Азот как биогенный элемент

 

Реферат на тему:

 

 

«Азот как биогенный элемент»

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение                                                                                                3

Распространение в природе                                                                    4   

Открытие                                                                                               5   

Происхождение названия                                                                       6  

Историческая справка                                                                             7   

Строение атома и молекулы                                                                    8    

Физические и химические свойства                                                         9    

Физические свойства азота                                                                    10    

Соединение азота                                                                                  12    

Физические свойства азотистого ангидрида и азотистой кислоты            16      

Получение и применение                                                                       25     

Биологическая роль                                                                              28     

Круговорот азота в природе                                                                   29     

Токсикология азота и его  соединений                                                    30    

Биологическое значение                                                                        31    

Жизнь и творчество Азота                                                                      32     

Литература                                                                            33                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Происходит от греческого слова azoos – безжизненный, по-латыни Nitrogenium. Химический знак элемента – N. Азот – химический элемент V группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 7, относительная атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. Какими свойствами обладает этот элемент, какое значение имеет в природе и жизни человека, какие образует соединения и как они используются. Вот те вопросы, на которые я хочу найти ответы при выполнении работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Распространенность  в природе

 

Азот – один из самых  распространенных элементов на Земле, причем основная его масса (около 4*1015 т.) сосредоточена в свободном  состоянии в атмосфере. В воздухе  свободный азот (в виде молекул N2) составляет 78,09%  по объёму (или 75,6% по массе), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и окислов.

Среднее содержание азота  в литосфере 1,9*10-3% по массе.

Природные соединения азота  – хлористый аммоний NH4Cl и различные нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата (Чили, Средняя Азия). Долгое время селитры были главным поставщиком азота для промышленности (сейчас основное значение для связывания азота имеет промышленный синтез аммиака из азота воздуха и водорода). Небольшие количества связанного азота находится в каменном угле (1 – 2,5%) и нефти (0,02 – 1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах (0,1%) и в живых организмах (0,3%). Хотя название «азот» означает «не поддерживающий жизни», на самом деле это – необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16 – 17% азота. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические. Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения азота. В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют микроорганизмы – нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др. Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота (особенно при интенсивном земледелии) почвы оказываются обедненными. Дефицит азота характерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит азота и в животноводстве («белковое голодание»). На почвах, бедных доступным азотом, растения плохо развиваются. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает атмосферу азотом, а заводы, производящие удобрения, связывают азот из воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет азот на поверхности земли.

Азот – четвертый  по распространенности элемент Солнечной  системы (после водорода, гелия и  кислорода).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Открытие

 

В 1777 году Генри Кавендиш провёл следующий опыт: он многократно  пропустил воздух над раскалённым углём, затем обрабатывал его щёлочью, в результате получался остаток, который Кавендиш назвал удушливым (или мефитическим) воздухом. С позиций современной химии ясно, что в реакции с раскалённым углём кислород воздуха связывался в углекислый газ, который затем реагировал со щёлочью. При этом остаток газа представлял собой по большей части азот. Таким образом, Кавендиш выделил азот, но не сумел понять, что это новое постое вещество (химический элемент). В том же году Кавендиш сообщил об этом опыте Джозефу Пристли.

 

Пристли в это время  проводил серию экспериментов, в  которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот, однако, будучи сторонником господствующей в те времена теории флогистона, совершенно неверно истолковал полученные результаты (по его мнению, процесс был противоположным  - не кислород удалялся из газовой смеси, а наоборот, в результате обжига воздух насыщался флогистоном; оставшийся воздух (азот) он и назвал насыщенным флогистоном, то есть флогистированным). Очевидно, что и Пристли, хотя и смог выделить азот, не сумел понять сути своего открытия, поэтому и не считается первооткрывателем азота.

 

Одновременно схожие эксперименты с тем же результатом  проводил и Карл Шееле.

 

В 1772 году азот (под названием  «испорченного воздуха») как простое  вещество описал Даниэль Резерфорд, он опубликовал магистерскую диссертацию, где указал основные свойства азота (не реагирует со щелочами, не поддерживает горения, непригоден для дыхания). Именно Даниэль Резерфорд считается первооткрывателем азота.

 

В дальнейшем азот был  изучен Генри Кавендишем (интересен  тот факт, что он сумел связать  азот с кислородом при помощи разрядов электричества тока, а после поглощения оксидов азота в остатке получил небольшое количество газа, абсолютно инертного, то есть инертные газы, хотя, как и в случае с азотом, не смог понять, что выделил новые химические элементы). Однако и Резерфорд был сторонником флогистонной теории, поэтому также не смог понять, что же он выделил. Таким образом, чётко определить первооткрывателя азота не возможно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Происхождение названия

 

Название «азот» , что означает «безжизненный», вместо предыдущих названий («флогистированный», «мефитический» и «испорченный» воздух) предположил в 1787 году Антуан Лавуазье, который в то время в составе группы других французских учёных разработал принципы химической номенклатуры. Как показано выше, в то время уже было известно, что азот не поддерживает ни горения, ни дыхания. Это свойство и сочли наиболее важным. Хотя впоследствии выяснилось, что азот, наоборот, крайне необходим для всех живых существ, название сохранилось во французском и русском языках.

