Азот и Фосфор. Соединения Азота и фосфора

Азот и Фосфор

Элементы Азот и Фосфор расположены в V группе Периодической системы, Нитроген во 2-м периоде, Фосфор - в 3-м.
Электронная конфигурация атома Азота:

Валентность Азота: III и IV, степень окисления в соединениях: от -3 до +5.
Строение молекулы азота:

.
Электронная конфигурация атома Фосфора:

Электронная конфигурация атома Фосфора в возбужденном состоянии:

Валентность Фосфора: III и V, степень окисления в соединениях: -3, 0, +3, +5.
Физические свойства азота. Бесцветный газ без вкуса и запаха, немного легче воздуха

г/моль,

г/моль), плохо растворим в воде. Температура плавления -210 °С, кипения -196 °С.
Аллотропные модификации Фосфора. Среди простых веществ, что образует элемент Фосфор, наиболее распространены белый, красный и черный фосфор.
Распространение Азота в природе. Азот в природе встречается главным образом в виде молекулярного азота

. В воздухе объемная доля азота составляет 78,1 %, массовая - 75,6 %. Соединения Азота в небольших количествах содержатся в почве. В составе органических соединений (белки, нуклеиновые кислоты, АТФ) Азот содержится в живых организмах.
Распространение Фосфора в природе. Фосфор встречается в химически связанном состоянии в составе минералов: фосфоритов, апатитов, основная составляющая которых

. Фосфор - жизненно важный элемент, входит в состав липидов, нуклеиновых кислот, АТФ, кальций ортофосфату (в костях и зубах).

Получение азота и фосфора.

Азот получают в промышленности из жидкого воздуха: поскольку азот имеет низкую температуру кипения из всех атмосферных газов, из жидкого воздуха он испаряется первым. В лаборатории азот получают при термическом разложении аммоний нитрита:

.
Фосфор получают из апатитов или фосфоритов при прокаливании их с коксом и песком при температуре

Химические свойства азота.
1) Взаимодействие с металлами. Вещества, образующиеся в результате этих реакций, называются нітридами.
При комнатной температуре азот реагирует только с литием:

С другими металлами азот реагирует при высоких температурах:

- алюминий нитрид
2) Взаимодействие с неметаллами.
С водородом азот взаимодействует в присутствии катализатора за высокого давления и температуры:

- аммиак
За очень высоких температур (около

) азот реагирует с кислородом:

- азот(II) оксид
Химические свойства фосфора.
1) Взаимодействие с металлами.
При нагревании фосфор реагирует с металлами:

- кальций фосфид
2) Взаимодействие с неметаллами.
Белый фосфор самовоспламеняется, а красный горит при поджигании:

- фосфор(V) оксид
При недостатке кислорода образуется фосфор(III) оксид (очень ядовитое вещество):

Взаимодействие с галогенами:

Взаимодействие с серой:

Аммиак

Молекулярная формула аммиака:

.
Электронная формула:

Структурная формула:

Физические свойства аммиака. Бесцветный газ с характерным резким запахом, почти в два раза легче воздуха, ядовит. При увеличении давления или охлаждении легко скраплюється в бесцветную жидкость, температура кипения

, температура плавления

. Аммиак очень хорошо растворяется в воде: при

в 1 объеме воды растворяется до 700 объемов аммиака, при

- 1200 объемов.
Получение аммиака.
1) Аммиак в лаборатории получают нагреванием сухой смеси кальций гидроксида (гашеной извести) и аммоний хлорида (нашатыря):

2) Аммиак в промышленности получают из простых веществ - азота и водорода:

Химические свойства аммиака. Азот в аммиака имеет наименьшую степень окисления и поэтому проявляет только восстановительные свойства.
1) Горение в атмосфере чистого кислорода или в подогретом воздухе:

2) Окисление до нитроген(II) оксида в присутствии катализатора (раскаленная платина):

3) Оборотная взаимодействие с водой:

Наличие ионов

обусловливает щелочную среду раствора аммиака. Полученный раствор называется нашатырный спирт или амоніачна вода. Ионы аммония

существуют только в растворе. Выделить аммоний гидроксид

как самостоятельное соединение невозможно.
4) Восстановление металлов из их оксидов:

5) Взаимодействие с кислотами с образованием солей аммония (реакция соединения):

- аммоний нитрат.
Применение аммиака. Большое количество аммиака расходуется на получение азотной кислоты, нітрогеновмісних солей, мочевины, соды амоніачним методом. На легком скрапленні и последующем испарении с поглощением теплоты основано его применение в холодильных установках. Водные растворы аммиака используют как нитратные удобрения.

