Азот (N₂) — бесцветный газ без запаха и вкуса, который составляет около 78% объёма земной атмосферы. В нормальных условиях азот практически инертен, мало растворим в воде, обладает низкой теплопроводностью и высокой диэлектрической прочностью. Температура кипения азота составляет −195,8 °C, температура плавления −210 °C. Молекула азота является двухатомной, с тройной ковалентной связью N≡N, что обеспечивает её высокую стабильность и низкую химическую активность при обычных условиях.
Азот проявляет химическую активность только при повышенных температурах, давлениях или в присутствии катализаторов. Основные химические свойства:
Взаимодействие с водородом: при высокой температуре и давлении образует аммиак (NH₃) по реакции Габера-Боша: N₂ + 3H₂ → 2NH₃ Этот процесс является фундаментальным для промышленного синтеза азотсодержащих удобрений.
Взаимодействие с металлами: при нагревании образуются нитриды, например: 2Al + N₂ → 2AlN Нитриды характеризуются высокой термостойкостью и твердостью.
Окислительно-восстановительные реакции: азот может образовывать соединения с кислородом — оксиды азота, которые проявляют разнообразные окислительные и восстановительные свойства, например: 2N₂ + 5O₂ → 2N₂O₅ (при разложении N₂O₄/N₂O₅ образуются NO₂, N₂O и др.)
Азот образует широкий спектр соединений с различными элементами, разделяющихся на несколько основных групп:
Образуются в результате реакции азота с активными металлами. Обладают ковалентной или ионной природой, высокой твёрдостью и химической устойчивостью. Применяются в керамике и в электронике.
Азот является ключевым элементом для синтеза аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и других биомолекул. Несмотря на высокую инертность атмосферного N₂, микроорганизмы способны фиксировать азот, превращая его в доступные для растений формы (NH₄⁺, NO₃⁻). Этот процесс обеспечивает азотный цикл в экосистемах.
Физические методы получения: фракционная перегонка жидкого воздуха позволяет выделять азот с высокой степенью чистоты.
Химические методы: производство аммиака по процессу Габера-Боша; получение нитридов и оксидов азота промышленными реакциями.
Применение:
Высокая прочность тройной связи N≡N определяет низкую химическую активность азота при стандартных условиях. Энергия связи составляет около 945 кДж/моль, что делает реакции прямого взаимодействия с другими веществами крайне энергоёмкими. Активизация возможна с помощью высокой температуры, давления, плазмы или катализаторов (например, Fe, Mo для синтеза аммиака).
Азот — элемент с высокой стабильностью, разнообразием химических соединений и фундаментальной ролью в биогеохимических циклах. Его соединения обладают широкой областью применения: от сельского хозяйства до медицины и высокотехнологичной промышленности. Химическая инертность газообразного азота сочетается с возможностью формирования как простых бинарных соединений, так и сложных оксидов и органических соединений, что делает его незаменимым компонентом современной химии.