Quin és el nitrogen? nitrogen Mass. molècula de nitrogen

L'element no metàl·lic de la Taula Periòdica grup 15a [Va] - àtom de nitrogen 2 dels quals es combinen per formar una molècula - gas incolor, inodor i insípid que constitueix una gran part de l'atmosfera de la Terra i que és part de tots els éssers vius.

Història del descobriment

El gas nitrogen és d'aproximadament 4/5 de l'atmosfera de la terra. Va ser aïllat a principis del Investigació de l'Aire. En 1772, Suec Himik Karl Wilhelm Scheele primer a demostrar que un nitrogen tals. Segons ell, l'aire és una mescla de dos gasos, una de les que va anomenar "aire de foc", que és donar suport a la combustió, i un altre - .. "aire impur", ja que queda després de la primera consumit. Aquests van ser l'oxigen i nitrogen. Gairebé al mateix temps el nitrogen ha estat aïllat pel botànic escocès Daniel Rutherford, que va publicar per primera vegada els seus resultats, així com el químic britànic Henry Cavendish i el clergue britànic i científic Dzhozefom Pristli, que va compartir amb Scheele primacia del descobriment de l'oxigen. Altres estudis han demostrat que el nou gas és part del nitrat o nitrat de potassi (KNO _3), i, en conseqüència, va ser nomenat d'un nitrogen ( "donar salnitre naixement") pel químic francès Chaptal el 1790 Nitrogen es va atribuir primer als elements químics de Lavoisier, l'explicació del paper de l'oxigen en la combustió va refutar la teoria del flogist - popular al segle XVIII. combustió concepte erroni. La incapacitat d'aquest element químic per mantenir la vida (ζωή grec) va ser la raó per la qual Lavoisier nomenat gas nitrogen.

L'aparició i propagació

Quin és el nitrogen? D'acord a l'abundància d'elements químics, que va ocupar el sisè lloc. L'atmosfera de la Terra a 75,51% en pes i 78,09% en volum es compon de l'element i és una font important per a la indústria. L'atmosfera conté també una petita quantitat de sals d'amoni i d'amoni, així com els òxids de nitrogen i àcid nítric, format durant tempestes elèctriques i en motors de combustió interna. nitrogen lliure es troba en molts meteorits, gas volcànic i la meva i algunes fonts d'aigua mineral, el sol, les estrelles i nebuloses.

El nitrogen també es troba en els dipòsits de minerals de potassi i nitrat de sodi, però per satisfer les necessitats humanes suficient. Un altre material ric en aquest element és el guano, que es pot trobar a les cavernes, on la gran quantitat de rates penades, o els llocs secs freqüentats per les aus. A més, el nitrogen està continguda en la pluja i el sòl en forma de sals d'amoni i d'amoni, i en aigua de mar en forma d'ions d'amoni (NH ₄ ^+), nitrit _(NO2 ^-) i nitrat (NO ₃ ^-). La mitjana és d'aproximadament el 16% de compostos orgànics complexos com ara proteïnes, són presents en tots els organismes vius. El contingut natural en l'escorça terrestre és de 0,3 parts en 1000. La prevalença en l'espai - de 3 a 7 àtoms per àtom de silici.

Els majors països productors de nitrogen (com amoníac) en l'inici del Segle XXI, van ser l'Índia, Rússia, Estats Units, Trinitat i Tobago, Ucraïna.

producció i ús comercial

La producció industrial de nitrogen es basa en una destil·lació fraccionada de l'aire liquat. La seva temperatura d'ebullició és igual a -195,8 ° C, 13 ° C més baixa que la de l'oxigen, que se separa així. El nitrogen també es pot produir a gran escala per la combustió de carboni o hidrocarburs en l'aire i separar el diòxid de carboni resultant i l'aigua de nitrogen residual. En petita escala nitrogen pur es produeix escalfant el bari Ba azida (N _{3) 2.} reacció de laboratori inclouen l'escalfament d'una solució de nitrit d'amoni (NH ₄ NO _2), l'oxidació d'amoníac amb una solució de brom aquós o amb escalfa òxid de coure :

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

nitrogen elemental es pot usar com una atmosfera inert per a les reaccions que requereixen l'exclusió d'oxigen i humitat. S'utilitza i nitrogen líquid. Hidrogen, metà, monòxid de carboni, oxigen, fluor, i - l'única substància que, quan el punt d'ebullició del nitrogen no està en un estat cristal·lí sòlid.

