Азот в народном хозяйстве

Народные советы
Содержание
  1. Азот в народном хозяйстве
  2. Газ, нефть, химия
  3. Металлургия
  4. Горнодобывающая промышленность
  5. Фармацевтика
  6. Медицина
  7. Целлюлозно-бумажная промышленность
  8. Пожаротушение
  9. Жидкий азот. От Фарадея до цифрового века. Краткая история технологии.
  10. Марки азота различной чистоты.
  11. “МЕМБРАННАЯ УСТАНОВКА”
  12. “В основе работы мембранной установки лежит принцип избирательной проницаемости: влага, СО2 и кислород (О2) проникают через стенку мембраны легче, чем азот (N2)”
  13. (виден конденсационный бак и разделительный тракт )
  14. ГЕНЕРАТОРЫ АЗОТА ГЕНЕРАТОРЫ КИСЛОРОДА профессиональное оборудование для производства азота и кислорода
  15. Азот. Химия азота и его соединений
  16. Положение в периодической системе химических элементов
  17. Электронное строение азота
  18. Физические свойства и нахождение в природе
  19. Строение молекулы
  20. Соединения азота
  21. Способы получения азота
  22. Химические свойства азота
  23. Аммиак
  24. Строение молекулы и физические свойства
  25. Способы получения аммиака
  26. Химические свойства аммиака
  27. Соли аммония
  28. Способы получения солей аммония
  29. Химические свойства солей аммония
  30. Оксиды азота
  31. Оксид азота (I)
  32. Оксид азота (II)
  33. Оксид азота (III)
  34. Оксид азота (IV)
  35. Оксид азота (V)
  36. Азотная кислота
  37. Строение молекулы и физические свойства
  38. Способы получения
  39. Химические свойства
  40. Азотистая кислота
  41. Соли азотной кислоты — нитраты
  42. Соли азотистой кислоты — нитриты

Азот в народном хозяйстве

Азот – это газ, слаборастворимый в воде, без вкуса, запаха и цвета. Не смотря на то, что название элемента означает «безжизненный», он необходим для жизнедеятельности. Использование азота в свободном виде широко распространено во многих отраслях промышленности. Производство связанного азота стало быстро развиваться после Первой мировой войны и в наше время достигло очень больших масштабов. Рассмотрим подробнее использование азота по отраслям.

Газ, нефть, химия

Использование в газообразном виде для освоения скважин. Этот метод снижения в скважинах уровня жидкости является наиболее перспективным. Для него характерны надежность и простота регулирования и контроля процесса в большом диапазоне давлений и расходов. Газообразный азот помогает быстро опорожнять глубокие скважины, резко и быстро или плавно и медленно снижать давление в скважине; может обеспечить дренирование пласта с подпиткой сжатым газом, чтобы создать фонтанирование.

Создание инертной среды при погрузочно-разгрузочных работах в емкостях. Азот также применяется в целях пожаротушения, испытания и продувки трубопроводов (особенно актуальна эта проблема на Крайнем Севере, где сосредоточена добыча газа и нефти, вследствие невозможности использования во время морозов пенообразующих средств и воды).

Использование в чистом виде для синтеза аммиака и при производстве азотных удобрений, для переработки попутных газов и конверсии метана.

Использование для уменьшения серных отложений на нефтеперерабатывающих заводах, для высокоэффективной переработки высокооктановых компонентов, для повышения производительности предприятий по крекингу нефти.

Металлургия

Азот применяется во время отжига, при нейтральной закалке, при спекании порошковым металлом, цианировании, пайке твердым припоем, для защиты цветных и черных металлов.

Азот нужен для работы загрузочного устройства доменной печи, сероводородных компрессоров, машины огневой зачистки металла цеха блюминга, коксохимического производства.

Горнодобывающая промышленность

При пожаротушении в угледобывающих шахтах также используется азот.

Азот необходим для хранения, перевалки и упаковки продуктов питания с целью увеличения сроков хранения и сохранности их вкусовых качеств.

Использование азота важно для предотвращения размножения бактерий путем заполнения упаковки смесью диоксида углерода и азота.

Азот применяют для защиты продуктов от вредных насекомых, для которых инертная атмосфера может быть губительной.

Фармацевтика

Медицина

Целлюлозно-бумажная промышленность

Пожаротушение

Источник

Жидкий азот. От Фарадея до цифрового века. Краткая история технологии.

