X'inhu nitroġenu? nitroġenu Massa. molekula nitroġenu

L-element mhux metalliċi tal-15 grupp [Va] Tabella Perjodika - nitroġenu atomu 2 jingħaqdu biex jiffurmaw molekula - bla kulur, gass bla riħa u bla togħma jikkostitwixxu parti kbira mill-atmosfera tad-Dinja u li hija parti mill-ħlejjaq kollha.

Storja ta 'skoperta

gass nitroġenu huwa dwar 4/5 tal-atmosfera tad-dinja. Dan kien iżolat fil-Ajru kmieni Riċerka. Fil 1772, l-Iżvediż HIMIK Karl Wilhelm Scheele ewwel biex juru li tali nitroġenu. Skond hu, l-arja hija taħlita ta 'żewġ gassijiet, li waħda minnhom hu sejjaħ "l-arja nar", li huwa li jappoġġja l-kombustjoni, u oħrajn - .. "l-arja impur" għaliex jibqa wara l-ewwel ikkunsmat. Dawn kienu l-ossiġnu u nitroġenu. Madwar l-istess ħin tan-nitroġenu ġie iżolat mill-botaniku Skoċċiż Daniel Rutherford, li l-ewwel ippubblikat sejbiet tiegħu, kif ukoll l-ispiżjar Brittaniċi Henry Cavendish u l clergyman Brittaniċi u xjenzat Dzhozefom Pristli, li tinqasam ma Scheele primat tal-iskoperta ta 'ossiġnu. Aktar studji wrew li l-gass ġdida hija parti mill-nitrat nitrat jew tal-potassju (KNO _3), u, għaldaqstant, hu kien imsejjaħ ta 'nitroġenu ( "tagħti saltpeter twelid") mill-ispiżjar Franċiż Chaptal fil 1790 Nitroġenu kienet l-ewwel attribwit lill-elementi kimiċi tal Lavoisier, spjegazzjoni tar-rwol ta 'ossiġnu fil-kombustjoni li tikkonfutax l-teorija phlogiston - popolari fis-seklu XVIII. kombustjoni żbaljat. L-inabbiltà ta 'dan l-element kimiku isostnu l-ħajja (ζωή Griega) kienet ir-raġuni li Lavoisier jismu gass nitroġenu.

Il-feġġ u l-firxa

X'inhu nitroġenu? Skond l-abbundanza ta 'elementi kimiċi, huwa kklassifikati sitt. atmosfera tad-Dinja għal 75.51% bil-piż u 78.09% skond il-volum huwa kompost mill-element u li huwa sors ewlieni għall-industrija. L-atmosfera jkun fiha wkoll ammont żgħir ta 'ammonja u ammonju, kif ukoll ossidi tan-nitroġenu u l-aċidu nitriku, iffurmata matul tempesti bir-ragħad u fil-magni b'kombustjoni interna. Ħielsa nitroġenu jinstab f'ħafna meteorites, vulkaniku u mini tal-gass u xi molol minerali, ix-xemx, l-istilel u nebulae.

Nitroġenu tinstab ukoll fid-depożiti minerali ta 'potassju u nitrat tas-sodju, iżda li jissodisfaw ħtiġijiet tal-bniedem suffiċjenti. materjal ieħor rikka fl dan l-element huwa gwanu, li jistgħu jinstabu fil-għerien, fejn il-lottijiet ta 'friefet il-lejl, jew il-postijiet xotti iffrekwentati mill-għasafar. Ukoll, nitroġenu tinsab fix-xita u ħamrija fil-forma ta 'ammonja u ammonju, u fl-ilma baħar fil-forma ta' joni ammonium (NH ₄ ^+), nitrit (NO ₂ ^-) u nitrat (NO ₃ ^-). Il-medja hija madwar 16% ta 'komposti organiċi kumplessi bħal proteini, huma preżenti fl-organiżmi ħajjin kollha. Il-kontenut naturali fil-qoxra tad-dinja huwa 0.3-il parti skont 1000. Prevalenza fl-ispazju - mill 3 sa 7 atomi kull atomu silikon.

