Важнейшие соединения азота

Аммиак — соединение азота с водородом. Имеет важное значение в химической промышленности. Формула аммиака — NH5.

Физические свойства. Бесцветный газ с характерным резким запахом.

Химические свойства. Аммиак обладает восстановительными свойствами. Например, он горит в кислороде, образуя азот и воду: 4NH, + ЗОг =*2N, + 6НгО.

Однако в присутствии катализатора [(платины, оксида хрома (III)] аммиак окисляется до оксида азота (II): 4NH3 + SO, = 6Н,0 + 4NO.

При растворении аммиака в воде образуются гидраты NH5 • Н,0. ионы аммония и гидроксид-ионы:

NHj + Н,0 NHj • Н20 КН/ + ОН".

Благодаря неподеленной электронной паре аммиак легко отнимает протон у молекул кислот, образуя соли аммония: NH, + НСІ = NH4CI.

При нагревании он восстанавливает оксид меди (II), а сам окисляется до свободного азота: ЗСиО + 2NH5 = ЗСи + N2 + ЗН20.

Синтез аммиака. Основным промышленным способом получения аммиака является его синтез из азота и водорода. Взаимодействие между азотом и водородом является обратимым процессом, идущим с выделением теплоты: N, + ЗН, ±5 2NH, ДН° = -92.4кДж.

Синтез аммиака ведут при температуре около 500 °С и повышенном давлении. Катализатор — пористое железо, содержащее оксиды алюминия, калия, кальция и кремния.

Соли аммония. Большинство солей аммония бесцветны и хорошо растворимы в воде. По некоторым свойствам они подобны солям щелочных металлов, особенно калия. Соли аммония термически неустойчивы. При нагревании они разлагаются. Это разложение может происходить обратимо и необратимо. Соли аммония разлагаются обратимо, если: их анион не является окислителем или проявляет слабые окислительные свойства.

Соли аммония разлагаются необратимо, если: их анион проявляет более резко выраженные окислительные свойства^Например: NH4NO, = N,Ot + 2Н„0.

Соли аммония хорошо растворимы в воде и являются сильными электролитами: NH/ + H,0 ^ NHj + Н,0*.

Соли аммония находят широкое применение. Большая часть их (сульфат аммония, нитрат аммония) используется в качестве удобрений. Хлорид аммония или нашатырь применяется в красильной и текстильной промышленности, при паянии и лужении, а также в гальванических элементах.

Азотная кислота

Азотная кислота — сильная одноосновная кислота. В разбавленных растворах она полностью распадается на ионы Н* и NO,~.

Физические свойства. Чистая азотная кислота — бесцветная жидкость с едким запахом. Кипит при 86 °С. Гигроскопична.

Химические свойства. Под действием света она постепенно разлагается: 4HNO, = 4N02T + 0,Т + 2НгО.

Азотная кислота — сильный окислитель. Многие неметаллы легко окисляются ею, превращаясь в соответствующие кислоты:

S + 6HNO, = H2S04 + 6NO,T + 2HjO.

Азотная кислота действует почти на все металлы за исключением золота, платины, тантала, родия и иридия. Концентрированная азотная кислота приводит некоторые металлы (железо, алюминий, хром) в пассивное состояние. Степень окисления азота в азотной кислоте равна +5. Выступая в качестве окислителя, азотная кислота может восстанавливаться до следующих соединений: HN*JOrN*JO,-N2>JO3-N*JO-N2*lO-N20-N-JH4NO3.

Чем выше концентрация HNO}. тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной азотной кислотой обычно выделяется N02. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например, медью, выделяется NO.

В случае более активных металлов — железа, цинка — образуется N20. Сильно разбавленная азотная кислота при взаимодействии с активными металлами — цинком, магнием, алюминием — реагирует с образованием иона аммония, дающего с кислотой нитрат аммония.

Си + 4HNOJ(KOHU.) = Cu(N03), + 2NO, + Н20;

ЗСи + 8HN03 (разб.) = 3Cu(N03), + 2NO + 4H,0;

4Mg + 10HN03 (разб.) = 4Mg(NO,)2 + N,0 + 5H,0;

4Zn + 10HN03 (сильно разб.) = 4Zn(N03)2 + NH4N03 + 3H,0.

Азотная кислота реагирует со многими органическими веществами, в результате чего один или несколько атомов водорода замещаются на нитрогруппу NOj.

Применение. В больших количествах она используется для производства азотных удобрений, красителей, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов. Азотная кислота применяется в производстве серной кислоты нитрозным способом, используется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.

Получение в лаборатории: 2NaN03 + H,S04 = Na^O^ + 2HN03.

Получение в промышленности — путем каталитического окисления аммиака, который синтезируется из водорода и азота воздуха. В результате окисления аммиака образуется оксид азота (II) NO, который окисляется до NO. кислородом воздуха. Затем NO, поглощается водой в присутствии избытка кислорода. Образующаяся азотная кислота имеет концентрацию 40-60%.

Соли азотной кислоты. Одноосновная азотная кислота образует только средние соли, которые называются ттіраташ. Все нитраты хорошо растворяются в воде, а при нагревании разлагаются с выделением кислорода.

Нитраты наиболее активных металлов, которые в ряду стандартных электродных потенциалов находятся левее магния, переходят в нитриты. Например: 2KNOj = 2KNO, + О/Г.

Нитраты металлов, которые расположены от магния до меди включительно, при нагревании распадаются на оксид металла, кислород и оксид азота (IV): 2CU(NOJ)2 = 2CuO + 4NO,T + 02t.

Нитраты наименее активных металлов (в ряду стандартных электродных потенциалов стоят правее меди) разлагаются при нагревании до свободного металла: 2AgNO, = 2Ag + 2NO/T + 0,t.

Среди солей азотной кислоты наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые на практике называются селитрами. Селитры используются главным образом как удобрения.

Азотные удобрения Нитрат аммония (аммиачная селитра) Это наиболее эффективное, богатое азотом удобрение. Содержит 33-35% азота в нитратной и аммиачной форме. Легко растворяется в воде, хорошо действует на многих почвах Сульфат аммония Содержит около 21% азота. Представляет собой бесцветные кристаллы ромбической формы. Это удобрение менее гигроскопично, чем нитрат аммония, не слеживается, не огнеопасно Мочевина Это наиболее ценное азотсодержащее удобрение. Мочевина содержит наибольшее количество азота (около 46%) в хорошо усваиваемой растениями форме. Она представляет собой бесцветные или желтоватые кристаллы, хорошо растворяется в воде. Мочевина не взрывоопасна, мало гигроскопична, не слеживается Нитрат калия

(калийная

селитра) Калийная селитра содержит приблизительно в 3 раза больше калия, чем азота. Поэтому ее применяют в комбинации с другими удобрениями Нитрат кальция (норвежская селитра) Ценное азотное удобрение. Содержит около 13% азота Хлорид аммония Представляет собой белый порошок, содержит около 25% азота