En la indústria química, aquest element químic s'utilitza per evitar l'oxidació o qualsevol altre deteriorament, com un diluent inert, un gas reactiu per eliminar la calor o els productes químics, així com un inhibidor d'incendi o explosió. En la indústria alimentària, gas nitrogen s'utilitza per prevenir el deteriorament, i el líquid - per als sistemes de congelació-assecat i refredament. En el gas indústria elèctrica evita l'oxidació i altres reaccions químiques, pressuritza la funda del cable i protegeix els motors. En la metal·lúrgia, el nitrogen s'utilitza en la soldadura i la soldadura forta, la prevenció de l'oxidació, carburació i descarburació. A mesura que el gas inactiu que s'utilitza en la producció de cautxú porosos, plàstics i elastòmers, que serveix com a propulsor en llaunes d'aerosol, i també crea una pressió en els dolls de combustible líquid. En la medicina, la congelació ràpida amb nitrogen líquid es fa servir per emmagatzemar la sang, medul·la òssia, teixit, bacteris i esperma. S'ha trobat aplicació en la investigació criogènica.

connexions

La major part del nitrogen utilitzat en la fabricació de compostos químics. El triple enllaç entre els àtoms de l'element és tan fort (226 kcal per mol de dues vegades més gran que la d'hidrogen molecular), que molècula de nitrogen tot just entra en altres compostos.

L'element principal mètode industrial és la fixació procés Haber-Bosch per a la síntesi d'amoníac desenvolupat durant la Segona Guerra Mundial, Alemanya per reduir la dependència del nitrat de Xile. Inclou síntesi directa de NH ₃ - gas incolor amb una olor acre, irritant - directament dels seus elements.

La major part de l'amoníac es converteix en àcid nítric (HNO _3), i els nitrats - sals i èsters de l'àcid nítric, cendra de sosa (Na ₂ CO _3), hidrazina (N ₂ H ₄₎ - líquid incolor utilitzat com un propulsor, i en moltes industrial processos.

L'àcid nítric és l'altre important compost químic comercial de l'element. Líquid incolor, altament corrosiu s'utilitza en la producció de fertilitzants, tints, drogues i explosius. El nitrat d'amoni (NH ₄ NO ₃₎ - sal d'àcid amoníac i nítric - és el component més comú de fertilitzants de nitrogen.

Oxygen + nitrogen

C forma una sèrie d'oxigen, òxids de nitrogen, r. Òxid d'H nitrós (N ₂ O), en la qual és igual a la valència d'1 òxid de (NO) (2) i diòxid de _(NO2) (4). Molts òxids de nitrogen altament volàtils; que són les principals fonts de contaminació a l'atmosfera. L'òxid nitrós, també conegut com a gas del riure, de vegades s'utilitza com a anestèsic. Quan s'inhala, provoca la histèria lleu. L'òxid nítric reacciona ràpidament amb l'oxigen per formar un producte intermedi diòxid de color marró a la producció d'àcid nítric i un fort oxidant en processos químics i propel·lent.

També s'usen alguns nitrurs formats per metalls amb un compost de nitrogen a temperatures elevades. Nitrurs de bor, titani, zirconi i tàntal tenen aplicació especial. Una forma cristal·lina del nitrur de bor (BNV), per exemple, no és inferior a diamant en duresa i s'oxida per tant mal utilitzat com a alta abrasiu.

cianurs inorgànics contenen grup CN ^-. El cianur d'hidrogen o àcid cianhídric HCN, és altament volàtil i gas extremadament tòxic que s'utilitza per a les concentracions de fumigació mineral en altres processos industrials. Cianogen (CN) ₂ s'utilitza com un producte químic intermedi i per a la fumigació.