На сегодняшний день жидкий азот занимает залуженное место в промышленности, медицине, и даже массовой культуре. Однако способ его получения известен чуть более 100 лет, что по историческим меркам сосем не много, а тема сжижения газов и законы изменений агрегатного состояния вообще имеют многовековую проблематику. О том, как современное человечество покрывает сегодняшние нужды в жидком азоте, какие технологии использует, и какая череда исследований и открытий стоит за этим, расскажет эта статья.

О переходе газов в жидкое и твёрдое состояние было известно достаточно давно, уже в конце XVIII века, на заре современной химии, этот процесс сильно интересовал учёных мужей, так как часто спонтанно проявлялся во время химических реакций. И уже в первой половине XIX века Майкл Фарадей (рис. слева) начинает масштабное исследование этого явления, один за одним сжижая все известные на тот момент газы. К чести великого учёного, ему удалось получить в жидком виде большинство газов, за исключением водорода, кислорода, закиси углерода и конечно азота. Фарадей предположил, что неудача в сгущении этих газов происходит ввиду слишком высоких температур. Технологически достичь достаточно низких температур на то время не представлялось возможным. Физики и химики продолжали экспериментировать с давлением, но «упрямые» газы (кислород и водород) даже при давлении почти в 3000 атмосфер сжимались в 800-1000 раз, совершенно отказываясь становиться жидкостью, за что получили звание «постоянные газы».

Надо сказать, что сжижение газов было бы совершенно невозможным, если бы в той же первой половине XIX века не шли исследования жидкостей и газов в противоположном направлении. В 1822 г., нагревая эфир де Латур заметил, что при нагревании до 190°С эфир из жидкого состояния резко обращается в пар, а значит пар имеет плотность равную плотности жидкости. Исследования Менделеева (рис. справа), Гирна и Дриона показали, что у всех жидкостей, нагретых выше температуры кипения при высоком давлении изрядно возрастает коэффициент расширения.

Исходя из этих опытов в 1961г. Менделеев приходит к выводу, что у всех жидкостей есть пороговая температура, при которой она независимо от давления превращается в газ, и называет её температурой абсолютного кипения. Это оказалось ключевым понятием для сжижения газов, стало окончательно ясно, что если температуру постоянных газов не опустить до критически низкой отметки, то давление здесь не поможет. И лишь в 1877г. Раулю Пикте (рис. слева) удаётся сжижить воздух, а Дж. Дьюару в 1898г. обратить в жидкость водород и усовершенствовать оборудование для хранения, чтобы сделать опыты доступными для лекций и демонстраций.

С тех пор сжиженые газы освоились во многих прикладных и промышленных отраслях деятельности человека, потребности росли вместе с развитием промышленности и расходах на войны, сжиженый кислород стал топливом для освоения космоса, вычислительные технологии стали требовать мощных хладогентов. Сжиженый азот стал требоваться в глобальных масштабах. Технологии его получения, хранения и транспортировки совершенствовались.

Сегодня жидкий азот получают несколькими современными методами, тем не менее восходящими к открытиям Фарадея, Менделеева, Пикте и пр. Эти технологии позволяют получать азот от 99.999% чистоты (чистый азот) до 99,6% (технический). Чистота определяется испарением азота в специальном приборе, где газ отделяется от примесей и подсчитывается объемная доля (Испарённый объём минус образовавшиеся примеси). Прибор (сверху) состоит из колбы, трубок и испарителя, не требует сложных технических решений, весь процесс сопровождается только химическими реакциями с простыми реактивами (оксид железа, например. В народе- ржавчина).

Марки азота различной чистоты.

Наименование показателя Норма для марки газообразного и жидкого азота
особой чистоты повышенной чистоты технического
1-й сорт 2-й сорт 1-й сорт 2-й сорт 1-й сорт 2-й сорт
1. Объемная доля азота, %, не менее 99,999 99,996 99,99 99,95 99,6 99,0
2. Объемная доля кислорода, %, не более 0,0005 0,001 0,001 0,05 0,4 1,0
3. Объемная доля водяного пара в газообразном азоте, %, не более 0,0007 0,0007 0,0015 0,004 0,009 Выдерживает испытание по п. 3.6
4. Содержание масла в газообразном азоте Не определяется Выдерживает испытание по п. 3.7
5. Содержание масла, механических примесей и влаги в жидком азоте Выдерживает испытание по п. 3.8
6. Объемная доля водорода, %, не более 0,0002 0,001 Н е н о р м и р у е т с я
7. Объемная доля суммы углеродсодержащих соединении в пересчете на СН4, %, не более 0,0003 0,001 Н е н о р м и р у е т с я

Чистый азот получают следующими методами:

Перегонка воздуха. Мембранный метод.

