Apie gyvūnus

Azoto junginiai

Pin
Send
Share
Send


Skyriai: Chemija

„Biologiniu požiūriu azotas
brangesnis nei bet kuris iš
taurieji metalai “

Pamokos tikslai Remiantis istorinių, biologinių ir cheminių žinių integracija, ištirti azoto buvimą gamtoje ir jo savybes, atskleisti priežastinius ryšius „struktūra - savybės“ ir „savybės - pritaikymas“, ištirti azoto ir kai kurių jo junginių poveikį aplinkai ir žmogaus organizmui.

Švietimo. Apibūdinti azotą atsižvelgiant į idėjas apie tris cheminio elemento formas: azoto atomus, paprastąsias medžiagas ir azotą kai kuriuose junginiuose. Tirdami savybes atkreipkite dėmesį į redokso reakcijas.

Vystosi. Ugdykite studentų loginį mąstymą, praplėskite akiratį.

Švietimo. Skatinti aplinkos švietimą, tikslumą, gebėjimą dirbti grupėse.

Įranga. Plakatas „Azotas - žemės ūkio pagrindas“, žaidimo „Azoto cheminio elemento nustatymas“ lentelės, taikymo modeliai „Biogeninio azoto ciklas gamtoje“, skaidrių mokslininkų portretai: D. Rutherford, A. Lavoisier, J. Chaptal, K. Scheele.

4. Naujos medžiagos tvirtinimas.

Mokytojas: Mes įtvirtiname savo žinias atsakydami į klausimus. Ant stalų turite programų korteles (4 priedėlis) Naudodamiesi jais atsakykite į šiuos klausimus.

  1. Kur yra pagrindinės žemės azoto atsargos? Kokia forma yra azotas augalų ir gyvūnų organizmuose?
  2. Ar azoto cikle dalyvauja kiti organizmai, išskyrus augalus ir gyvūnus? Parodykite juos modelyje.
  3. Ar azotas kada nors palieka augalų ir gyvūnų organizmus? Parodykite šiuos procesus modelyje.
  4. Kaip žmogaus veikla veikia atmosferos sudėtį? Pasirinkite norimas programas.
  5. Rodyti modelį: kokie azoto junginiai yra dirvožemyje? Ore? Kaip jie veikia aplinkos sąlygas?
  6. Naudodamiesi modeliu sudarykite bendrą azoto ciklo gamtoje schemą.

Literatūra

  • Pichugina G.V. Lentelių rinkinio „Chemija žemės ūkio technologijose“ gairės. M., 2010.,
  • Kaliausė N.A. Taikymo modelio „Biogeninio azoto ciklas gamtoje“ naudojimo gairės. SPb, 2009 m
  • Bendrosios Va grupės elementų charakteristikos

    Nuo N iki Bi (periodinės lentelės viršuje ir apačioje) didėja: atomo spindulys, metalinės, pagrindinės, redukuojančios savybės. Sumažėja elektronegatyvumas, jonizacijos energija, elektronų afinitetas.

    Azotas, fosforas ir arsenas yra ne metalai, stibis yra pusmetalis, bismutas - metalas.

    Šių elementų elektroninės konfigūracijos yra panašios, nes jie yra toje pačioje grupėje (pagrindinis pogrupis!), Bendroji formulė yra ns 2 np 3:

    • N - 2s 2 2p 3
    • P - 3s 2 3p 3
    • As - 4s 2 4p 3
    • Sb - 5s 2 5p 3
    • Bi - 6s 2 6p 3

    Pagrindinė ir sužadintoji azoto būsena

    Kai azoto atomas sužadinamas, elektronai, esantys ant viršutinio lygmens, išgarinami ir eina į p-antrąjį lygmenį. Kadangi azotas yra antrame laikotarpyje, jis neturi trečiojo lygio, kuris pasireiškia sužadintos būsenos elektroninės konfigūracijos ypatybėmis.

    Palyginus azoto ir fosforo elektronų judėjimo galimybes, skirtumas tampa akivaizdus.

