Применение азота

1. Большое количество азота расходуется на синтез аммиака

2. Благодаря низкой химической активности азот используется для создания инертной атмосферы в химической и металлургической промышленности, а также в лабораториях.

3. Для охлаждения

Соединения азота со степенью окисления –3

При высоких температурах азот окисляет многие металлы и неметаллы. При этом образуются нитриды. Например:

Нитриды подразделяют на следующие группы:

1. Нитриды активных металлов. Преимущественно данную группу составляют нитриды s-элементов I и II групп. Например: Li₃N, Mg₃N₂. Это твердые, кристаллические вещества белого цвета. Это вещества с химической связью близкой к ионной. Химически активные вещества. Например, разлагаются водой, образуя при этом щелочь и аммиак:

Получают данную группу нитридов прямым взаимодействием свободных элементов или термическим распадом амидов, например:

2. Нитриды неметаллов. Например, Si₃N₄, S₄N₄, P₃N₅ – это вещества с ковалентной малополярной связью. Атомная кристаллическая решетка. Это твердые вещества с высокими температурами плавления и кипения (2000 – 3000 ºС). Устойчивы к действию кислот и воды при комнатной температуре.

3. Нитриды d-элементов. Это кристаллические вещества переменного состава (нестехиометрические соединения), чаще всего встречаются нитриды типа MeN (TiN, VN, CrN) и Me₂N (Nb₂N, Cr₂N, Fe₂N). Азот с металлами образует соединения внедрения, проникает в кристаллическую решетку между атомами металла и образует ковалентные связи Me – N. При малом числе таких связей сохраняется металлическая связь и физические свойства металла. Нитриды данной группы обладают высокой твердостью и тугоплавкостью, которая иногда превышает тугоплавкость исходного металла (например, температура плавления титана равна 1668 ºС, а температура плавления нитрида титана TiN равна 3220 ºС). Большинство нитридов d-элементов химически очень инертны, поэтому они не разрушаются растворами кислот, расплавленными металлами, устойчивы против окисления на воздухе. Поэтому данные нитриды часто используют как высокопрочные материалы. Нитриды со структурой внедрения получают нагреванием металла в атмосфере аммиака при 1100 – 1200 ºС.

Сравнительная характеристика водородных соединений элементов V группы главной подгруппы

Свойство	NH3 аммиак	PH3 фосфин	AsH3 арсин	SbH3 стибин	BiH3 висмутин
Длина связи Э – Н, пм	102	144	152	171	–
Энергия связи Э – Н, кДж/моль	380	323	281	250	–
Дипольный момент, D	1,48	0,55	0,17	0,04	–
Температура плавления, ºС	–78	–134	–116	–88	–
Температура кипения, ºС	–33	–88	–62	–17	17
Стандартная энтальпия образования , кДж/моль	–46,2	5,4	66,4	145,0	277,8
Валентный угол НЭН, º	107,3	93,3	92,1	91,6	–

В стандартных условиях водородные соединения элементов V группы главной подгруппы – бесцветные газы с характерным запахом.

В V группе главной подгруппе сверху вниз орбитальный радиус пниктогенов увеличивается, поэтому длина связи Н – Э возрастает, а энергия связи Н – Э уменьшается.

Дипольные моменты убывают в ряду NH₃ – PH₃ – AsH₃ – SbH_3. Полярность молекул, которая количественно характеризуется величиной дипольного момента, также уменьшается.

Изменение валентного угла НЭН при переходе в ряду NH₃ – PH₃ – AsH₃ – SbH₃ свидетельствует о том, что аммиаке связи N–H образованы с участием гибридных sp³-орбиталей атома азота. Из-за отталкивания неподеленной электронной пары и связующих электронных пар угол в аммиаке меньше, чем в правильном тетраэдре. Неподеленная электронная пара занимает sp³-гибридную орбиталь, т.е. оказывается пространственно более доступной, чем свободная пара в водородных соединениях других элементов V группы главной подгруппы, которая в этом случае занимает s-орбиталь. В фосфине гибридизация с участием s-электронов отсутствует и валентный угол близок к 90º.

Температуры плавления и кипения в ряду NH₃ – PH₃ – AsH₃ – SbH₃ изменяются немонотонно. Высокие температуры кипения и плавления фазовых переходов аммиака обусловлены наличием водородных связей, что для остальных водородных соединений V группы главной подгруппы не характерно. В ряду PH₃ – AsH₃ – SbH₃ температуры плавления и кипения возрастают, что объясняется увеличением энергии межмолекулярного взаимодействия.

Стандартные энтальпии образования в ряду NH₃ – PH₃ – AsH₃ – SbH₃ увеличиваются, что объясняется уменьшением энергии связи.

Термическая устойчивость в ряду NH₃ – PH₃ – AsH₃ – SbH₃ уменьшается, что объясняется увеличением длины связи и уменьшением прочности связи Н – Э. Только аммиак может быть получен из простых веществ, данная реакция является экзотермической. Но даже аммиак неустойчив к нагреванию, его термическая диссоциация становится заметной при 400 ºС, а полностью завершается при 2000 ºС. Висмутин существует только при 25 ºС в течении нескольких минут.

Водородные соединения элементов V группы главной подгруппы проявляют свойства восстановителей. В ряду NH₃ – PH₃ – AsH₃ – SbH₃ энергия ионизации атома пниктогена уменьшается, восстановительная способность увеличивается.