Les azides són compostos que contenen un grup de tres àtoms de nitrogen -N _3. La majoria d'ells són inestables i molt sensibles als xocs. Alguns d'ells, com ara azida de plom, Pb (N _{3) 2,} utilitzat en detonadors i encebadors. Les azides, com halògens, interactuen fàcilment amb altres substàncies per formar una pluralitat de compostos.

El nitrogen és una part de diversos milers de compostos orgànics. La majoria d'ells es deriven d'amoníac, cianur d'hidrogen, cianogen, nitrós o àcid nítric. Amines, aminoàcids, amides, per exemple, derivades d'amoníac o un estretament relacionades amb ella. Nitroglicerina i nitrocel·lulosa - nítric èsters. El nitrit es va preparar a partir d'àcid nitrós (HNO _2). Les purines i alcaloides són compostos heterocíclics en què el nitrogen reemplaça un o més àtoms de carboni.

Propietats i reaccions

Quin és el nitrogen? És un gas incolor, inodor que es condensa a -195,8 ° C, incolor, líquid de baixa viscositat. Element existeix en la forma de N ₂ molècules, representats en la forma: N ::: N :, en què l'energia d'enllaç igual a 226 kcal per mol, en segon lloc només a monòxid de carboni (256 quilocalories per mol). Per aquesta raó, l'energia d'activació de nitrogen molecular és molt alt, així que en condicions normals, l'element és relativament inert. També, altament molècula de nitrogen estable contribueix en gran mesura a la inestabilitat termodinàmica de molts compostos de nitrogen, en què la connexió, encara que prou forta, però les relacions inferiors de nitrogen molecular.

Fa relativament poc, i la capacitat de les molècules de nitrogen es va descobrir inesperadament serveixen com lligands per als compostos complexos. L'observació que algunes de les solucions de complexos de ruteni poden absorbir el nitrogen atmosfèric va conduir al que aviat es poden trobar una manera més senzilla i millor de fixació de l'element.

nitrogen actiu pot obtenir-se mitjançant el pas de gas de baixa pressió a través de la descàrrega elèctrica d'alt voltatge. El producte és de color ambre i molt més reacciona fàcilment que l'hidrogen molecular, atòmic, sofre, fòsfor i diversos metalls, i també és capaç de descompondre NO a N ₂ i O _2.

Una comprensió més clara del que és nitrogen, es pot obtenir per la seva estructura electrònica que té la forma 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Cinc capes d'electrons externs pantalla lleugerament la càrrega, el que resulta en la càrrega nuclear efectiva sentir a la regió de la ràdio covalent. Els àtoms de nitrogen són relativament petites i tenen una alta electronegativitat, situat entre el carboni i l'oxigen. configuració I inclou tres mitges orbitals externs, el que permet per formar tres enllaços covalents. Per tant, l'àtom de nitrogen ha de tenir extremadament alta reactivitat, formant amb la majoria d'altres elements compostos binaris estables, especialment quan un altre element és substancialment diferent electronegativitat, imparteix polaritat de les connexions significatives. Quan un altre element electronegativitat polaritat inferior unit a l'àtom de nitrogen de càrrega parcial negativa, el que allibera els seus electrons no compartits per participar en enllaços de coordinació. Quan un altre element més electronegatiu càrrega positiva parcial de nitrogen limita substancialment propietats donants de la molècula. A baixa polaritat a causa del fet de l'electronegativitat igual a un altre element, comunicació múltiple prevaler sobre individual. Si la falta de correspondència mida atòmic impedeix la formació d'enllaços múltiples que formen un enllaç simple és probable que sigui relativament feble, i la connexió és inestable.

