Азот – простое вещество, строение молекулы, физические свойства
Материалы урока
Общая характеристика химических элементов подгруппы азота
Подгруппа азота – V группа, главная подгруппа «А» - азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут.
| НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ |
| Содержание в земной коре: азот - 0,01%, фосфор - 0,08%, мышьяк - 0,0006%, сурьма - 0,0004%, висмут - 0,00002% |
Свойства элементов V-A подгруппы
| Элемент | Азот N | Фосфор Р | Мышьяк As | Сурьма Sb | Висмут Bi |
| Свойство | |||||
| Порядковый номер элемента | 7 | 15 | 33 | 51 | 83 |
| Относительная атомная масса | 14,007 | 30,974 | 74,922 | 121,75 | 208,980 |
| Температура плавления,С0 | -210 | 44,1 (белый) | 817 (4МПа) | 631 | 271 |
| Температура кипения,С0 | -196 | 280 (белый) | 613 | 1380 | 1560 |
| Плотность г/см3 | 0,96 (твёрдый) | 1,82 (белый) | 5,72 | 6,68 | 9,80 |
| Степени окисления | +5, +3,-3 | +5, +3,-3 | +5, +3,-3 | +5, +3,-3 | +5, +3,-3 |
Строение атомов химических элементов
| Название химического элемента | Схема строения атома | Электронное строение последнего энергоуровня | Формула высшего оксида R2O5 | Формула летучего водородного соединения RH3 |
| 1. Азот | N+7)2)5 | …2s22p3 | N2O5 | NH3 |
| 2. Фосфор | P+15)2)8)5 | …3s23p3 | P2O5 | PH3 |
| 3. Мышьяк | As+33)2)8)18)5 | …4s24p3 | As2O5 | AsH3 |
| 4. Сурьма | Sb+51)2)8)18)18)5 | …5s25p3 | Sb2O5 | SbH3 |
| 5. Висмут | Bi+83)2)8)18)32)18)5 | …6s26p3 | Bi2O5 | BiH3 |
Наличие трех неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне объясняет то, что в нормальном, невозбужденном состоянии валентность элементов подгруппы азота равна трем.
|
|
|
У атомов элементов подгруппы азота (кроме азота - внешний уровень азота состоит только из двух подуровней - 2s и 2p) на внешних энергетических уровнях имеются вакантные ячейки d-подуровня, поэтому они могут распарить один электрон с s-подуровня и перенести его на d-подуровень. Таким образом, валентность фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута равна 5.
Элементы группы азота образуют с водородом соединения состава RH3, а с кислородом оксиды вида - R2O3 и R2O5. Оксидам соответствуют кислоты HRO2 и HRO3 (и ортокислоты H3PO4, кроме азота).
Высшая степень окисления этих элементов равна +5, а низшая -3.
Так как заряд ядра атомов увеличивается, число электронов на внешнем уровне постоянно, число энергетических уровней в атомах растёт и радиус атома увеличивается от азота к висмуту, притяжение отрицательных электронов к положительному ядру ослабевает
и способность к отдаче электронов увеличивается, и, следовательно, в подгруппе азота с ростом порядкового номера неметаллические свойства убывают, а металлические усиливаются.
|
|
|
Азот - неметалл, висмут - металл. От азота к висмуту прочность соединений RH3 уменьшается, а прочность кислородных соединений возрастает.
Наибольшее значение среди элементов подгруппы азота имеют азот и фосфор .
Азот – как химический элемент
1s22s22p 3 незавершённый внешний уровень,
p-элемент, неметалл
Ar(N)=14
Возможные степени окисления
Из-за наличия трёх неспаренных электронов азот очень активен, находится только в виде соединений.
Азот проявляет в соединениях степени окисления от «-3» до «+5»
Азот – простое вещество, строение молекулы, физические свойства
Азо́т (от греч. ἀζωτος — безжизненный, лат. Nitrogenium), вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предложил в 1787 году Антуан Лавуазье. Как показано выше, в то время уже было известно, что азот не поддерживает ни горения, ни дыхания. Это свойство и сочли наиболее важным. Хотя впоследствии выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ, название сохранилось во французском и русском языках.
N2 – ковалентная неполярная связь, тройная (σ, 2π), молекулярная кристаллическая решётка
|
|
|
| Тройная связь N≡N | Энергия связи 945 кДж/моль |
Вывод:
1. Малая реакционная способность при обычной температуре
2. Газ, без цвета, запаха, легче воздуха
Mr(воздуха)/Mr(N2) = 29/28
Химические свойства азота
| N – окислитель ( 0 → -3) | N – восстановитель (0 → +5) |
| 1. С металлами образуются нитриды MxNy - при нагревании с Mg и щелочно-земельными и щелочными: 3Сa + N2 t= Ca3N2 - c Li при комнатной температуре Нитриды разлагаются водой Са3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3 2. С водородом 3H2+N2 ↔ 2NH3 (условия - T, p, kat) | N2 + O2 ↔ 2 NO – Q
(при t= 2000 C)
Азот не реагирует с серой, углеродом, фосфором, кремнием и некоторыми другими неметаллами.
|
Получение:
В промышленности азот получают из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждают, сжижают, а жидкий воздух подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (–195,8°C), чем другого компонента воздуха — кислорода (–182,9°C), поэтому при осторожном нагревании жидкого воздуха азот испаряется первым. Потребителям газообразный азот поставляют в сжатом виде (150 атм. или 15 МПа) в черных баллонах, имеющих желтую надпись «азот». Хранят жидкий азот в сосудах Дьюара.
|
|
|
В лаборатории чистый («химический») азот получают добавляя при нагревании насыщенный раствор хлорида аммония NH4Cl к твердому нитриту натрия NaNO2:
NaNO2 + NH4Cl = NaCl + N2 + 2H2O.
Можно также нагревать твердый нитрит аммония:
NH4NO2 = N2 + 2H2O. Опыт
Применение:
В промышленности газ азот используют главным образом для получения аммиака. Как химически инертный газ азот применяют для обеспечения инертной среды в различных химических и металлургических процессах, при перекачке горючих жидкостей. Жидкий азот широко используют как хладагент, его применяют в медицине, особенно в косметологии. Важное значение в поддержании плодородия почв имеют азотные минеральные удобрения.
Биологическая роль
Азот является элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков (16—18 % по массе),аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла,гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота около 2%, по массовой доле - около 2,5 % (четвертое место после водорода, углерода и кислорода). В связи с этим значительное количество связанного азота содержится в живых организмах, «мёртвой органике» и дисперсном веществе морей и океанов. Это количество оценивается примерно в 1,9·1011 т. В результате процессов гниения и разложения азотсодержащей органики, при условии благоприятных факторов окружающей среды, могут образоваться природные залежи полезных ископаемых, содержащие азот, например, «чилийская селитра» (нитрат натрия с примесями других соединений), норвежская, индийская селитры.
Задание №1. Осуществите превращения по схеме:
N2→Li3N→NH3
Задание №2. Составьте уравнения реакции взаимодействия азота с кислородом, магнием и водородом. Для каждой реакции составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Задание №3. В одном цилиндре находится газ азот, в другом - кислород, а в третьем - углекислый газ. Как различить эти газы?
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 115; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!