Конспект урока: Общая характеристика элементов VA-группы. Азот. Аммиак. Соли аммония

Общая характеристика VA-группы

В VA-группу периодической системы химических элементов входят шесть элементов: азот N, фосфор P, мышьяк As, сурьма Sb, висмут Bi и московий Mc.

По номеру группы можно судить о том, какое число электронов содержит внешний энергетический уровень. Пятая группа — пять электронов. Для завершения уровня и достижения устойчивого состояния данным элементам не хватает трёх электронов. Азот и фосфор — типичные неметаллы, висмут уже металл.

Опять же по номеру группы можно определить высшую степень окисления элементов данной группы. Она равна +5. А минимальная степень окисления зависит от того, сколько электронов может принять элемент для достижения устойчивого состояния. В 8 классе мы уже разбирали, что элементам пятой группы не хватает трёх электронов. Они принимают их и приобретают степень окисления −3. Эта степень окисления минимальная.

Азот

Азот — один из главных элементов жизни. Атомы азота входят в состав белков и нуклеиновых кислот — важнейших органических веществ живых организмов.

В природе азот находится в основном в газообразном состоянии в виде простого вещества с формулой N₂. Также в литосфере азот встречается в виде некоторых минералов. Наиболее значимые из них — селитры. 

Простое вещество N₂ — газ без цвета и запаха, малорастворим в воде. В атмосферном воздухе содержится 78 % азота по объёму (кислорода около 21 %).

Рисунок 1. Строение молекулы азота

При нормальных условиях азот малоактивен. Он не взаимодействует с кислородом при небольших температурах, с концентрированными кислотами и щелочами, а также металлами.

 

Такой небольшой реакционной способности азота есть логическое объяснение. Молекулу азота трудно разрушить из-за её строения. Два атома азота связаны в молекуле ковалентной неполярной связью. При образовании этой связи задействуется целых три общие электронные пары 

(рис. 1). То есть связь в молекуле азота тройная. Этим и обусловливается её высокая прочность.

Химические свойства азота

Окислительные свойства

1. Взаимодействие с металлами

Азот реагирует с металлами при нагревании с образованием нитридов, в которых он проявляет степень окисления −3:
 

$2{\mathrm{Al}}^0 + {{\mathrm{N}}_2}^0 = 2{\mathrm{Al}}^{+3}{\mathrm{N}}^{-3}$.

Литий может взаимодействовать с влажным азотом при комнатной температуре без нагревания:
 

$6{\mathrm{Li}}^0 + {{\mathrm{N}}_2}^{0 }= 2{{\mathrm{Li}}_3}^{+1}{\mathrm{N}}^{-3}$.

2. Взаимодействие с водородом

В результате образуется аммиак — один из важнейших продуктов химического производства:
 

${{\mathrm{N}}_2}^0 + 3{{\mathrm{H}}_2}^0 \leftrightarrow 2{\mathrm{N}}^{-3}{{\mathrm{H}}_3}^{+}$.

Восстановительные свойства

Взаимодействие с кислородом

Рисунок 2. Нитрифицирующие бактерии

Данная реакция происходит при температуре:
 

${{\mathrm{N}}_2}^0 +{{\mathrm{O}}_2}^0 \leftrightarrow 2{\mathrm{N}}^{+2}{\mathrm{O}}^{-2}$.

 

В круговороте азота в природе важнейшая роль отведена живым организмам. На корнях бобовых растений живут особые бактерии, которые связывают атмосферный азот и превращают его в минеральные соли. Эти соли способны усваивать растения.

Рисунок 3. Жидкий азот

По большей части азот используется для синтеза аммиака. Аммиак же применяют для производства удобрений, азотной кислоты, красителей и лекарств, а также взрывчатых веществ.

 

В жидком азоте, который имеет температуру −196 °С, хранят клетки, органы, ткани и другие биологические объекты. Жидким азотом замораживают продукты и полуфабрикаты. А селитры — природные соединения азота — используют для производства азотных удобрений.

Азот — один из важнейших элементов на Земле. Азот как простое вещество обозначается формулой ${\mathrm{N}}_2$ и относится к неметаллам. Химически азот малоактивен, что обусловлено тройной связью, которой связаны атомы в молекуле ${\mathrm{N}}_2$. Азот взаимодействует с металлами с образованием нитридов, с водородом с образованием аммиака и с кислородом с образованием оксида.