    Natūralūs junginiai

    Gamtoje azotas yra šių junginių pavidalu:

    • Oras - ore, kuriuo kvėpuojame, yra 78% azoto
    • Azotas yra nukleorūgščių, baltymų dalis
    • Kno3 - Indijos nitratas, kalio nitratas
    • NaNO3 - Čilės nitratas, natrio nitratas
    • NH4NE3 - amonio salietros (dirbtinis produktas, gamtoje neatsiranda)

    Nitratas yra įprasta azoto trąša, užtikrinanti greitą augalų augimą ir vystymąsi, didinanti produktyvumą. Tačiau reikia griežtai laikytis jų naudojimo taisyklių, kad nebūtų viršytos leistinos koncentracijos.

    Pramonėje azotas gaunamas skystinant orą. Vėliau azotas gaunamas išgarinant jų suskystintą orą.

    Taip pat naudojamas membranų atskyrimo metodas, kurio metu deguonis iš suslėgto oro pašalinamas per specialų filtrą.

    Laboratorijoje metodai nėra tokie egzotiški. Dažniausiai azotas gaunamas suskaidžius amonio nitritą.

    Azotą taip pat galima gauti redukuojant azoto rūgštį aktyviaisiais metalais.

    Azotas džiugina - jis užima visas įmanomas oksidacijos būsenas nuo -3 iki +5.

    Azoto molekulė yra labai stipri dėl trigubo ryšio. Dėl to daugelis reakcijų yra endoterminės: net azoto deginimas deguonyje lydimas šilumos absorbcijos, o ne evoliucija, kaip paprastai būna degimo metu.

    • Metalo reakcija

    Nekaitinant, azotas sąveikauja tik su ličiu. Kai šildomas, reaguoja su kitais metalais.

    Nemetalinė reakcija

    Didelę praktinę reikšmę turi amoniako, kuris vėliau naudojamas gaminant trąšas, dažus ir vaistus, sintezė.

    Amoniakas

    Bespalvės aštraus aštraus kvapo dujos, dirginančios gleivinę. Medicininiais tikslais naudojamas tirpalas, kurio koncentracija yra 10% amoniako, vadinamas amoniaku.

    Pramonėje amoniakas gaminamas tiesiogiai veikiant azotui ir vandeniliui.

    Laboratorinėmis sąlygomis stiprūs šarmai veikia amonio druskas.

    Amoniakas pasižymi pagrindinėmis savybėmis, lakmuso bandymą nuspalvina mėlyna spalva.

      Reakcija su vandeniu

    Susidaro nestabilus junginys - amonio hidroksidas, silpna bazė. Jis nedelsdamas suskyla į vandenį ir amoniaką.

    Kaip pagrindas, amoniakas gali reaguoti su rūgštimis, sudarydamas druskas.

    NH3 + HCl → NH4Cl (amonio chloridas)

    Kadangi azoto, esančio amoniake, oksidacijos būsena yra mažiausia -3 ir jis gali tik jį padidinti, amoniakas turi ryškių redukcinių savybių. Jis naudojamas metalams redukuoti iš jų oksidų.

    Deginant amoniaką be katalizatoriaus, susidaro azoto molekulinė forma. Oksiduojant esant katalizatoriui, išsiskiria NO.

    Kodėl azotas buvo vadinamas „uždusančiu“ ir „negyvu“

    Kaip teigia chemijos istorikai, pirmasis šią paprastą medžiagą gavo Henris Cavendišas (1777). Mokslininkas leido orą per karštas žarijas, reakcijos produktams absorbuoti naudojo šarmą. Tyrimo metu tyrėjas atrado bespalves, bekvapę dujas, kurios nereagavo su anglimis. Dėl nesugebėjimo išlaikyti kvėpavimą, taip pat deginimo Cavendishas tai pavadino „uždusančiu oru“.

    Šiuolaikinis chemikas paaiškintų, kad deguonis reaguoja su anglimis, susidarė anglies dioksidas. Likusią „uždususią“ oro dalį daugiausia sudarė N molekulės2. Cavendishas ir kiti tuo metu dirbę mokslininkai dar nežinojo apie šią medžiagą, nors azoto ir nitratų junginiai tada buvo plačiai naudojami ūkyje. Mokslininkas pranešė apie neįprastas dujas savo kolegai, kuris atliko panašius eksperimentus, Josephui Priestley.

