Азот. Азоттың периодтық жүйедегі орны және қасиеттері

Азот II периодта, V топтың нeгiзгi топшасында орналасқан. Азоттан баска ол топшаны, фосфор Р, мышьяк As, сурьма Sb және висмут Bi элементтері құрайды. Бұл элементтердің ең сыртқы энергиялық денгейшесінде бес электрон бар. Мысалы, азоттың атомында электрондардың орналасуы:

Азот атомы жетпей тұрган үш электронды қосып алып, -3 тотығу дережесін көрсетеді . Ең жоғары тотығу дәрежесі +5.

Бос күйінде азот eкi атомнан тұратын N₂ жай зат түзеді. Оның молекуласының құрылымы:

: N :: N : немесе N = N

Азот топшасында азоттан бастап висмутка карай атомның мөлшері өседі, тотықсыздандырғыш касиеті артады да тотықтыр­ғыш касиеті кемиді.

V топтың нeгiзгi топшасындағы элементтердің ұшқыш сутекті қосылыстары ковалентті полюсті байланыс түзеді, оның жалпы формуласы — RH₃, оттекпен түзетін оксидтері R₂O₅-кe сейкес. Азотты алғаш рет ағылшын химигі Д.Резерфорд сипаттаған.

1772 ж. азоттың ресми ашылған жылы болып есептеледі.

Табиғатта кездесуі. Азот табиғатта бос күйінде ауаның негізгі құрамы бойынша, келемі бойынша — 78,1%. Қосылыс күйінде азот тұздары: мысалы, селитралары NaNO₃, KNO₃ түрінде және белокты заттар түрінде пайда болатын —аммиак NH₃ түрінде кездеседі. Азот органикалық қосылыс ретінде барлық тipi организм құрамында болады. Мысалы, ол белокты заттар (протеин, протеидтер), нуклеин қышкылы құрамында және зат алмасу — карбамид пен зәр қышқылында бар.

Азоттың физикалық қасиеттері. Таза азот — туссіз, иіссіз газ. Қалыпты жағдайда азот ауадан сәл жеңіл, 1 л N₂ газдың массасы 1,25 г. Азот -195°С-та қайнайды, -210°С-та қатады.

Азоттың химиялық қасиеттері Азот молекуласы өте берік болуына байланысты реакцияға түсу кабілеті төмен, химиялық енжар.

1. Бөлме температурасында азот тек металл литиймен ғана тікелей әрекеттеседі:

N₂+ 6Li = 2Lі ₃N литий нитриді

2. Қыздырғанда баска металдармен де осылайша әрекеттеседі:

N₂+3Ca = Ca₃N₂ кальций нитриді

3. Жоғары температура мен қысымда, өршіткi (катализатор) қатысында азот сутекпен тікелей әрекеттеседі, аммиак түзеді;

N₂+3Н ₂=2NН ₃+92кДж

4. Азот оттекпен электр ұшкыны кезінде, 3000°С температурада әрекеттеседі:

N₂ + О₂ = 2NO - Q

Табиғатта бұл реакция найзағай жарқылдағанда жүреді.

Азот молекуласы берік косылыс. Ерекше жағдайда металдармен, сутекпен әрекеттеседі. Табиғатта азот бос күйінде кездеседі, ол ауаның негізгі құрам бөлігі. Азот адам және жануарлар, өсімдіктер организмінде маңызды тіршілік процестерін жүзеге асыратын белоктың кұрамына кіреді.

Реакция теңдеуі:

2NH₄C1 + Са(ОН)₂ = 2NH₃+ СаС1₂+ 2Н₂О

өндірісте аммиакты азот пен сутектен тікелей синтездеп алады

Аммиак суда өте ерімтал: 1 көлем суда 700 көлем аммиак ериді. Аммиак суда ерігенде аммиак гидратын NH₃-H₂ түзеді. Аммиактың судағы epітіндісі аммиак суы немесе мүсәтір спирті деген атпен дәріханада сатылады.

Химиялық қасиеттері.

1. Аммиактың сумен ерекеттесуі.

Аммиак суда ерігенде төмендеп тепе-тендік іске асады:

NH₃ + Н₂О = NH₃ •nH ₂ O= nh₄ + OH;

аммиак гидраты аммоний гидроксиді

Аммиактың судағы ерітшдісі әлсіз негіздік қасиет көрсетеді. Ceбeбi соңғы тепе-теңдік сол жаққа қарай көбірек ығысатындықтан судағы ерітіндіде гидроксид ионы ОН" аз болады. Өздеріне белгілі негіздерден аммоний гидроксидінің айырмашылығы — мұнда оң зарядты ион NH₄ болады.

2. Аммиактың оттекте жануы.

Егер аммиак пен оттек ағынын тұтандырса аммиак оңай жанады.

a) Өршіткі катыспаса бос күйдегі азот бөлінеді:

4NH₃+ЗО₂ = 2N₂+6Н₂О

ә) Катализатор тотығуынан (өршіткі— Pt) азот (II) оксиді алынады:

4NH₃+ 5О₂ = 4NO + 6Н₂О

3. Аммиактың қышкылдармен әрекеттесуі.