química analítica

Sovint, el percentatge de nitrogen en la barreja de gas es pot determinar mitjançant el mesurament del seu volum després de l'absorció d'altres components dels reactius químics. La descomposició de l'àcid sulfúric en presència de nitrat de mercuri allibera òxid nítric, que es pot mesurar com un gas. El nitrogen és alliberat de compostos orgànics quan es cremen més d'un òxid de coure, i el nitrogen lliure pot mesurar-se com un gas després de l'absorció d'altres productes de la combustió. Un mètode Kjeldahl ben conegut per a la determinació de substàncies considerades aquí en compostos orgànics consisteix a descompondre el compost amb àcid sulfúric concentrat (que conté opcionalment de mercuri o de la seva òxid, i diverses sals). Així nitrogen es converteix en sulfat d'amoni. Addició de sodi comunicats d'hidròxid d'amoníac, que es recull per àcid convencional; la quantitat residual d'àcid sense reaccionar es determina llavors per titulació.

Importància biològica i fisiològica

El paper de nitrogen en la matèria viva confirma la seva activitat fisiològica dels compostos orgànics. La majoria dels organismes vius no poden utilitzar aquest element químic en si ha de tenir accés als seus compostos. Per tant, la fixació de nitrogen és essencial. En la naturalesa, això passa com a resultat de dos processos bàsics. Un és l'efecte de l'energia elèctrica a l'atmosfera, de manera que les molècules de nitrogen i oxigen es dissocien, permetent àtoms lliures per formar NO i _NO2. Diòxid de llavors reacciona amb l'aigua: 3No ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO ₃ es dissol i s'arriba a la Terra de la pluja en forma de licor feble. Eventualment àcid es converteix en part del nitrogen del sòl combinat que es neutralitza per formar nitrits i nitrats. El contingut de N en sòls conreats generalment recuperat a través de nitrats de fertilització que conté i sals d'amoni. Girar els animals i les plantes i la seva descomposició retorna un compost de nitrogen en el sòl i l'aire.

Un altre important procés de fixació natural és l'activitat vital de les llegums. A causa de la simbiosi amb els bacteris, aquests cultius són capaços de convertir el nitrogen atmosfèric directament en els seus compostos. Alguns microorganismes, com ara Azotobacter chroococcum i Clostridium pasteurianum, són capaços de fixar la seva pròpia N.

el gas en si, sent inert, innocu, excepte quan respiren sota pressió, i es dissol en la sang i altres fluids corporals en concentracions més altes. Això fa que l'efecte del fàrmac, i si la pressió es redueix massa ràpidament, l'excés de nitrogen s'allibera com bombolles de gas a diferents llocs del cos. Això pot causar dolor en músculs i articulacions, desmais, paràlisi parcial i fins i tot la mort. Aquests símptomes es denominen síndrome de descompressió. Per tant, aquells que es veuen obligats a respirar aire en aquestes circumstàncies ha de ser molt lent per reduir la pressió a una normal a la excés de nitrogen a través dels pulmons sense la formació de bombolles. Una alternativa millor és utilitzar una barreja respirable d'oxigen i heli. L'heli és molt menys soluble en els fluids corporals, i el risc disminueix.

isòtops

El nitrogen existeix com dos isòtops estables ^{de 14} N (99,63%) i ¹⁵ N (0,37%). Poden estar separats per intercanvi químic o per difusió tèrmica. massa de nitrogen en forma d'isòtop radioactiu artificial està en l'interval 10-13 i 16-24. El més estable de vida mitjana de 10 minuts. Primer transmutació induïda artificialment va ser feta en 1919 pel físic britànic Ernest Rutherford, que el bombardeig de nitrogen-14 alfa-partícules obtingudes nucli-17 oxigen i protons.

propietats

Finalment enumerar les propietats bàsiques de nitrogen:

• Nombre atòmic: 7.
• pes atòmic del nitrogen: 14,0067.
• Punt de fusió: -209,86 ° C.
• Punt d'ebullició: -195,8 ° C.
• Densitat (1 atm, 0 ° C): 1.2506 grams de nitrogen per litre.
• estat d'oxidació convencional de -3, 3, 5.
• Configuració electrònica: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.