Kio estas nitrogeno? Maso nitrogeno. nitrogeno molekulo

La ne-metala elemento de la 15-a grupo [Va] Perioda Tabelo - atomo de nitrogeno 2 el kiuj kombinas por formi molekulon - senkolora, inodoro kaj sengusta gaso konstituante granda parto de la tera atmosfero kaj kiu estas parto de ĉiuj vivantoj.

Historio de malkovro

Nitrogeno gaso estas proksimume 4/5 de la tera atmosfero. Ĝi estis izolita en la frua Aero Esplorado. En 1772, sveda Himik Karl Wilhelm Scheele unua pruvi, ke tia nitrogeno. Laŭ li, la aero estas miksaĵo de du gasoj, unu el kiuj li nomis "fajro aero", kiu estas subteni la brulado, kaj aliaj - .. "Malpuraj aero" ĉar ĝi restas post la unuaj konsumis. Tiuj estis la oksigeno kaj nitrogeno. Ĉirkaŭ la sama tempo nitrogeno estis izolita fare de la skota botanikisto Daniel Rutherford, kiu unue publikigis siajn rezultojn, kaj ankaŭ la brita kemiisto Henry Cavendish kaj la brita kleriko kaj sciencisto Dzhozefom Pristli, kiu dividis kun Scheele superecon de la malkovro de oksigeno. Plue studoj montris ke novaj gaso estas parto de la nitrato aŭ nitrato de kalio (Kno _3), kaj, laŭe, li estis nomita de nitrogeno ( "naski salitre") fare de la franca apotekisto Chaptal en 1790 nitrogeno estis unue atribuita al la kemiaj elementoj de Lavoisier, kies klarigo pri la rolo de oksigeno en bruligado malpruvita la phlogiston teorio - populara en la jarcento jarcento. miskompreno brulado. La nekapablo de tiu kemia elemento por subteni vivon (greka ζωή) estis la kialo ke Lavoisier nomita nitrogeno gaso.

La apero kaj disvastiĝo

Kio estas nitrogeno? Laŭ la abundon de kemiaj elementoj, li vicigis sesa. La tera atmosfero al 75,51% en pezo kaj 78,09% en volumo konsistas el la elemento kaj ĝi estas grava fonto por la industrio. La atmosfero ankaŭ enhavas malgrandan kvanton de amoniako kaj amonio saloj, tiel kiel nitrogeno oksidoj kaj acida nítrico, formis dum ŝtormoj kaj en motoroj de interna brulado. Liberaj nitrogeno troviĝas en multaj meteoritoj, vulkanaj kaj mia gaso kaj iuj mineralaj fontoj, la suno, la steloj kaj nebulozoj.

Nitrogeno troviĝas ankaŭ en kuŝejoj mineraloj de kalio kaj natrio nitrato, sed por plenumi homajn bezonojn sufiĉa. Alia materialo riĉa en ĉi tiu elemento estas guano, kiu povas esti trovita en la kavernojn, kie multaj vespertoj, aŭ la sekaj lokoj vizitaditaj de birdoj. Ankaŭ, nitrogeno estas enhavita en la pluvo kaj grundo en la formo de amoniako kaj amonio saloj, kaj en marakvo en la formo de amonio jonoj (NH ₄ ^+), nitrito (NE ₂ ^-) kaj nitrato (NE ₃ ^-). La mezumo estas proksimume 16% de kompleksaj organikaj substancoj kiel ekzemple proteinoj, estas prezencoj en ĉiuj vivantaj organismoj. La natura enhavo en la tera krusto estas 0,3 partoj de 1000. Tropezo en spaco - de 3 al 7 atomoj po silicio atomon.

La plej grandaj landoj produktantoj de nitrogeno (kiel amoniako) en la komenco de la XXI jarcento, estis Barato, Rusio, Usono, Trinidado kaj Tobago, Ukrainio.

Komerca produktado kaj uzo

Industria produktado de nitrogeno estas bazita sur destilación frakciita de licuado aero. Pli bolado temperaturo egalas -195,8 ° C, 13 ° C pli malalta ol tiu de oksigeno, kiu estas tiel aparta. Nitrogeno povas ankaŭ esti produktitaj sur granda skalo de la bruligado de karbono aŭ hidrokarbonoj en la aero kaj disigante la rezultanta karbona dioksido kaj akvo de postrestanta nitrogeno. En malgranda skalo pura nitrogeno estas produktita de hejti la azide bario Ba (N _{3) 2.} Laboratorio reago inkludas varmigante solvon de amonio nitrito (NH ₄ NE _2), la oxidación de amoniako kun acuosa bromo solvo aŭ kun varmigita kupro rusto :

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

Elementa nitrogeno povas esti uzata kiel inerta atmosfero por reagoj postulas forigon de oksigeno kaj malsekeco. Estas uzata kaj likva nitrogeno. Hidrogeno, metano, CO, oksigeno, fluoro, kaj - la nura substanco kiu, kiam bolanta punkto de nitrogeno ne estas en solida kristala stato.

