Глава 5. Подгруппа азота и ее типичные представители

§ 22. Азот как элемент и как простое вещество

Когда, кем и как был открыт элемент азот? Как распространен этот элемент в природе? Чем объясняется несовпадение его названия с символом?
Какое значение имеет азот для существования жизни на Земле?
Что вы знаете об элементе азоте? Дайте его общую характеристику, составьте электронную формулу и электронную схему строения его атома.
Что вы знаете о простом веществе азоте?

Азот является начальным и важнейшим элементом VA-группы периодической системы. Этот элемент и его соединения играют первостепенную роль в существовании жизни на Земле, имеют большое практическое значение и оказывают огромное влияние на развитие научно-технического прогресса общества. Жизнь многим обязана азоту, но и азот своим происхождением обязан жизненным процессам.

Азот — типичный неметаллический элемент. В отличие от других элементов VA-группы, он является элементом 2-го периода, а следовательно, его атом не имеет -подуровня и возможностей увеличения валентности.

Имея пять электронов на внешнем энергетическом уровне, азот способен проявлять степени окисления от -3 до +5. Наличие трех неспаренных электронов предполагает возможность образования трех химических связей с другим атомом азота или атомами других элементов:

N (г.) + N (г.) → N₂(r.) + 942,6 кДж
N (г.) + ЗН (г.) → NH₃ (г.) + 1173 кДж

Проблема. Почему атомы азота присоединяют электроны активнее атомов серы и фосфора?

Простое вещество азот при нормальных условиях — молекулярное, газообразное, малоактивное вещество, молекула которого состоит из двух атомов. Азот не имеет аллотропных форм.

Физические свойства азота и строение молекулы. Азот — бесцветный газ, не имеет запаха, малорастворим в воде (в 100 объемах Н₂O растворяется при н. у. 2,5 объема N₂). Он немного легче воздуха. При -196 °С азот сжижается, а при -210 °С превращается в снегоподобную массу. Молекулярный азот инертен. Находясь в составе воздуха, он не реагирует даже с таким активным окислителем, как кислород, в котором горит даже менее активный, чем азот, неметалл — углерод.

Проблема. В чем причина противоречия между высокой реакционной способностью одиночных атомов азота и инертностью молекулярного азота?

Ответ следует искать в строении молекулы азота, в механизме ее образования и в характере химической связи между атомами в молекуле.

При образовании молекулы азота:

N + N → N ≡ N + 942 кДж

одиночные атомы связываются за счет спаривания трех неспаренных р-электронов от каждого из атомов азота. Это приводит к образованию устойчивой восьмиэлектронной конфигурации в молекуле азота, связи между атомами азота. Связь в молекуле N₂ ковалентная неполярная, тройная, очень прочная (Е_св = 942 кДж/моль). Для того чтобы разорвать связи атомов в одном моле молекул, потребуется затратить также 942 кДж. Именно этим объясняется инертность молекулярного азота.

Химические свойства молекулярного азота. Азот химически малоактивен. Он не поддерживает ни дыхания, ни горения. При комнатной температуре реагирует только с литием, образуя нитрид лития Li₃N.

Сравнивая химическую активность галогенов, кислорода и азота, можно сделать следующий вывод:

Чем прочнее молекула простого вещества-неметалла, чем большим числом ковалентных связей она образована, тем труднее данное вещество вступает в химические взаимодействия.

Для разрыва молекулы фтора F₂, кислорода O₂, азота N₂ следует затратить энергию (в кДж/моль):

Реакции, в которые вступает азот, являются окислительно-восстановительными, где азот проявляет свойства как окислителя, так и восстановителя.

Окончание параграфа >>>