Молекулярная орбитальная формула молекул азота такова, и три пары электронов участвуют в образовании связи, то есть две π-связи и одна σ-связь. Они не участвуют в образовании связи, и энергии связи и антисвязи примерно компенсируют друг друга, и они эквивалентны одиноким парам электронов. Из-за наличия тройной связи N≡N в молекуле N2 молекула N2 обладает большой стабильностью, и для того, чтобы разрушить её на атомы, требуется 941,69 кДж/моль энергии. Молекула N2 является самой стабильной из известных двухатомных молекул.
Метод испытания:
Вставьте горящий стержень Mg в цилиндр для сбора газа, содержащий азот, и стержень Mg продолжит гореть
Извлеките золу (белый порошок Mg3N2), оставшуюся после сжигания, и добавьте небольшое количество воды, чтобы получить газ, который превращает влажную красную лакмусовую бумагу в синюю (аммиак)
Уравнение реакции
Mg3N2=Mg3N2 (нитрид магния)
Mg3N2＋H6O2＝3Mg(OH)2＋N2H3
Диаграмма состояния окисления-свободной энергии Гиббса для азота также показывает, что молекула N2 с числом окисления 0 находится в самой нижней точке кривой на графике, за исключением ионов NH4, что указывает на то, что N2 является термодинамически стабильным состоянием по сравнению с другими азотными соединениями с различными числами окисления. Значения различных азотных соединений с числами окисления от 0 до 5 находятся выше линии (пунктирная линия на рисунке) в точках HNO3 и N2, поэтому эти соединения термодинамически нестабильны и склонны к реакциям диспропорционирования. Единственным на рисунке, находящимся ниже значения молекулы N2, является ион NH4. (Для подробной диаграммы состояния окисления-свободной энергии Гиббса см. http://www.jky.gxnu.edu.cn/jpkc/kj/kj14.ppt)
Из диаграммы окислительного состояния-Свободной энергии Гиббса азота и структуры молекул N2 видно, что элементный N2 не является реакционноспособным, и только при условиях высокой температуры и высокого давления и наличии катализаторов азот может реагировать с водородом с образованием аммиака:
При разрядных условиях азот может соединяться с кислородом с образованием оксида азота:
В странах с развитой гидроэнергетикой эта реакция использовалась для производства азотной кислоты.
N2 имеет малый потенциал ионизации, и его нитрид имеет высокую решеточную энергию, и металлы могут образовывать ионные нитриды. Например:
N2 реагирует непосредственно с металлическим литием при комнатной температуре:
6 Li N2=== 2 Li3N
N2 и щелочноземельные металлы Mg, Ca, Sr и Ba реагируют при высоких температурах:
3 Ca N2=== Ca3N2
N2 реагирует с бором и алюминием при белом калении:
2 B N2 === 2 BN (высокомолекулярное соединение)
N2 и кремний и другие элементарные элементы обычно реагируют при температурах выше 1473К.
Элементарный азот обычно получают методом фракционной перегонки жидкого воздуха, и азот часто транспортируют и используют в газовых баллонах под давлением 1,5210 Па. Чистота азота в обычных баллонах составляет примерно 99,7%. Для получения чистого азота в приведенный выше азот можно добавить небольшое количество аммиака, а Pt можно использовать в качестве катализатора для удаления кислорода, а также неочищенный азот можно пропустить через раскаленную медь или другие металлы для удаления следов кислорода.
В лабораторииОсновной принцип получения небольшого количества азота заключается в окислении аммиака или солей аммония соответствующими окислителями, наиболее часто используемые методы следующие:
(1) Нагревание раствора нитрита аммония:
343 тыс.
NH4NO2 ===== N2↑ 2H2O
(2) Нитрит натрия взаимодействует с насыщенными растворами хлорида аммония:
NH4Cl NaNO2 === NaCl 2 H2O N2↑
(3) Пропускание аммиака через раскалённый оксид меди:
2 NH3 3 CuO === 3 Cu 3 H2O N2
(4) Реакция аммиака с бромной водой:
8 NH3 + 3 Br2 (aq) === 6 NH4Br + N2↑
(5) Термическое разложение дихромата аммония:
（NH4)2Cr2O7===N2↑ Cr2O3 4H2O