Параграф 16 Химия 9 класс Габриелян | Конспект

🧪 Азот и элементы VA-группы

⚛️ Характеристика атомов элементов VA-группы

VA-группа периодической системы включает шесть элементов: азот (N), фосфор (P), мышьяк (As), сурьму (Sb), висмут (Bi) и московий (Mc).

• Эти элементы объединяет наличие пяти валентных электронов на внешнем энергетическом уровне.

• На внешнем уровне два электрона занимают s-подуровень, а три — p-подуровень.

• Данная конфигурация позволяет им образовывать как ковалентные связи, так и принимать три электрона, проявляя окислительные свойства.

• С ростом радиуса атома элементы группы теряют неметаллические свойства, переходя от неметаллов (азот, фосфор) к полуметаллам (мышьяк, сурьма) и металлам (висмут).

• Азот отличается высокой электроотрицательностью (3.04), уступая только фтору (3.98) и кислороду (3.44).

• Это объясняет его способность вступать в сильные химические связи.

• Молекула азота (N2) состоит из двух атомов, связанных тройной ковалентной связью, которая обеспечивает ей высокую прочность и химическую инертность.

🌍 Азот в природе

Азот составляет 78% объема земной атмосферы, где находится в виде двухатомного газа (N2), характеризующегося низкой реакционной способностью.

• В земной коре азот встречается в виде соединений, например, нитратов натрия (NaNO3) и калия (KNO3).

• Эти минералы широко распространены и используются для производства удобрений.

• Азот играет важную биологическую роль, входя в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот и других жизненно важных молекул.

• В круговороте азота важное место занимают азотфиксирующие бактерии, которые преобразуют атмосферный азот в соединения, доступные для растений.

• Например, бобовые растения фиксируют азот благодаря симбиозу с бактериями рода Rhizobium.

• Азот необходим для синтеза аммиака (NH3), используемого в сельском хозяйстве для производства удобрений.

🧬 Химическая связь в молекуле азота

Связь в молекуле азота (N2) — тройная ковалентная.

• Каждый атом азота образует три общие электронные пары.

• Тройная связь делает молекулу азота чрезвычайно прочной, обеспечивая высокую энергию связи (941 кДж/моль) и низкую реакционную способность при обычных условиях.

• Эта прочная связь преодолевается только при высоких температурах, например, при взаимодействии с металлами или водородом.

⚡ Химические свойства азота

При нагревании азот взаимодействует с активными металлами, образуя нитриды.

• Пример реакции с натрием: 6Na + N2 -> 2Na3N.

• Пример реакции с алюминием: 2Al + N2 -> 2AlN.

• Нитриды — это соединения, в которых азот проявляет степень окисления -3.

• Азот окисляется при реакции с водородом под действием катализаторов при высоких температуре и давлении.

• Реакция образования аммиака: N2 + 3H2 -(t, p, кат)-> 2NH3.

• Аммиак (NH3) используется в производстве удобрений, взрывчатых веществ и других соединений.

• Азот может проявлять восстановительные свойства в условиях электрической дуги, реагируя с кислородом.

• Уравнение реакции: N2 + O2 -> 2NO.

• Окись азота (NO) — важный компонент для синтеза азотной кислоты (HNO3).

🏗️ Применение азота

Азот используется в промышленности для создания инертной атмосферы в процессе производства синтетических волокон, чистых металлов и сплавов.

• Благодаря своей химической инертности, он предотвращает нежелательные реакции.

• Жидкий азот (-196°C) применяется в медицине для криохирургии, заморозки тканей и органов, а также для хранения биологических материалов.

• В пищевой промышленности жидкий азот используется для замораживания и хранения продуктов, а также для упаковки, предотвращающей окисление.

• Природные соединения азота (например, селитры) широко применяются для производства взрывчатых веществ, ракетного топлива и азотных удобрений.

• Азот входит в состав многих синтетических продуктов, включая полиамиды и нейлон, используемых в текстильной промышленности.

💎 База параграфа

• 🧪 Формулы и реакции:

  • 6Na + N2 = 2Na3N — образование нитрида натрия.

  • 2Al + N2 = 2AlN — образование нитрида алюминия.

  • N2 + 3H2 = 2NH3 — промышленный синтез аммиака (процесс Габера).

  • N2 + O2 = 2NO — окисление азота в электрической дуге.

  • NaNO3 — нитрат натрия; KNO3 — нитрат калия (селитры).

• 📊 Состав и доли:

  • 78% — объемная доля азота в земной атмосфере.

  • 5 — количество валентных электронов у элементов VA-группы.

  • 3.04 — показатель электроотрицательности азота.

  • 941 кДж/моль — энергия связи в молекуле N2.

  • -196°C — температура кипения жидкого азота.

• 📖 Определения:

  • Нитриды — бинарные соединения азота с металлами (степень окисления азота -3).

  • Азотфиксация — процесс преобразования атмосферного азота в усвояемые растениями формы бактериями Rhizobium.

  • Инертная атмосфера — газовая среда (часто из азота), предотвращающая химические взаимодействия веществ.

📝 Подведем итоги

• Азот — главный компонент атмосферы (78%), обладающий уникальной химической инертностью из-за сверхпрочной тройной связи в молекуле N2.

• Элементы VA-группы закономерно меняют свойства от неметаллов к металлам с увеличением атомного радиуса, сохраняя при этом 5 электронов на внешнем слое.

• Химическая активность азота проявляется только при экстремальных условиях (высокие T, P, кат), приводя к образованию аммиака, нитридов и оксида азота.

• Практическое использование охватывает путь от глубокой заморозки (-196°C) до производства удобрений, взрывчатки и высокотехнологичных полимеров (нейлон).