Азот – элемент, составляющий основу атмосферы Земли – 78%. Хотя он и необходим для всех живых клеток, большинство организмов не может его использовать, пока он не превратится в аммиак. Около 90% производимого сегодня азота используется для создания инертной атмосферы для процессов или взаимодействий, чувствительных к кислороду, таких как производство стали, переработка нефти и упаковка пищевых продуктов, а также фармацевтических препаратов. N вступает в реакцию со многими элементами, в том числе и взаимодействует с металлами.
Условия взаимодействия азота с металлами
Одно из важнейших химических взаимодействий при комнатной температуре происходит в виде реагирования с металлическим литием с образованием нитрида лития. Это единственное вещество, реагирующие с газом в обычных условиях. А вот при повышенных температурах N реагирует с сильно электроположительными металлами с образованием ионных нитридов. Подобно тому, как бор образует межузельные бориды, а углерод – межузельные карбиды, с менее электроположительными металлами азот образует ряд межузельных нитридов, в которых N занимает дырки в плотноупакованной металлической структуре.
В результате соединения азота с металлами получается вещество, представляющее собой довольно твердый, тугоплавкий материал, имеющий металлический блеск и хорошую проводимость.
Азот также хорошо реагирует с полуметаллами при очень высоких температурах с образованием ковалентных нитридов, таких как нитрид кремния и BN, которые представляют собой твердые вещества с протяженной ковалентной сетчатой структурой, подобной структурам графита и алмаза. После проведения множества исследований специалистами была выявлена одна закономерность: при увеличении содержания газа прочность и твердость железа увеличивается. Именно поэтому азот плюс металл – реакция, имеющая множество позитивных сторон.
Несмотря на то, что многие металлы реагируют с азотом, есть определенная группа, которая напрямую с ним не соединяется. К таким элементам относятся:
- натрий;
- калий;
- рубидий;
- цезий.
Связано это с тем, что элементы находятся в разных группах, и они имеют отличительные черты: химическое строение, температуру плавления и др. Рубидий, например, считается химически неактивным по отношению к N2 при нагревании. Поскольку ион нитрида имеет высокий формальный заряд и содержит неблагоприятное молярное соотношение катионов к анионам, невозможно сформировать устойчивую структуру.
Свойства азота в реакциях
Как мы уже выяснили, железо и азот при соблюдении всех необходимых условий хорошо взаимодействуют и образуют реакцию. Как и в соединении со многими другими металлами, сплавами, N показывает свои уникальные свойства:
- при взаимодействии со многими различными реакциями он является гораздо более активным и даже в некоторых случаях продукт светится желтым цветом;
- растворимость азота резко повышается при переходе от расплава к γ-железу;
- в соединении с никелем образуются парамагнитные черные кристаллы.
В зависимости от вида, N дает разные результаты при взаимодействии: взаимодействие с электроположительными (медь — азот) металлами дает ионные нитриды, реакция с менее электроположительными – межузельные, а вот взаимодействие с полуметаллами – ковалентные. Для точных расчетов проводятся специальные эксперименты в лабораторных условиях, а также создаются соответствующие формулы с учетом всех необходимых особенностей элемента.
Результаты взаимодействия активно используются в тяжелой металлургии, при расплаве, пайке, построении всевозможных сложных систем и др.
