Общая характеристика элементов VА-группы. Азот, распространение в природе, физические и химические свойства

Научиться объяснять строение и свойства элементов VА-группы, а также понимать, почему азот так важен в природе и почему он так неохотно вступает в реакции.

Азот — основа воздуха, которым мы дышим, и важнейший элемент белков (а значит, жизни). Понимание его свойств помогает объяснить круговорот азота в природе, использование азотных удобрений и даже принципы хранения продуктов в азотной среде.

• В VА-группе находятся азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут; сверху вниз неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.
• Все элементы VА-группы имеют на внешнем энергетическом уровне 5 электронов (конфигурация ns²np³).
• Азот — типичный неметалл, но его химическая активность в обычных условиях низкая из-за очень прочной тройной связи в молекуле N₂.
• В природе азот встречается в основном в свободном виде (в воздухе) и в связанном — в виде соединений (нитраты, аммиак, белки).
• Физические свойства азота: газ без цвета, вкуса и запаха, плохо растворим в воде, немного легче воздуха.
• При обычной температуре азот реагирует только с литием; с другими веществами — при нагревании, в присутствии катализаторов или под действием электрического разряда.
• Азот может проявлять в соединениях степени окисления от -3 до +5, но в свободном виде его степень окисления равна 0.
• Химическая инертность азота — ключевая причина того, что воздух не реагирует с большинством веществ при обычных условиях.

VА-группа

Главная подгруппа пятой группы периодической таблицы: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут. У них на внешнем уровне 5 электронов.

Азот

Химический элемент с символом N, порядковым номером 7. В свободном виде — газ N₂, главная составная часть воздуха.

Молекулярный азот

Молекула, состоящая из двух атомов азота, соединённых очень прочной тройной связью (N≡N). Именно эта связь делает азот химически инертным.

Инертность (химическая пассивность)

Способность вещества не вступать в химические реакции при обычных условиях. У азота она вызвана высокой прочностью молекулы N₂.

Нитриды

Соединения азота с металлами и некоторыми неметаллами, в которых азот имеет степень окисления -3 (например, Li₃N, Mg₃N₂).

Аммиак

Соединение азота с водородом (NH₃), бесцветный газ с резким запахом. Образуется при реакции азота с водородом в особых условиях.

• Азот — самый распространённый газ атмосферы: его объёмная доля в воздухе составляет около 78%.
• Молекула азота N₂ имеет тройную связь (N≡N) с энергией связи около 945 кДж/моль — это одна из самых прочных связей в химии, поэтому азот так инертен.
• При обычной температуре азот реагирует только с литием: 6Li + N₂ → 2Li₃N (нитрид лития).
• С кислородом азот реагирует только при очень высокой температуре (в электрической дуге): N₂ + O₂ → 2NO (оксид азота(II)).
• С водородом азот соединяется при высоком давлении, температуре и в присутствии катализатора (процесс Габера): N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃.
• Азот в соединениях может иметь степени окисления от -3 (в аммиаке, нитридах) до +5 (в азотной кислоте HNO₃).
• Жидкий азот кипит при -196°C и используется для глубокого охлаждения (криогенная техника).

1. Пример 1случай
   • Воздух, которым мы дышим, на 78% состоит из азота
   • Он не поддерживает дыхание, но именно поэтому кислород в воздухе не сжигает всё вокруг мгновенно
2. Пример 2случай

   Жидкий азот используют для заморозки продуктов и в медицине для удаления бородавок

   Пояснение

   • он очень холодный (-196°C)
3. Пример 3случай

   При грозе молния «связывает» азот

   Пояснение

   • образуются оксиды азота, которые с дождём попадают в почву и становятся природным удобрением для растений
4. Пример 4случай

   Упаковка чипсов часто заполнена азотом, а не воздухом

   Пояснение

   • это защищает продукт от окисления и сохраняет хрусткость

• Если бы азота в атмосфере не было, а был бы только кислород, то любая искра вызывала бы грандиозные пожары — азот «разбавляет» кислород и делает воздух безопасным для дыхания.
• Азот входит в состав белков, ДНК и РНК — без него невозможна жизнь. Каждый человек «содержит» около 1,5–2 кг азота в своём теле.
• Молнию можно считать «природным заводом» по связыванию азота: в канале молнии азот реагирует с кислородом, образуя оксиды, которые с дождём попадают в почву как удобрение.

• Жидкий азот очень холодный — при попадании на кожу вызывает обморожение, поэтому работать с ним можно только в защитных перчатках и очках.
• Азот не поддерживает дыхание: в замкнутом пространстве, где много азота (например, при утечке), человек может задохнуться из-за нехватки кислорода.

• Аммиак и его свойства (урок 29)
• Соли аммония (урок 30)
• Азотная кислота и её соли (урок 31)
• Фосфор и его соединения (урок 33)