В свободном виде азот образует простое вещество, состоящее из двухатомных молекул N₂. Строение молекулы N₂:

:N≡N: или N≡N (тройная связь, или 1 σ- и 2 π-связи)

Азот впервые обнаружен и идентифицирован в 1772 году (Шееле, Швеция, Д. Резерфорд, Шотландия).

Распространение азота в природе. В свободном виде азот является главной составной частью воздуха (78,1% по объему). В связанном состоянии встречается в форме неорганических соединений, например селитры – натронной NaNO₃ и калийной KNO₃, а также аммиака (продукта гниения). В виде органических соединений азот содержится во всех организмах: белковые вещества (протеины и протеиды), нуклеиновые кислоты, конечные продукты обмена веществ – карбамид и мочевая кислота. Обнаружен азот в природных углях.

Биологическое значение азота. Азот – жизненно важный элемент, так как входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Непосредственно из воздуха азот усваивают лишь некоторые бактерии, а все другие организмы способны усваивать только соединения азота. Растения извлекают азот из почвы с неорганическими веществами – нитратами и солями аммония; животные усваивают органически связанный азот при потреблении животной или растительной пищи. При гниении организмов из белковых веществ образуется, главным образом, аммиак. Конечным продуктом метаболизма азота у высших организмов является карбамид, реже (у птиц и рептилий) – мочевая кислота.

Получение азота.

1. Разложение при нагревании твердого нитрита аммония; получается химически чистый азот:

NH₄NO₃ = N₂ + 2Н₂O

2. Физический метод – фракционная конденсация и дистилляция из воздуха при низких температурах.
3. Химический метод – удаление из воздуха кислорода путем связывания его раскаленным коксом (образуется воздушный газ), порошком меди или железа, либо пропускание воздуха через щелочной раствор пирогаллола.

По второму и третьему методам получается “воздушный” азот (“атмосферный” азот), содержащий благородные газы.

Связывание азота воздуха в промышленности. Природные запасы азотсодержащих минералов и других источников связанного азота (аммиачная вода в газификации угля, животные и растительные продукты, деготь) невелики, поэтому воздух, несмотря на его химическую инертность, служит главным и почти единственным источником азота для получения всех его важнейших соединений. Связывание азота из воздуха в промышленности проводится с помощью водорода в синтезе аммиака или с помощью карбида кальция в синтезе цианамида кальция.

Свойства азота. Бесцветный газ без вкуса и запаха. В отличие от жидкого кислорода азот в сжиженном состоянии бесцветен. Химически инертен (относительно). При комнатной температуре реагирует только с литием, а при повышенных температурах – и с другими металлами, такими как Са и Mg, образуя соответствующие нитриды, например:

6Li + N₂ → 2Li₃N; 3Mg + N₂ → Mg₃N₂

Применение азота. Газообразный азот хранят в стальном баллоне под давлением 15 МПа. Его используют как газ, создающий инертную атмосферу для хранения и перевозки чувствительных к воздуху и влаге огнеопасных продуктов, при формовании полиамидных волокон и т. д.

Соединения азота

Аммиак. Соединения аммония.

Оксиды азота. Азотная кислота. Нитраты.

Азотистая кислота HNO₂ устойчива только в разбавленном водном растворе, при его концентрировании HNO₂ распадается на H₂O, NO и NO₂. Соли азотистой кислоты – нитриты – ядовиты. Хорошо растворимы в воде. При взаимодействии с сильными кислотами образуют бурые нитрозные газы, например:

2NaNO₂ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + NO + NO₂

Азидоводород HN₃ (строение молекулы H-N=N≡N) – бесцветная жидкость с резким запахом, ядовитая и взрывоопасная, температура кипения 35,7*С. Растворим в воде, раствор проявляет слабые кислотные свойства, поэтому водный раствор называется азидоводородная кислота. Соли – азиды, например азид свинца(II) Pb(N₃)₂, который используется как детонатор взрывчатых веществ.

Гидразин N₂H₄ (H₂N-NH₂) – бесцветная жидкость со слабым аминоподобным запахом. В водном растворе образует гидрат гидразина N₂H4*H₂O, имеющий свойства слабого основания. Подобно аммиаку, гидразин при обработке кислотами образует соли гидразиния, например N₂H₅Cl – хлорид гидразиния(I+), N₂H₆SO₄ – сульфат гидразиния(2+). Сам гидразин и его метилпроизводные, особенно N,N-диметилгидразин H₂N-N(CH₃)₂, применяются в качестве эффективных ракетных топлив.

Гидроксиламин NH₂OH – бесцветные гигроскопичные кристаллы в форме пластинок. При нагревании взрывается. Более устойчивы, чем сам гидроксиламин, соли гидроксиламмония, например хлорид гидроксиламмония (NH₃OH)Cl.

Нитрид трихлора Cl₃N – темно-желтое, весьма взрывчатое, маслообразное вещество. Нитрид трииода известен только в виде сольвата I₃N*NH₃; выпадает в виде серо-черного осадка при смешивании иода и концентрированного раствора аммиака; в сухом состоянии сольват I₃N*NH₃ взрывается от малейшего прикосновения.

Цианамид кальция CaCN₂ – производное цианамида NH₂CN, имеющего строение H₂N-C≡N. В промышленности получают по реакции карбида кальция с азотом при 900*С:

CaC₂ + N₂ = CaCN₂ + C

Представляет собой серый порошок со слабым запахом аммиака и ацетилена. Смесь CaCN₂ + C применяется в качестве гербицида и минерального удобрения, а также для получения дициандиамида HN-C(NH₂)-NH-CN, который, в свою очередь, является сырьем для производства аминопластов и древесных клеев.

Азотные удобрения. Содержат азот в качестве основного питательного элемента. Основные виды азотных удобрений: жидкий аммиак NH₃; карбамид CO(NH₂)₂; сульфат аммония (NH₄)₂SO₄; смесь сульфата аммония с аммонийной селитрой (NH₄)₂SO₄ + NH₄NO₃; смесь аммонийной селитры с известняком NH₄NO₃ (60%) + CaCO₃ (25 – 35%).

Растения усваивают азот только в форме нитрат-ионов NO₃^–; аммиак, соли аммония и карбамид переводятся почвенными бактериями также в ионы NO₃^–.

Для обогащения почвы азотом проводят сидерацию – выращивание бобовых культур (люцерны, чечевицы, гороха) и запахивание зеленой массы растений в почву. Клубеньковые бактерии на корнях бобовых ассимилируют азот. Растения извлекают неорганические питательные вещества из почвы. Если запас таких питательных веществ в почве не поддерживается путем естественного гниения растительных остатков, то урожайность культурных растений снижается. Недостаток в почве питательных веществ восполняют введением удобрений, причем недостаточно вводить в почву только органические удобрения (навоз и др.), необходима подкормка растений минеральными удобрениями. Как установил еще в 1810 г. немецкий ученый Ю. Либих, растения обязательно нуждаются в присутствии в почве больших количеств соединений десяти элементов – C, O, H, N, P, S, К, Ca, Mg и Fe. Жизненно важными для растений являются также следующие микроэлементы – B, Mn, Cu, Mo, Zn и Co. Все минеральные удобрения делятся на азотные, калийные и фосфорные. В значительных количествах используются смешанные (азотно-калийно-фосфорные) и комплексные (органо-минеральные) удобрения. Органические удобрения снабжают почву дополнительным количеством гумусообразующих веществ.

---