(справа) Воздух смесь газов, все они имеют разную температуру сжижения. Воздух забирается из атмосферы, фильтруется от тяжёлых примесей (пыль, водяной пар, CO2) и сжимается при низкой температуре. Первым отгоняется азот при температуре менее 196 градусов. Смесь проводят сквозь мембрану, задерживающую примеси. Затем отводят кислород, и аргон. Чистота азота (95%-99,6) при этом методе зависит от качества фильтрации и точности измерений. Несмотря на это, большие объёмы получаемые этим методом являются необходимостью для промышленности.

Читайте также:  Как лечить миому матки и эндометриоз народными средствами

“МЕМБРАННАЯ УСТАНОВКА”

“В основе работы мембранной установки лежит принцип избирательной проницаемости: влага, СО2 и кислород (О2) проникают через стенку мембраны легче, чем азот (N2)”

(виден конденсационный бак и разделительный тракт )

Перегонка. Адсорбационный метод.

Фильтрованный воздух в сжатом виде и под давлением подаётся в генератор азота. В адсорбационной установке вместо мембраны используется адсорбент, молекулярное сито из синтетических углеродных волокон, задерживающие все газы кроме азота. Молекула азота крупнее кислорода и пр. примесей, которые задерживаются в порах адсорбента, пока азот «пролетает» дальше, будучи крупноват для такого маневра. Это основной процесс при адсорбационном воздухоразделе азотным генератором. Такая установка обойдётся промышленнику дороже мембранной, как при покупке так и в обслуживании, но, продукт найдёт спрос в тонких областях, вроде криомедицины.

Более чистый азот получают в лаборатории, в гораздо более скромных объёмах. В реакциях используют горючие, ядовитые и труднодоступные для обывателя реактивы, такие как нитрат аммония, азотная кислота, аммиак и азид лития. Лаборатория это не завод, и объёмы для производства несколько не подходят, но чистота продукта до тысячной доли процента (10⁻⁵)- необходимое условие для создания и пайке современной электроники, при которой, даже малая доля примеси в защитном газе, может окислить микросхему и испортить дорогостоящую плату, содержащую ценные металлы.

Слева: Чертёж криотанка. На чертеже видны двойные стенки внутреннего и внешнего бака разделённые вакумом.

Справа: Криотанк 20 тыс.л. готовый к установке и транспортировке. вес-10 тонн.

По мимо принципиального устройства, криотанки мало что объединяет. Они бывают стационарные, небольшие, гигантские, для контейнеровозов и для поездов, бывают шарообразные, цилиндрические, конусовидные, в общем любых размеров, форм, объёмов для любых мыслимых способов перевозки. Заправляет их специальная станция для заправки сжиженных газов, оборудованная мощными насосами, компрессорами и особо надёжными соединительными узлами, так как помимо азота на них так же заправляют кислород, водород, СПГ, утечка которых может обернуться соболезнованиями президентов соседних, стран и выплатой пособий семьям персонала. Меры и системы безопасности на них самого высокого уровня, ответственные узлы дублируются автоматикой, а меры к персоналу исключают любую случайность, потому аварии там куда реже чем на бензиновых заправках или нефтяных разработках. С этих станций азот поступает на рынок и охлаждает нашу бурлящую цивилизацию, нуждающуюся не только в энергии, но и в контроле за ней, лучшим средством для которого и по сей день остаётся жидкий азот, созданный почти 150 лет назад в мире только готовящимся к рывку, осуществлённому благодаря упорству, любознательности и уму изобретателей того неторопливого века.

Источник

ГЕНЕРАТОРЫ АЗОТА ГЕНЕРАТОРЫ КИСЛОРОДА профессиональное оборудование для производства азота и кислорода

Применение газообразного азота для освоения скважин. Это наиболее перспективное направление методов снижения уровня в скважинах. При этом способе обеспечивается простота и надежность контроля и регулирования процесса в широких пределах расходов и давлений. Газообразный азот может обеспечить быстрое опорожнение глубоких скважин, быстрое и резкое или медленное и плавное снижение давления в скважине, дренирование пласта с подпиткой сжатым газом для обеспечения фонтанирования и т.д.