L-akbar pajjiżi produtturi ta 'nitroġenu (bħala ammonja) fil-bidu tas-seklu XXI, kienu l-Indja, ir-Russja, l-Istati Uniti, it-Trinidad u Tobago, l-Ukraina.

produzzjoni kummerċjali u l-użu

Il-produzzjoni industrijali ta 'nitroġenu hija bbażata fuq distillazzjoni frazzjonata ta' arja likwifikat. temperatura tat-tgħolija tiegħu ikun egwali għal -195.8 ° C, 13 ° C aktar baxx minn dak ta 'ossiġnu, li għalhekk separata. Nitroġenu jista 'wkoll jiġi prodott fuq skala kbira mill-kombustjoni ta' karbonju jew idrokarboni fl-arja u s-separazzjoni tal-carbon dioxide li jirriżulta u l-ilma min-nitroġenu residwu. Fuq skala żgħira ta 'nitroġenu pur huwa prodott billi ssaħħan il-barju azide Ba (N _{3) 2.} Reazzjoni laboratorju jinkludu tisħin soluzzjoni ta 'nitritu ammonju (NH ₄ NO _2), l-ossidazzjoni tal-ammonja b'soluzzjoni bromu milwiema jew imsaħħan ossidu tar-ramm :

• NH ₄ ^{+ +} NO ₂ ^- → N ₂ + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3BR ₂ → N ₂ + 6NH ₄ ^{+ +} 6Br ^-.
• 2NH ₃ + 3CuO → N ₂ + 3H ₂ O + 3Cu.

nitroġenu elementali jista 'jintuża bħala atmosfera inerta għal reazzjonijiet jeħtieġu esklużjoni ta' ossiġnu u l-umdità. Huwa użat u nitroġenu likwidu. F'idroġenu metan, monossidu tal-karbonju, ossiġnu, fluworin, u - is-sustanza biss li, huwa meta punt ta 'nitroġenu togħlija mhux fi stat solidu kristallin.

Fl-industrija kimika, dan l-element kimiku huwa użat biex tipprevjeni l-ossidazzjoni jew taħsir ieħor, bħala dilwent inerti, gass reattiva biex ineħħu s-sħana jew kimiċi, kif ukoll inibitur nar jew splużjoni. Fl-industrija alimentari, gass nitroġenu huwa użat biex jipprevjenu taħsir, u l-likwidu - għal sistemi iffriżar-tnixxif u t-tkessiħ. Fil-gass industrija elettrika jipprevjeni ossidazzjoni u reazzjonijiet kimiċi oħra, pressurizes l-għant kejbil u tipproteġi l-muturi. Fil-metallurġija, nitroġenu huwa użat fl-iwweldjar u l-ibbrejżjar, prevenzjoni ossidazzjoni, carburization, u dekarburizzazzjoni. Peress li l-gass inattiv huwa użat fil-produzzjoni ta gomma porużi, plastik u elastomeri, li sservi bħala propellant fil laned ajrusol, u wkoll toħloq pressjoni fil-ġettijiet tal-karburant likwidu. Fil-mediċina, iffriżar rapidu bin-nitroġenu likwidu huwa użat biex jaħżnu demm, mudullun, tessut, batterji u l-isperma. Huwa sab applikazzjoni fir-riċerka krijoġeniku.

konnessjonijiet

Ħafna mill-nitroġenu użat fil-manifattura ta 'komposti kimiċi. Il-bond triplu bejn l-atomi tal-element huwa tant qawwija (226 kcal għal kull mole ta 'darbtejn ogħla minn dak ta' l-idroġenu molekulari), li molekula nitroġenu bilkemm jidħol fis komposti oħra.

Il-metodu industrijali element ewlieni fissazzjoni huwa proċess Haber-Bosch għas-sintesi tal-ammonja żviluppati matul Tieni Gwerra Dinjija, il-Ġermanja biex titnaqqas id-dipendenza fuq il-nitrat Ċilena. Dan jinkludi sinteżi dirett ta 'NH ₃ - Gass bla kulur bi taħraqx, riħa irritanti - direttament mill-elementi tagħha.