    Tuo pat metu Karlas Scheele atkreipė dėmesį į nežinomą oro komponentą, tačiau nesugebėjo tinkamai paaiškinti jo kilmės. Tik 1772 m. Danielis Rutherfordas suprato, kad eksperimentuose esančios „uždususios“ dujos buvo azotas. Kokį mokslininką laikyti jį atradėju - mokslo istorikai vis dar ginčijasi.

    Praėjus penkiolikai metų po Rutherfordo eksperimentų, garsus chemikas Antoine'as Lavoisier pasiūlė pakeisti terminą „sugadintas" oras, susijęs su azotu, į azoto. Iki to laiko buvo įrodyta, kad ši medžiaga nedega, nepalaiko kvėpavimo. Tada atsirado rusiškas pavadinimas „azotas“, kuris aiškinamas skirtingai. Dažniausiai jie sako, kad terminas reiškia „negyvas“. Vėliau atliktas darbas paneigė plačiai paplitusį įsitikinimą apie materijos savybes. Azoto junginiai - baltymai - yra svarbiausi gyvų organizmų makromolekulės. Norėdami juos sukurti, augalai pasisavina iš dirvožemio būtinus mineralinių maisto elementų elementus - NE jonus3 2- ir NH4+.

    Azotas - cheminis elementas

    Periodinė sistema (PS) padeda suprasti atomo struktūrą ir jo savybes. Pagal cheminio elemento vietą periodinėje lentelėje galite nustatyti branduolio užtaisą, protonų ir neutronų skaičių (masės skaičių). Būtina atkreipti dėmesį į atominės masės vertę - tai yra viena iš pagrindinių elemento savybių. Laikotarpio skaičius atitinka energijos lygių skaičių. Trumpoje periodinės lentelės versijoje grupės numeris atitinka elektronų skaičių išorės energijos lygyje. Apibendrinkime visus duomenis apie bendrąją azoto charakteristiką pagal jo vietą periodinėje sistemoje:

    • Tai nemetalinis elementas, esantis viršutiniame dešiniajame PS kampe.
    • Cheminis ženklas: N.
    • Eilės numeris: 7.
    • Santykinė atominė masė: 14.0067.
    • Lakiųjų vandenilio junginių formulė: NH3 (amoniakas).
    • Sudaro aukštesnįjį N oksidą2O5kuriame azoto valentingumas yra V.

    Azoto atomo struktūra:

    • Pagrindinis mokestis: +7.
    • Protonų skaičius: 7, neutronų skaičius: 7.
    • Energijos lygių skaičius: 2.
    • Bendras elektronų skaičius: 7, elektroninė formulė: 1s 2 2s 2 2p 3.

    Detaliai ištirti stabilūs elemento Nr. 7 izotopai, jų masių skaičius yra 14 ir 15. Iš jų žiebtuvėlių atomų yra 99,64%. Taip pat trumpaamžių radioaktyviųjų izotopų branduoliuose yra 7 protonai, o neutronų skaičius labai skiriasi: 4, 5, 6, 9, 10.

    Azotas gamtoje

    Žemės oro apvalkale yra paprastos medžiagos molekulės, kurios formulė yra N2. Azoto dujų kiekis atmosferoje yra apie 78,1% tūrio. Neorganiniai šio cheminio elemento junginiai žemės plutoje yra įvairios amonio druskos ir nitratai (nitratas). Junginių formulės ir kai kurių svarbiausių medžiagų pavadinimai:

    Paskutinių dviejų junginių azoto valentingumas yra IV. Anglies, dirvožemio ir gyvuosiuose organizmuose taip pat yra surištų N atomų. Azotas yra neatsiejama aminorūgščių, DNR ir RNR nukleotidų, hormonų ir hemoglobino makromolekulių dalis. Bendras cheminio elemento kiekis žmogaus organizme siekia 2,5%.

