Азот – це що за речовина? Типи та властивості азоту

Азот – це всім відомий хімічний елемент, який позначається буквою N. Цей елемент, мабуть, основа неорганічної хімії, його починають детально вивчати ще у 8 класі. У цій статті ми розглянемо цей хімічний елемент, а також його властивості і типи.

• Історія відкриття хімічного елемента
• Походження назви азоту
• Поширеність елемента
• Рідкий азот
• Молекулярний азот
• Фізичні властивості
• Хімічні властивості
• Застосування хімічного елемента
• Суміш або чиста речовина

Історія відкриття хімічного елемента

Азот – це елемент, який вперше був представлений знаменитим французьким хіміком Антуаном Лавуазьє. Але за звання першовідкривача азоту борються багато вчених, серед них і Генрі Кавендіш, Карл Шееле, Даніель Резерфорд.

Генрі Кавендіш в результаті досвіду першим виділив хімічний елемент, але так і не зрозумів, що він отримав просту речовину. Про свій досвід він повідомив Джозефу Пристлі, який теж проробляв ряд досліджень. Ймовірно, Пристлі теж вдалося виділити цей елемент, але вчений не зміг зрозуміти, що саме він отримав, тому не заслужив звання першовідкривача. Карл Шееле одночасно з ними проводив ті ж дослідження, але не прийшов до потрібного висновку.

Того ж року Даніель Резерфорд зумів не тільки отримати азот, але й описати його, опублікувати дисертацію і вказати основні хімічні властивості елемента. Але навіть Резерфорд так до кінця і не зрозумів, що він отримав. Однак саме його вважають першовідкривачем, тому що він був ближче всіх до розгадки.

Походження назви азоту

Грецький “” азот “перекладається як” безжиттєвий “. Саме Лавуазьє працював над правилами номенклатури і вирішив так назвати елемент. У 18 столітті про цей елемент було відомо лише те, що він не підтримує ні реакцій горіння, ні дихання. Тому цю назву прийняли.

У латинській мові азот називається «нітрогеніум», що означає «» народжуючий селітру «». З латинської мови і з’явилося позначення азоту – буква N. Але сама назва в багатьох країнах не прижилася.

Поширеність елемента

Азот – це, мабуть, один з найпоширеніших елементів на нашій планеті, він займає четверте місце за поширеністю. Елемент також знайдено в сонячній атмосфері, на планетах Уран і Нептун. З азоту складаються атмосфери Титана, Плутона і Тритона. Крім цього, атмосфера Землі складається на 78-79 відсотків з цього хімічного елемента.

Азот відіграє важливу біологічну роль, адже він необхідний для існування рослин і тварин. Навіть тіло людини містить від 2 до 3 відсотків цього хімічного елемента. Входить до складу хлорофілу, амінокислот, білків, нуклеїнових кислот.

Рідкий азот

Рідкий азот – це безбарвна прозора рідина, є одним з агрегатних станів хімічної речовини. Рідкий азот широко використовується в промисловості, будівництві та медицині. Він використовується при заморожуванні органічних матеріалів, охолодження техніки, а в медицині для видалення бородавок (естетична медицина).

Рідкий азот не токсичний, а також не вибухонебезпечний.

Молекулярний азот

Молекулярний азот – це елемент, який міститься в атмосфері нашої планети і утворює більшу її частину. Формула молекулярного азоту – N 2 . Такий азот вступає в реакції з іншими хімічними елементами або речовинами тільки при дуже високій температурі.

Фізичні властивості

За нормальних умов хімічний елемент азот – це газ, який не має запаху, кольору, а також практично не розчинимо у воді. Азот рідкий за своєю консистенцією нагадує воду, такий же прозорий і безбарвний. У азоту є ще один агрегатний стан, при температурі нижче – 210 градусів він перетворюється на тверде тіло, утворює багато великих білосніжних кристалів. Поглинає кисень з повітря.

Хімічні властивості

Азот належить до групи неметалів і переймає властивості у інших хімічних елементів з цієї групи. Як правило, неметали не є хорошими провідниками електрики. Азот утворює різні оксиди, наприклад NO (моноокис). NO або окис азоту є м’язовим релаксантом (речовина, яка значно розслабляє мускулатуру і при цьому не робить ніякої шкоди та інших впливів на організм людини). Оксиди, де міститься більше атомів азоту, наприклад N₂O – це веселячий газ, трохи солодкуватий на смак, який використовується в медицині як анестезуючий засіб. Проте вже оксид NO₂ не має ніякого відношення до перших двох, адже це досить шкідливий вихлопний газ, який міститься у вихлопах автомобілів і серйозно забруднює атмосферу.