En la kemia industrio, ĉi tiu kemia elemento estas uzita por malhelpi oksidigo aŭ aliaj spoilage, kiel inerta diluent, reactiva gaso forigi la varmegon aŭ kemiaĵoj, kaj ankaŭ fajro aŭ eksplodo inhibitoro. En la manĝo industrio, nitrogeno gaso kutimas malhelpi spoilage, kaj la likva - por congelación-sekigita kaj malvarmigo sistemoj. En la elektra industrio gaso malhelpas oxidación kaj aliaj kemiaj reagoj, pressurizes la kablo ingon kaj protektas la motoroj. En metalurgio, nitrogeno estas uzitaj en veldado kaj Brazing, neebligante oxidación, carburization kaj decarburization. Kiel la neaktiva gaso estas uzata en la produktado de poraj kaŭĉuko, plastoj kaj elastómeros, ĝi servas kiel fuzaĵo en aerosol tedaĵoj, kaj ankaŭ kreas premon en la likva brulaĵo jetoj. En medicino, rapida congelación kun likva nitrogeno uzas por stoki sangon medolo, histo, bakterioj kaj spermo. Li trovis aplikon en criogénico esplorado.

ligojn

La plej multaj el la nitrogeno uzita en la fabrikado de kemiaj komponaĵoj. La triobla ligo inter la atomoj de la elemento estas tiel forta (226 kcal po molo da duoble pli alta ol tiu de molekula hidrogeno), kiu nitrogeno molekulo apenaŭ eniras en aliajn komponaĵojn.

La ĉefa industria metodo fijación elemento estas Haber-Bosch procezo por la sintezo de amoniako disvolvita dum la Dua Mondmilito, Germanio redukti dependecon de la ĉilia nitrato. Ĝi inkludas rektajn sintezo de NH ₃ - senkolora gaso kun pikanta, irritante odoro - rekte de liaj elementoj.

La plimulto de la amoniako estas transformita al la acida nítrico (HNO _{3) kaj} nitratoj - saloj kaj esteroj de acida nítrico, sodo cindro (Na ₂ CO _3), hidracina (N ₂ H ₄₎ - senkolora likvaĵo uzata kiel propulsor kaj en multaj industriaj procezoj.

Acida nítrico estas la aliaj ĉefaj komercaj kemia komponaĵo de la elemento. Senkolora, tre koroda likvaĵo estas uzata en la produktado de fertilizantes, vi tinkturas, drogoj kaj eksplodaĵojn. Amonio nitrato (NH ₄ NE ₃₎ - Sala de amoniako kaj acida nítrico - estas la plej ofta nitrogeno sterkaĵo komponanto.

Oksigeno + nitrogeno

C formas serion de oksigeno, nitrogeno oksidoj, r. H. rusto nitroso (N ₂ Aŭ), en kiu egalas la valencia de +1 oksido (NO) (+2) kaj dioksido (NE ₂₎ (4). Multaj tre volátil rustoj de nitrogeno; ili estas la ĉefaj fontoj de poluado en la atmosfero. Rusto nitroso, ankaŭ konata kiel ridanta gaso, estas foje uzita kiel anestésico. Kiam enspiris, ĝi kaŭzas mildan histerio. Rusto nítrico reagas rapide kun oksigeno por formi brunan dioksido intera produkto en la produktado de acida nítrico kaj forta oxidante en kemiaj procezoj kaj propulsor.

Ankaŭ uzata estas kelkaj nitruros formita de metaloj kun nitrogeno komponaĵo ĉe levita temperaturoj. Nitruros de boro, titanio, zirkonio kaj tantalo havas specialajn aplikon. Unu formo cristalina de bora nitrido (BN), ekzemple, ne estas malsupera al diamanto en malmoleco kaj oxidado malbona tial uzata kiel alta abrasivo.

Neorganika cianidoj enhavas CN grupo ^-. Hidrogeno cianido aŭ acida cianhídrico HCN, estas tre malstabilaj kaj ekstreme venena gaso kiu estas uzita por fumigación koncentriĝoj ore en aliaj industriaj procezoj. Cyanogen (CN) ₂ estas utiligita kiel kemia intera kaj por fumigación.

