Berita bintang
Nitrogen mempunyai. Substrat kelapa - kelebihan dan kekurangan penggunaan
Nitrogen - gas, mudah Bahan kimia, bukan logam, unsur jadual berkala. Nama Latin Nitrogenium diterjemahkan sebagai "melahirkan saltpeter."
Nama "nitrogen" dan konsonannya digunakan di banyak negara: di Perancis, Itali, Rusia, Turki, di beberapa Slavia Timur dan bekas USSR. Menurut versi utama, nama "nitrogen" berasal dari perkataan Yunani azoos - "tidak bermaya", kerana ia tidak sesuai untuk bernafas.
Nitrogen didapati terutamanya sebagai gas—kira-kira 78% (mengikut isipadu) di udara. Mendapan mineral yang mengandunginya - contohnya, saltpeter Chile (natrium nitrat), saltpeter India (potassium nitrat) kebanyakannya telah habis, jadi dalam skala industri reagen diekstrak melalui sintesis kimia terus dari atmosfera.
Hartanah
DALAM keadaan biasa N2 ialah gas tanpa rasa, warna atau bau. Tidak terbakar, tahan api dan letupan, kurang larut dalam air dan alkohol, dan tidak toksik. Mengalirkan haba dan elektrik dengan buruk. Pada suhu di bawah -196 °C ia mula-mula menjadi cecair dan kemudian pepejal. Nitrogen cecair ialah cecair mudah alih yang lutsinar.
Molekul nitrogen adalah sangat stabil, jadi reagen kimia pada asasnya lengai, bertindak balas dalam keadaan normal hanya dengan litium, cesium dan kompleks logam peralihan. Untuk menjalankan tindak balas dengan bahan lain, syarat khas diperlukan: suhu dan tekanan yang sangat tinggi, dan kadangkala pemangkin. Tidak bertindak balas dengan halogen, sulfur, karbon, silikon, fosforus.
Unsur ini amat penting untuk kehidupan semua makhluk hidup. Ia adalah sebahagian daripada protein, asid nukleik, hemoglobin, klorofil dan banyak lagi sebatian penting secara biologi. Memainkan peranan utama dalam metabolisme sel hidup dan organisma.
Nitrogen dihasilkan dalam bentuk gas yang dimampatkan pada 150 atmosfera, dibekalkan dalam silinder hitam dengan tulisan kuning yang besar dan jelas. Reagen cecair disimpan dalam kelalang Dewar (sebuah termos dengan dua dinding, dengan penyaduran perak di bahagian dalam dan vakum di antara dinding).
Bahaya nitrogen
Dalam keadaan biasa, nitrogen tidak berbahaya kepada manusia dan haiwan, tetapi apabila tekanan darah tinggi menyebabkan mabuk narkotik, dan jika terdapat kekurangan oksigen, ia menyebabkan sesak nafas. Penyakit penyahmampatan yang sangat berbahaya dikaitkan dengan nitrogen dan kesannya pada darah manusia semasa penurunan tekanan yang mendadak.
Mungkin semua orang pernah melihatnya sekurang-kurangnya sekali dalam filem atau siri TV, 
bagaimana nitrogen cecair membekukan orang dengan serta-merta atau mengunci bar, peti besi, dsb., selepas itu ia menjadi rapuh dan mudah pecah. Sebenarnya, nitrogen cecair membeku agak perlahan kerana kapasiti habanya yang rendah. Itulah sebabnya ia tidak boleh digunakan untuk membekukan orang untuk penyahbekuan seterusnya - tidak mungkin untuk membekukan seluruh badan dan organ secara sama rata dan serentak.
Nitrogen tergolong dalam pnictogens - unsur kimia subkumpulan yang sama dalam jadual berkala dengan dirinya sendiri. Selain nitrogen, pnictogens termasuk fosforus, arsenik, antimoni, bismut dan muscovium yang diperoleh secara buatan.
Nitrogen cecair adalah bahan yang sesuai untuk memadamkan kebakaran, terutamanya yang melibatkan objek berharga. Selepas dipadamkan dengan nitrogen, tiada air, tiada buih, tiada serbuk kekal, dan gas hilang begitu saja.
Permohonan
— Tiga perempat daripada semua nitrogen yang dihasilkan di dunia pergi ke pengeluaran ammonia, dari mana, seterusnya, mereka menghasilkan asid nitrik, yang digunakan secara meluas dalam pelbagai industri.
- DALAM pertanian Sebatian nitrogen digunakan sebagai baja, dan nitrogen itu sendiri digunakan untuk pemeliharaan sayur-sayuran yang lebih baik di kedai sayur-sayuran.
— Untuk pengeluaran bahan letupan, detonator, bahan api untuk kapal angkasa (hydrazine).
- Untuk penghasilan pewarna dan ubat-ubatan.
— Apabila mengepam bahan mudah terbakar melalui paip, dalam lombong, dalam peranti elektronik.
