Azot - principalii compusi

AZOTUL

SI PRINCIPALII LUI COMPUSI

Azotul este constituentul principal al aerului , in care se gaseste in proportie de 76% de masa sau 78% de volum . A fost descoperit in anul 1674 de catre Jean Mayow care nu i-a putut stabili individualitatea chimica . Lavoisier ajunge la concluzia ca aerul contine pe langa oxigen un nou element pe care l-a numit AZOT - fara viata.

In natura azotul este format din N14 si N15 in raport atomic de 272:1. El se intalneste si sub forma de combinatii cum ar fi azotatul de potasiu si azotatul de sodiu . Deoarece face parte din compozitia proteinelor , azotul este un component indispensabil organismelor.

Azotul pur se obtine din aer sau din substante care il contin si care se pot descompune usor , de exemplu azotitul de amoniu :

NH₄NO₂= N₂ + 2 H₂O

In laborator se foloseste un amestec de solutii de azotit de sodiu si clorura de amoniu , din a caror reactie rezulta partial azotit de amoniu, care mai departe se descompune in azot.

NaNO₂ + NH₄Cl = NH₄NO₂ + NaCl

Industrial, azotul se obtine odata cu oxigenul prin lichefierea si distilarea fractionata a aerului lichid . Aceasta se realizeaza prin cateva detente si condensari succesive , in decursul carora se produce o scadere de temperatura suficienta pentru separarea componentelor aerului .

Conform procedeului G. Claude , aerul uscat si decarbonat ( prin trecere peste NaOH ) , comprimat si racit la -170°C intr-un schimbator de caldura , este supus unei detente de la 50atm la 5 atm . La baza coloanei se aduna aer lichefiat bogat in oxigen , care este constituentul mai putin volatil ; azotul sub forma gazoasa , se ridica in coloana , strabate refrigerentele si sub forma lichida , se colecteaza in rezervorul central de la baza coloanei la -183°C , sub 5 atm . De aici , azotul este recirculat spre varful coloanei unde se produce din nou o detenta , de la 5 atm la 1 atm . Fractiunea gazoasa , formata din azot practic pur , paraseste coloana printr-o conducta din varf . Lichidul ramas curge prin talere , se imbogateste din ce in ce in oxigen , intalnit in contracurent , se aduna sub forma de oxigen lichid aproape pur ( 98% ) . Azotul ramas dupa indepartarea oxigenului mai contine si gaze rare existente in atmosfera si chiar urme de

oxigen . Azotul se pastreaza si se transporta comprimat la 150 atm in tuburi de otel . In stare pura , azotul se obtine prin descompunere termica a azidei de sodiu sau de bariu:

2 NaN₃ = 2 Na + 3 N₂

Azotul este un gaz incolor , fara miros , mai usor decat aerul . In apa se dizolva mai putin decat oxigenul . Azotul nu intretine arderea si deci nici viata ; din aceasta cauza poarta numele de azot , de la cuvantul grecesc azotos = fara viata . Vechea lui denumire este nitrum , adica generator de nitru ( silitra ) ; de aceea i se mai spune si nitrogen, iar simbolul, iar simbolul lui a ramas N .

Molecula azotului este diatomica , atomii de azot fiind legati intre ei printr-o legatura tripla :N=N: . Distanta dintre nuclee este 0,109 nm . Disocierea moleculei , chiar la temperaturi inalte , se face foarte greu : energia de disociere a moleculei de azot in atomi este de 944,7 kJ mol^-1 .

Taria legaturii in molecula N₂ este cauza inertiei chimice a azotului .

Daca se trece azotul sub presiune redusa printr-un arc electric , la o tensiune mare , se formeaza azot activ , alcatuit din atomi de azot in stare fundamentala , care trec apoi in molecule "pre-asociate" si in final , in molecule stabile . Recombinarea atomilor in molecule este insotita de o luminescenta galbena-verzuie .

Reactivitatea azotului este foarte mica in conditii normale din cauza stabilitatii moleculei , dar poate fi marita prin ridicarea temperaturii .

Cu hidrogenul , azotul se combina in anumite conditii ( la 500^°C , sub presiune si in prezenta catalizatorilor ) pentru a forma amoniac :

N₂ + 3 H₂ ↔ 2 NH₃

La temperaturi mai inalte echilibrul reactiei este deplasat spre stanga .

Azotul se combina si cu oxigenul la temperatura arcului electric formand oxid de azot :

N₂ + O₂ ↔ 2NO

In atmosfera , descarcarile electrice produc energia necesara formarii monoxidului de azot din componentele aerului . Anual se transforma in monoxid de azot circa 40 milioane tone de azot .

Prin combinarea azotului cu unele metale rezulta nitruri sau azoturi metalice . Cu litiul , azotul reactioneaza la temperatura camerei formand azotura de litiu :

N₂ + 6 Li = 2 Li₃N

Cu celelalte metale reactioneaza numai la incalzire.

