Азот - элемент главной подгруппы пятой группы таблицы Д.И. Менделеева. Он находится во втором периоде, значит, в его атоме только два электронных слоя. Электронная конфигурация внешнего электронного слоя: 2s2 2p3. Три р-электрона, которые являются неспаренными, могут дать прочные ковалентные связи с другими атомами, и тогда валентность азота будет равна 3. А вот пара s-электронов - распариться они не могут, потому что на втором электронном слое больше нет свободных мест, ведь отсутствует d-подуровень. Но, они могут образовать донорно-акцепторную связь, то есть "присесть" на чужую свободную орбиталь. Именно это и происходит, когда образуется ион аммония:
А потом к катиону аммония притягивается любой анион, который окажется рядом - гидроксид, хлорид, сульфат... И вот мы имеем соединение аммония, которое содержит в себе и ионную связь тоже (это к вопросу №5 теста ОГЭ):
Таким образом, максимальная валентность атома азота может быть равна 4, при этом характер возникающих связей будет разным: три ковалентные и одна донорно-акцепторная. Заметим по ходу, что максимальная валентность азота не равна номеру группы (также, как и для кислорода и фтора).
Вот так устроена молекула азотной кислоты:
Азот в своих соединениях проявляет все возможные степени окисления: −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5. (По-моему, единственный из элементов.)
Азот - простое вещество составляет 78% земной атмосферы, а в лаборатории его получают разложением нитрита аммония:
NH4NO2 → N2 + 2H2O или в ходе, пожалуй, самой эффектной и знаменитой реакции "химический вулкан": (NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2+ 4H2O.
Можно получить азот вот таким способом: 3CuO+2NH3 = N2+3Cu+3H2O, который интересен тем, что азот в степени окисления -3 восстанавливает медь из оксида, сам окисляясь при этом до элементарного азота.
Особенность аммиака: Всем известно, что когда бинарное соединение сгорает, то образуются два оксида. Для аммиака такое возможно только в присутствии катализатора, коим является платина: 4NH3+5O2= 4NO+6H2O. А если катализатора нет, то горение происходит вот так: 4NH3+3O2=2N2+ 6H2O.
Вернёмся к азоту. Поскольку азот - неметалл, можно было бы ожидать он него образования нитридов. Однако, такие реакции крайне редки. При нормальных условиях он взаимодействует только с литием: 6Li + N2 = 2Li3N , а при температуре порядка 1000 грС - с магнием и бором: 3Mg + N2= Mg3N2 и 2B+ N2=2BN.
Азот не вступает в реакции диспропорционирования со щелочами, как другие неметаллы.
Азот соединяется с кислородом только при действии неслабого электрического разряда, например, во время грозы: N2+O2=2NO – Q Эта реакция соединения является исключительной - эндотермической.
При этом азот имеет целый ряд оксидов: N2O, NO, NO2, N2O3, N2O5, из которых только первые два не являются кислотными.
N2O получается при разложении нитрата аммония: NH4NO3= N2O + 2H2O
NO2 - при разложении нитратов, например: 2Zn(NO₃)₂ = 2ZnO + 4NO₂ + O₂, или при действии азотной кислоты на некоторые металлы, например: Cu + 4НNО3 (конц) = Cu (NO3)2 + 2NO2 + 2Н2O.
Диоксид азота NO2 интересен своей склонностью к диспропорционированию: 2NO2 + H2O → HNО3 + HNO2 или
2Ba(OH)2 +4NO2 = Ba(NO2)2 + Ba(NO3)2 + 2H2O
Если растворение NO2 в воде проводить в избытке кислорода, то образуется только азотная кислота: 4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3.
Оксид азота (III) - неустойчивая жидкость тёмно-синего цвета, и если его удаётся получить по реакции конпропорционирования NO2+NO=N2O3, то он ведёт себя как обычный кислотный оксид: N2O3+H2O=2HNO2 или N2O3+Na2O= 2NaNO2.
Оксид азота (V) - интересен способом получения: окисление озоном диоксида азота: 2NO2+O3= N2O5+O2, но по сути своей - типичный кислотный оксид: N2O5+ Н2О = 2НNО3 и N2O5+ 2NaOH = 2NaNO3+ H2O.
Азотная кислота - всегда окислитель, при любой концентрации. Атом азота в высшей степени окисления всегда "срабатывает", вопрос только в продукте восстановления. Однако, снова обращаю внимание 9-классников: при взаимодействии азотной кислоты с металлами НИКОГДА НЕ ВЫДЕЛЯЕТСЯ ВОДОРОД.
Разложение нитратов - важная тема школьного курса химии:
Азот в составе знакомых нам органических веществ - это амины, нитрилы, аминокислоты, нитросоединения, амиды. Вот их свойства, которые достаточно знать школьникам:
Пожалуй, самое "странное" соединение азота - азотистоводородная кислота HN3:
Это вещество иногда встречается в олимпиадных задачах. Например (попробуйте решить): "Молекула бинарного соединения содержит 22 электрона, из которых 10 участвуют в образовании химических связей. Установите формулу соединения (подтвердите расчетом) и изобразите структурную формулу молекулы." Согласитесь, если не знать о его существовании, то на такой задаче можно застрять в недоумении. Более того, азиды металлов реально существуют и используются как инициаторы в детонирующих устройствах.
Азидная группа, соединённая с атомом углерода - суть органические азиды - целый класс органических соединений, которые применяются в разных фармацевтических синтезах:
Это были особенности, конечно, далеко не все, особенного химического элемента - азота.