Azides estas komponaĵoj kiuj enhavas grupon de tri atomoj de nitrogeno -N _3. La plej multaj el ili estas malstabila kaj tre sentema al kolizioj. Kelkaj el ili, kiel ekzemple plumbo azide, Pb (N _{3) 2,} uzita en detonadores kaj manlibroj. Azides, kiel halogenaj, facile interagas kun aliaj substancoj por formi pluralidad de komponaĵoj.

Nitrogeno estas parto de pluraj miloj da organikaj komponaĵoj. La plej multaj el ili estas derivitaj de amoniako, hidrogeno cianido, Cyanogen, nitroso aŭ acida nítrico. Aminoj, aminoácidos, amidoj, ekzemple, devenas de amoniako aŭ proksime rilatita al ĝi. Nitroglicerino kaj nitrocelulosa - nítrico esteroj. Nitrito estis preparita de Nitrita acido (HNO _2). Purines kaj alkaloidoj estas heterocíclica komponaĵoj en kiu la nitrogeno anstataŭas unu aŭ pli atomoj de karbono.

Propraĵoj kaj reagoj

Kio estas nitrogeno? Estas senkolora, sen odoro gaso kiu condensa en -195,8 ° C, senkolora, malalta viskozeco likva. Elemento ekzistas en la formo de N ₂ molekuloj, reprezentita en la formo: N ::: N:, en kiu la ligo energio egala al 226 Kcal po molo, dua nur al CO (256 kilocalorías po molo). Tial, la energio de aktivigo de molekula nitrogeno estas tre alta, tiel en normalaj kondiĉoj la elemento estas relative inerta. Ankaŭ, tre stabila nitrogeno molekulo ege kontribuas al la termodinamika malstabileco de multaj nitrogeno komponaĵoj, en kiuj ligo, eĉ se sufiĉe forta, sed malsuperan rilatoj molekula nitrogeno.

Relative lastatempe, kaj la kapablo de la nitrogeno molekuloj estis neatendite malkovrita servi kiel ligandos por kompleksaj kombinaĵoj. La observado ke kelkaj solvoj de rutenio kompleksoj povas sorbi atmosfera nitrogeno kaŭzis Kio ajn baldaŭ trovis pli simpla kaj pli bona maniero de fiksi la elemento.

Aktivaj nitrogeno povas esti ricevita per pasante malalta premo gaso tra alta tensio elektra malŝarĝo. La produkto estas ambro kaj multe pli facile reagas ol molekula, atoma hidrogeno, sulfuro, phosphorous kaj diversaj metaloj, kaj ankaŭ kapablas putrado NE al N ₂ kaj _O2.

Al pli klara kompreno de kio estas nitrogeno, ili povas akiri pro lia elektronika strukturo kiu havas la formon 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Kvin ekstera elektrona konkoj iomete ŝirmi gardadon, rezultante en efika nuklea ŝarĝo sentis en la regiono de la kovalentaj radiuso. Nitrogeno atomoj estas relative malgranda kaj havas altan elektronegativeco, lokita inter la karbono kaj oksigeno. E agordo inkludas tri eksteraj duone orbitales, ebliganta por formi tri kovalentaj ligoj. Sekve, la atomo de nitrogeno devas havi ekstreme alta reagemo, formante kun plej multaj aliaj elementoj stabilan duumaj komponaĵoj, precipe kiam alia elemento estas substance malsama elektronegativeco, imparts signifa polaridad konektojn. Kiam alia elemento elektronegativeco malsupra polaridad ligita al la atomo de nitrogeno de parta negativa ŝarĝo, kiu liberigas lian unshared elektronoj por partopreni en kunordigo katenoj. Kiam alia elemento pli electronegativo nitrogeno parta pozitiva ŝarĝo substance limigas organdonacanto propraĵoj de la molekulo. En malaltaj polaridad pro pro la elektronegativeco egali alian elementon, multoblajn komunikado venkos super ununura. Se la atoma grandeco mismatch malhelpas la formado de multnombraj ligoj kiuj formas ununuran ligon verŝajne estas relative malfortaj, kaj la ligo estas malstabila.

