С какими веществами взаимодействует азот?

Коротко: молекулярный азот N₂ очень инертен из-за прочной тройной связи (N≡N, энергия разрыва ~945 кДж/моль). Поэтому при комнатной температуре почти ни с чем не реагирует. Но при высоких температурах, давлении, в плазме/разряде или на активных катализаторах он вступает в реакции. Ниже — что и при каких условиях.

1. Водород
   • Синтез аммиака (Габера–Боша): N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ (Fe-катализатор с промоторами, ~400–500 °C, 10–30 МПа).
   • Биологическая фиксация: фермент нитрогеназа у клубеньковых бактерий восстанавливает N₂ до NH₃ при нормальных T,P (затраты АТФ, восстановители).

2. Кислород
   • При высоких температурах (дуга, пламя, молнии): N₂ + O₂ ⇄ 2NO; далее 2NO + O₂ → 2NO₂; NO₂ + H₂O → HNO₃/HNO₂ (кислотные дожди).
   • В обычных условиях N₂ с O₂ не реагирует.

3. Галогены
   • С фтором — возможны реакции в очень жёстких условиях (разряд, плазма), получаются фториды азота (например, NF₃ промышленно получают не из N₂, а фторированием производных аммиака).
   • С Cl₂, Br₂, I₂ молекулярный N₂ практически не реагирует.

4. Активные металлы — образование нитридов (нитрирование)
   • Щелочные и щёлочноземельные металлы: 6Li + N₂ → 2Li₃N (идёт уже при комнатной температуре на свежей поверхности Li); 3Mg + N₂ → Mg₃N₂; 3Ca + N₂ → Ca₃N₂.
   • Переходные металлы и Al, Si, Ti, Zr и др. при нагревании образуют твёрдые нитриды: Al + ½N₂ → AlN; 3Si + 2N₂ → Si₃N₄; Ti + ½N₂ → TiN.
   • Практически важно для нитроцементации/плазменного нитрирования сталей: азот из плазмы/аммиака диффундирует в поверхность, повышая твёрдость.

5. Неметаллы и металоиды при нагревании
   • Бор: 2B + N₂ → 2BN (гекса- или кубическая модификация; h-BN — «белый графит»).
   • Углерод: напрямую N₂ с C почти не реагирует, но при 1000–1100 °C пропускание N₂ над карбидом кальция даёт цианамид кальция (процесс Франка–Каро): CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C.
   • Кремний — см. выше (Si₃N₄).

6. Соединения с электроотрицательными элементами/окислителями (косвенно)
   • Азот в составе N₂ плохо реагирует даже с сильными окислителями при комнатной температуре. Образование нитратов/нитритов обычно идёт через оксиды азота (NOₓ) или через аммиак/амиды, а не прямым окислением N₂.
   • С озоном/пероксидными средами N₂ тоже практически не вступает в прямое взаимодействие без разряда/плазмы.

7. Кислоты, щёлочи, вода
   • Чистый N₂ не реагирует ни с водой, ни с разбавленными кислотами/щёлочами.
   • Реакционноспособны уже производные азота (NH₃, NOₓ, соли нитритов/нитратов), но это не взаимодействия N₂.

8. Плазма, разряды, высокоэнергетические условия
   • В электрическом разряде образуются активные частицы (атомарный N, радикалы N₂*), которые уже реагируют «со всем подряд»: окисляют до NO, нитрируют поверхности, образуют нитриды при более мягких температурах.

9. Термическая диссоциация
   • При 2000–3000 °C (и выше) часть N₂ диссоциирует до атомарного азота, который гораздо активнее и может вступать в реакции даже с относительно инертными материалами (стекло, оксиды — с образованием нитридных слоёв/дефектов).

Вывод: при обычных условиях N₂ — инертный «фон». Реагирует главным образом 1) с водородом (→ аммиак) на катализаторе/в биосистемах; 2) с кислородом при очень высоких T (→ NOₓ); 3) с активными металлами и некоторыми неметаллами при нагревании (→ нитриды); 4) в плазме/разряде — значительно активнее, чем в молекулярной форме.