Азотна кислота, яку утворюють атоми водню, азоту і три атоми кисню, є сильною кислотою. Її широко використовують у виробництві добрив, у ювелірній справі, органічному синтезі, військовій промисловості (виробництво вибухових речовин, ракетного палива та синтезу отруйних речовин), виробництві барвників, ліків тощо. Азотна кислота дуже шкідлива для організму людини, на шкірі залишає виразки і хімічні опіки.

Люди помилково вважають, що вуглекислий газ – це азот. Насправді, за своїми хімічними властивостями елемент реагує лише з невеликою кількістю елементів при нормальних умовах. А вуглекислий газ – це оксид вуглецю.

Застосування хімічного елемента

Азот у рідкому стані застосовують у медицині для лікування холодом (кріотерапії), а також у кулінарії як холодоагент.

Цей елемент також знайшов широке застосування в промисловості. Азот – це газ, який вибухо- і пожежобезпечний. Крім цього, він перешкоджає гниненню і окисленню. Зараз азот використовують у шахтах з метою створення вибухобезпечного середовища. Газоподібний азот застосовують у нафтохімії.

У хімічній промисловості без азоту обійтися дуже нелегко. Його використовують для синтезу різних речовин і сполук, наприклад деяких добрив, аміаку, вибухових речовин, барвників. Зараз велика кількість азоту використовують для синтезу аміаку.

У харчовій промисловості ця речовина зареєстрована як харчова добавка.

Суміш або чиста речовина

Навіть вчені першої половини 18 століття, яким вдалося виділити хімічний елемент, думали, що азот – це суміш. Але існує велика різниця між цими поняттями.

Чиста речовина має цілий комплекс постійних властивостей, таких як склад, фізичні та хімічні властивості. А суміш – це сполука, до якої входить два або більше хімічних елементи.

Зараз ми знаємо, що азот – це чиста речовина, оскільки він є хімічним елементом.

При вивченні хімії дуже важливо зрозуміти, що азот є основою всієї хімії. Він утворює різні сполуки, які всім нам зустрічаються, це і веселячий газ, і бурий газ, і аміак, і азотна кислота. Недарма хімія в школі починається саме з вивчення такого хімічного елемента, як азот.

§ 27. Відносна густина газів. Обчислення з використанням відносної густини газів

Під час вивчення речовин та явищ не обійтися без порівнянь. Їх здійснюють за різними характеристиками — масою, розмірами, зарядами структурних частинок, фізичними чи хімічними властивостями тощо. Ви вже ознайомлені з такою фізичною величиною, як густина (або її ще називають дійсна густина), яку позначають р. Вона є характеристикою речовини, що кількісно визначається відношенням маси до об’єму в абсолютно щільному стані (без урахування пор, тріщин).

ВІДНОСНА ГУСТИНА ГАЗІВ. Для газів досить уживаною ознакою порівняння є не дійсна, а відносна густина газів (позначається літерою латинського алфавіту D, вимовляється «де»).

Відносна густина одного газу за іншим газом (D) — це відношення густини одного газу (ρ₁) до густини іншого газу (ρ₂), виміряних за однакових умов:

Оскільки густина — це маса одного об’єму речовини, а молярний об’єм усіх газів за нормальних умов однаковий — 22,4 л, робимо висновок про те, що густини газів відносяться між собою, як їх молярні маси. Вам відомо, що молярні маси чисельно дорівнюють відносним молекулярним масам речовин. Звідси відносна густина газів може бути обчислена за формулою:

де M_r1 — відносна молекулярна маса одного газу; M_r2 — відносна молекулярна маса іншого газу, за яким визначають густину.

Внизу справа після літери D пишуть формулу газу, відносно якого обчислюють густину іншого газу. Наприклад, густина за воднем позначається D(H₂), густина за киснем — D(O₂).

Формула для обчислення відносної густини одного газу за іншим

вказує на те, що потрібно обчислювати відносні молекулярні маси обох газів.

Як і відносна молекулярна маса, відносна густина газу — величина безрозмірна, бо показує, у скільки разів один газ легший або важчий за інший.

ОБЧИСЛЕННЯ ВІДНОСНОЇ ГУСТИНИ ОДНОГО ГАЗУ ЗА ІНШИМ. Відносну густину газів можна обчислювати за будь-яким газом — воднем, киснем (мал. 39), вуглекислим газом тощо, а також за газоподібними сумішами. Найчастіше її обчислюють за воднем і повітрям. Якщо говорять про газоподібні суміші речовин, то йдеться про середню відносну молекулярну масу суміші, встановлену на основі обчислення маси суміші за нормальних умов в об’ємі 22,4 л.

Мал. 39. Відносні густини газів: а — метану за повітрям; б — озону за киснем; в — пропану за вуглекислим газом

Середня відносна молекулярна маса повітря за нормальних умов дорівнює 29.

Це означає, що порція повітря об’ємом 22,4 л за нормальних умов має масу 29 г.

ОБЧИСЛЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ВІДНОСНОЇ ГУСТИНИ ГАЗІВ.

Приклад 1. Обчислити відносну густину кисню за воднем (D_H2).

Щоразу, обчислюючи відносну густину газу за воднем, у знаменнику доводиться записувати число 2 (саме такою є відносна молекулярна маса цієї речовини). Тому формулу для обчислення відносної густини газів за воднем подають у зазначеному вигляді.

На практиці найчастіше виникає потреба в обчисленнях відносної густини газу за повітрям.

Оскільки відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29, то обчислення відносної густини за повітрям здійснюють за поданою формулою.

Пригадайте! У 7 класі ви вивчали добування й збирання кисню. Поміркуйте, як треба розташовувати посудину для збирання газуватої речовини, легшої за повітря, щоб зібрати її способом витіснення повітря.

Приклад 2. Обчислити відносну густину кисню за повітрям (D_пов).

Як бачимо, кисень дещо важчий за повітря, тому для його збирання витісненням повітря посудину розташовують донизу дном.

Приклад 3. Обчислити відносну густину водню за повітрям (D_пов).

У розглянутих прикладах кисень важчий за водень та повітря, тоді як водень легший за повітря. Ці та інші приклади доводять: якщо відносна густина газу більша за одиницю, він важчий, ніж той, з яким його порівнюють. І навпаки, якщо одержана величина менша від одиниці, газ легший, ніж той, з яким його порівнюють.

Похідними формули відносної густини газів є такі формули:

Приклад 4. Бінарна сполука Нітрогену з Гідрогеном має густину за воднем 8,5. Установити хімічну формулу речовини, якщо масова частка Нітрогену в речовині дорівнює 82 %.

Стисло про основне

• Відносна густина газів — це безрозмірна величина, що показує, у скільки разів один газ важчий або легший за інший.

• Для обчислення відносної густини газу відносну молекулярну чи молярну масу одного газу ділять на відносну молекулярну чи молярну масу іншого газу:

• Густину за повітрям обчислюють за формулою

• За відомою відносною густиною газу можна обчислювати його молярну масу.

• Вибір способу збирання газів витісненням повітря здійснюють на основі результатів обчислення відносної густини газів за повітрям: якщо вона більша за одиницю, то посудину для наповнення газом тримають донизу дном, а якщо менша — догори дном.

Сторінка ерудита

Перенасичення вуглекислим газом є небезпечним для організму людини і тварин. Встановлено: якщо вміст вуглекислого газу в повітрі перевищує 10 %, у живої істоти настає втрата свідомості й навіть смерть.

В Італії існує печера, яку названо «Собачою». До неї не рекомендують заходити із собакою. А все тому, що печера майже наполовину людського зросту заповнена вуглекислим газом.

Обчисліть відносну густину вуглекислого газу за повітрям, і ви зрозумієте, чому людина певний час може безпечно перебувати в цій печері, тоді як для собаки перебування в ній із самого початку є небезпечним.

У «Собачій» печері

Знаємо, розуміємо

1. Що характеризує фізична величина густина?

2. Дайте визначення відносної густини газів. За якою формулою її обчислюють?

3. Що необхідно знати для обчислення відносної густини одного газу за іншим?

4. Обчисліть густину хлору за воднем та повітрям.

5. Учням необхідно було дослідним шляхом добути та зібрати у пробірку нітроген(IV) оксид. Думки учнів щодо способу збирання цього газу розділились. Одні учні вирішили збирати нітроген(IV) оксид, тримаючи пробірку донизу дном, інші — догори дном. Поясніть, хто з них помилявся та чому.

6. Які з перелічених газів підходять для наповнення аеростатів: водень, кисень, гелій, вуглекислий газ? Відповідь поясніть.

7. Зазначте правильне розташування пробірки при збиранні вуглекислого газу. Обґрунтуйте свій вибір.

8. Розгляньте малюнок 39 на с. 144 і поясніть, чому саме так розташовані шальки терезів при зважуванні однакових об’ємів зазначених на малюнках газів. Як, на вашу думку, розташуються шальки терезів, якщо на них помістити кульки однакового об’єму, наповнені:

• а) повітрям і воднем;
• б) карбон(ІІ) оксидом і азотом;
• в) вуглекислим газом і хлором;
• г) воднем і гелієм?

Застосовуємо

86. Що важче: 1 л кисню чи 1 л чадного газу СО (н.у.)? Відповідь обґрунтуйте.

87. Ми звикли говорити й чути вислови порожня чашка, порожня банка. Чи правильно це? Наскільки важчою є насправді порожня посудина об’ємом 3 л, яку після викачування повітря герметично закрили, від тієї, що стоїть у кімнаті відкритою (н.у.)?