Азот используется для создания инертной среды в емкостях, во время погрузочно-разгрузочных работ. Азот как инертный газ вытесняет кислород, тем самым, очищая танки и резервуары для хранения сжиженного природного газа. Азот нужен для азотного пожаротушения, продувки и испытания трубопроводов, эта проблема особенно актуальна в районах Крайнего Севера, где сосредоточена добыча нефти и газа, из-за невозможности применения при морозах воды и пенообразующих средств.

Чистый азот используются в различных производственных процессах, в том числе синтеза аммиака и производства азотных удобрений, конверсии метана, переработки попутных газов.

Азот необходим для увеличения производительности заводов по крекингу нефти, для более эффективной переработки высокооктановых компонент, уменьшение серных отложений на НПЗ.

Азот участвует в защите черных и цветных металлов во время отжига, нейтральной закалке, цианировании, пайке твердым припоем, спекании порошковым металлом.

Азот необходим для работы загрузочного устройств доменных печей, машины огневой зачистки металла цеха блюминга, сероводородных компрессоров, коксохимического производства.

Лазерная резка металла

Азот используется для удаления расплавленного лазерным лучем металла, из области реза. Благодаря низкой химической активности (инертности), применение азота под большим (30-35 бар) давлением при лазерной резке, обеспечивает разрезаемую кромку металла высокого качества.

Азот используется для пожаротушения в угледобывающих шахтах Фармацевтика В фармацевтической промышленности азот используется при:

— упаковке препаратов в инертной среде,

— транспортировке продуктов азотом,

— вытеснении кислорода из резервуаров с продуктом.

Азот позволяет отказаться от использования вредных химических консервантов в пищевой промышленности:

— При окислении продуктов с непредельными жирными кислотами, в частности, масло, маргарин, орехи, чипсы появляется неприятный запах и вкус. Избежать окисления данных скоропортящихся продуктов возможно путем заполнения азотом помещений, где происходит хранение и переработка продуктов.

— Предотвратить появление плесени на продуктах можно путем заполнения упаковок высокочистым азотом (98–99,9% чистоты).

— Размножение микроорганизмов, прежде всего, бактерий, делает пищу ядовитой. Этот процесс можно остановить или замедлить заполнением упаковки смесью азота и диоксида углерода.

— Инертная атмосфера, созданная на основе азота защищает продукты от вредных насекомых. Для большинства из них она просто убийственна.

Целлюлозно-бумажная промышленность

Использование азота во время обработки бумаги, картона и даже предметов из дерева ультрафиолетом или катодным лучом, чтобы полимеризировать лаковое покрытие, позволяет добиться снижение затрат на фотоинициаторы, снижение выбросов летучих органических соединений, повышение качества обработки и т.д.

Азот является наиболее востребованным газом для обеспечения взрыво- и пожаробезопасности в различных областях промышленности: от пищевой до атомной. Являясь инертным газом, азот позволяет при его подаче в технологический объем вытеснить кислород и избежать реакции окисления.

Горение представляет собой реакцию быстрого окисления, которая обусловлена наличием в атмосфере кислорода, а также источником воспламенения — искрой, электрической дугой, химической реакцией со значительным выделением тепла. Для предотвращения возгорания следует такую реакцию не допустить.

В среде с концентрацией азота около 90% процесс горения становится невозможным. Поэтому стационарные азотные установки и мобильные азотные станции, предназначенные для производства азота от 5 до 5000 нм³/ч при чистоте от 90% до 99.96%, позволяют эффективно предотвратить возгорание, а в случае необходимости, потушить очаг пожара.

Использование азота для закачки автошин, вот основные преимущества:

— Снижается потребность в подкачке шин и контроле давления в шине;

— Увеличивается долговечность шин;

— Улучшается работа шины;

— Облегчается ее ремонт, так как внутренняя поверхность шины и каркас не соприкасаются с кислородом, что исключает коррозию;

— Снижается коррозия ободьев и вентилей;

— Исключаются горение шины или ее разрыв по причине самовозгорания.

