед дан электрон хосуудыг хадгалж байдаг тул ийм энгийн бодисууд эсвэл нэгдлүүд нь металл ионуудтай уялдуулахын тулд электрон хос донорын үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, [Cu(NH3)4]2+ эсвэл [Tu(NH2)5]7 гэх мэт.
Исэлдэлтийн төлөв-Гиббс чөлөөт энергийн диаграм
Азотын исэлдэлтийн төлөв-Гиббсийн чөлөөт энергийн диаграммаас NH4 ионуудаас бусад исэлдэлтийн тоо 0-тэй N2 молекул диаграммын муруйн хамгийн доод цэгт байгааг харж болно, энэ нь N2 нь термодинамик шинж чанартай болохыг харуулж байна. бусад исэлдэлтийн тоотой азотын нэгдлүүдтэй харьцуулахад тогтвортой.
0-ээс +5 хүртэлх исэлдэлтийн тоо бүхий янз бүрийн азотын нэгдлүүдийн утга нь HNO3 ба N2 хоёр цэгийг холбосон шугамаас дээгүүр (диаграм дахь тасархай шугам) байдаг тул эдгээр нэгдлүүд нь термодинамикийн хувьд тогтворгүй бөгөөд пропорциональ урвалд өртөмтгий байдаг. Диаграммд N2 молекулаас бага утгатай цорын ганц нь NH4+ ион юм. [1] Азотын исэлдэлтийн төлөв-Гиббс чөлөөт энергийн диаграмм ба N2 молекулын бүтцээс харахад элемент N2 идэвхгүй байгааг харж болно. Зөвхөн өндөр температур, өндөр даралт, катализатор байгаа нөхцөлд азот нь устөрөгчтэй урвалд орж аммиак үүсгэдэг: Асах нөхцөлд азот нь хүчилтөрөгчтэй нийлж азотын исэл үүсгэдэг: N2+O2=гаргах=2NO Азотын исэл хүчилтөрөгчтэй хурдан нэгдэж азотын давхар исэл үүсгэнэ 2NO+O2=2NO2 Азотын давхар исэл усанд уусч азотын хүчил, азотын исэл 3NO2+H2O=2HNO3+NO Усан эрчим хүч хөгжсөн орнуудад энэ урвалыг ашиглан азотын хүчил гаргаж авдаг. N2 нь устөрөгчтэй урвалд орж аммиак үүсгэдэг: N2+3H2=== (буцах тэмдэг) 2NH3 N2 нь иончлох боломж багатай, нитрид нь торны энерги ихтэй металуудтай харилцан үйлчилж ионы нитрид үүсгэдэг. Жишээ нь: N2 нь өрөөний температурт металлын лититэй шууд урвалд орно: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 нь улайсдаг температурт шүлтлэг шороон металлууд Mg, Ca, Sr, Ba-тай урвалд ордог: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 болно. зөвхөн улайсдаг температурт бор, хөнгөн цагаантай урвалд орно: 2 B + N2=== 2 BN (макромолекулын нэгдэл) N2 нь ерөнхийдөө 1473К-аас дээш температурт цахиур болон бусад бүлгийн элементүүдтэй урвалд ордог.
Азотын молекул нь гурван хос электроныг холбоход хувь нэмэр оруулдаг, өөрөөр хэлбэл хоёр π холбоо, нэг σ холбоо үүсгэдэг. Энэ нь холбоход хувь нэмэр оруулдаггүй бөгөөд бондын болон эсрэг холболтын энерги нь ойролцоогоор нөхөгддөг бөгөөд тэдгээр нь дан электрон хосуудтай тэнцүү юм. N2 молекулд N≡N гурвалсан холбоо байдаг тул N2 молекул нь маш тогтвортой байдаг бөгөөд үүнийг атом болгон задлахад 941.69кЖ/моль энерги зарцуулдаг. N2 молекул нь мэдэгдэж байгаа хоёр атомт молекулуудаас хамгийн тогтвортой нь бөгөөд азотын харьцангуй молекул масс нь 28. Түүгээр ч зогсохгүй азот нь шатахад хялбар биш бөгөөд шаталтыг дэмждэггүй.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 7-р сарын 23-ны хооронд