— Untuk memadamkan kok dalam metalurgi, untuk mewujudkan suasana neutral dalam proses perindustrian.
— Untuk membersihkan paip dan tangki; pecah lapisan dalam perlombongan; mengepam bahan api dalam roket.
— Untuk suntikan ke dalam tayar pesawat, kadangkala ke dalam tayar kereta.
- Untuk pengeluaran seramik khas - silikon nitrida, yang telah meningkatkan mekanikal, haba, rintangan kimia dan banyak lagi ciri berguna.
— Bahan tambahan makanan E941 digunakan untuk mencipta persekitaran pengawet dalam bungkusan yang menghalang pengoksidaan dan perkembangan mikroorganisma. Nitrogen cecair digunakan untuk membotolkan minuman dan minyak.
Nitrogen cecair digunakan sebagai:
- Penyejuk dalam kriostat, pemasangan vakum dan sebagainya.
— Dalam terapi kriogenik dalam kosmetologi dan perubatan, untuk menjalankan jenis diagnostik tertentu, untuk menyimpan sampel biomaterial, sperma, telur.
- Dalam pemotongan kriogenik.
- Untuk memadamkan api. Apabila reagen tersejat, ia membentuk jisim gas 700 kali lebih besar daripada isipadu cecair. Gas ini menolak oksigen dari api, dan ia padam.
Nitrogen (N 2) ditemui oleh J. Priestley pada tahun 1774. Nama "nitrogen" diterjemahkan daripada bahasa Yunani bermaksud "tidak bermaya". Ini disebabkan oleh fakta bahawa nitrogen tidak menyokong proses pembakaran dan pernafasan. Tetapi untuk semua proses hidup asas tumbuhan dan organisma hidup, nitrogen adalah amat penting.
Ciri-ciri unsur
7 N 1s 2 2s 2 2p 3
Isotop: 14 N (99.635%); 15 N (0.365%)
milik Clark kerak bumi 0.01% mengikut berat. Di atmosfera 78.09% mengikut isipadu (75.6% mengikut jisim). Nitrogen adalah sebahagian daripada bahan hidup (protein, asid nukleik, dll.). Dalam hidrosfera, nitrogen hadir dalam bentuk nitrat (NO 3). Atom nitrogen adalah atom ke-5 paling banyak di Alam Semesta.
Bahan tak organik yang paling penting mengandungi N.
Nitrogen bebas (molekul).
Atom nitrogen disambungkan antara satu sama lain oleh tiga ikatan nonpolar kovalen: satu daripadanya ialah ikatan sigma, 2 ialah ikatan pi. Tenaga pemecah ikatan sangat tinggi
Ciri-ciri fizikal
Pada suhu biasa dan tekanan atmosfera N 2 ialah gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, lebih ringan sedikit daripada udara, sangat sukar larut dalam air. Ia ditukar kepada keadaan cecair dengan kesukaran yang besar (bp -196 "C). Nitrogen cecair mempunyai haba penyejatan yang tinggi dan digunakan untuk mencipta suhu rendah (penyejuk).
Kaedah mendapatkan
Nitrogen terdapat di udara dalam keadaan bebas, jadi kaedah pengeluaran industri adalah untuk memisahkan campuran udara (pembetulan udara cecair).
Dalam keadaan makmal, sejumlah kecil nitrogen boleh diperolehi dengan cara berikut:
1. Menghantar udara ke atas kuprum panas, yang menyerap oksigen akibat tindak balas: 2Cu + O 2 = 2CuO. Yang tinggal ialah nitrogen dengan kekotoran gas lengai.
2. Penguraian redoks beberapa garam ammonium:
NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O
3. Pengoksidaan ammonia dan garam ammonium:
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O
8NH 3 + ZBr 2 = N 2 + 6NH 4 Br
NH 4 Cl + NaNO 2 = N 2 + NaCl + 2H 2 O
Sifat kimia
Nitrogen molekul ialah bahan lengai secara kimia kerana kestabilan molekul N 2 yang sangat tinggi. Hanya tindak balas kompaun dengan logam berlaku lebih kurang mudah. Dalam semua kes lain, untuk memulakan dan mempercepatkan tindak balas, adalah perlu untuk menggunakan suhu tinggi, nyahcas elektrik percikan, sinaran mengion, dan pemangkin (Fe, Cr, V, Ti dan sebatiannya).
