Hva er nitrogen? Masse nitrogen. nitrogenmolekyl

Det ikke-metalliske element i det 15 gruppen [Va] periodiske system, - nitrogenatom 2 som kombineres for å danne et molekyl - fargeløs, luktfri og smakløs gass som utgjør en stor del av jordens atmosfære, og som er en del av alle levende ting.

History of oppdagelse

Nitrogengass er omtrent 4/5 av jordens atmosfære. Det ble isolert i tidlig luftforskning. I 1772, svensk Himik Karl Wilhelm Scheele første til å vise at et slikt nitrogen. Ifølge ham, er luften en blanding av to gasser, hvorav han kalte "ild luft", som er å støtte forbrenning, og andre - .. "uren luft", fordi det gjenstår etter første forbrukes. Disse var oksygen og nitrogen. Rundt samme tid nitrogen er blitt isolert av den skotske botanikeren Daniel Rutherford, som først publiserte sine funn, samt den britiske kjemikeren Henry Cavendish og den britiske presten og vitenskaps Dzhozefom Pristli, som delte med Scheele forrang oppdagelsen av oksygen. Videre studier har vist at ny gass er en del av nitrat eller kaliumnitrat (KNO _3), og, følgelig, var han oppkalt av en nitrogen ( "føde Nitrat") av den franske kjemi Chaptal i 1790 Nitrogen ble først tilskrevet de kjemiske elementene i Lavoisier, som forklaring på rollen av oksygen i forbrennings avkreftet flogiston - populært i XVIII århundre. misforståelse forbrenning. Manglende evne til denne kjemiske element for å støtte liv (gresk ζωή) var grunnen til at Lavoisier heter nitrogengass.

Fremveksten og spredningen

Hva er nitrogen? Ifølge overflod av kjemiske elementer, rangert han sjette. Jordens atmosfære til 75,51 vekt% og 78,09% ved volum er sammensatt av elementet, og det er en hovedkilde for industrien. Atmosfæren inneholder også en liten mengde av ammoniakk og ammoniumsalter, så vel som nitrogenoksyder og salpetersyre, som dannes under tordenvær, og i forbrenningsmotorer. Gratis nitrogen finnes i mange meteoritter, vulkansk og mine gass og noen mineralkilder, sol, stjerner og stjernetåker.

Nitrogen er også funnet i mineralforekomster av kalium- og natriumnitrat, men for å tilfredsstille de menneskelige behov tilstrekkelig. Et annet materiale rik på dette elementet er guano, som kan bli funnet i huler, hvor mange flaggermus, eller tørre steder som besøkes av fugler. Dessuten er nitrogen som finnes i regn og jorden i form av ammoniakk og ammoniumsalter, og i sjøvann i form av ammoniumioner _(NH4 ^+), nitritt _(NO2 ^-) og nitrat _(NO3 ^-). Den gjennomsnittlige er omtrent 16% av komplekse organiske forbindelser, slik som proteiner, er tilstede i alle levende organismer. Den naturlig innhold i jordskorpen er 0,3 deler 1000. Utbredelse i rommet - fra 3 til 7 atomer per silisiumatom.

De største produsentland av nitrogen (som ammoniakk) i begynnelsen av XXI århundre, var India, Russland, USA, Trinidad og Tobago, Ukraina.

Kommersiell produksjon og bruk

Industriell produksjon av nitrogen er basert på en fraksjonert destillasjon av flytende luft. Dets koketemperatur er lik -195,8 ° C, 13 ° C lavere enn den til oksygen, som derved separeres. Nitrogen kan også fremstilles i stor skala ved forbrenning av karbon eller hydrokarboner i luften, og separasjon av det resulterende carbondioxyd og vann fra restnitrogen. I liten målestokk rent nitrogen blir fremstilt ved oppvarming azidet barium Ba _{(N3) 2.} Laboratorie reaksjon inkluderer oppvarming av en oppløsning av ammonium-nitrit _(NH4 NO _2), idet oksydasjon av ammoniakk med en vandig bromoppløsning eller med oppvarmet kobberoksid :

• _NH4 ^{+ +} _NO2 ^- → _N2 + 2 H ₂ O.
• + 3Br 8NH ₃ → N _{2 2} + 6NH ₄ ^{+ +} 6BR ^-.
• 2NH ₃ + 3CuO → N ₂ + 3 H ₂ O + 3Cu.