    Paprasta medžiaga

    Azoto diatominių molekulių pavidalu yra didžiausias oro tūris ir masė atmosferoje. Medžiaga, kurios formulė yra N2, neturi kvapo, spalvos ir skonio. Šios dujos sudaro daugiau nei 2/3 žemės oro apvalkalo. Skystas azotas yra bespalvė medžiaga, primenanti vandenį. Verda –195,8 ° C temperatūroje. M (N2) = 28 g / mol. Paprastosios medžiagos azotas yra šiek tiek lengvesnis už deguonį, jo tankis ore yra artimas 1.

    Atomai molekulėje tvirtai suriša 3 bendras elektronų poras. Junginys pasižymi dideliu cheminiu stabilumu, kuris jį išskiria iš deguonies ir kelių kitų dujinių medžiagų. Kad azoto molekulė skiltų į sudedamąsias atomus, reikia išleisti 942,9 kJ / mol energiją. Trijų porų elektronų ryšys yra labai stiprus, pradeda skilti, kaitinant virš 2000 ° C.

    Normaliomis sąlygomis molekulių disociacija į atomus praktiškai nevyksta. Azoto cheminį inertiškumą lemia ir tai, kad jo molekulėse nėra poliškumo. Jie labai silpnai sąveikauja tarpusavyje, tai yra dėl dujinės medžiagos būklės esant normaliam slėgiui ir artimai kambario temperatūrai. Mažas cheminis molekulinio azoto aktyvumas naudojamas įvairiuose procesuose ir prietaisuose, kur reikia sukurti inertinę aplinką.

    N molekulių disociacija2 gali atsirasti veikiant saulės radiacijai viršutinėje atmosferoje. Susidaro atominis azotas, kuris normaliomis sąlygomis reaguoja su tam tikrais metalais ir nemetalais (fosforu, siera, arsenu). Dėl to sintezuojamos medžiagos, kurios gaunamos netiesiogiai sausumos sąlygomis.

    Azoto valentingumas

    Išorinį atomo elektronų sluoksnį sudaro 2 s ir 3 p elektronai. Azotas gali atiduoti šias neigiamas daleles sąveikaudamas su kitais elementais, o tai atitinka jo redukuojančias savybes. Prijungdamas 3 elektronus, kurių trūksta iki okteto, atomas pasižymi oksidaciniais sugebėjimais. Azoto elektronegatyvumas yra mažesnis, jo nemetalinės savybės nėra tokios ryškios kaip fluoro, deguonies ir chloro. Sąveikaudamas su šiais cheminiais elementais, azotas išskiria elektronus (oksiduojasi). Redukcija į neigiamus jonus lydima reakcijų su kitais nemetalais ir metalais.

    Tipiškas azoto valentingumas yra III. Šiuo atveju dėl išorinių p-elektronų pritraukimo ir bendrų (rišamųjų) porų susidarymo susidaro cheminiai ryšiai. Azotas dėl savo vienišų elektronų poros gali sudaryti donoro-akceptoriaus ryšį, kaip vyksta amonio jone NH4+.

    Gavimas laboratorijoje ir pramonėje

    Vienas iš laboratorinių metodų yra pagrįstas vario oksido oksiduojančiomis savybėmis. Naudotas azoto junginys su vandeniliu - amoniaku NH3. Šios blogai kvepiančios dujos sąveikauja su milteliniu juodojo vario oksidu. Dėl reakcijos išsiskiria azotas ir atsiranda metalinis varis (raudoni milteliai). Lašai vandens, kitas reakcijos produktas, nusėda ant vamzdelio sienelių.

    Kitas laboratorinis metodas, kuriame naudojamas azoto junginys su metalais, yra azidas, pavyzdžiui, NaN3. Pasirodo, dujos, kurių nereikia valyti nuo priemaišų.

    Laboratorijoje amonio nitritas skaidomas į azotą ir vandenį. Norint, kad reakcija prasidėtų, reikia kaitinti, tada procesas tęsiasi išskiriant šilumą (egzoterminį). Azotas yra užterštas priemaišomis, todėl jis išvalomas ir nusausinamas.