Источник

Азот. Химия азота и его соединений

Положение в периодической системе химических элементов

Азот расположен в главной подгруппе V группы (или в 15 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение азота

Электронная конфигурация азота в основном состоянии :

Атом азота содержит на внешнем энергетическом уровне 3 неспаренных электрона и одну неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии. Следовательно, атом азота может образовать 3 связи по обменному механизму и 1 связь по донорно-акцепторному механизму. Таким образом, максимальная валентность азота в соединениях равна IV. Также характерная валентность азота в соединениях — III.

Физические свойства и нахождение в природе

Азот в природе существует в виде простого вещества газа N2. Нет цвета, запаха и вкуса. Молекула N2 неполярная, следовательно, в воде азот практически нерастворим.

Азот – это основной компонент воздуха (79% по массе). В земной коре азот встречается в основном в виде нитратов. Входит в состав белков, аминокислот и нуклеиновых кислот в живых организмах.

Строение молекулы

Связь между атомами в молекуле азота – тройная, т.к. у каждого атома в молекуле по 3 неспаренных электрона. Одна σ-связь (сигма-связь) и две — π-связи.

Структурная формула молекулы азота:

Структурно-графическая формула молекулы азота: N≡N.

Схема перекрывания электронных облаков при образовании молекулы азота:

Соединения азота

Типичные соединения азота:

Степень окисления Типичные соединения
+5 оксид азота (V) N2O5

азотная кислота HNO3

нитраты MeNO3

+4 оксид азота (IV) NO2
+3 оксид азота (III)

нитриты MeNO2

+2 оксид азота (II) NO
+1 оксид азота (I)
-3 аммиак NH3

нитриды металлов MeN

бинарные соединения азота с неметаллами

Способы получения азота

1. Азот в лаборатории получают при взаимодействии насыщенных растворов хлорида аммония и нитрита натрия. Образующийся в результате реакции обмена нитрит аммония легко разлагается с образованием азота и воды. В колбу наливают раствор хлорида аммония, а капельную воронку раствор нитрита натрия. При приливании нитрита натрия в колбу начинается выделение азота. Собирают выделяющийся азот в цилиндр. Горящая лучинка в атмосфере азота гаснет.

Суммарное уравнение процесса:

Видеоопыт взаимодействия нитрита натрия с хлоридом аммония можно посмотреть здесь.

Азот также образуется при горении аммиака:

2. Наиболее чистый азот получают разложением азидов щелочных металлов.

3. Еще один лабораторный способ получения азота — восстановление оксида меди (II) аммиаком при температуре

3CuO + 2NH3 → 3Cu + N2 + 3H2O

В промышленности азот получают, буквально, из воздуха. При промышленном производстве очень важно, чтобы сырье было дешевым и доступным. Воздуха много и он пока бесплатный.

Используются различные способы выделения азота из воздуха — адсорбционная технология, мембранная и криогенная технологии.

Адсорбционные методы разделения воздуха на компоненты основаны на разделения газовых сред в азотных установках лежит явление связывания твёрдым веществом, называемым адсорбентом, отдельных компонентов газовой смеси.

Основным принципом работы мембранных систем является разница в скорости проникновения компонентов газа через вещество мембраны. Движущей силой разделения газов является разница парциальных давлений на различных сторонах мембраны.

В основе работы криогенных установок разделения воздуха лежит метод разделения газовых смеси, основанный на разности температур кипения компонентов воздуха и различии составов находящихся в равновесии жидких и паровых смесей.

Химические свойства азота

При нормальных условиях азот химически малоактивен.

1.1. Молекулярный азот при обычных условиях с кислородом не реагирует. Реагирует с кислородом только при высокой температуре (2000 о С), на электрической дуге (в природе – во время грозы) :

Процесс эндотермический, т.е. протекает с поглощением теплоты.

2С + N2 → N≡C–C≡N

Этот процесс экзотермический, т.е. протекает с выделением теплоты.

1.4. Азот реагирует с активными металлами : с литием при комнатной температуре, кальцием, натрием и магнием при нагревании. При этом образуются бинарные соединения-нитриды.

2. Со сложными веществами азот практически не реагирует из-за крайне низкой реакционной способности.

Взаимодействие возможно только в жестких условиях с активными веществами, например, сильными восстановителями.

