Azotul, N, este un gaz incolor, fără miros, din grupa 15 (V A) a tabelului periodic; are numărul atomic 7, masa atomică 14,0067, punctul de topire la -209,86°C și punctul de fierbere la -195,8°C. Azotul se găsește în aer (78% din volumul aerului e azot) și este un constituent esențial al proteinelor și al acizilor nucleici (ADN și ARN) din organismele vii.
Azotul este foarte răspândit în natură. În stare liberă intră în compoziția aerului în proporție de 4/5. Azotul se întâlnește în natură și sub formă de combinații, ca de exemplu azotatul de potasiu, KNO3, cunoscut curent sub numele de silitră, și azotatul de sodiu, NaNO3, numit și salpetru (de Chili), formați prin descompunerea substanțelor de origine animală și vegetală.
Deoarece face parte din compoziția proteinelor și al acizilor nucleici, azotul este un component indispensabil organismelor vii.
Azotul pur se obține din aer sau substanțe care îl conțin și care se pot descompune ușor, de exemplu azotitul de amoniu:
NH4NO2 → N2 + 2H2O
În laborator, în loc de azotit de amoniu se folosește un amestec de soluții de azotit de sodiu și clorură de amoniu, din a căror reacție rezultă parțial azotit de amoniu:
NaNO2 + NH4Cl → NH4NO2 + NaCl
Un alt procedeu de laborator pentru obținerea azotului din aer constă în trecerea unui curent de aer printr-un tub de sticlă umplut cu strunjitură de cupru și încălzit la roșu (după cum e ilustrat în figura de mai jos).
Obținerea azotului din aer, în laborator
Cuprul se combină cu oxigenul din aer, transformându-se în oxid de cupru, conform reacției:
aer
Azotul pus în libertate poate fi captat într-un vas.
Industrial, azotul se obține odată cu oxigenul prin lichefierea și distilarea fracționată a aerului lichid. În acest scop se folosește o coloană specială. Aerul uscat, comprimat și răcit la -170°C, este supus unei detente de la 50 la 5 atm. La baza coloanei se adună aer lichefiat bogat în oxigen, care este constituentul mai puțin volatil; azotul, sub formă gazoasă, se ridică în coloană, străbate două refrigerente și, sub formă lichidă, se colectează în rezervorul central de la baza coloanei la -183°C, sub 5 atm (figura de mai jos). De aici este recirculat spre vârful coloanei unde se produce din nou o detentă, de la 5 atm la 1 atm; fracțiunea gazoasă, formată din azot practic pur, părăsește coloana printr-o conductă din vârf. Lichidul rămas curge prin talere, se îmbogățește din ce în ce în oxigen și se adună sub formă de oxigen lichid, aproape pur, în alt refrigerent, de unde poate fi evacuat prin detentă, sub formă gazoasă.
Coloană de lichefiere și distilare fracționată a aerului
Azotul rămas după îndepărtarea oxigenului mai conține și gazele inerte existente în atmosferă.
Azotul se păstrează și se transportă comprimat la 150 atm în tuburi de oțel.
Azotul este un gaz incolor, fără miros, mai ușor decât aerul. În apă se dizolvă mai puțin decât oxigenul (la 0°C, 1 L apă dizolvă 23,2 ml azot). Azotul nu întreține arderea și deci nici viața; din această cauză poartă numele de azot (de la cuvântul grecesc azotos = fără viață). Vechea lui denumire este însă nitrum, adică generator de nitru (silitră); de aceea i se mai spune și nitrogen, iar simbolul a rămas N.
Molecula azotului este diatomică, atomii de azot fiind legați între ei prin trei perechi de electroni:

Distanța între nuclee este de 1,09 Å. Figura de mai jos ilustrează în detaliu molecula de azot. Disocierea moleculei, chiar la temperaturi înalte, se face foarte greu: energia de disociere a moleculei de azot în atomi este de 225,2 kcal/mol (pe cînd, de exemplu, a oxigenului este 117,2 kcal/mol; a hidrogenului, 102,72 kcal/mol și a clorului este 57,08 kcal/mol).
Reprezentarea legăturilor
și
în molecula de azot:
a - doi atomi de azot; b - întrepătrunderea orbitalilor;
c - cele două plane perpendiculare între ele ale legăturilor
Dacă se trece azotul sub presiune redusă printr-un arc electric la o tensiune mare, se formează azot activ. Se pare că acesta este alcătuit din atomi de azot și molecule activate. Recombinarea atomilor în molecule este însoțită de o luminiscență galbenă.