Tindak balas dengan agen penurunan (N 2 - agen pengoksidaan)
1. Interaksi dengan logam:
Tindak balas pembentukan alkali dan alkali tanah nitrida Me berlaku kedua-duanya dengan nitrogen tulen dan semasa pembakaran logam dalam udara
N2 + 6Li = 2Li3N
N 2 + 6Cs = 2Cs 3 N
N 2 + 3Mg = Mg 3 N 2
2. Interaksi dengan hidrogen (tindak balas adalah sangat penting):
N 2 + ZN 2 = 2NH 3 ammonia
3. Interaksi dengan silikon dan karbon
2N 2 + 3Si = Si 3 N 4 silikon (IV) nitrida
N 2 + 2C = (CN) 2 sianogen
2N 2 + 5C + 2Na 2 CO 3 = 4NaCN + 3CO 2 natrium sianida
Tindak balas dengan agen pengoksidaan (N 2 - agen penurunan)
Tindak balas ini tidak berlaku dalam keadaan biasa. Nitrogen tidak berinteraksi secara langsung dengan fluorin dan halogen lain, dan tindak balas dengan oksigen berlaku pada suhu nyahcas percikan elektrik:
N 2 + O 2 = 2NO
Tindak balas sangat boleh diterbalikkan; aliran terus berlaku dengan penyerapan haba (endotermik).
NITROGEN
N (nitrogenium),
unsur kimia(pada. nombor 7) subkumpulan VA bagi jadual berkala unsur. Atmosfera bumi mengandungi 78% (vol.) nitrogen. Untuk menunjukkan betapa besarnya rizab nitrogen ini, kita perhatikan bahawa dalam atmosfera di atas setiap kilometer persegi permukaan bumi terdapat begitu banyak nitrogen sehingga sehingga 50 juta tan natrium nitrat atau 10 juta tan ammonia (sebatian nitrogen dengan hidrogen) boleh diperoleh daripadanya.ini merupakan sebahagian kecil daripada nitrogen yang terkandung dalam kerak bumi. Kewujudan nitrogen bebas menunjukkan sifat lengainya dan kesukaran berinteraksi dengan unsur lain pada suhu biasa. Nitrogen tetap adalah sebahagian daripada bahan organik dan bukan organik. Hidupan tumbuhan dan haiwan mengandungi nitrogen yang terikat kepada karbon dan oksigen dalam protein. Selain itu, sebatian tak organik yang mengandungi nitrogen seperti nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), sianida (CN-), nitrida (N3-) dan azida (N3-) diketahui dan boleh diperolehi dalam kuantiti yang banyak.
Rujukan sejarah. Eksperimen A. Lavoisier, yang dikhaskan untuk mengkaji peranan atmosfera dalam mengekalkan kehidupan dan proses pembakaran, mengesahkan kewujudan bahan yang agak lengai di atmosfera. Tanpa menetapkan sifat unsur gas yang tinggal selepas pembakaran, Lavoisier memanggilnya azote, yang dalam bahasa Yunani kuno bermaksud "tidak bernyawa." Pada tahun 1772, D. Rutherford dari Edinburgh menetapkan bahawa gas ini adalah unsur dan menamakannya " udara berbahaya"Nama Latin untuk nitrogen berasal dari perkataan Yunani nitron dan gen, yang bermaksud "pembentuk garam".
Penetapan nitrogen dan kitaran nitrogen. Istilah "penetapan nitrogen" merujuk kepada proses penetapan nitrogen N2 atmosfera. Secara semula jadi, ini boleh berlaku dalam dua cara: sama ada kekacang, seperti kacang, semanggi dan kacang soya, mengumpul nodul pada akarnya, di mana bakteria pengikat nitrogen menukarnya menjadi nitrat, atau nitrogen atmosfera dioksidakan oleh oksigen dalam keadaan kilat. S. Arrhenius mendapati bahawa sehingga 400 juta tan nitrogen ditetapkan setiap tahun dengan cara ini. Di atmosfera, nitrogen oksida bergabung dengan air hujan untuk membentuk asid nitrik dan nitrus. Di samping itu, telah ditetapkan bahawa dengan hujan dan salji, lebih kurang. 6700 g nitrogen; mencapai tanah, mereka bertukar menjadi nitrit dan nitrat. Tumbuhan menggunakan nitrat untuk membentuk protein tumbuhan. Haiwan, memakan tumbuhan ini, mengasimilasikan bahan protein tumbuhan dan menukarnya menjadi protein haiwan. Selepas kematian haiwan dan tumbuhan, mereka terurai dan sebatian nitrogen bertukar menjadi ammonia. Ammonia digunakan dalam dua cara: bakteria yang tidak membentuk nitrat memecahkannya kepada unsur, membebaskan nitrogen dan hidrogen, dan bakteria lain membentuk nitrit daripadanya, yang dioksidakan oleh bakteria lain kepada nitrat. Ini adalah bagaimana kitaran nitrogen berlaku dalam alam semula jadi, atau kitaran nitrogen.
