Azot (N) pierwiastek

Azot
Azot jest pierwiastkiem chemicznym, który należy do 15 grupy i 2 okresu okładu okresowego.
Jest to niemetal, który należy do grupy azotowców.
Jego liczba atomowa to 7.
Elektroujemność w skali Paulinga wynosi 3,0 .
Masa atomowa (wyrażana w unitach) wynosi 14,007.
Pierwiastek ten tworzy trwałe cząsteczki dwuatomowe.
W warunkach normalnych (czyli w temperaturze T = 273,15 K oraz w ciśnieniu p = 1013,25 hPa) jest gazem bezwonnym, bezbarwnym i bez smaku.
Azot w związkach chemicznych występuje na różnych stopniach utlenienia. Są to stopnie : -III, -II, -I, 0, I, II, III, IV, V.
Azot jest składnikiem powietrza. Stanowi około 78 procent tej mieszaniny gazów. Jest również składnikiem wielu różnych związków organicznych, między innymi kwasów nukleinowych oraz białek.
Stabilne izotopy azotu to 14N i 15N.
W stanie wolnym azot ma postać cząsteczek dwuatomowych N2. Atomy takiej cząsteczki są połączone wiązaniem potrójnym.
Jak to się zaczęło? – czyli odkrycie azotu
Azot odkrył Daniel Rutherford w 1772 roku. Daniel Rutherford był fizykiem i chemikiem pochodzącym ze Szwecji. Odkrył azot jako student. Uczył się bowiem na uniwersytecie w Edynburgu. Jak jednak odkrył on azot? Usunął czysty tlen z powietrza poprzez spalenie substancji w przestrzeni zamkniętej. Powstał dwutlenek węgla. Usunął go poprzez absorpcję w roztworze wodorotlenku potasu (KOH). W ten sposób powstał azot.
Otrzymywanie azotu
Azot o wysokiej czystości otrzymuje się za pomocą rozkładu termicznego azotynu amonu:
Temperatura
NH4NO2 ————————-> N2 + 2H2O
Tak otrzymany azot zawiera niewielkie ilości tlenków azotu.
2. Azot można otrzymać także w wyniku delikatnego, niewielkiego ogrzewania mieszaniny azotynu sodu oraz chlorku amonu:

NaNO2 + NH4Cl ———————> N2 + NaCl + 2 H2O

Związki azotu mogą być nieorganiczne lub organiczne.
Nieorganiczne związki azotu to:
Tlenki azotu : tlenek diazotu N2O , tlenek azotu NO, tritlenek diazotu N2O2, dwutlenek azotu NO2, tetratlenek diazotu N2O2 oraz pentatlenek diazotu N2O5
Związki z wodorem: azotowodór, amoniak oraz hydrazyna
Kwasy: kwas azotowy HNO3 oraz kwas azotawy HNO2
Sole: sole amonowe, azotany i azotyny
Azotki
Charakterystyka nieorganicznych związków azotu
Tlenki azotu (jak sama nazwa wskazuje) są zbudowane z tlenu oraz z azotu. Poszczególne tlenki różnią się od siebie stopniem utlenienia azotu. Więc po kolei N2O (I stopień utlenienia), NO (II stopień utlenienia.), N2O3 (III stopień utlenienia), NO2 (IV stopień utlenienia), N2O4 (IV stopień utlenienia), N2O5 (V stopień utlenienia).
Tlenki te różnią się również charakterem chemicznym. Charakter obojętny mają: N2O oraz NO, charakter kwasowy mają: N2O4, N2O3, NO2 oraz N2O5.

Związki z wodorem
Azotowodór (inaczej kwas azotowodorowy) o wzorze HN3 jest to nieorganiczny związek chemiczny. Jest bezbarwny, toksyczny, bardzo łatwo paruje i jest wybuchowy.
Reakcje otrzymywania azotowodoru:
H2SO4 + 2 NaN3 —> 2 HN3 + Na2SO4 oraz NO2 + NH3 —> HN3 + H2O

Amoniak (NH3) jest to bezbarwny gaz, który ma charakterystyczny zapach.
Reakcje otrzymywania amoniaku:
Hydroliza azotków:
Mg3N2+ 6H2O —> 3Mg(OH)2+ 2NH3

