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Ãëàâà 5. Ïîäãðóïïà àçîòà è åå òèïè÷íûå ïðåäñòàâèòåëè § 22. Àçîò êàê ýëåìåíò è êàê ïðîñòîå âåùåñòâî
Àçîò ÿâëÿåòñÿ íà÷àëüíûì è âàæíåéøèì ýëåìåíòîì VA-ãðóïïû ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû. Ýòîò ýëåìåíò è åãî ñîåäèíåíèÿ èãðàþò ïåðâîñòåïåííóþ ðîëü â ñóùåñòâîâàíèè æèçíè íà Çåìëå, èìåþò áîëüøîå ïðàêòè÷åñêîå çíà÷åíèå è îêàçûâàþò îãðîìíîå âëèÿíèå íà ðàçâèòèå íàó÷íî-òåõíè÷åñêîãî ïðîãðåññà îáùåñòâà. Æèçíü ìíîãèì îáÿçàíà àçîòó, íî è àçîò ñâîèì ïðîèñõîæäåíèåì îáÿçàí æèçíåííûì ïðîöåññàì. Àçîò — òèïè÷íûé íåìåòàëëè÷åñêèé ýëåìåíò.  îòëè÷èå îò äðóãèõ ýëåìåíòîâ VA-ãðóïïû, îí ÿâëÿåòñÿ ýëåìåíòîì 2-ãî ïåðèîäà, à ñëåäîâàòåëüíî, åãî àòîì íå èìååò -ïîäóðîâíÿ è âîçìîæíîñòåé óâåëè÷åíèÿ âàëåíòíîñòè. Èìåÿ ïÿòü ýëåêòðîíîâ íà âíåøíåì ýíåðãåòè÷åñêîì óðîâíå, àçîò ñïîñîáåí ïðîÿâëÿòü ñòåïåíè îêèñëåíèÿ îò -3 äî +5. Íàëè÷èå òðåõ íåñïàðåííûõ ýëåêòðîíîâ ïðåäïîëàãàåò âîçìîæíîñòü îáðàçîâàíèÿ òðåõ õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé ñ äðóãèì àòîìîì àçîòà èëè àòîìàìè äðóãèõ ýëåìåíòîâ: N (ã.) + N (ã.) → N2(r.) + 942,6 êÄæ
Ïðîáëåìà. Ïî÷åìó àòîìû àçîòà ïðèñîåäèíÿþò ýëåêòðîíû àêòèâíåå àòîìîâ ñåðû è ôîñôîðà? Ïðîñòîå âåùåñòâî àçîò ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ — ìîëåêóëÿðíîå, ãàçîîáðàçíîå, ìàëîàêòèâíîå âåùåñòâî, ìîëåêóëà êîòîðîãî ñîñòîèò èç äâóõ àòîìîâ. Àçîò íå èìååò àëëîòðîïíûõ ôîðì. Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà àçîòà è ñòðîåíèå ìîëåêóëû. Àçîò — áåñöâåòíûé ãàç, íå èìååò çàïàõà, ìàëîðàñòâîðèì â âîäå (â 100 îáúåìàõ Í2O ðàñòâîðÿåòñÿ ïðè í. ó. 2,5 îáúåìà N2). Îí íåìíîãî ëåã÷å âîçäóõà. Ïðè -196 °Ñ àçîò ñæèæàåòñÿ, à ïðè -210 °Ñ ïðåâðàùàåòñÿ â ñíåãîïîäîáíóþ ìàññó. Ìîëåêóëÿðíûé àçîò èíåðòåí. Íàõîäÿñü â ñîñòàâå âîçäóõà, îí íå ðåàãèðóåò äàæå ñ òàêèì àêòèâíûì îêèñëèòåëåì, êàê êèñëîðîä, â êîòîðîì ãîðèò äàæå ìåíåå àêòèâíûé, ÷åì àçîò, íåìåòàëë — óãëåðîä. Ïðîáëåìà.  ÷åì ïðè÷èíà ïðîòèâîðå÷èÿ ìåæäó âûñîêîé ðåàêöèîííîé ñïîñîáíîñòüþ îäèíî÷íûõ àòîìîâ àçîòà è èíåðòíîñòüþ ìîëåêóëÿðíîãî àçîòà? Ïðè îáðàçîâàíèè ìîëåêóëû àçîòà:
N + N → N ≡ N + 942 êÄæ
îäèíî÷íûå àòîìû ñâÿçûâàþòñÿ çà ñ÷åò ñïàðèâàíèÿ òðåõ íåñïàðåííûõ ð-ýëåêòðîíîâ îò êàæäîãî èç àòîìîâ àçîòà. Ýòî ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ óñòîé÷èâîé âîñüìèýëåêòðîííîé êîíôèãóðàöèè â ìîëåêóëå àçîòà, ñâÿçè ìåæäó àòîìàìè àçîòà. Ñâÿçü â ìîëåêóëå N2 êîâàëåíòíàÿ íåïîëÿðíàÿ, òðîéíàÿ, î÷åíü ïðî÷íàÿ (Åñâ = 942 êÄæ/ìîëü). Äëÿ òîãî ÷òîáû ðàçîðâàòü ñâÿçè àòîìîâ â îäíîì ìîëå ìîëåêóë, ïîòðåáóåòñÿ çàòðàòèòü òàêæå 942 êÄæ. Èìåííî ýòèì îáúÿñíÿåòñÿ èíåðòíîñòü ìîëåêóëÿðíîãî àçîòà.
Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ìîëåêóëÿðíîãî àçîòà. Àçîò õèìè÷åñêè ìàëîàêòèâåí. Îí íå ïîääåðæèâàåò íè äûõàíèÿ, íè ãîðåíèÿ. Ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå ðåàãèðóåò òîëüêî ñ ëèòèåì, îáðàçóÿ íèòðèä ëèòèÿ Li3N. Ñðàâíèâàÿ õèìè÷åñêóþ àêòèâíîñòü ãàëîãåíîâ, êèñëîðîäà è àçîòà, ìîæíî ñäåëàòü ñëåäóþùèé âûâîä:
Äëÿ ðàçðûâà ìîëåêóëû ôòîðà F2, êèñëîðîäà O2, àçîòà N2 ñëåäóåò çàòðàòèòü ýíåðãèþ (â êÄæ/ìîëü):
Ðåàêöèè, â êîòîðûå âñòóïàåò àçîò, ÿâëÿþòñÿ îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûìè, ãäå àçîò ïðîÿâëÿåò ñâîéñòâà êàê îêèñëèòåëÿ, òàê è âîññòàíîâèòåëÿ.
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