Соли аммония

Соли аммония - соли, содержащие катион группу

. Например,

- аммоний хлорид,

- аммоний нитрат,

- аммоний сульфат.
Физические свойства солей аммония. Белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде.
Получение солей аммония. Соли аммония образуются при взаимодействии газообразного аммиака или его растворов с кислотами:

Химические свойства солей аммония.
1) Диссоциация:

2) Взаимодействие с другими солями:

3) Взаимодействие с кислотами:

4) Взаимодействие со щелочами:

Эта реакция является качественной на соли аммония. Аммиак, выделяющийся определяют по запаху или посинением влажной индикаторной бумаги.
5) Разложение при нагревании:

Применение солей аммония. Соли аммония применяются в химической промышленности и как минеральные удобрения в сельском хозяйстве.

Азот оксиды и фосфор оксиды

Азот образует оксиды, в которых он проявляет степень окисления от +1 до +5:

; NO;

;

.
Все азот окислы ядовиты. Оксид

имеет наркотические свойства, которые на начальной стадии обозначаются эйфорией, отсюда и название - «веселящий газ». Оксид

раздражает дыхательные пути и слизистые оболочки глаз. Вредное следствие химического производства, он попадает в атмосферу в виде «лисьего хвоста» - красно-коричневого окраса.
Фосфор оксиды:

. Фосфор(V) оксид

- наиболее стабильный оксид при обычных условиях.
Получение оксидов азот и фосфор оксидов.
При непосредственном сочетании молекулярных азота и кислорода образуется только нитроген(II) оксид:

Другие оксиды получают косвенным путем.
Фосфор(V) оксид получают при сгорании фосфора в избытке кислорода или воздуха:

Химические свойства оксидов азот.
1)

- окислитель, может поддерживать горение:

Не реагирует с водой и щелочами.
2) NO - легко окисляется:

Не реагирует с водой и щелочами.
3)

кислотный оксид:

- сильный окислитель, кислотный оксид:

В присутствии избытка кислорода:

Димеризується, образуя оксид

- бесцветную жидкость:

. Реакция обратима. При -11 °С равновесие практически смещено в сторону образования

, а при 140 °С - в сторону образования

.
5)

- кислотный оксид:

Химические свойства фосфор(V) оксида. Фосфорсодержащие кислоты.

- типично кислотный оксид. Ему соответствуют три кислоты: мета-, орто- и двофосфатна. При растворении

в воде сначала образуется метафосфатна кислота:

При длительном кипячении

с водой - ортофосфатная кислота:

При осторожном прокаливании ортофосфатной кислоты образуется двофосфатна кислота:

Применение оксидов азот и фосфор оксидов.
Азот(IV) оксид используется в производстве азотной кислоты, азот(И) оксид - в медицине.
Фосфор(V) оксид используют для осушки газов и жидкостей, а в отдельных случаях - для отщепления от веществ химически связанной воды.

Азотная и фосфатная кислоты

Физические свойства ортофосфатной (фосфорной) кислоты. При обычных условиях - твердое, бесцветное, кристаллическое вещество. Температура плавления +42,3

. В твердой и жидкой кислоте молекулы объединяются за счет водородных связей. Этим обусловлена повышенная вязкость концентрированных растворов фосфорной кислоты. Она хорошо растворима в воде, его раствор - электролит средней силы.
Физические свойства азотной кислоты. Безводная (100%-ная) кислота - бесцветная жидкость, сильно пахнет, температура кипения

. В случае хранения на свету постепенно окрашивается в бурый цвет вследствие разложения и образования высших оксидов азот, в том числе и бурого газа

. Хорошо смешивается с водой в любых соотношениях.
Получение фосфатной кислоты.
1) С ее солей, содержащихся в фосфатных минералах (апатитах и фосфоритах), при действии серной кислоты:

2) Гидратацией фосфор(V) оксида:

Получение нитратной кислоты.
1) Из сухих солей азотной кислоты при действии на них концентрированной серной кислоты:

2) С азот оксидов:

3) Промышленный синтез азотной кислоты:

- каталитическое окисление аммиака, катализатор - платина.