Elementært nitrogen kan anvendes som en inert atmosfære for reaksjoner som krever utelukkelse av oksygen og fuktighet. Er brukt og flytende nitrogen. Hydrogen, metan, karbonmonoksid, oksygen, fluor, og - den eneste substans som, når kokepunktet for nitrogen er ikke i en fast krystallinsk tilstand.

I den kjemiske industri, er denne kjemiske element som brukes for å forhindre oksidasjon eller annen ødeleggelse, som et inert fortynningsmiddel, til en reaktiv gass fjerne den varme eller kjemikalier, så vel som en brann eller eksplosjon inhibitor. I næringsmiddelindustrien, blir nitrogengass benyttes til å forebygge ødeleggelse, og det flytende - for frysetørkings- og kjølesystemer. I elektroindustrien gass hindrer oksidasjon og andre kjemiske reaksjoner, trykksetter kabelkappen og beskytter motorene. I metallurgi, blir nitrogen benyttes ved sveising og lodding, hindrer oksidasjon, karburisering, og avkulling. Som den inaktive gass det er brukt i produksjon av porøse gummi, plast og elastomerer, tjener den som drivmiddel i aerosolbokser, og også skaper et trykk i den flytende brennstoffstrålene. I medisin, er hurtig frysing med flytende nitrogen brukes for å lagre blod, benmarg, vev, bakterier og sædceller. Han har funnet anvendelse i kryogenisk forskning.

tilkoblinger

Mesteparten av nitrogen brukt i produksjon av kjemiske forbindelser. Trippelbinding mellom atomene i elementet er så sterk (226 kcal per mol, dobbelt så mye som i molekylært hydrogen) som et molekyl av nitrogen med vanskelighet komme inn i andre forbindelser.

Den viktigste industrielle metode festeelementet er Haber-Bosch-prosess for syntese av ammoniakk som utvikles under andre verdenskrig, Tyskland å redusere avhengigheten av den chilenske nitrat. Det omfatter direkte syntese av _NH3 - fargeløs gass med en skarp, irriterende lukt - direkte fra dens elementer.

Mesteparten av ammoniakken omdannet til salpetersyre _(HNO3), og nitrater - salter og estere av salpetersyre, natriumkarbonat _{(Na2CC 3),} hydrazin _(N-2 H ₄₎ - fargeløs væske som brukes som et drivmiddel, og i mange industrielle prosesser.

Salpetersyre er den andre store kommersielle kjemiske forbindelse av elementet. Fargeløs, sterkt etsende væske benyttes i fremstillingen av gjødningsstoffer, fargestoffer, medikamenter og eksplosiver. Ammoniumnitrat _{(NH4 NO3)} - salt av ammoniakk og salpetersyre - er den mest vanlige nitrogengjødsel komponent.

Oksygen + nitrogen

C danner en serie av oksygen, nitrogenoksyder, r. H. Dinitrogenoksyd (N ₂ O), i hvilken det er lik valensen av ett oksid (NO) (2) og karbondioksid (NO ₂₎ (4). Mange sterkt flyktige nitrogenoksyder; De er hovedkildene til forurensning av atmosfæren. Lystgass, også kjent som lystgass, er noen ganger brukt som en bedøvelse. Ved innånding, fører det mildt hysteri. Nitrogenoksid reagerer hurtig med oksygen for å danne en brun dioksid mellomprodukt ved produksjon av salpetersyre og en sterk oksydant i kjemiske prosesser og drivmiddel.

Også anvendt er noen nitrider dannet av metaller med en nitrogenforbindelse ved forhøyede temperaturer. Nitrider av bor, titan, zirkonium og tantal har spesiell anvendelse. En krystallinsk form av bornitrid (BN), for eksempel, er ikke dårligere enn diamant i hardhet og oksydert dårlig derfor anvendes som høy-slipemiddel.