Екі шыны таякшаны алып, бipiншісін — концентрлі аммиак суына, екіншісін — концентрлі тұз қышкылына батырып, екі таякшаны бip-бipіне жақындатса, ақ тұнба пайда болады. Ол — аммоний хлоридінің өте ұсак кристалдары. Реакция теңдеуі:

NH₃ + НСl = NH₄Cl

аммоний хлориді

Аммиак басқа да күшті қышұылдармен әрекеттесіп, аммоний тұздарын түзеді.

Қолданылуы. Аммиактан минералдық тыңайтқыштар, дәрі-дәрмек пен қопарылғыш заттар, азот қышкылы және нитраттар өндіріледі, аммоний тұздары алынады. Аммиак төменгі кысымда (0,7—0,8 мПа) оңай сұйылады, ол буланғанда көп жылу сіңіретін касиетіне сәйкес тоңазытқыш кондыргыларда реагент ретінде қолданылады.

Тәжірибеде аммоний тұздарын сумен қосып қыздырып, аммиак алады. Ал өнеркәсіпте сутек пен азотты қосып, тікелей синтездеп алады. Ол өткір иісті, тұншықтырғыш газ. Аммиак суда жақсы epiп гидраттар түзеді, одан аздаған мөлшерде аммоний гидроксиді бөлінеді. Аммиак қышкылдармен реакцияға түсіп, аммоний тұздарын түзеді. Одан тыңайткыштар — нитраттар, азот қышқылы, қопарылғыш заттар алынады.

Д.И.Менделеев жасаған химиялық элементтердің периодтық жүйесінде фосфор ІІІ периодта, V топтың негізгі топшасында орналасқан. Салыстырмалы атомдық массасы — 31, реттік нөмipi—15.

Электрондык формуласы:

Is²2s²2p⁶3s²3p³

Фосфор қосылыстарында -3, +3, +5 тотығу дәрежесін көрсетеді.

Азот пен фосфор электрондарының орбитальдарға орналасуына қарасақ, екеуінің ең сыртқы энергиялық деңгейшесіндегі электрон саны бірдей, ал период саны әр түрлі болатынына сәйкес олардың атом радиусындағы айырмашылықты көреміз. Фосфор атомының радиусы азоттан eкі еседей үлкен. Сол себепті бұлардың қасиеттерінде бipaз айырмашылықтар байкалады. Мысалы, фосфордың ұшқыш сутекті қосылысы фосфин РН₃, азоттың ұшкыш сутекті қосылысы аммиаққа NH₃ қарағанда тұрақсыз, ауада тез тотығып кететін зат.

Фосфорды 1669 ж. неміс химигі Х.Бранд ашқан.

Азот тәрізді фосфор да, өсімдік пен жануар белогының нeriзгi құрам болады. Фосфор өсімдіктердің дәнінде, жануарлардың сүтінде, қанда, ми мен жүйке ұлпаларында кездеседі. Мысалы, ересек адамдардың сүйегінде 600 г, ет ұлпасында 56 г, жүйке жүйесінде 5 г-га дейін фосфор болады.

Барлық сүтқоректілердің cүтiндeгi құрамында фосфор Са₃(РО₄)₂ немесе ЗСа₃(РО₄)₂-СаСО₃-Н₂О түрінде болады. Осындай фосфаттар сүтқоректілер қанқасына беріктік қасиетін береді. Жануарлар мен адамдар фосфорды өсімдік арқылы қабылдайды. Фосфор қосылыстары тіршіліктегі барлық зат алмасу процестеріне катысады.

Алынуы. Бос күйіндегі фосфорды алу үшін табиғи фосфатты электрлегенде кремний (IV) оксидд мен көмірді қосып, ауасыз қыздырады. Бөлінген фосфорды су астында ақ фосфор Р₄ түрінде бөліп алады. Реакция теңдеуі:

2Са₃(РО₄)₂ + 6SiO₂ + ЮС = Р₄ + 6CaSiO₃ + ЮСОТ

1. Фосфор оттекте жанып пентаоксид түзеді:

4Р + 5О₂=2Р₂О₅

*1. Реакция жағдайына байланысты фосфор хлормен (70°С) әрекеттесіп, фосфор трихлоридін РС1₃ және 300°С-та фосфор пентахлоридін РС1₅ түзеді:

2Р+3Cl ₂=2P Cl ₃

2Р+5Cl ₂=2P Cl ₅

2. Фосфор сутекпен әрекеттесіп, фосфин РН₃ түзеді:

2Р + ЗН₂ = 2РН₃

Фосфин РН₃ — түссіз, ерекше иici бар, өте улы зат. Аммиакқа қарағанда негіздік қасиеті әлсіз.