Struktur nukleus dan kulit elektron. Terdapat dua isotop nitrogen yang stabil: dengan jisim nombor 14 (N mengandungi 7 proton dan 7 neutron) dan dengan nombor jisim 15 (mengandungi 7 proton dan 8 neutron). Nisbahnya ialah 99.635:0.365, jadi jisim atom nitrogen ialah 14.008. Isotop nitrogen tidak stabil 12N, 13N, 16N, 17N diperolehi secara buatan. Secara skematik struktur elektronik atom nitrogen ialah: 1s22s22px12py12pz1. Akibatnya, kulit elektron luar (kedua) mengandungi 5 elektron yang boleh mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan kimia; Orbital nitrogen juga boleh menerima elektron, i.e. pembentukan sebatian dengan keadaan pengoksidaan dari (-III) hingga (V) adalah mungkin, dan ia diketahui.
Lihat juga STRUKTUR ATOM.
Nitrogen molekul. Daripada penentuan ketumpatan gas telah ditetapkan bahawa molekul nitrogen adalah diatomik, i.e. formula molekul nitrogen ialah NєN (atau N2). Untuk dua atom nitrogen, tiga elektron 2p luar setiap atom membentuk ikatan rangkap tiga:N:::N:, membentuk pasangan elektron. Interatomik yang diukur jarak N-N bersamaan dengan 1.095. Seperti dalam kes hidrogen (lihat HIDROGEN), terdapat molekul nitrogen dengan putaran nuklear berbeza - simetri dan antisimetri. Pada suhu biasa, nisbah bentuk simetri dan antisimetri ialah 2:1. Dalam keadaan pepejal, dua pengubahsuaian nitrogen diketahui: a - padu dan b - heksagon dengan suhu peralihan a (r) b -237.39 ° C. Pengubahsuaian b cair pada -209.96 ° C dan mendidih pada -195.78 ° C pada 1 atm (lihat jadual 1). Tenaga penceraian mol (28.016 g atau 6.023 * 10 23 molekul) nitrogen molekul kepada atom (N2 2N) adalah lebih kurang -225 kcal. Oleh itu, nitrogen atom boleh terbentuk semasa nyahcas elektrik yang tenang dan secara kimia lebih aktif daripada nitrogen molekul.
Resit dan permohonan. Kaedah mendapatkan unsur nitrogen bergantung kepada ketulenan yang diperlukan. Nitrogen diperolehi dalam kuantiti yang banyak untuk sintesis ammonia, manakala campuran kecil gas mulia boleh diterima.
Nitrogen daripada atmosfera. Dari segi ekonomi, pembebasan nitrogen dari atmosfera adalah disebabkan oleh kos rendah kaedah mencairkan udara yang disucikan (wap air, CO2, habuk, dan kekotoran lain dikeluarkan). Kitaran pemampatan, penyejukan dan pengembangan udara sedemikian yang berturut-turut membawa kepada pencairannya. Udara cecair tertakluk kepada penyulingan pecahan dengan kenaikan suhu yang perlahan. Gas mulia dibebaskan dahulu, kemudian nitrogen, dan oksigen cecair kekal. Pemurnian dicapai dengan proses pecahan berulang. Kaedah ini menghasilkan berjuta-juta tan nitrogen setiap tahun, terutamanya untuk sintesis ammonia, yang merupakan bahan mentah dalam teknologi pengeluaran pelbagai sebatian yang mengandungi nitrogen untuk industri dan pertanian. Di samping itu, suasana nitrogen yang disucikan sering digunakan apabila kehadiran oksigen tidak boleh diterima.
Kaedah makmal. Nitrogen boleh didapati dalam kuantiti yang kecil di makmal cara yang berbeza, mengoksidakan ammonia atau ion ammonium, contohnya:
Proses pengoksidaan ion ammonium dengan ion nitrit adalah sangat mudah:
Kaedah lain juga diketahui - penguraian azida apabila dipanaskan, penguraian ammonia dengan kuprum(II) oksida, interaksi nitrit dengan asid sulfamik atau urea:
Penguraian katalitik ammonia pada suhu tinggi juga boleh menghasilkan nitrogen:
Ciri-ciri fizikal. Beberapa sifat fizikal nitrogen diberikan dalam jadual. 1.
Jadual 1. BEBERAPA SIFAT FIZIKAL NITROGEN
Ketumpatan, g/cm3 0.808 (cecair) Takat lebur, ° C -209.96 Takat didih, ° C -195.8 Suhu kritikal, ° C -147.1 Tekanan kritikal, atma 33.5 Ketumpatan kritikal, g/cm3 a 0.311 Muatan haba tentu, J/(molC) 14.56 (15° C) Keelektronegatifan Pauling 3 Jejari kovalen, 0.74 Jejari kristal , 1.4 (M3-) Keupayaan pengionan , Wb
pertama 14.54 saat 29.60
A Suhu dan tekanan di mana ketumpatan nitrogen cecair dan gas adalah sama.
b Jumlah tenaga yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron terluar pertama dan seterusnya, setiap 1 mol nitrogen atom.