Аммиак

Строение молекулы и физические свойства

В молекуле аммиака NH3 атом азота соединен тремя одинарными ковалентными полярными связями с атомами водорода:

Геометрическая форма молекулы аммиака — правильная треугольная пирамида. Валентный угол H-N-H составляет 107,3 о :

Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом. Ядовит. Весит меньше воздуха. Связь N-H — сильно полярная, поэтому между молекулами аммиака в жидкой фазе возникают водородные связи. При этом аммиак очень хорошо растворим в воде, т.к. молекулы аммиака образуют водородные связи с молекулами воды.

Способы получения аммиака

В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск

ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.

Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.

Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.

Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.

В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.

Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.

Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.

Химические свойства аммиака

1. В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H + ), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:

Видеоопыт растворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.

2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.

Еще один пример : аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:

Видеоопыт взаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть здесь.

В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония.

NH3 + HCl NH4Cl

Видеоопыт взаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.

4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – амминокомплексы.

Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:

Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:

Также возможно образование Na2NH, Na3N.

При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:

2NH3 + 2Al → 2AlN + 3H2

Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:

2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2 + 3H2O

Соли аммония

Способы получения солей аммония

2. Соли аммония также получают в обменных реакциях между солями аммония и другими солями.

Химические свойства солей аммония

NH4Cl ⇄ NH4 + + Cl –

Соли аммония реагируют с щелочами с образованием аммиака.

NH4Cl + KOH → KCl + NH3 + H2O

Взаимодействие с щелочами — качественная реакция на ионы аммония. Выделяющийся аммиак можно обнаружить по характерному резкому запаху и посинению лакмусовой бумажки.

Если соль содержит анион-окислитель, то разложение сопровождается изменением степени окисления атома азота иона аммония. Так протекает разложение нитрата, нитрита и дихромата аммония:

При температуре 250 – 300°C:

При температуре выше 300°C:

Разложение бихромата аммония («вулканчик»). Оранжевые кристаллы дихромата аммония под действием горящей лучинки бурно реагируют. Дихромат аммония – особенная соль, в ее составе – окислитель и восстановитель. Поэтому «внутри» этой соли может пройти окислительно-восстановительная реакция (внутримолекулярная ОВР):

Окислительхром (VI) превращается в хром (III), образуется зеленый оксид хрома. Восстановитель – азот, входящий в состав иона аммония, превращается в газообразный азот. Итак, дихромат аммония превращается в зеленый оксид хрома, газообразный азот и воду. Реакция начинается от горящей лучинки, но не прекращается, если лучинку убрать, а становится еще интенсивней, так как в процессе реакции выделяется теплота, и, начавшись от лучинки, процесс лавинообразно развивается. Оксид хрома (III) – очень твердое, тугоплавкое вещество зеленого цвета, его используют как абразив. Температура плавления – почти 2300 градусов. Оксид хрома – очень устойчивое вещество, не растворяется даже в кислотах. Благодаря устойчивости и интенсивной окраске окись хрома используется при изготовлении масляных красок.

Видеоопыт разложения дихромата аммония можно посмотреть здесь.

Оксиды азота

Оксиды азота Цвет Фаза Характер оксида
N2O Оксид азота (I), закись азота, «веселящий газ» бесцветный газ несолеобразующий
NO Оксид азота (II), закись азота, «веселящий газ» бесцветный газ несолеобразующий
N2O3 Оксид азота (III), азотистый ангидрид синий жидкость кислотный
NO2 Оксид азота (IV), диоксид азота, «лисий хвост» бурый газ кислотный (соответствуют две кислоты)
N2O5 Оксид азота (V), азотный ангидрид бесцветный твердый кислотный

Оксид азота (I)

Строение молекулы оксида азота (I) нельзя описать методом валентных связей. Так как оксид азота (I) состоит из двух, так называемых резонансных структур, которые переходят одна в другую:

Общую формулу в таком случае можно задать, обозначая изменяющиеся связи в резонансных структурах пунктиром:

Получить оксид азота (I) в лаборатории можно разложением нитрата аммония:

Химические свойства оксида азота (I):

N2O + Mg → N2 + MgO

Еще пример : оксид азота (I) окисляет углерод и фосфор при нагревании:

2. При взаимодействии с сильными окислителями N2O может проявлять свойства восстановителя.

Оксид азота (II)

Оксид азота (II) – это несолеобразующий оксид. В нормальных условиях это бесцветный ядовитый газ, плохо растворимый в воде. На воздухе коричневеет из-за окисления до диоксида азота. Сжижается с трудом; в жидком и твёрдом виде имеет голубой цвет.

