VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Азот был открыт почти одновременно несколькими исследователями. Британский химик и физик Генри Кавендиш получил азот из воздуха (1772 г), пропуская последний через раскаленный уголь, а затем через раствор щелочи для поглощения углекислоты. Кавендиш не дал специального названия новому газу, упоминая о нем как о мефитическом воздухе. В это же время другой британский исследователь Джозеф Пристли проводил серию экспериментов, в которых также связывал кислород воздуха и удалял полученный углекислый газ, то есть также получал азот. Он считал, что процесс был противоположным - не кислород удалялся из газовой смеси, а наоборот, в результате обжига, воздух насыщался флогистоном. Оставшийся воздух (азот) ученый назвал насыщенным флогистоном. Хотя Пристли, смог выделить азот, он не понял сути своего открытия, поэтому и не считается первооткрывателем азота. Официально открытие азота обычно приписывается шотландскому химику и ботанику Даниэлю Резерфорду, опубликовавшему в 1772 г. диссертацию "О фиксируемом воздухе, называемом иначе удушливым", где впервые описаны некоторые химические свойства азота.

Азот в соединении с кислородом образует ряд бинарных соединений: оксид диазота - N₂O, оксид азота - NO, триоксид диазота - N₂O₃, диоксид азота - NO₂, пентаоксид диазота - N₂O₅. Недавно были обнаружены димер диоксида азота (NO₂₎₂ и четыре малостабильных соединения: нитрозилазид NON₃, нитрилазид NO_2N3, тринитрамид N(NO₂₎₃ и нитратный радикал NO₃.

Рассмотрим оксид азота (II) (диоксид азота). NO₂ отличается высокой химической активностью. Он взаимодействует с неметаллами (фосфор, сера и углерод горят в нём). Применяется при производстве серной и азотной кислот, в качестве окислителя в жидком ракетном топливе и смесевых взрывчатых веществах. При смешении газа, содержащего NO с кислородом, максимальная скорость окисления соответствует концентрации кислорода в смеси 33,3% [1]. Определим концентрацию кислорода, обеспечивающую максимальную скорость реакции, при смешивании газа с воздухом. Скорость реакции 2NO + O₂ = 2NO₂ выражается формулой V= k∙x²y, где x, y - концентрации NO и O₂ соответственно. Обозначим за 1 объем газа, содержащего оксид азота. Добавим к данному газу n объемов воздуха. Пусть a - объемная доля NO в исходном газе, тогда концентрацияNO в полученной смеси равна . Так как в воздухе содержится 20,9% кислорода, то его концентрация в смеси будет равна . В этом случае скорость реакции окисления выражается формулой: .

Найдем максимум составленной функции. При вычислении производной по переменной n получим: . Следовательно, функция V имеет единственную неотрицательную критическую точку n=1/2. Для определения характера экстремума найдем вторую производную функции V в точке n=1/2: . Так как вторая производная функции в критической точке отрицательна, то n=1/2 – точка максимума данной функции.

Следовательно, для обеспечения максимальной скорости окисления NO объем газа, содержащего оксид азота, должен в два раза превышать объем добавляемого воздуха. При этом концентрация кислорода в смеси будет равна, т.е. 6,97%.

Литература:

1. Киба А.А., Муратшина Э.Р., Антипина С.Г. Максимальная скорость окисления оксида азота // Успехи современного естествознания. – 2012. – № 4 .

2. Ахметов Н. С., Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа, 2003.

3. Трифонов Д. Н. Как были открыты химические элементы/ Трифонов Д. Н., Трифонов В. Д - М.: Просвещение, 1980

4. . Письменный Д. Т. Конспект лекций по высшей математике: Полный курс. – М: Айрис-пресс, 2005.