Działanie mocnych zasad na sole amonowe w podwyższonej temperaturze:
Temperatura
2NH4Cl + Ca(OH)2 ——————-> CaCl2+ 2NH3+ 2H2O

Hydrazyna (N2H4) to oleista ciecz, bezbarwna, o właściwościach higroskopijnych, dymi się w powietrzu i ma silny zapach amoniaku. Otrzymuje się ją z utlenienia amoniaku za pomocą podchlorynu.
NH3 + NaClO—>NH2Cl + NaOH oraz NH2Cl + NH3 + NaOH —>N2H4 + NaCl + H2O

Kwasy
Kwas azotowy (V) 7HNO3 to kwas, który należy do najsilniejszych kwasów tlenowych. Azot występuje na V stopniu tlenienia. Jednym ze sposobów na otrzymanie tego kwasu jest ogrzewanie saletry potasowej z kwasem siarkowym (VI).
KNO3 + H2SO4 —> HNO3 + KHSO4
Kwas azotowy (III) HNO2 jest to dość słaby oraz nietrwały kwas tlenowy. W warunkach laboratoryjnych można otrzymać go poprzez dodawanie soli nieutleniających kwasów mineralnych do rozcieńczonego kwasu siarkowego (VI).
2 NaNO2 + H2SO4 —> 2HNO2 + Na2SO4
Sole
Sole amonowe są to sole które zawierają kationy amonowe NH4+ i aniony reszt kwasowych np. NH4NO3 – azotan amonu, NH4Cl – chlorek amonu lub (NH4)2SO4 – siarczan amonu.
Azotany to inaczej sole i estry kwasu azotowego. Przykładami azotanów są: azotan potasu (inaczej saletra indyjska), azotan amonu (saletra amonowa) czy azotan sodu (saletra chilijska).
Azotki to związki będące pochodnymi amoniaku. Stopień utlenienia azotu wynosi -III. Jest kilka metod otrzymywania azotków. Są to np.:
Bezpośrednie ich otrzymywanie z pierwiastków chemicznych z udziałem wysokiej temperatury:
Temperatura
N2 + 3 Ca ——————-> Ca3N2
Reakcja z amoniakiem pod wpływem wysokiej temperatury:
Temperatura
3Mg + 2 NH3 ———————->Mg3N2 + 3 H2
Redukcja tlenku metalu z obecnością azotu:
Al2O3 + 3C + N2 —-> 2 AlN + 3CO
Redukcja halogenku metalu z obecnością azotu:
ZrCl4 + 4 H2 + N2 —> 2 ZrN + 3 CO

Organiczne związki azotu to aminy oraz amidy.
Aminy to związki chemiczne, które w swojej budowie maja grupę aminową ( -NH2, -NHR lub -NR’R) . Amidy są wykorzystywane do ekstrakcji materiałów jądrowych i do tworzenia adduktów z kwasami Lewisa.
Amidy to związki chemiczne, które zawierają grupę amidową ( R-NR’R”). Używa się ich rozpuszczalniki, środki do produkcji lakierów oraz materiałów wybuchowych.

Właściwości azotu:
W warunkach normalnych to bezbarwny i bezwonny gaz. W wodzie rozpuszcza się gorzej niż tlen. W temperaturze -195,8 stopnia Celsjusza i pod ciśnieniem 1013,25 hPa skrapla się i powstaje bezbarwny ciekły azot. Po schłodzeniu go do temperatury -210,01 stopnia Celsjusza zestala się.
Ciekły azot stosuje się w kriogenice, czyli technice wytwarzania oraz utrzymywania bardzo niskich temperatur. Kriogenikę stosuje się w biologii, w medycynie, w badaniach przestrzeni kosmicznej oraz w przemyśle spożywczym.
Azot jest bierny chemicznie, ponieważ energia w wiązaniu potrójnym w cząsteczce N2 jest bardzo wysoka i wynosi 945,33 ± 0,59 kJ·mol.