Sifat kimia. Seperti yang telah dinyatakan, sifat utama nitrogen di bawah keadaan suhu dan tekanan yang normal ialah lengainya, atau aktiviti kimia yang rendah. Struktur elektronik nitrogen mengandungi pasangan elektron pada tahap 2s dan tiga orbital 2p separuh terisi, jadi satu atom nitrogen boleh mengikat tidak lebih daripada empat atom lain, i.e. nombor koordinasinya ialah empat. Saiz kecil atom juga mengehadkan bilangan atom atau kumpulan atom yang boleh dikaitkan dengannya. Oleh itu, banyak sebatian ahli subkumpulan VA yang lain sama ada tidak mempunyai analog di antara sebatian nitrogen sama sekali, atau sebatian nitrogen yang serupa ternyata tidak stabil. Jadi, PCl5 ialah sebatian yang stabil, tetapi NCl5 tidak wujud. Atom nitrogen mampu berikatan dengan atom nitrogen yang lain, membentuk beberapa sebatian yang agak stabil, seperti hidrazin N2H4 dan logam azida MN3. Jenis ikatan ini adalah luar biasa untuk unsur kimia (kecuali karbon dan silikon). Pada suhu tinggi, nitrogen bertindak balas dengan banyak logam untuk membentuk separa nitrida ionik MxNy. Dalam sebatian ini, nitrogen bercas negatif. Dalam jadual Jadual 2 menunjukkan keadaan pengoksidaan dan contoh sebatian yang sepadan.
Jadual 2. KEADAAN PENGOKSIDAAN NITROGEN DAN SEBATIAN SESUAI
Keadaan pengoksidaan Contoh sebatian
-III Ammonia NH3, ion ammonium NH4+, nitrida M3N2 -II Hidrazin N2H4 -I Hidroksilamin NH2OH I Natrium hiponitrit Na2N2O2, nitrik oksida(I) N2O II Nitrik oksida(II) NO III Nitrogen oksida N2O3, natrium nitrit NaNO2 IV ) NO2, dimer N2O4 V Nitrogen oksida (V) N2O5, asid nitrik HNO3 dan garamnya (nitrat) Nitrida. Sebatian nitrogen dengan lebih banyak unsur elektropositif, logam dan bukan logam - nitrida - adalah serupa dengan karbida dan hidrida. Mereka boleh dibahagikan bergantung kepada sifat Sambungan M-N kepada ion, kovalen dan dengan jenis ikatan pertengahan. Sebagai peraturan, ini adalah bahan kristal.
Nitrida ionik. Ikatan dalam sebatian ini melibatkan pemindahan elektron daripada logam kepada nitrogen untuk membentuk ion N3-. Nitrida tersebut termasuk Li3N, Mg3N2, Zn3N2 dan Cu3N2. Selain litium, logam alkali lain tidak membentuk subkumpulan IA nitrida. Nitrida ionik mempunyai takat lebur yang tinggi dan bertindak balas dengan air untuk membentuk NH3 dan logam hidroksida.
Nitrida kovalen. Apabila elektron nitrogen mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan bersama-sama dengan elektron unsur lain tanpa memindahkannya dari nitrogen ke atom lain, nitrida dengan ikatan kovalen terbentuk. Hidrogen nitrida (seperti ammonia dan hidrazin) adalah kovalen sepenuhnya, seperti halida nitrogen (NF3 dan NCl3). Nitrida kovalen termasuk, sebagai contoh, Si3N4, P3N5 dan BN - bahan putih yang sangat stabil, dan BN mempunyai dua pengubahsuaian alotropik: heksagon dan seperti berlian. Yang terakhir ini terbentuk pada tekanan dan suhu tinggi dan mempunyai kekerasan yang hampir dengan berlian.
Nitrida dengan jenis ikatan pertengahan. Unsur peralihan bertindak balas dengan NH3 pada suhu tinggi untuk membentuk kelas sebatian yang luar biasa di mana atom nitrogen diagihkan di antara atom logam yang dijarakkan secara tetap. Tiada anjakan elektron yang jelas dalam sebatian ini. Contoh nitrida tersebut ialah Fe4N, W2N, Mo2N, Mn3N2. Sebatian ini biasanya lengai sepenuhnya dan mempunyai kekonduksian elektrik yang baik.
Sebatian hidrogen nitrogen. Nitrogen dan hidrogen berinteraksi untuk membentuk sebatian yang samar-samar menyerupai hidrokarbon (lihat juga KIMIA ORGANIK). Kestabilan hidrogen nitrat berkurangan dengan peningkatan bilangan atom nitrogen dalam rantai, berbeza dengan hidrokarbon, yang stabil dalam rantai panjang. Hidrogen nitrida yang paling penting ialah ammonia NH3 dan hidrazin N2H4. Ini juga termasuk asid hidronitrik HNNN (HN3).
Ammonia NH3. Ammonia adalah salah satu produk industri terpenting dalam ekonomi moden. Pada akhir abad ke-20. Amerika Syarikat menghasilkan lebih kurang. 13 juta tan ammonia setiap tahun (dari segi ammonia kontang).