Ħafna mill-ammonja huwa konvertit għal aċidu nitriku (HNO _3), u nitrati - imluħa u l-esteri ta 'aċidu nitriku, irmied tas-soda (Na ₂ CO _3), idrażin (N ₂ H ₄₎ - likwidu bla kulur użat bħala propellant, u f'ħafna industrijali proċessi.

aċidu nitriku huwa l-ewlieni kompost kimiku kummerċjali oħra ta 'l-element. Likwidu bla kulur, korrużiv ħafna huwa użat fil-produzzjoni ta 'fertilizzanti, żebgħa, drogi u splussivi. Nitrat tal-ammonju (NH ₄ LE ₃₎ - melħ tal-ammonja u aċidu nitriku - huwa l-aktar komponent komuni fertilizzant tan-nitroġenu.

Ossiġnu + nitroġenu

C tifforma serje ta 'ossiġnu, ossidi tan-nitroġenu, r. H. Ossidu nitrous (N ₂ O), fejn hija ugwali għall-valenza tal +1 oxide (NO) (2) u dijossidu (NO ₂₎ (4). ossidi tan-nitroġenu volatili ħafna ħafna; huma s-sorsi prinċipali ta 'tniġġis fl-atmosfera. ossidu nitruż, magħrufa wkoll bħala laughing gass, xi kultant hija wżata bħala anestetiku. Meta inalat, hija tikkawża isteriżmu ħafif. Nitric oxide jirreaġixxi malajr bl-ossiġnu li jiffurmaw dijossidu prodott intermedju kannella fil- produzzjoni ta 'aċidu nitriku u ossidant qawwija fil-proċessi kimiċi u tal-propellant.

jintuża wkoll huma xi nitridi ffurmati minn metalli mal-compound nitroġenu f'temperaturi elevati. Nitridi tal-boron, titanju, żirkonju u tantalu jkollu applikazzjoni speċjali. forma kristallina waħda mill boron nitroġenu (BN), per eżempju, ma jkunx inferjuri għall djamant ebusija u ossidizzat ħażin għalhekk użati bħala ta 'joborxu.

ċjanuri inorganiċi fihom grupp NM ^-. hydrogen cyanide jew aċidu idroċjaniku HCN, huwa volatili ħafna u gass tossiku ħafna li huwa użat għall-konċentrazzjonijiet fumigazzjoni mineral fi proċessi industrijali oħra. Ċijanoġeni (NM) ₂ huwa użat bħala intermedju u għall-kimiċi fumigazzjoni.

Ażidi huma komposti li fihom grupp ta 'tliet atomi tan-nitroġenu -N _3. Ħafna minnhom huma instabbli u sensittivi ħafna għal xokkijiet. Xi wħud minnhom, bħal ażid taċ-ċomb, Pb (N _{3) 2,} użati fil detonaturi u primers. Ażidi, bħall aloġeni, faċilment jinteraġixxu ma 'sustanzi oħra biex jifformaw pluralità ta' komposti.

Nitroġenu hija parti ta 'diversi eluf ta' komposti organiċi. Ħafna minnhom huma derivati minn ammonja, ċjanur idroġenu, ċijanoġeni, nitruż jew l-aċidu nitriku. Amini, aċidi amino, amidi, per eżempju, derivati minn ammonja jew relatati mill-qrib miegħu. Nitroglycerine u nitrocellulose - nitriku esteri. Nitrit tħejja mill-aċidu nitruż (HNO _2). Purini u alkalojdi huma komposti eteroċikliċi li fihom in-nitroġenu tissostitwixxi atom waħda jew aktar tal-karbonju.

Proprjetajiet u reazzjonijiet

X'inhu nitroġenu? Huwa bla kulur, gass bla riħa li jikkondensa fi -195,8 ° C, bla kulur, likwidu viskożità baxxa. Element teżisti fil-forma ta 'N ₂ molekuli, rappreżentati fil-forma: N ::: N:, li fiha l-enerġija ta' rbit daqs 226 Kcal għal kull mole, it-tieni biss għall-monossidu tal-karbonju (256 kilokaloriji kull mole). Għal din ir-raġuni, l-enerġija attivazzjoni ta 'nitroġenu molekulari huwa għoli ħafna, hekk f'kondizzjonijiet normali l-element huwa relattivament inerti. Ukoll, ħafna stabbli molekula nitroġenu jikkontribwixxi bil-kbir għall-instabilità termodinamika ta 'komposti tan-nitroġenu ħafna, f'liema rigward, anki jekk b'saħħtu biżżejjed, iżda relazzjonijiet inferjuri nitroġenu molekulari.