Способы получения.

1. В лаборатории оксид азота (II) получают действием разбавленной азотной кислоты (30%) на неактивные металлы.

Также NO можно получить при окислении хлорида железа (II) или иодоводорода азотной кислотой:

3FeCl2 + NaNO3 + 4HCl → 3FeCl3 + NaCl + NO + 2H2O

2HNO3 + 6HI → 2NO + I2 + 4H2O

2. В природе оксид азота (II) образуется из азота и кислорода под действием электрического разряда, например, во время грозы:

3. В промышленности оксид азота (II) получают каталитическим окислением аммиака :

Химические свойства.

Оксид азота (II) легко окисляется под действием хлора или озона:

2NO + Cl2 → 2NOCl

Оксид азота (III)

Способы получения: м ожно получить при низкой температуре из оксидов азота:

Химические свойства:

1. Оксид азота (III) взаимодействует с водой с образованием азотистой кислоты:

2. Оксид азота (III) взаимодействует с основаниями и основными оксидами :

Оксид азота (IV)

Оксид азота (IV) — бурый газ. Очень ядовит! Для NO2 характерна высокая химическая активность.

Способы получения.

1. Оксид азота (IV) образуется при окислении оксида азота (I) и оксида азота (II) кислородом или озоном:

2. Оксид азота (IV) образуется при действии концентрированной азотной кислоты на неактивные металлы.

3. Оксид азота (IV) образуется также при разложении нитратов металлов, которые в ряду электрохимической активности расположены правее магния (включая магний) и при разложении нитрата лития.

Химические свойства.

1. Оксид азота (IV) реагирует с водой с образованием двух кислот — азотной и азотистой:

Поскольку азотистая кислота неустойчива, то при растворении NO2 в теплой воде образуются HNO3 и NO:

2. При растворении оксида азота (IV) в щелочах образуются нитраты и нитриты:

В присутствии кислорода образуются только нитраты:

4. Оксид азота (IV) димеризуется :

Оксид азота (V)

N2O5 – оксид азота (V), ангидрид азотной кислоты – кислотный оксид.

Получение оксида азота (V).

1. Получить оксид азота (V) можно окислением диоксида азота :

2. Еще один способ получения оксида азота (V) – обезвоживание азотной кислоты сильным водоотнимающим веществом, оксидом фосфора (V) :

Химические свойства оксида азота (V).

1. При растворении в воде оксид азота (V) образует азотную кислоту:

2. Оксид азота (V), как типичный кислотный оксид, взаимодействует с основаниями и основными оксидами с образованием солей-нитратов.

Еще пример : оксид азота (V) реагирует с оксидом кальция:

4. Оксид азота (V) легко разлагается при нагревании (со взрывом):

Азотная кислота

Строение молекулы и физические свойства

Азотная кислота HNO3 – это сильная одноосновная кислота-гидроксид. При обычных условиях бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C ( при нормальном атмосферном давлении). Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. На свету частично разлагается.

Валентность азота в азотной кислоте равна IV, так как валентность V у азота отсутствует. При этом степень окисления атома азота равна +5. Так происходит потому, что атом азота образует 3 обменные связи и одну донорно-акцепторную, является донором электронной пары.

Поэтому строение молекулы азотной кислоты можно описать резонансными структурами:

Обозначим дополнительные связи между азотом и кислородом пунктиром. Этот пунктир по сути обозначает делокализованные электроны. Получается формула:

Способы получения

В лаборатории азотную кислоту можно получить разными способами:

1. Азотная кислота образуется при действии концентрированной серной кислоты на твердые нитраты металлов. При этом менее летучая серная кислота вытесняет более летучую азотную.

1 стадия. Каталитическое окисление аммиака.

2 стадия. Окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) кислородом воздуха.

3 стадия. Поглощение оксида азота (IV) водой в присутствии избытка кислорода.

Химические свойства

1. Азотная кислота практически полностью диссоциирует в водном растворе.

Еще пример : азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия:

3. Азотная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов, сульфитов).