    Azoto gamyba pramonėje:

    • frakcinis skysto oro distiliavimas - metodas, kuriame naudojamos fizinės azoto ir deguonies savybės (skirtingos virimo temperatūros),
    • cheminė oro reakcija su karštomis anglimis,
    • adsorbcijos dujų atskyrimas.

    Sąveika su metalais ir vandenilį oksiduojančiomis savybėmis

    Stiprių molekulių inertiškumas neleidžia gaminti tam tikrų azoto junginių tiesioginės sintezės būdu. Norint suaktyvinti atomus, būtina stipriai kaitinti ar spinduliuoti medžiagą. Azotas gali reaguoti su ličiu kambario temperatūroje, su magniu, kalciu ir natriu, reakcija vyksta tik kaitinant. Susidaro atitinkamų metalų nitridai.

    Azoto ir vandenilio sąveika vyksta esant aukštai temperatūrai ir slėgiui. Šiam procesui taip pat reikalingas katalizatorius. Pasirodo, amoniakas - vienas iš svarbiausių cheminės sintezės produktų. Azotas, kaip oksidatorius, savo junginiuose pasižymi trimis neigiamomis oksidacijos būsenomis:

    • −3 (amoniakas ir kiti vandenilio azoto junginiai - nitridai),
    • −2 (hidrazinas N2H4),
    • −1 (hidroksilaminas NH2OH).

    Svarbiausias nitridas, amoniakas, pramonėje gaminamas dideliais kiekiais. Cheminis azoto inertiškumas ilgą laiką išliko didele problema. Nitratas buvo jo žaliavos šaltinis, tačiau mineralų atsargos ėmė sparčiai mažėti didėjant gamybai.

    Didelis chemijos mokslo ir praktikos laimėjimas buvo amoniako metodo sukūrimas, jungiantis azotą pramoniniu mastu. Specialiose kolonose vykdoma tiesioginė sintezė - grįžtamasis azoto, gaunamo iš oro, ir vandenilio procesas. Sudarant optimalias sąlygas, kurios keičia šios reakcijos pusiausvyrą produkto atžvilgiu, naudojant katalizatorių, amoniako išeiga siekia 97%.

    Sąveika su deguonį mažinančiomis savybėmis

    Kad prasidėtų azoto ir deguonies reakcija, būtina stipriai kaitinti. Elektros lankas ir žaibo iškrova atmosferoje turi pakankamai energijos. Svarbiausi neorganiniai junginiai, kuriuose azoto oksidacija yra teigiama:

    • +1 (azoto oksidas (I) N2O)
    • +2 (azoto monoksidas NO),
    • +3 (azoto oksidas (III) N2O3azoto rūgštis HNO2jo druskos yra nitritai)
    • +4 (azoto dioksidas (IV)2),
    • +5 (azoto pentoksidas (V) N2O5, azoto rūgštis HNO3nitratai).

    Vertė gamtoje

    Augalai absorbuoja amonio jonus ir nitratų anijonus iš dirvožemio, cheminėms reakcijoms naudoja organinių molekulių sintezę, nuolat vykstančią ląstelėse. Atmosferos azotą gali absorbuoti mazgelių bakterijos - mikroskopinės būtybės, sudarančios augimą ankštinių augalų šaknyse. Dėl to ši augalų grupė gauna reikalingą maistinę medžiagą, praturtina ją dirvožemiu.

    Atogrąžų dušų metu vyksta atmosferos azoto oksidacijos reakcijos. Oksidai ištirpsta, sudarydami rūgštis; šie azoto junginiai vandenyje patenka į dirvožemį. Dėl elemento ciklo gamtoje jo atsargos žemės plutoje ir ore nuolat papildomos. Sudėtingos organinės molekulės, kuriose yra azoto, bakterijos suskaidomos į neorganinius komponentus.