- окисление кислородом воздуха.

- поглощение

водой в присутствии кислорода.
Химические свойства фосфорной кислоты. Проявляет все типичные свойства кислот. Фосфатная кислота - триосновна, образует два ряда кислых солей - дигідрофосфати и гидрофосфаты.
1) Диссоциация:

2) Взаимодействие с оксидами металлов:

3) Взаимодействие с основаниями:

4) Взаимодействие с солями. Реакция с аргентум нитратом является качественной на ион

- выпадает желтоватый осадок аргентум фосфата:

5) Взаимодействие с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до Водорода:

Химические свойства азотной кислоты. Азотная кислота - сильный окислитель.
1) Диссоциация:

2) Взаимодействие с оксидами металлов:

3) Взаимодействие с основаниями:

4) Взаимодействие с солями:

5) Взаимодействие с металлами. При взаимодействии с металлами концентрированной и разбавленной азотной кислоты образуется соль (нитрат), азот оксиды, азот или аммиак и вода.
Применение ортофосфатной и азотной кислот.
Ортофосфатная кислота широко используется в производстве минеральных удобрений. Она не ядовита и используется в пищевой промышленности для изготовления сиропов, напитков (кока-колы, пепси-колы).
Азотная кислота расходуется на производство азотных удобрений, взрывчатых веществ, лекарств, красителей, пластмасс, искусственных волокон и других материалов. Концентрированная азотная кислота применяется в ракетной технике как окислитель ракетного топлива.

Нитраты

Соли азотной кислоты - нитраты. Это твердые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, токсичные. Натрий, Калий, Кальций и аммоний нитраты называют также селітрами.
Получение нитратов.
1) Взаимодействие азотной кислоты с основаниями:

2) Взаимодействие азотной кислоты с основными оксидами:

3) Взаимодействие азотной кислоты с металлами, амоніаком:

4) Взаимодействие азотной кислоты с солями:

Химические свойства нитратов. Нитраты имеют химические свойства, которые являются типичными для солей (взаимодействие с кислотами, солями, основаниями). Характерным является разложение при нагревании. Продукты разложения определяются местом металла в электрохимическом ряду напряжений.

Например:

Качественной реакцией на нитрат-ион

является нагревание раствора испытуемой соли с концентрированной серной кислотой и медью. Сульфатная кислота вытесняет нитратную с ее соли и реагирует с медью, наконец наблюдается выделение бурого газа:

Применение нитратов. В основном нитраты применяются в производстве удобрений, взрывчатых веществ, азотной кислоты, а также стекла, лекарств, для обработки и консервирования пищевых продуктов.

Фосфаты

Соли фосфорной кислоты - фосфати. Ортофосфатная кислота - триосновна кислота, поэтому она образует три ряда солей: средние - фосфаты

и два ряда кислых солей - гідрофосфати

и дигідрофосфати

. Кислые соли растворяются в воде лучше, чем средние.
Получение фосфатов. Взаимодействие ортофосфатной кислоты:
1) с основаниями:

2) оксидами металлов:

3) металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до Водорода:

4) солями:

Химические свойства фосфатов. Фосфаты имеют все типичные химические свойства солей. Характерными для них являются переходы от дигидро - к гідрофосфатів и фосфатов:

Кислые соли, в состав которых входят атомы Водорода, образующиеся при избытке кислоты в реакционной смеси.
Качественной реакцией на фосфат-ион

является взаимодействие исследуемой соли с аргентум нитратом. При этом выпадает желтый осадок

.
Применение фосфатов. Фосфаты в основном применяются как минеральные удобрения, а также для производства фосфорных кислот, фосфора.

Минеральные удобрения

Вещества, вносимые в почву для повышения урожайности, называются удобрениями.
Нитратные удобрения делятся на две группы: минеральные (селитры

, жидкий аммиак) и органические (навоз, компост, бобовые растения).
Фосфатные удобрения. Минеральные соли поглощаются растениями только в растворенном виде, поэтому используются фосфатные удобрения как кислые соли - они лучше средних растворяются в воде.
Важнейшие фосфатные удобрения:
- двойной суперфосфат