[БЕЗ_ЗВУКА]

[БЕЗ_ЗВУКА] Буква N – это

логотип Новосибирского государственного университета, а в периодической системе

Дмитрия Ивановича Менделеева этим символом обозначается элемент азот.

Именно ему и будут посвящены ближайшие несколько лекций.

Азот является 18-м по распространенности в земной коре.

Он образует молекулярный азот,

который в количестве 78 % присутствует в атмосфере Земли.

Кроме того, азот образует несколько минералов, важнейшими из которых являются

селитры, индийская селитра KNO3 и чилийская селитра NaNO3.

Как следует из их названий,

месторождения этих селитр располагаются в Индии и Чили соответственно.

Как же был открыт этот элемент?

В 1772-м году Генри Кавендиш, англичанин, проводил опыт: он пропускал воздух

над нагретым углем, а образующуюся газовую смесь поглощал с помощью раствора щелочи.

Часть газовой смеси проходила через этот раствор,

и так Генри Кавендиш впервые получил азот.

Примерно в аналогичном эксперименте азот смог получить и другой англичанин,

Джозеф Пристли, но ни тот,

ни другой до конца не разобрались в результатах своих экспериментов.

Помог им француз Антуан Лавуазье, как раз занимавшийся в то время составлением

своей знаменитой таблицы простых тел.

Поэтому сложно сказать, кому из них принадлежит приоритет открытия азота,

обычно они записываются все вместе как первооткрыватели этого элемента.

Кроме того, Лавуазье в то время занимался еще и составлением первой химической

номенклатуры и предложил название азот для нового элемента.

Свой выбор он основывал на том, что для азота уже были известны в то

время свойства, такие как не поддерживать горение и дыхание.

Лавуазье посчитал это важнейшими свойствами этого элемента и решил назвать

его от греческого ἄζωτος — безжизненный.

Как впоследствии выяснилось,

как раз таки для существования жизни азот крайне необходим.

Он входит в состав и белков, и нуклеиновых кислот,

то есть представить себе жизнь без азота невозможно.

Какими же свойствами обладает молекулярный азот?

Азот плохо растворим в воде, кроме того,

азот имеет чрезвычайно низкую температуру кипения −196 °С.

Мы уже познакомились с этим, когда пробовали получить жидкий кислород.

Именно так, дистилляцией воздуха, то есть перегонкой при низкой температуре,

и разделяют азот и кислород воздуха.

Ну а мы можем провести другой, очень интересный эксперимент.

Поскольку температура кипения азота низкая,

то мы можем заморозить в нем розу и посмотреть, что из этого получится.

[ЗВУК] Вы видите,

что начинается бурное кипение, пошел процесс заморозки.

Ну а пока идет этот процесс, давайте посмотрим на обычный теннисный мячик.

Вы, наверняка, видели таких мячиков множество,

но возникает вопрос: как же он надут?

Здесь нет ни клапана, ни ниппеля, ничего.

Это делают с помощью химической реакции.

Для этого в две половинки этого шарика помещают хлорид аммония и нитрит натрия.

При сплавлении половинок вместе происходит химическая реакция,

и выделяется газообразный азот.

Молекула азота N2 состоит из двух атомов,

и эти атомы связаны друг с другом при помощи тройной связи.

Это чрезвычайно прочная связь, ее энергия — 930 кДж/моль.

Именно такая высокая энергия обуславливает тот факт,

что азот обладает низкой реакционной способностью.

Если мы запишем процесс диссоциации азота на атомы как равновесие,

N2, стрелочка равновесия, получается два атома азота,

то константа равновесия этого процесса окажется равной 10 в −120 степени.

Это означает, что эта реакция практически неосуществима.

Ну а тем временем у нас роза уже заморозилась, и мы можем посмотреть,

что же происходит с живыми существами, если они замораживаются в жидком азоте.

[ЗВУК] Я

аккуратно извлекаю эту розу и, посмотрите, аккуратно ее уроню на стол.

Она разбивается как самая обыкновенная стекляшка,

хотя с живым цветком, конечно, такого же не произойдет.

Жидкий азот имеет низкую теплоемкость, долго замораживает, но благодаря

низкой температуре многие живые клетки перестают при этом процессе существовать.

Итак, жидкий азот обладает чрезвычайно низкой температурой −196 °С.

Ввиду доступности азота, его в атмосфере 78 %,

в лабораторной практике и в промышленности азот часто используется для

создания пониженных температур, для проведения реакции при этой температуре

или для каких-то физико-химических исследований.

Если же мы выльем азот в теплую воду, то вы увидите,

как будет образовываться пар из воды, туман такой из воды,

который конденсируется из воздуха.

Этот процесс будет продолжаться ровно столько,

сколько будет выкипать жидкий азот.

Поскольку жидкий азот обладает меньшей плотностью, чем вода,

он плавает на поверхности, и этот пар будет постоянно вытекать из

стакана до тех пор, пока не испарится весь жидкий азот.

Несмотря на высокую энергию связи в молекуле азота, тем не менее,

молекулярный азот вступает в несколько важных химических превращений.

Так, при комнатной температуре он реагирует с литием с образованием

нитрида лития.

При повышенной температуре в 700 °C азот реагирует с магнием с

образованием нитрида магния.

Важным процессом является и взаимодействие азота с кислородом.

Это взаимодействие возможно только при электрическом разряде, обычно при молнии.

Однако выход оксида азота в этой реакции невысокий.

Тем не менее, этот процесс приводит к образованию атмосферных кислотных дождей.

С промышленной точки зрения наиболее важным процессом,

наиболее важной реакцией, в которую вступает азот, — это, конечно же,

уже рассматриваемая нами ранее реакция с водородом.

В этой реакции образуется аммиак.

Этот процесс был поставлен немцами в 1930-е годы, это процесс Габера — Боша.

Так они научились получать аммиак, который далее перерабатывается

в органические красители, азотные удобрения и взрывчатые вещества.

Если бы Габер и Бош не изобрели эту реакцию, то, наверное,

наш мир до сих был бы таким же серым и блеклым, как в Средние века.

Ведь именно благодаря этому процессу сегодня удешевилось производство

различных красителей, в том числе и красных, в которые окрашена моя толстовка.

В природе важным процессом, в который вступает молекулярный азот,

является фиксация его с помощью азотфиксирующих бактерий.

Это осуществляется ферментом нитрогеназа, активным центром которого являются

кластерные соединения, то есть соединения, содержащие связи металл-металл,

и в нитрогеназе присутствуют два кластера: на основе железа и железо с молибденом.

4.6. Правда ли, что азот безжизненный?

Неорганическая химия

Rencontrer les enseignants