3. Шырпының басына жанғыш заттар — күкірт пен бертолле тұзынын қоспасы жағылады. Қораптың жақтауына қызыл фосфор мен шыны ұнтақ желіммен отырғызылады. Шырпынын басын қорапқа үйкегенде қызыл фосфор бертолле тұзынан от алып тез тұтанады. Реакция тендеуі:

5КClO₃ + 6 Р = 5КС1- + 3 Р₂О₅

2. Фосфор металдармен фосфидтер түзе ерекеттеседі:

ЗСа + 2Р = Са₃Р₂

кальций фосфиді

3Zn+2P=Zn₃P₂

мырыш фосфиді

Мырыш фосфиді — зиянкес кетрупплермен күресуде қолданылатын препарат.

Қолданылуы. Қызыл фосфор пиротехникада және фосфор қышқылын алуға пайдаланылады.

Фосфордың ақ және қызыл түр өзгеpici бар. Ақ фосфор химиялық белсенді болып келеді. Сондықтан ақ фосфорды қараңғыда су астында сақтайды. Қызыл фосфор cipiңкe өндіруде, пиротехникада колданылады. Фосфор жай және күрделі заттармен әрекеттеседі.

Қазақстанда Қаратау бассейніндегі фосфориттен фосфор өндіріледі. Фосфор шикізатының тағы бip қоры Ақтөбе облысында бар.

Фосфордың оттекпен қосылыстары

Фосфор (V) оксиді Р₂О₅ — ақ түсті ұнтақ зат. Кәдімгі жағдайда ылғал тартатын қасиетіне сәйкес оны газдар мен сұйықтарды ылғалдан құрғату үшін қолданады. Фосфор (V) оксиді Р₂О₅ қышкылдық қасиет көрсетіп, сумен және негіздік оксидтермен реакцияға түседі.

Р₂О₅+H ₂O = 2НРО₃ метафосфор қышқылы —

Р₂О₅+2H ₂O= Н₄Р₂О₇ дифосфор қышқылы

Р₂О₅+3H ₂O = 2Н₃РО₄ ортофосфор қышқылы

Фосфор қышқылдарының ішіндегі аса маңыздысы ортофосфор қышқылы Н₃РО₄, оны көбіне фосфор қышқылы деп атайды. Оның құрылымдық формуласы:

3Н - 3О - Р = О

1. Тәжірибеде фосфор (V) оксидіне су қосып алады:

Р₂О₅+3H ₂O = 2Н₃РО₄ ортофосфор қышқылы

2. Өнеркәсіпте кальций фосфатына күкірт қышқылын қосып қыздыру арқылы алады:

Са₃(РО₄)₂ + 3H₂SO₄ = 3CaS0₄ + 2Н₃РО₄

Ортофосфор қышқылының судағы epiтіндісі әлсіз қышқылдық қасиет көрсетеді.

Фосфор қышқылы суда ерігенде сатылап диссоциацияланады:
Н₃РО₄=Н⁺ Н ₂РО₄

дигидрофосфат ион

Н₂РО₄=Н⁺ Н РО₄

гидрофосфат ион

НРО₄=Н⁺ Н РО₄

фосфат ион

Ортофосфор қышқылының алғашкы сатысына қарағанда келесі сатыларында иондарға ыдырау мүмкіндігі біртіндеп төмендейді. Сондықтан ерітіндіде баска иондарға қарағанда дигидрофосфат Н₂РО₄ ионы көбірек болады.

Химиялық қасиеттері. Фосфор қышқылы барлық басқа қышқылдарға тән қасиеттерді көрсетеді:

1. Негіздік оксидпен әрекеттескенде ортофосфат түзіледі:

2Н₃РО₄ + ЗСаО = Са₃(РО₄)₂4 + ЗН₂О

2. Ерітіндідегі фосфор қышқылы сілтімен сатылап әрекет­тескенде үш қатар: орта және екі қышқыл тұз түзеді:

Н₃РО₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + Н₂О

натрий дигидрофосфаты

Н₃РО₄ + 2NaOH = NaHPO₄ +2 Н₂О

натрий гидрофосфаты

Н₃РО₄ + 3NaOH = Na ₃PO₄ + 3Н₂О

қатты натрий фосфаты

3. Қышқыл аммиакпен әрекеттесіп, аммоний дигидрофосфатын түзеді:

Н₃РО₄+NH₃ = NH₄H₂PO₄

Фосфор қышқылының азот қышқылынан айырмашылығы, тотығу-тотықсыздану қасиетін көрсетпейді.

4. Табиғи фосфаттар суда ерімейді. Оларды фосфор қышқылымен өндеп ерімтал тұздарға айналдырады да, тыңайтқыш ретінде пайдаланады. Мысалы:

Са₃(РО₄)₂ + 4Н₃РО₄ = ЗСа(Н₂РО₄)₂

кальций дигидрофосфаты

Фосфат ионға РО₄ сапалық реакция: күміс нитратының 3-4 мл ерітіндісін Н₃РО₄, Na₃PO₄ немесе Na₂HPO₄ ерітінділеріне тамызса сары түсті күміс (I) фосфаты тұнбаға түседі:

Н₃РО₄ + 3AgNO₃ = 3HNO₃ + Ag₃P0₄

сары тұнба

P0₄+3Ag⁺= AgзРО4

Фосфор (V) оксиді ақ түсті, су тартқыш қасиеті бар қатты зат.