 

Существует и иная версия. Слово «азот» придумано не Лавунанье и не его коллегами  по номенклатурной комиссии; оно вошло в алхимическую литературу уже в раннем средневековье и употреблялось для обозначения «первичной материи металлов», которую считали «альфой и омегой» всего сущего. Это выражение заимствовано из Апокалипсиса: «Я есть Альфа и Омега, начало и конец». Слово составлено из начальных и конечных букв алфавитов трёх языков – латинского, греческого и древнееврейского, - считавшихся «священными» поскольку, согласно Евангелиям, надпись на кресте при распятии Христа была сделана на этих языках (а, альфа, алеф и зет, омега, тав – AAAZOTH). Составители новой химической номенклатуры хорошо знали о существовании этого слова; инициатор ё создания Гитон де Морво отмечал в своей «Методической энциклопедии» (1786) алхимическое значение термина.

 

На латыни азот называется «Nitrogenium», то есть «рождающий селитру»: английское название производится от латинского. В немецком языке используется название Stickstoff, что означает «удушающая матери».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Историческая  справка

 

Соединение азота – селитра, азотная кислота, аммиак – были известны задолго до получения азота в свободном состоянии.  В 1772 г. Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им «удушливым воздухом», не поддерживает дыхания и горения. В 1787 г. А. Лавуазье установил, что «жизненный» и «удушливый» газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название «азот». В 1784 г. Г. Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum – селитра и греческого gennao – рождаю, произвожу), предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем. К началу XIX в. Были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строение  атома и молекулы

 

Внешняя электронная  оболочка атома азота состоит  из 5 элементов (одной неподелённой пары и трёх неспаренных – конфигурация 2s² 2р^{3). Чаще всего азот в соединениях 3-ковалентен за счет неспаренных электронов (как в аммиаке NH3). Наличие неподеленной пары электронов может приводить к образованию ещё одной ковалентной связи, и азот становится 4-ковалентным (как в ионе аммония NH4+). Степени окисления азота меняются от +5 (в N2О5) до -3 (в NH3). В обычных условиях в свободном состоянии азот образует молекулу N2, где атомы азота связаны тремя ковалентными связями. Молекула азота очень устойчива: энергия диссоциации её на атомы составляет942,9 кдж/моль, поэтому даже при температуре 33000C степень диссоциации азота составляет лишь около 0,1%.}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^{Физические  и химические свойства}

 

Азот немного легче  воздуха: плотность 1,2506 кг/м3 (при 00C и 101325 н/м2 или 760 мм. рт. ст.), t кип – 195,80C. Азот сжимается с трудом : его критическая температура довольно низкая (-147,10C), а критическое давление высоко 3,39 Мн/м2 (34,6 кгс/см2); плотность жидкого азота 808 кг/м3. В воде азот менее растворим, чем кислород: при 00C в 1 м3 H2O растворяется 23,3 г азота. Лучше, чем в воде, азот растворим в некоторых углеводородах.

Только с такими активными  металлами, как литий, кальций, магний, азот взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С большинством других элементов азот реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения азота с кислородом N2O, NO, N2O3, NO2 и N2O5. Из них при непосредственном взаимодействии элементов (40000C) образуется окись NO, которая при охлаждении легко окисляется далее до двуокиси NO2. В воздухе окислы азота образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь азота с кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого N2O3 и азотистого N2O5 ангидридов соответственно получаются азотистая кислота HNO2 и азотная кислота HNO3, образующие соли – нитриты и нитраты. С водородом азот соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH3. Кроме аммиака, известны  и другие многочисленные соединения азота с водородом, например гидразин H2N-NH2, ДИИМИД HN-NH, азотистоводородная кислота HN3 (H-N=N=N), октазон N8H14 и др.; большинство соединений азота с водородом выделено только в виде органических производных. С галогенами азот непосредственно не взаимодействует, поэтому все галогениды азота получают косвенным путем, например фтористый азот NF3 – при взаимодействии фтора с аммиаком. Как правило, галогениды азота – малостойкие соединения (за исключением NF3); более устойчивы оксигалогениды азота – NOF, NOCL, NOBr, NO2F и NO2Cl. С серой также не происходит непосредственного соединения азота; азотистая сера N4S4 получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии раскалённого кокса с азотом образуется циан (CN)2. Нагреванием азота с ацетиленом C2H2 до 15000C может быть получен цианистый водород HCN.

Взаимодействие азота  с металлами при высоких температурах приводит  образованию нитридов (например, Mg3N2).

Пари действии на обычный азот электрических разрядов или при разложении нитридов бора, титана, магния и кальция, а также при электрических разрядах в воздухе может образоваться активный азот, представляющий собой смесь молекул и атомов азота, обладающих повышенным запасом энергии. В отличие от молекулярного, активный азот весьма энергично взаимодействует с кислородом, водородом, парами серы, фосфором и некоторыми металлами. Азот входит в состав очень многих важнейших органических соединений (амины, аминокислоты, нитросоединения и др.).