kemia analítica

Ofte la procento de nitrogeno en la miksaĵo de gasoj povas determinita je ĝia volumeno post absorción de aliaj komponantoj de la kemiaj reactivos. La descomposición de sulfata acido en la ĉeesto de hidrargo nitrato liberigas rusto nítrico, kiu povas esti mezurita kiel gaso. Nitrogeno estas liberigitaj de organikaj kombinaĵoj, kiam ili brulas pli ol rusto de kupro, kaj la libera nitrogeno povas esti mezurita kiel gaso post la absorción de aliaj brulado produktoj. Konata Kjeldahl metodo por la determino de substancoj konsideritaj tie en organikaj kombinaĵoj konsistas en putrado la komponaĵo kun koncentrita sulfata acido (laŭvole enhavantaj hidrargon aŭ ĝia oksido, kaj diversaj saloj). Tiel nitrogeno estas transformita al sulfato de amonio. Aldono hidróxido de natrio ĵetoj amoniako, kiu estas kolektita de konvencia acido; la postrestanta kvanto de unreacted acido tiam estas difinita per taksado.

Biologia kaj fiziologia signifo

La rolo de nitrogeno en la viva materio konfirmas lia fiziologia aktiveco de organikaj komponaĵoj. Plej vivantaj organismoj ne povas uzi tiu kemia elemento mem devus havi aliron al liaj komponaĵoj. Sekve, la fijación de nitrogeno estas esenca. En naturo, tiu okazas kiel rezulto de du bazaj procezoj. Unu estas la efiko de elektra energio al la atmosfero, tiel ke nitrogeno kaj oksigeno molekulojn disociiĝas, permesante liberan atomoj por formi NE kaj NE _2. Dioksido tiam reagas kun akvo: 3NO ₂ + _H2O → 2HNO ₃ + NE.

HNO ₃ estas solvita kaj venas al la Tero de la pluvo en la formo de malforta likvoro. Fine acido fariĝas parto de la kombinita grundo nitrogeno kiu estas neŭtraligita formi nitritos kaj nitratoj. La enhavo de N en kultivita grundoj ĝenerale reakiris tra fekundigo enhavantaj nitratoj kaj amonio saloj. Spin bestoj kaj plantoj kaj lia descomposición resendas nitrogeno komponaĵo en la grundo kaj aero.

Alia granda natura riparado procezo estas esenca aktiveco de guŝoj. Pro simbiozo kun bakterioj, tiuj kulturoj kapablas konverti atmosferan nitrogenon rekte en liaj komponaĵoj. Iuj mikroorganismoj, kiel Azotobacter Chroococcum kaj Clostridium pasteurianum, kapablas ripari sian propran N.

la gaso mem, estante inerta, senpeka, krom kiam ili spiras sub premo, kaj tio estas solvita en la sango kaj aliaj fluidaj korpaj ĉe pli altaj koncentriĝoj. Tiu kaŭzas la drogoj efikon, kaj se la premo estas reduktita tro rapide, eksceso nitrogeno estas liberigitaj kiel bobeloj de gaso en diversaj lokoj de la korpo. Tio povas kaŭzi doloron en muskoloj kaj artikoj, sveno, parta paralizo kaj eĉ morton. Ĉi tiuj simptomoj estas nomataj malkunpremo malsano. Sekve, tiuj kiuj estas devigita spiri aeron en tiaj cirkonstancoj devas esti tre malrapida por redukti la premon al normala al la troo nitrogeno tra la pulmojn sen la formado de vezikoj. Pli bona alternativo estas uzi respirable miksaĵo de oksigeno kaj heliumo. Heliumo estas multe malpli solvebla en korpo fluaĵoj kaj la risko malgrandiĝas.

izotopoj

Nitrogeno ekzistas kiel du stabilaj izotopoj ¹⁴ N (99,63%) kaj ¹⁵ N (0,37%). Ili povas esti apartigitaj per kemia interŝanĝo aŭ per termika disvastigo. nitrogeno maso en la formo de artefarita radioaktiva izotopo estas en la gamo 10-13 kaj 16-24. La plej stabilan duoniĝotempo de 10 minutoj. Unua artefarite induktita nuklea transmutacio estis farita en 1919 fare de la brita fizikisto Ernest Rutherford, kiu bombardis nitrogeno-14 alfa-partikloj akiris kerno-17 oksigeno kaj protonoj.

ecoj

Fine printi la bazaj propraĵoj de nitrogeno;

• Atomnumero: 7.
• Atoma pezo de nitrogeno: 14,0067.
• Frostopunkto: -209,86 ° C.
• Bolpunkto: -195,8 ° C.
• Denseco (1 atm, 0 ° C): 1,2506 g de nitrogeno por litro.
• Konvencia oksidiĝa de -3, +3, +5.
• Elektronika agordo: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.