Relattivament reċentement, u l-abbiltà tal-molekuli nitroġenu kien mistenni skoperta iservu bħala ligandi għall-komposti kumplessi. L-osservazzjoni li xi soluzzjonijiet ta 'kumplessi rutenju jistgħu jassorbu nitroġenu atmosferiku wassal għal dak li dalwaqt jista' jinstab mod aktar sempliċi u aħjar tal-iffissar tal-element.

nitroġenu attiva tista 'tinkiseb billi tgħaddi gass bi pressjoni baxxa permezz ta' vultaġġ għoli kwittanza elettriku. Il-prodott huwa ambra u ħafna aktar faċilment jirreaġixxi minn molekulari, idroġenu atomika, kubrit, fosfru u metalli varji, u wkoll huwa kapaċi jiddekomponi NO sa N ₂ u _O2.

Għarfien aktar ċara ta 'dak li huwa nitroġenu, tista' tinkiseb minħabba l-istruttura elettronika tiegħu li għandha l-forma 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Ħames qxur elettroni esterni kemmxejn iskrin l-ħlas, li jirriżultaw inkarigat nukleari effettiva jinħass fir-reġjun tal-raġġ kovalenti. atomi tan-nitroġenu huma relattivament żgħar u jkollhom electronegativity għolja, li jinsabu bejn il-karbonju u ossiġnu. E konfigurazzjoni jinkludi tliet nofs orbitals esterni, li tippermetti li jiffurmaw tliet rabtiet kovalenti. Għalhekk, l-atomu tan-nitroġenu għandu jkollu reattività estremament għolja, li jiffurmaw l-aktar elementi oħra komposti binarja stabbli, speċjalment meta element ieħor huwa sostanzjalment electronegativity differenti, jagħti benna konnessjonijiet sinifikanti polarità. Meta element ieħor electronegativity polarità aktar baxx mehmuża mal-atomu tan-nitroġenu ħlas negattiv parzjali, li jillibera elettroni mhux maqsuma tagħha biex jipparteċipaw fil-bonds ta 'koordinazzjoni. Meta element ieħor aktar electronegative nitroġenu ħlas pożittiv parzjali jillimita sostanzjalment proprjetajiet donaturi tal-molekula. Fil polarità baxxa minħabba minħabba l-electronegativity ugwali element ieħor, il-komunikazzjoni multipli jipprevalu fuq waħda. Jekk id-diskrepanza daqs atomiku jipprevjeni l-formazzjoni ta 'bonds multipli li jiffurmaw bond wieħed x'aktarx li jkun relattivament dgħajfa, u l-konnessjoni hija instabbli.

kimika analitika

Spiss il-perċentwali ta 'nitroġenu fil-taħlita tal-gass jista' jiġi determinat billi jitkejjel il-volum tagħha wara l-assorbiment ta 'komponenti oħra tas-reaġenti kimiċi. -Dekompożizzjoni ta 'aċidu sulfuriku fil-preżenza ta' nitrat tal-merkurju rilaxxi ossidu nitriku, li jista 'jitkejjel bħala gass. Nitroġenu huwa liberat minn komposti organiċi meta dawn ikunu maħruqa fuq ossidu tar-ram, u n-nitroġenu ħielsa jista 'jitkejjel bħala gass wara l-assorbiment ta' prodotti oħra ta 'kombustjoni. A metodu Kjeldahl magħrufa sew għad-determinazzjoni ta 'sustanzi meqjusa hawn f'komposti organiċi tikkonsisti fil jiddekomponi l kompost bl-aċidu sulfuriku kkonċentrat (b'għażla fihom il-merkurju jew ossidu tiegħu, u l-imluħ varji). Għalhekk nitroġenu huwa konvertit għal sulfat tal-ammonju. Żieda sodju rilaxxi idrossidu ammonja, li tinġabar mill-aċidu konvenzjonali; l-ammont residwu ta 'aċidu li għadha ma rreaġġietx Imbagħad tiġi stabbilità permezz ta' titrazzjoni.