Struktur molekul. Molekul NH3 mempunyai struktur hampir piramid. Sudut Sambungan H-N-H ialah 107°, iaitu hampir dengan sudut tetrahedral 109°. Pasangan elektron tunggal adalah bersamaan dengan kumpulan terikat, menyebabkan nombor koordinasi nitrogen ialah 4 dan nitrogen terletak di tengah tetrahedron.
Sifat ammonia. Beberapa sifat fizikal ammonia berbanding dengan air diberikan dalam jadual. 3.
Jadual 3. BEBERAPA SIFAT FIZIKAL AMMONIA DAN AIR
Takat didih dan lebur ammonia jauh lebih rendah daripada air, walaupun terdapat persamaan berat molekul dan persamaan struktur molekul. Ini dijelaskan oleh kekuatan ikatan antara molekul yang agak besar dalam air berbanding ammonia (ikatan antara molekul sedemikian dipanggil ikatan hidrogen).
Ammonia sebagai pelarut. Pemalar dielektrik yang tinggi dan momen dipol ammonia cecair memungkinkan untuk menggunakannya sebagai pelarut untuk bahan tak organik polar atau ionik. Pelarut ammonia menempati kedudukan pertengahan antara air dan pelarut organik seperti etil alkohol. Logam alkali dan alkali tanah larut dalam ammonia, membentuk larutan biru tua. Ia boleh diandaikan bahawa pelarutan dan pengionan elektron valens berlaku dalam larutan mengikut skema
Warna biru dikaitkan dengan pelarutan dan pergerakan elektron atau mobiliti "lubang" dalam cecair. Pada kepekatan natrium yang tinggi dalam ammonia cecair, larutan mengambil warna gangsa dan sangat konduktif elektrik. Logam alkali yang tidak terikat boleh diasingkan daripada larutan tersebut dengan penyejatan ammonia atau penambahan natrium klorida. Larutan logam dalam ammonia adalah agen penurunan yang baik. Autoionisasi berlaku dalam ammonia cecair
serupa dengan proses yang berlaku di dalam air
Beberapa Sifat kimia kedua-dua sistem dibandingkan dalam jadual. 4. Cecair ammonia sebagai pelarut mempunyai kelebihan dalam beberapa kes di mana adalah mustahil untuk menjalankan tindak balas dalam air disebabkan oleh interaksi pesat komponen dengan air (contohnya, pengoksidaan dan pengurangan). Sebagai contoh, dalam ammonia cecair, kalsium bertindak balas dengan KCl untuk membentuk CaCl2 dan K, kerana CaCl2 tidak larut dalam ammonia cecair dan K larut, dan tindak balas berlaku sepenuhnya. Dalam air, tindak balas sedemikian adalah mustahil kerana interaksi pesat Ca dengan air. Pengeluaran ammonia. Gas NH3 dibebaskan daripada garam ammonium di bawah tindakan bes yang kuat, contohnya, NaOH:
Kaedah ini terpakai dalam keadaan makmal. Pengeluaran kecil ammonia juga berasaskan hidrolisis nitrida, contohnya Mg3N2, dengan air. Kalsium cyanamide CaCN2 juga membentuk ammonia apabila berinteraksi dengan air. Kaedah perindustrian utama untuk menghasilkan ammonia ialah sintesis pemangkinnya daripada nitrogen atmosfera dan hidrogen pada suhu dan tekanan tinggi:
Hidrogen untuk sintesis ini diperoleh melalui keretakan haba hidrokarbon, tindakan wap air pada arang batu atau besi, penguraian alkohol dengan wap air, atau elektrolisis air. Banyak paten telah diperoleh untuk sintesis ammonia, berbeza dalam keadaan proses (suhu, tekanan, pemangkin). Terdapat kaedah pengeluaran perindustrian melalui penyulingan haba arang batu. Nama F. Haber dan K. Bosch dikaitkan dengan perkembangan teknologi sintesis ammonia.