Din cauza stabilității moleculei (datorită celor trei legături covalente ale sale) azotul are o reactivitate foarte mică. Reactivitatea lui poate fi mărită prin ridicarea temperaturii.
Cu hidrogenul se combină direct în condiții anumite pentru a forma amoniac (de exemplu la 500°C, sub presiune și în prezență de catalizatori):
N2 + 3H2
2NH3
La temperaturi înalte echilibrul este deplasat spre stânga. Azotul se combină și cu oxigenul, formând monoxid de azot:
N2 + O2
2NO
Această reacție are loc la temperatura arcului electric; cu scăderea temperaturii, echilibrul se deplasează spre stânga.
Prin combinarea azotului cu unele metale rezultă nitruri. Nitrura de litiu, Li3N, se formează la temperatură obișnuită; nitrurile metalelor alcalino-pământoase se formează la 300-400°C; nitrura de magneziu, Mg3N2, la 600°C etc.
Azotul are unele întrebuințări industriale. Trebuie amintită folosirea lui la prepararea amoniacului, precum și la prepararea acidului azotic. Peste 80% din producția mondială de azot este destinată agriculturii pentru prepararea unor îngrășăminte, ca de exemplu cianamida de calciu, CaCN2.
Datorită însușirii lui de a fi o substanță aproape inertă, azotul se folosește la umplerea becurilor electrice (aerul poate fi înlocuit cu atmosferă de azot, pentru a împiedica oxidarea și deci arderea filamentului), ca mediu pentru efectuarea unor reacții, la transvazarea unor lichide inflamabile, ca benzina, eterul (acestea sunt împinse cu azot comprimat, deoarece azotul nu formează amestec exploziv cu vaporii lichidelor inflamabile, așa cum se formează cu aerul) etc.
Atomul de azot având pe stratul electronic exterior cinci electroni, în combinațiile cu hidrogenul și cu metalele el își completează octetul electronic, adică este tricovalent; în combinațiile cu oxigenul participă complet sau parțial cu electronii stratului exterior, - electronii de valență (fiind tricoordinat sau tetracoordinat). Diferitele numere de oxidare pe care le poate manifesta azotul în combinațiile sale sunt următoarele:
Numerele de oxidare pe care le manifestă azotul în combinații
Număr de oxidare |
+5 |
+4 |
+3 |
+2 |
+1 |
0 |
-1 |
-2 |
-3 |
Exemple
de combinații |
N2O5
HNO3 |
NO2 |
N2O3
HNO2 |
NO |
N2O |
N2 |
NH2OH |
H2N—NH2 |
NH3 |
Azotul formează mai multe combinații cu hidrogenul: amoniacul, NH3, acidul azothidric, HN3, (ale cărui săruri se numesc azide) și hidrazina, N2H4. Dintre acestea, cea mai importantă combinație este amoniacul.
- N2O - protoxidul de azot;
- NO - monoxidul de azot;
- N2O3 - trioxidul de azot;
- NO2 - dioxidul de azot (N2O4 - tetraoxidul de azot);
- N2O5 - pentoxidul de azot.
Unele combinații organice conțin NO și NO2 sub formă de grupe funcționale; cele care conțin grupa NO se numesc nitrozoderivați, iar cele care conțin grupa NO2 se numesc nitroderivați.
Dintre oxizii azotului, trioxidul și pentoxidul sunt anhidride: anhidrida azotoasă și anhidrida azotică. Dioxidul de azot formând cu apa acidul azotos, HNO2, și acidul azotic, HNO3, este considerat o anhidridă mixtă. Protoxidul de azot este formal anhidrida acidului hipoazotos, H2N2O2, însă este prea puțin solubil ca să reacționeze cu apă și să formeze acest acid. Se obține însă prin încălzirea soluției apoase a acestui acid. Monoxidul de azot este un oxid indiferent.
Azotul formează mai mulți oxoacizi; formulele acestora și ale sărurilor lor sunt:
Oxoaczii azotului |
Sărurile corespunzătoare |
H2N2O3 - acidul hipoazotos |
M2IN2O2 - hipoazotiți |
H4N2O4 - acidul nitroxilic |
M4IN2O4 - nitroxilați |
HNO2 - acidul azotos |
MINO2 - azotiți |
HNO3 - acidul azotic |
MINO3 - azotați |
MI = metal monovalent
De asemenea se cunoaște și HNO4, acidul peroxoazotic, derivat din acidul azotic prin înlocuirea grupei — OH cu grupa — O — OH.