sinifikat bijoloġiku u fiżjoloġiċi

Ir-rwol ta 'nitroġenu fil-materja ħajja jikkonferma attività fiżjoloġika tagħha ta' komposti organiċi. organiżmi Ħafna ħajjin ma jistgħux jużaw dan l-element kimiku innifsu għandu jkollhom aċċess għall-komposti tiegħu. Għalhekk, il-fissazzjoni tan-nitroġenu huwa essenzjali. Fin-natura, dan iseħħ bħala riżultat ta 'żewġ proċessi bażiċi. Wieħed huwa l-effett ta 'l-enerġija elettrika għat-atmosfera, sabiex il molekuli nitroġenu u ossiġnu tinfired, li jippermettu atomi ħielsa li jiffurmaw NO u _NO2. Dijossidu imbagħad jirreaġixxi bl-ilma: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO ₃ jinħall u tasal Dinja mill-xita fil-forma ta 'likur dgħajfa. Eventwalment aċidu ssir parti tan-nitroġenu ħamrija kkombinata li huma newtralizzat li jiffurmaw nitriti u nitrati. Il-kontenut ta 'N fil-ħamrija kkultivata normalment rkuprat permezz fertilizzazzjoni fih in-nitrati u l-imluħa ammonju. Spin annimali u pjanti u dekomposizzjoni tagħhom prospetti kompost nitroġenu fil-ħamrija u l-arja.

Ieħor proċess ewlieni iffissar naturali huwa attività importanti ta 'legumi. Minħabba l b'simbjożi bil-batterji, dawn il-kulturi huma kapaċi jikkonvertu nitroġenu atmosferiku direttament fil-komposti tiegħu. Xi mikro-organiżmi, bħall-Azotobacter Chroococcum u Clostridium pasteurianum, huma jistgħu jiffissaw N. tagħhom stess

il-gass innifsu, li inerti, ma jagħmlux ħsara, ħlief meta n-nifs taħt pressjoni, u huwa maħlul fl-demm u fluwidi oħra tal-ġisem f'konċentrazzjonijiet ogħla. Dan jikkawża l-effett tad-droga, u jekk il-pressjoni tonqos wisq malajr, nitroġenu żejjed huwa rilaxxat bħala bżieżaq tal-gass f'postijiet differenti tal-ġisem. Dan jista 'jikkawża uġigħ fil-muskoli u ġogi, ħass ħażin, paraliżi parzjali u saħansitra mewt. Dawn is-sintomi huma msejħa mard dekompressjoni. Għalhekk, dawk li huma sfurzati li jieħdu nifs f'arja f'ċirkostanzi bħal dawn għandhom ikunu bil-mod ħafna biex inaqqsu l-pressa sa normali għall-nitroġenu żejjed imwettqa permezz-pulmuni mingħajr l-formazzjoni ta 'bżieżaq. A alternattiva aħjar huwa l-użu taħlita respirabbli ta 'ossiġenu u elju. Helium hija ħafna inqas solubbli fil-fluwidi tal-ġisem, u r-riskju jonqos.

iżotopi

Nitroġenu teżisti bħala żewġ iżotopi stabbli ¹⁴ N (99,63%) u ¹⁵ N (0.37%). Dawn jistgħu jiġu sseparati bi skambju kimiku jew bid-diffużjoni termali. massa ta 'nitroġenu fil-forma ta' isotopi radjoattivi artifiċjali huwa fil-medda 10-13 u 16-24. Il-half life aktar stabbli ta '10 minuti. Ewwel trasmutazzjoni nukleari b'mod artifiċjali ġiegħlet saret fl-1919 mill-fiżiċista Brittaniċi Ernest Rutherford, li bombarding nitroġenu 14 alpha-partiċelli miksuba nukleu-17 ossiġnu u protoni.

proprjetajiet

Fl-aħħarnett lista l-proprjetajiet bażiċi ta 'nitroġenu:

• numru atomiku: 7.
• piż atomiku ta 'nitroġenu: 14,0067.
• punt tat-tidwib: -209,86 ° C
• Punt tat-togħlija: -195,8 ° C.
• Densità (1 atm, 0 ° Ċ): 1.2506 grammi ta 'nitroġenu għal kull litru.
• istat ta 'ossidazzjoni konvenzjonali ta' -3, 3, 5.
• konfigurazzjoni elettroni: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.