    Praktinis naudojimas

    Svarbiausi azoto junginiai žemės ūkyje yra gerai tirpios druskos. Karbamidą, nitratą (natrio, kalio, kalcio), amonio junginius (vandeninį amoniaką, chloridą, sulfatą, amonio nitratą) absorbuoja augalai.
    Dėl inertinių azoto savybių, augalų nesugebėjimo absorbuoti jo iš oro kyla poreikis kasmet įleisti dideles nitratų dozes. Augalo dalys gali išsaugoti makrokomandas ateičiai, o tai daro įtaką produktų kokybei. Perteklinis nitratų kiekis vaisiuose ir daržovėse gali sukelti žmonių apsinuodijimą ir piktybinių navikų augimą. Be žemės ūkio, azoto junginiai naudojami ir kitose pramonės šakose:

    • vaistams
    • cheminei makromolekulinių junginių sintezei,
    • gaminant sprogmenis iš trinitrotolueno (TNT),
    • dažų išsiskyrimui.

    Chirurgijoje nėra naudojamas oksidas, medžiaga turi analgezinį poveikį. Pirmieji azoto cheminių savybių tyrėjai įkvėpdami šias dujas pastebėjo jutimo praradimą. Taigi atsirado trivialus pavadinimas „juokingos dujos“.

    Nitratų problema žemės ūkio produktuose

    Azoto rūgšties nitratų druskos turi vienkartinį įkrovą NO 3-anijoną. Vis dar naudojamas senasis šios grupės medžiagų pavadinimas - saldainis. Nitratai naudojami tręšti laukus šiltnamiuose ir soduose. Jie įvedami ankstyvą pavasarį prieš sėją, vasarą - skystu viršutiniu padažu. Pačios medžiagos nekelia didelio pavojaus žmonėms, tačiau organizme jos virsta nitritais, vėliau - nitrosaminais. Nitrito jonai NO2 yra toksiškos dalelės, jie sukelia hemoglobino molekulių geležies geležies oksidaciją į geležies jonus. Esant tokiai būsenai, pagrindinė žmonių ir gyvūnų kraujo medžiaga nesugeba pernešti deguonies ir pašalinti audinių iš anglies dioksido.

    Koks maisto užteršimo nitratais pavojus žmonių sveikatai:

    • piktybiniai navikai, atsirandantys nitratus paverčiant nitrozoaminais (kancerogenais),
    • opinio kolito išsivystymas,
    • hipotenzija ar hipertenzija,
    • širdies nepakankamumas
    • kraujavimo sutrikimas
    • kepenų, kasos pažeidimai, diabeto vystymasis,
    • inkstų nepakankamumo vystymąsi,
    • anemija, sutrikusi atmintis, dėmesys, intelektas.

    Vienu metu naudojant įvairius produktus su didelėmis nitratų dozėmis, atsiranda ūmus apsinuodijimas. Šaltiniai gali būti augalai, geriamasis vanduo, paruošti mėsos patiekalai. Mirkymas švariame vandenyje ir virimas gali sumažinti nitratų kiekį maiste. Tyrėjai išsiaiškino, kad didesnės pavojingų junginių dozės randamos nesubrendusiuose ir šiltnamio efektą sukeliančiuose augaliniuose produktuose.

    Fosforas - azoto pogrupio elementas

    Cheminių elementų atomai, esantys tame pačiame vertikaliame periodinės sistemos stulpelyje, pasižymi bendromis savybėmis. Fosforas yra trečiame laikotarpyje, priklauso 15 grupei, kaip ir azotas. Elementų atominė struktūra yra panaši, tačiau skiriasi savybės. Azoto ir fosforo junginiuose su metalais ir vandeniliu yra neigiama oksidacijos būsena ir III valentingumas.

    Įprastoje temperatūroje vyksta daug fosforo reakcijų - tai chemiškai aktyvus elementas. Sąveikauja su deguonimi ir sudaro aukštesnįjį oksidą P2O5. Vandeninis šios medžiagos tirpalas turi rūgšties (metafosforo) savybes. Kai jis kaitinamas, gaunama fosforo rūgštis. Tai sudaro kelių rūšių druskas, iš kurių daugelis tarnauja kaip mineralinės trąšos, tokios kaip superfosfatai. Azoto ir fosforo junginiai sudaro svarbią medžiagų ir energijos ciklo dalį mūsų planetoje ir yra naudojami pramonės, žemės ūkio ir kitose veiklos srityse.

    Pin
    Send
    Share
    Send