COMBINATIILE   AZOTULUI

Atomul de azot avand pe stratul electronic exterior cinci electroni , in combinatiile cu hidrogenul si cu metalele el isi completeaza octetul electronic , adica este tricovalent . In combinatiile cu oxigenul participa complet sau partial cu electronii stratului exterior - electronii de valenta . Diferitele stari de oxidare pe care le poate manifesta azotul in combinatiile sale sunt urmatoarele :

Azotul formeaza diferite combinatii cu hidrogenul : amoniacul - NH₃- , acidul azothidric - HN₃- , ale carui saruri se numesc azide si hidrazina - N₂H₄ . Dintre acestea cea mai importanta combinatie este amoniacul .

AMONIACUL

Amoniacul se formeaza prin descompunerea multor substante organice care contin azot .

In laborator , amoniacul se prepara dintr-o sare de amoniu , prin tratare cu baze tari, de exemplu prin reactia intre clorura de amoniu si hidroxidul de calciu:

2 NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2 H₂O + 2 NH₃

Prepararea se poate face intr-un balon de sticla , atunci cand se urmareste obtinerea unor cantitati mai mari de amoniac in stare gazoasa . Pentru colectarea amoniacului se foloseste un vas uscat tinut cu gura in jos , amoniacul fiind mai usor decat aerul . Cum amoniacul se foloseste de obicei sub forma de solutie , gazul preparat este trecut prin mai multe vase cu apa distilata , in care se dizolva si formeaza solutia de amoniac .

In industrie , amoniacul se obtine prin sinteza sau din apele amoniacale de

la cocserii . Reactia de formare a amoniacului prin sinteza este reversibila :

N₂ + 3 H₂ ↔ 2 NH₃

Cum reactia este exoterma ( ΔH = - 46 kJ· mol^-1 ) ,si are loc cu reducere de volum ( din 1 vol. N₂ si 3 vol. H₂ rezulta 2 vol. NH₃ ) , conform principiului lui Le Chatelier , temperaturile joase si presiunile inalte deplaseaza echilibrul spre formarea amoniacului . Totusi, temperaturile joase reduc viteza de reactie a formarii amoniacului . De aceea se lucreaza la temperatura medie de circa 500°C si la presiuni de 200-1000atm ; de asemenea se foloseste un catalizator de fier cu adaosuri de promotori ( oxid de aluminiu ) .

Azotul necesar fabricarii amoniacului se obtine din aer prin indepartarea oxigenului ( prin distilare fractionata a aerului lichid ) . Hidrogenul se obtine fie pe cale electrolitica ( electroliza apei sau a unei solutii apoase de clorura de sodiu ) , fie prin oxidare cu oxigen sau cu vapori de apa a unor combustibili ( carbuni , fractiuni petroliere , gaze naturale , gaze de rafinarie ) .

Fabricarea amoniacului de sinteza cuprinde ca faze principale: producerea gazului de sinteza si sinteza propriu-zisa a amoniacului .

O alta metoda pentru obtinerea amoniacului este extragerea lui din apele amoniacale ramase de la fabricarea cocsului ( prin distilarea huilei ) . El provine din azotul existent in carbunele de pamant , din care , in timpul cocsificarii , este pus in libertate fie ca azot , fie ca amoniac . Prin spalarea gazelor de cocserie cu apa, amoniacul trece in solutie formand apele amoniacale. Prin incalzirea acestor ape se degaja amoniacul rezultat prin hidroliza sarurilor de amoniu .

Amoniacul lichefiat sub presiune se transporta in cisterne-vagoane sau in tuburi de otel ; solutia se pastreaza in damigene de sticla sau in rezervoare de otel .

Amoniacul este un gaz fara culoare , cu gust arzator si cu miros caracteristic . Este de 1,7 ori mai usor decat aerul . La temperatura obisnuita (20°C ) , supus unei presiuni de numai 8,5 atm se lichefiaza si trece intr-un lichid incolor, cu punct de fierbere -33,4°C si cu punct de solidificare de -77,8°.

Trecerea amoniacului lichid in stare de vapori necesita multa caldura . Caldura latenta de vaporizare este de 1,37 kJ mol^-1 . De aceea , vaporizarea amoniacului este insotita de o puternica scadere de temperatura , proprietate importanta pentru intrebuintarea amoniacului in industria frigorifica .

Caldura mare de vaporizare a amoniacului se datoreaza faptului ca amoniacul in stare lichida , ca si apa , se gaseste in forma asociata (NH₃)n , pe cand in stare de vapori este monomolecular . Trecerea amoniacului din forma de molecule asociate in forma monomoleculara , in timpul vaporizarii , necesita un consum mare de caldura .

Amoniacul lichid se aseamana in comportare cu apa; este asociat din cauza naturii polare a moleculelor si a legaturilor de hidrogen . Ca si apa , manifesta

un echilibru de autoionizare:

2 NH₃ ↔ NH₄ ⁺  + NH‾₂

Amoniacul este foarte solubil in apa . La temperaturi scazute se formeaza doi hidrati : NH₃· H₂O si 2NH₃ · H₂O , in care moleculele de NH₃ si H₂O sunt unite prin legaturi de hidrogen.

ּBibliografie:

" Chimie anorganica " - Edith Beral & Mihai Zapan ;

Manualul de chimie (Cls. a IX-a ) - Sandala Fatu , Veronica David & Cornelia Grecescu ;

Manualul de chimie (Cls. a IX-a ) - Luminita Ursea , Elena Goiceanu , Cristian Tache , Doina Baclea ;