Uorganiske cyanider inneholde CN-gruppen ^-. Hydrogencyanid eller blåsyre HCN, er meget flyktig og meget giftig gass som benyttes for utgassing konsentrasjoner malm i andre industrielle prosesser. Cyanogen (CN) ₂ benyttes som et kjemisk mellomprodukt og for desinfeksjonen.

Azider er forbindelser som inneholder en gruppe av tre nitrogenatomer _-N3. De fleste av dem er ustabile og veldig følsom for støt. Noen av dem, for eksempel blyazid, Pb _{(N3) 2,} anvendt i detonatorer og primere. Azider, som halogener, lett reagere med andre stoffer for å danne en flerhet av forbindelser.

Nitrogen er en del av flere tusen organiske forbindelser. De fleste av dem er avledet fra ammoniakk, hydrogencyanid og cyanogenklorid, salpetersyrling eller salpetersyre. Aminer, aminosyrer, amider, f.eks, avledet fra ammoniakk eller en nært beslektet med den. Nitroglyserin og nitrocellulose - salpetersyre-estere. Nitritt ble fremstilt av salpetersyre (HNO _2). Puriner og alkaloider er heterocykliske forbindelser hvor nitrogenet erstatter ett eller flere karbonatomer.

Egenskaper og reaksjoner

Hva er nitrogen? Det er en fargeløs, luktfri gass som kondenserer ved -195,8 ° C, fargeløs væske med lav viskositet. Element foreligger i form av _{N-2-molekyler,} som er representert i form: N ::: N:, der bindingsenergi lik 226 Kcal pr mol, andre bare til karbonmonoksyd (256 kilokalorier pr mol). Av denne grunn, er aktiveringsenergien til molekylært nitrogen meget høy, slik at under normale forhold elementet er forholdsvis inert. Også meget stabilt molekyl nitrogen bidrar sterkt til den termodynamiske ustabilitet av mange nitrogenforbindelser, i hvilken forbindelse, selv om det er sterkt nok, men dårligere forbindelser molekylært nitrogen.

Relativt nylig, og evne til nitrogenmolekylene var uventet oppdaget tjene som ligander for komplekse forbindelser. Observasjonen om at noen løsninger av ruteniumkomplekser kan absorbere atmosfærisk nitrogen ført til det snart kan bli funnet en enklere og bedre måte å feste elementet.

Aktivt nitrogen kan oppnås ved å føre gass under lavt trykk gjennom høyspent elektrisk utladning. Produktet er gult og mye lettere enn reagerer molekylært, atomært hydrogen, svovel, fosfor og forskjellige metaller, og også er i stand til å dekomponere NO til _N2 og _O2.

En klarere forståelse av hva som er nitrogen, kan fremstilles på grunn av den elektroniske struktur som har form 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Fem ytre elektronskall som er litt screene ladning, noe som resulterer i effektiv kjernefysisk ladning følt i området ved radius kovalent. Nitrogenatomer er forholdsvis små og har en høy elektronegativitet, som ligger mellom karbon og oksygen. E-konfigurasjon omfatter tre utvendige halvs orbitaler, som gjør det mulig å danne tre kovalente bindinger. Derfor må det nitrogenatom har ekstremt høy reaktivitet, og danner sammen med de fleste andre elementer stabile binære forbindelser, spesielt når andre element er i det vesentlige forskjellig elektronegativitet, bibringer vesentlig polaritet forbindelser. Når et annet element elektro lavere polaritet bundet til nitrogenatomet i delvis negativ ladning, noe som frigjør sin udelte elektroner til å delta i koordineringsbindinger. Når et annet element mere elektro nitrogen partiell positiv ladning i det vesentlige begrenser donor egenskapene til molekylet. Ved lav polaritet på grunn grunn av den elektro lik et annet element, multippel kommunikasjon råde over singel. Dersom den atomstørrelse som ikke hindrer dannelsen av multiple bindinger som danner en enkeltbinding er sannsynlig å være forholdsvis svak, og forbindelsen er ustabil.