Znaczenie azotu:
Azot wchodzi w skład aminokwasów, białek, nukleotydów, kwasów nukleinowych. Jak azot wpływa na organizm?
azot atmosferyczny
W warunkach normalnego ciśnienia (1013,25 hPa) jest obojętny dla żywych organizmów. W warunkach zwiększonego ciśnienia azot z powietrza może wywoływać objawy zatrucia. Dlaczego tak się dzieje? Ponieważ wtedy lepiej rozpuszcza się w płynach ustrojowych organizmów oraz w ich tkankach, które są bogate w lipidy (na przykład w mózgu). Przy ciśnieniu 4 atm (atmosfer fizycznych) wywołuje on spowolnione reagowanie na bodźce, euforię, gadulstwo i duże skłonności do śmiechu. Przy ciśnieniu 10 atm objawy są jeszcze bardziej niepokojące. Są to: zaburzona koordynacja ruchów, zaburzenia świadomości i zawroty głowy. Natomiast przy ciśnieniu powyżej 10 atm może nastąpić utrata przytomności i zapadnięcie w śpiączkę.
2.związki azotu znajdujące się w wodzie pitnej i w pożywieniu
Woda pitna, która zawiera powyżej 45 procent związków azotu może być szkodliwa do dzieci. Jeśli chodzi o azot, bardzo szkodliwe są azotyny. Na szczęście obecność ich w wodzie pitnej jest znikoma. Składowanie związków azotu również jest niebezpieczne, ponieważ azot może przedostać się do wód gruntowych i później ludzie mogą to wypić.

Rośliny a azot
Azot jest potrzebny roślinom do fazy intensywnego rozwoju części zielonych, głównie liści. Rośliny nie mogą wykorzystywać azotu atmosferycznego. Azot pobierają w postaci jonów z gleby. Najczęściej pobierają jony azotanowe (V) – NO3– oraz jony amonowe NH4+. Jony azotanowe (V) występują w roztworze glebowym, więc mogą być szybko pobrane przez korzenie rośliny i uczestniczyć w jej wzroście i rozwoju. Jony amonowe mają ładunek dodatni i są silnie związane przez kompleks sorpcyjny w glebie i ich pobieranie zachodzi znacznie wolniej niż jonów azotanowych (V).

Niedobór azotu
U człowieka niedobór azotu w organizmie skutkować może: biegunką, złuszczaniem skóry, zahamowaniem wzrostu u dzieci, apatią, marskością wątroby, zanikiem mięśni, utratą masy ciała, obrzękami różnych części ciała.
U roślin niedobór azotu powoduje żółknięcie liści, zahamowanie wzrostu, zmiana koloru łodyg na purpurowy oraz intensywny rozwój korzenia.
Nadmiar azotu
U człowieka jest skutkiem spożywania zbyt dużej ilości białka. Następuje obniżenie poziomu wapnia w organizmie, obciąża się nerki i wątrobę co może skutkować pojawieniem się kamieni nerkowych.
U roślin nadmiar azotu przejawia się zmianami blaszki liściowej – staje się ona cienka. Jest przez to mniej wytrzymała mechanicznie, jest podatna na uszkodzenia spowodowane przez czynniki atmosferyczne takie jak wiatr czy deszcz. Roślina jest także bardziej podatna na ataki patogenów. Zbyt duża ilość azotu u roślin powoduje zmniejszenie ilości i jakości zbieranych plonów.

Zastosowanie azotu
Azot ma ogromną ilość zastosowań. Najważniejsze z nich to:
Ciekły azot, który wykorzystuje się między innymi do szybkiego zamrażania żywności oraz do uzyskania bardzo niskich temperatur w laboratoriach.
Gazowym azotem wypełnia się paczki z chipsami. Pomaga on zachować świeżość produktu i chroni zawartość paczki przed zgnieceniem podczas transportu.
Azot ma swoje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. W przemyśle górniczym wykorzystywany jest do prewencji przeciwpożarowej. W przemyśle farmaceutycznym stosuje się go do usuwania tlenu z produktów. W przemyśle metalowym używa się go do hartowania, wyżarzania oraz nawęglania materiałów. Podczas wydobywania ropy naftowej oraz gazu ziemnego zastosowanie azotu pozwala na magazynowanie substratów.
Azot jest niezwykle interesującym pierwiastkiem chemicznym. Ma duże znaczenie w życiu roślin i ludzi. Ma też wiele ciekawych zastosowań. Mam nadzieję, że z powyższego wypracowania można było dowiedzieć się wielu informacji o azocie.