10.8. Структура атома и молекулы азота

Термин «азот» предложил Лавуазье. Он означает «безжизненный». Воздух содержит 75,6% азота по массе и около 23% кислорода. Но азот не поддерживает ни горение, ни дыхание. Молекулярный азот не соединяется с кислородом и это спасает всё живое Земли от формирования кислот в воздушной и водной средах.

Азот – седьмой элемент в периодической таблице химических элементов, расположенный в её пятой группе. Структура его ядра показана на рис. 116, а. Она близка по форме к структуре ядра атома углерода. Поскольку большинство ядер атомов азота имеют семь протонов и семь нейтронов, то это большинство имеет плоские ядра, показанные на рис. 116, а.

Рис. 116. Схемы ядра и атома азота

Схема атома азота, имеющего такое ядро, показана на рис. 116, b и с. Атом азота имеет лишь один активный (валентный) осевой электрон. Именно эта особенность создаёт условия для формирования молекулы из двух атомов со столь большой энергией связи, что химики придумали для неё название тройной связи. Нет, связь у молекулы азота одна, но с большой энергией связи. Жаль, что спектр атома азота смешан со спектром его молекулы. Приводимая в справочниках по спектроскопии энергия ионизации атома азота, равная 14,534 eV, скорее всего, является энергией диссоциации молекулы азота, а не энергией ионизации его атома. Это достаточно большая энергия связи.

А теперь представим процесс перехода шести кольцевых электронов атома азота на нижние энергетические уровни. Его особенность заключается в том, что эти электроны переходят на нижние энергетические уровни одновременно, излучая при этом фотоны, размеры, которых на несколько порядков больше размера атома азота. Когда в этот процесс вовлекается вся совокупность атомов азота - вещества, в которое он входит, и когда в него вовлекаются атомы углерода и кислорода, которые также имеют кольцевую совокупность электронов, то суммарное количество излученных фотонов сразу увеличивает объём, занимаемый ими в пространстве, что и формирует явление взрыва. Конечно, существующее представление о том, что взрыв – расширение газов – глубоко ошибочно. Давление формируют одновременно излучаемые фотоны благодаря тому, что их размеры на 5-7 порядков больше размеров атомов. Из этого сразу вытекают неизвестные специалистам требования к взрывчатым веществам и ракетному топливу и методы их реализации, но мы не будем развивать эту тему по известным причинам.

Молекулу азота (рис. 117) формируют электронные связи осевых электронов 1 и 2 его атомов. Связь оказывается достаточно прочной. Все остальные 12 электронов находятся на одинаковых расстояниях от ядер своих атомов и поэтому не могут быть активными, когда азот - в молекулярном состоянии. Нет электронов слева и справа от кольцевых электронов атомов вдоль оси симметрии молекулы. Это - главная причина низкой химической активности молекулы азота.

При анализе структуры молекулы воды, мы увидим причину увеличения её размера при замерзании. В этом процессе также участвуют кольцевые электроны атомов кислорода и фотоны, излучаемые и поглощаемые ими, и мы наглядно увидим, как они реализуют процесс увеличения размера молекулы воды при её замерзании.

Рис. 117. Молекула азота

Вся энергия связи распределяется вдоль оси симметрии молекулы лишь между двумя электронами 1 и 2 (рис. 117, а), поэтому она названа химиками тройной связью. Теперь придётся отказываться от противоречивых представлений о молекулярных связях и привыкать к тому, что одна электрон - электронная связь в различных молекулах имеет разную величину энергии связи, которая и определяет активность молекулы при формировании различных соединений.