Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение азот среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 65 pm — это 0,065 нм, поэтому около 7,69 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Азот находится в жидком состоянии в диапазоне 14 K — от 63 K до 77 K.
История
Азот — самый распространённый элемент в атмосфере Земли: он составляет примерно 78% воздуха, которым мы дышим. Этот бесцветный, не имеющий запаха и обычно инертный газ необходим всем живым организмам, поскольку входит в состав аминокислот, белков и нуклеиновых кислот, таких как ДНК и РНК.
Несмотря на распространённость, азот в молекулярной форме (N₂) отличается исключительно низкой реакционной способностью из-за чрезвычайно прочной тройной связи между двумя атомами азота. Благодаря химической инертности азот используют в качестве инертной атмосферы в промышленных процессах, однако большинство организмов не может напрямую использовать атмосферный азот в биологических процессах.
Интересный факт: Круговорот азота — один из важнейших биогеохимических циклов на Земле. Он включает превращение азота из одной химической формы в другую посредством биологических, химических и физических процессов.Соединения азота необходимы для сельского хозяйства, а азотные удобрения играют ключевую роль в современном производстве продуктов питания. Однако азот может образовывать и опасные соединения: оксиды азота способствуют загрязнению воздуха и выпадению кислотных дождей, а взрывчатые вещества, содержащие азот, повлияли на военную историю.
В промышленности жидкий азот (при -196°C) служит сверххолодным хладагентом и используется во всём — от сохранения продуктов до медицинских процедур. Двойственная природа элемента — жизненная необходимость и потенциальная опасность в определённых формах — делает азот одним из самых интересных элементов периодической таблицы.
Применение
Крупнейшая область промышленного применения азота — процесс Габера — Боша, в котором атмосферный азот превращается в аммиак (NH₃). Этот революционный процесс, разработанный в начале XX века, основан на реакции азота с водородом при высоком давлении (150-200 атм) и температуре (400-500°C) в присутствии железного катализатора:
N₂ + 3H₂ → 2NH₃
Ежегодно этот процесс позволяет производить более 150 миллионов тонн аммиака, около 80% которого используется для изготовления азотных удобрений, включая:
Азот служит важным сырьём для производства многочисленных промышленных химикатов:
Жидкий азот при -196°C (-321°F) обеспечивает охлаждение до сверхнизких температур для:
Азот создаёт инертную атмосферу для предотвращения окисления во время:
Азот высокой чистоты необходим для:
Откуда он происходит
19 мг/кг земной коры · более распространён, чем 71% элементов
Азот преобладает в атмосфере Земли, составляя примерно 78.08% воздуха по объёму. Этот огромный резервуар содержит, по оценкам, 3.9 × 10¹⁵ тонн газообразного азота (N₂), что делает его самым распространённым несвязанным элементом, доступным живым организмам на Земле.
В атмосфере азот существует главным образом в виде двухатомных молекул (N₂), соединённых чрезвычайно прочной тройной связью (941 kJ/mol), поэтому в нормальных условиях он относится к наиболее химически инертным веществам. Эта стабильность объясняет, почему атмосферный азот накапливался в течение миллиардов лет.
Азот образуется в ядрах массивных звёзд в ходе звёздного нуклеосинтеза посредством двух основных процессов:
Во Вселенной азот занимает 7-е место по распространённости; его космическая распространённость оценивается примерно в 1 атом на 1,000 атомов водорода.
В земной коре азот встречается относительно редко и составляет лишь около 0.002% по массе. К природным азотсодержащим минералам относятся:
Круговорот азота — один из важнейших биогеохимических процессов на Земле:
Особые бактерии превращают атмосферный N₂ в доступные для организмов формы:
Почвенные бактерии непрерывно превращают азот из одной степени окисления в другую:
Океаны и пресноводные системы содержат значительное количество растворённого азота:
Деятельность человека значительно изменила глобальный круговорот азота:
Обращение
Токсичность газообразного азота: Хотя сам азот нетоксичен, он представляет серьёзную опасность удушья:
Меры криогенной безопасности:
Правила OSHA и ограничения на рабочем месте:
Безопасные процедуры обращения:
Порядок немедленных действий:
Воздействие на окружающую среду и нормы:
Краткие ответы
Азот (символ N) — элемент 7 в периодической таблице, представитель семейства неметалл в 2 периоде, 15 группе. 78% воздуха, которым вы прямо сейчас дышите, удерживаемые одной из самых прочных связей в химии. При комнатной температуре это газ.
[He] 2s² 2p³; она включает 2 занятые электронные оболочки с распределением 2, 5. На внешней оболочке находится 5 электронов, что определяет характер химических связей.Азот плавится при 63.2 K (-210 °C) и кипит при 77.4 K (-195.8 °C).
Стандартная атомная масса Азот составляет 14.007 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Азот при комнатной температуре — газ; его плотность при 0 °C и давлении 1 атм составляет около 1.25 г/л — он примерно легче воздуха.
Электроотрицательность Азот по шкале Полинга составляет 3.04. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Такое высокое значение означает, что он стремится оттягивать электроны почти у любого атома, с которым образует связь.
Азот был открыт в 1772 году Daniel Rutherford. Назван в честь греческие nitron + genes, «образующий селитру».
На долю Азот приходится около 19 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.