analytisk kjemi

Ofte andelen av nitrogen i gassblandingen kan bestemmes ved å måle dens volum etter absorpsjon av andre komponenter av kjemiske reagenser. Dekomponeringen av svovelsyre i nærvær av kvikksølv-nitrat frigjør nitrogenoksyd, som kan måles som en gass. Nitrogen er frigjort fra organiske forbindelser når de blir brent over en kobberoksyd, og det frie nitrogenet kan måles som en gass etter absorpsjon av andre forbrenningsprodukter. En velkjent Kjeldahl-metoden for bestemmelse av substanser i betraktning her i organiske forbindelser består i å dekomponere forbindelsen med konsentrert svovelsyre (eventuelt inneholdende kvikksølv eller dets oksyd, og forskjellige salter). Således nitrogen omdannes til ammoniumsulfat. Tilsetning av natriumhydroksyd frigjør ammoniakk, som er samlet ved konvensjonell syre; restmengden av ureagert syre blir deretter bestemt ved titrering.

Biologiske og fysiologiske betydning

Rollen av nitrogen i den levende materie bekrefter sin fysiologiske aktivitet av organiske forbindelser. De fleste levende organismer kan ikke bruke denne kjemiske element i seg selv bør ha tilgang til sine forbindelser. Derfor er den nitrogenfiksering avgjørende. I naturen forekommer dette som et resultat av to grunnleggende prosesser. Den ene er effekten av elektrisk energi til atmosfæren, slik at nitrogen- og oksygenmolekylene dissosiere, slik at frie atomer under dannelse av NO og _NO2. Dioksyd reagerer deretter med vann: 3No ₂ + _H2 O → 2HNO ₃ + NO.

_HNO3 oppløses og kommer til jorden fra regn i form av svaklut. Til slutt syre blir en del av det kombinerte jord nitrogen som nøytraliseres under dannelse av nitritter og nitrater. Innholdet av N i dyrkede jord vanligvis gjenvinnes gjennom befruktningsinneholdende nitrater og ammoniumsalter. Spinn dyr og planter, og deres dekomponering returnerer en nitrogenforbindelse i jord og luft.

En annen stor naturlig fikseringsprosessen er viktig aktivitet av belgfrukter. På grunn av symbiose med bakterier, slike kulturer er istand til å omdanne atmosfærisk nitrogen direkte inn i dets forbindelser. Noen mikroorganismer, slik som Azotobacter Chroococcum og Clostridium pasteuri, er i stand til å løse sine egne N.

gassen i seg selv, å være inert, ufarlig, bortsett fra når de puster under trykk, og det er oppløst i blod og andre kroppsvæsker ved høyere konsentrasjoner. Dette fører til at medisineffekten, og hvis trykket reduseres for raskt, blir overskudd av nitrogen som frigjøres gassbobler på forskjellige steder av kroppen. Dette kan føre til smerter i muskler og ledd, besvimelse, delvis lammelse og til og med død. Disse symptomene er kalt dykkersyke. Derfor må de som er tvunget til å puste luft under slike forhold være meget sakte for å redusere trykket til en normal til det overskytende nitrogen ut gjennom lungene uten dannelse av bobler. Et bedre alternativ er å bruke en pustende blanding av oksygen og helium. Helium er mye mindre oppløselige i kroppsvæsker, og risikoen minsker.

isotoper

Nitrogen eksisterer som to stabile isotoper ¹⁴ N (99,63%) og ¹⁵ N (0,37%). De kan bli separert ved kjemisk utveksling eller ved termisk diffusjon. nitrogen masse i form av kunstig radioaktiv isotop er i området 10-13 og 16-24. Den mest stabile halveringstid på 10 minutter. Først kunstig utløst atom omdanning ble gjort i 1919 av den britiske fysikeren Ernest Rutherford, som bombardere nitrogen-14 alfa-partikler innhentet kjerne-17 oksygen og protoner.

egenskaper

Endelig liste de grunnleggende egenskaper nitrogen:

• Atomnummer: 7.
• Atomvekten til nitrogen: 14,0067.
• Smeltepunkt: -209,86 ° C.
• Kokepunkt: -195,8 ° C.
• Tetthet (1 atm, 0 ° C): 1,2506 g nitrogen pr liter.
• Konvensjonelle oksidasjonstilstanden til -3, 3, 5.
• Elektron konfigurasjon: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.