4. Азотная кислота частично разлагается при кипении или под действием света:

металл + HNO3 → нитрат металла + вода + газ (или соль аммония)

С алюминием, хромом и железом на холоду концентрированная HNO3 не реагирует – кислота «пассивирует» металлы, т.к. на их поверхности образуется пленка оксидов, непроницаемая для концентрированной азотной кислоты. При нагревании реакция идет. При этом азот восстанавливается до степени окисления +4:

Золото и платина не реагируют с азотной кислотой, но растворяются в «царской водке» – смеси концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1 : 3 (по объему):

HNO3 + 3HCl + Au → AuCl3 + NO + 2H2O

Концентрированная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (IV), азот восстанавливается минимально:

С активными металлами (щелочными и щелочноземельными) концентрированная азотная кислота реагирует с образованием оксида азота (I):

Разбавленная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (II).

С активными металлами (щелочными и щелочноземельными), а также оловом и железом разбавленная азотная кислота реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии кальция и магния с азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I):

Очень разбавленная азотная кислота реагирует с металлами с образованием нитрата аммония:

Азотная кислота
Концентрированная Разбавленная
с Fe, Al, Cr с неактивными металлами и металлами средней активности (после Al) с щелочными и щелочноземельными металлами с неактивными металлами и металлами средней активности (после Al) с металлами до Al в ряду активности, Sn, Fe
пассивация при низкой Т образуется NO2 образуется N2O образуется NO образуется N2

6. Азотная кислота окисляет и неметаллы (кроме кислорода, водорода, хлора, фтора и некоторых других). При взаимодействии с неметаллами HNO3 обычно восстанавливается до NO или NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот, либо оксидов (если кислота неустойчива).

Видеоопыт взаимодействия фосфора с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

Видеоопыт взаимодействия угля с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

7. Концентрированная а зотная кислота окисляет сложные вещества (в которых есть элементы в отрицательной, либо промежуточной степени окисления): сульфиды металлов, сероводород, фосфиды, йодиды, соединения железа (II) и др. При этом азот восстанавливается до NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот (или оксидов), а металлы окисляются до устойчивых степеней окисления.

Еще пример : азотная кислота окисляет йодоводород:

Азотная кислота окисляет углерод до углекислого газа, т.к. угольная кислота неустойчива.

3С + 4HNO3 → 3СО2 + 4NO + 2H2O

При нагревании до серной кислоты:

Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III):

8. Азотная кислота окрашивает белки в оранжево-желтый цвет («ксантопротеиновая реакция»).

Ксантопротеиновую реакцию проводят для обнаружения белков, содержащих в своем составе ароматические аминокислоты. К раствору белка прибавляем концентрированную азотную кислоту. Белок свертывается. При нагревании белок желтеет. При добавлении избытка аммиака окраска переходит в оранжевую.

Видеоопыт обнаружения белков с помощью азотной кислоты можно посмотреть здесь.

Азотистая кислота

Азотистая кислота HNO2 — слабая, одноосновная, химически неустойчивая кислота.

Получение азотистой кислоты.

Азотистую кислоту легко получить вытеснением из нитритов более сильной кислотой.

AgNO2 + HCl → HNO2 + AgCl

Химические свойства.

1. Азотистая кислота HNO 2 существует только в разбавленных растворах, при нагревании она разлагается :

без нагревания азотистая кислота также разлагается :

2HNO2 + 2HI → 2NO + I2 + 2H2O

Азотистая кислота также окисляет иодиды в кислой среде:

Азотистая кислота окисляет соединения железа (II):

Кислород и пероксид водорода также окисляют азотистую кислоту:

Соединения марганца (VII) окисляют HNO2:

Соли азотной кислоты — нитраты

Нитраты металлов — это твердые кристаллические вещества. Большинство очень хорошо растворимы в воде.

Видеоопыт разложения нитрата калия можно посмотреть здесь.

Исключения:

Нитрит железа (II) разлагается до оксида железа (III):

Нитрат марганца (II) разлагается до оксида марганца (IV):

Соли азотистой кислоты — нитриты

Соли азотистой кислоты устойчивее самой кислоты, и все они ядовиты. Поскольку степень окисления азота в нитритах равна +3, то они проявляют как окислительные свойства, так и восстановительные.

Кислород, галогены и пероксид водорода окисляют нитриты до нитратов:

При окислении йодидов или соединений железа (II) нитриты восстанавливаются до оксида азота (II):

При взаимодействии с очень сильными восстановителями ( алюминий или цинк в щелочной среде) нитриты восстанавливаются максимально – до аммиака:

Источник

Полезные советы и лайфхаки для жизни
Adblock
detector