Sifat kimia ammonia. Sebagai tambahan kepada tindak balas yang dinyatakan dalam jadual. 4, ammonia bertindak balas dengan air untuk membentuk sebatian NH3НH2O, yang sering tersilap dianggap sebagai ammonium hidroksida NH4OH; sebenarnya, kewujudan NH4OH dalam larutan belum dibuktikan. Larutan akueus ammonia (“ammonia”) kebanyakannya terdiri daripada NH3, H2O dan kepekatan kecil ion NH4+ dan OH- yang terbentuk semasa penceraian
Sifat asas ammonia dijelaskan dengan kehadiran pasangan elektron tunggal nitrogen:NH3. Oleh itu, NH3 ialah bes Lewis, yang mempunyai aktiviti nukleofilik tertinggi, dimanifestasikan dalam bentuk perkaitan dengan proton, atau nukleus atom hidrogen:
Mana-mana ion atau molekul yang mampu menerima pasangan elektron (sebatian elektrofilik) akan bertindak balas dengan NH3 untuk membentuk sebatian koordinasi. Sebagai contoh:
Simbol Mn+ mewakili ion logam peralihan (subkumpulan B bagi jadual berkala, contohnya, Cu2+, Mn2+, dsb.). Mana-mana asid protik (iaitu mengandungi H) bertindak balas dengan ammonia dalam larutan akueus untuk membentuk garam ammonium, seperti ammonium nitrat NH4NO3, ammonium klorida NH4Cl, ammonium sulfat (NH4)2SO4, ammonium fosfat (NH4)3PO4. Garam ini digunakan secara meluas dalam pertanian sebagai baja untuk memasukkan nitrogen ke dalam tanah. Ammonium nitrat juga digunakan sebagai bahan letupan yang murah; ia pertama kali digunakan dengan bahan api petroleum (minyak diesel). Larutan berair ammonia digunakan secara langsung untuk dimasukkan ke dalam tanah atau dengan air pengairan. Urea NH2CONH2, diperoleh melalui sintesis daripada ammonia dan karbon dioksida, juga merupakan baja. Gas ammonia bertindak balas dengan logam seperti Na dan K untuk membentuk amida:
Ammonia juga bertindak balas dengan hidrida dan nitrida untuk membentuk amida:
Amida logam alkali (contohnya, NaNH2) bertindak balas dengan N2O apabila dipanaskan, membentuk azida:
NH3 bergas mengurangkan oksida logam berat kepada logam pada suhu tinggi, nampaknya disebabkan oleh hidrogen yang dihasilkan oleh penguraian ammonia kepada N2 dan H2:
Atom hidrogen dalam molekul NH3 boleh digantikan dengan halogen. Iodin bertindak balas dengan larutan pekat NH3, membentuk campuran bahan yang mengandungi NI3. Bahan ini sangat tidak stabil dan meletup pada kesan mekanikal yang sedikit. Tindak balas NH3 dengan Cl2 menghasilkan chloramines NCl3, NHCl2 dan NH2Cl. Apabila ammonia terdedah kepada natrium hipoklorit NaOCl (terbentuk daripada NaOH dan Cl2), hasil akhir ialah hidrazin:
Hidrazin. Tindak balas di atas mewakili kaedah untuk menghasilkan hidrazin monohidrat dengan komposisi N2H4ЧH2O. Hidrazin kontang dibentuk melalui penyulingan khas monohidrat dengan BaO atau bahan penyingkiran air yang lain. Sifat hidrazin adalah serupa sedikit dengan hidrogen peroksida H2O2. Hidrazin kontang tulen ialah cecair tidak berwarna, higroskopik, mendidih pada 113.5° C; larut dengan baik dalam air, membentuk asas yang lemah
Dalam persekitaran berasid (H+), hidrazin membentuk garam hidrazonium larut daripada jenis []+X-. Kemudahan hidrazin dan beberapa derivatifnya (seperti metilhidrazin) bertindak balas dengan oksigen membolehkan ia digunakan sebagai komponen bahan api roket cecair. Hidrazin dan semua derivatifnya adalah sangat toksik. Nitrogen oksida. Dalam sebatian dengan oksigen, nitrogen mempamerkan semua keadaan pengoksidaan, membentuk oksida: N2O, NO, N2O3, NO2 (N2O4), N2O5. Terdapat sedikit maklumat mengenai pembentukan nitrogen peroksida (NO3, NO4). Nitrogen(I) oksida N2O (dianitrogen monoksida) diperoleh daripada pemisahan haba ammonium nitrat:
Molekul mempunyai struktur linear
N2O agak lengai pada suhu bilik, tetapi pada suhu tinggi ia boleh menyokong pembakaran bahan mudah teroksida. N2O, dikenali sebagai gas ketawa, digunakan untuk anestesia ringan dalam perubatan. Nitrogen oksida (II) NO ialah gas tidak berwarna, salah satu produk penceraian haba pemangkin ammonia dengan kehadiran oksigen:
NO juga terbentuk semasa penguraian haba asid nitrik atau semasa tindak balas kuprum dengan asid nitrik cair:
NO boleh dihasilkan melalui sintesis daripada bahan ringkas (N2 dan O2) pada suhu yang sangat tinggi, contohnya, dalam nyahcas elektrik. Struktur molekul NO mempunyai satu elektron tidak berpasangan. Sambungan dengan struktur sedemikian berinteraksi dengan elektrik dan medan magnet. Dalam keadaan cecair atau pepejal, oksida mempunyai warna biru kerana elektron tidak berpasangan menyebabkan perkaitan separa dalam keadaan cair dan dimerisasi lemah dalam keadaan pepejal: 2NO N2O2. Nitrik oksida (III) N2O3 (nitrogen trioksida) - asid nitrus anhidrida: N2O3 + H2O 2HNO2. N2O3 tulen boleh didapati sebagai cecair biru dengan suhu rendah(-20° C) daripada campuran equimolecular NO dan NO2. N2O3 hanya stabil dalam keadaan pepejal pada suhu rendah (takat lebur -102.3 ° C); dalam keadaan cecair dan gas ia sekali lagi terurai menjadi NO dan NO2. Nitrik oksida (IV) NO2 (nitrogen dioksida) juga mempunyai elektron tidak berpasangan dalam molekul (lihat nitrik oksida (II) di atas). Struktur molekul mengandaikan ikatan tiga elektron, dan molekul mempamerkan sifat radikal bebas (satu garis sepadan dengan dua elektron berpasangan):
NO2 diperoleh melalui pengoksidaan pemangkin ammonia dalam oksigen berlebihan atau pengoksidaan NO dalam udara:
dan juga dengan tindak balas:
Pada suhu bilik, NO2 ialah gas perang gelap yang mempunyai sifat magnetik kerana kehadiran elektron tidak berpasangan. Pada suhu di bawah 0° C, molekul NO2 dimerisasi menjadi dinitrogen tetroksida, dan pada -9.3° C, dimerisasi berlaku sepenuhnya: 2NO2 N2O4. Dalam keadaan cair, hanya 1% NO2 tidak termerisasi, dan pada 100° C 10% N2O4 kekal dalam bentuk dimer. NO2 (atau N2O4) bertindak balas dalam air suam dengan pembentukan asid nitrik: 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO. Oleh itu, teknologi NO2 adalah sangat penting sebagai peringkat pertengahan dalam pengeluaran produk penting industri - asid nitrik. Nitrik oksida (V) N2O5 (anhidrida nitrik usang) ialah bahan kristal putih yang diperoleh dengan menyahhidrat asid nitrik dengan kehadiran fosforus oksida P4O10:
N2O5 mudah larut dalam lembapan udara, sekali lagi membentuk HNO3. Sifat N2O5 ditentukan oleh keseimbangan
N2O5 ialah agen pengoksidaan yang baik, ia bertindak balas dengan mudah, kadangkala ganas, dengan logam dan sebatian organik dan dalam keadaan tulen ia meletup apabila dipanaskan. Struktur kemungkinan N2O5 boleh diwakili sebagai
Nitrogen oksoasid. Untuk nitrogen, tiga asid okso diketahui: H2N2O2 hiponitrogen, HNO2 nitrogen dan HNO3 asid nitrik. Asid hiponitrous H2N2O2 adalah sebatian yang sangat tidak stabil, terbentuk dalam medium bukan akueus daripada garam logam berat - hiponitrit, di bawah tindakan asid lain: M2N2O2 + 2HX 2MX + H2N2O2. Apabila larutan tersejat, bahan letupan putih terbentuk dengan struktur dijangka H-O-N=N-O-H.
Asid nitrus HNO2 tidak wujud dalam bentuk tulen, walau bagaimanapun, larutan akueus dengan kepekatan rendahnya terbentuk dengan menambahkan asid sulfurik kepada barium nitrit:
Asid nitrus juga terbentuk apabila campuran equimolar NO dan NO2 (atau N2O3) dilarutkan dalam air. Asid nitrus lebih kuat sedikit daripada asid asetik. Keadaan pengoksidaan nitrogen di dalamnya ialah +3 (strukturnya ialah H-O-N=O), i.e. ia boleh menjadi kedua-dua agen pengoksidaan dan agen penurunan. Di bawah pengaruh agen penurunan ia biasanya dikurangkan kepada NO, dan apabila berinteraksi dengan agen pengoksidaan ia dioksidakan kepada asid nitrik. Kadar pelarutan beberapa bahan, seperti logam atau ion iodida, dalam asid nitrik bergantung kepada kepekatan asid nitrus yang hadir sebagai bendasing. Garam asid nitrus - nitrit - larut dengan baik dalam air, kecuali nitrit perak. NaNO2 digunakan dalam penghasilan pewarna. Asid nitrik HNO3 adalah salah satu produk bukan organik yang paling penting bagi utama industri kimia. Ia digunakan dalam teknologi banyak bahan bukan organik dan organik lain, seperti bahan letupan, baja, polimer dan gentian, pewarna, farmaseutikal, dll.
lihat juga UNSUR KIMIA.
SASTERA
Buku Panduan Nitrogenist. M., 1969 Nekrasov B.V. Asas kimia am. M., 1973 Masalah penetapan nitrogen. Bukan organik dan kimia fizikal. M., 1982
Ensiklopedia Collier. - Masyarakat Terbuka. 2000 .
sinonim:Lihat apa "NITROGEN" dalam kamus lain:
- (N) unsur kimia, gas, tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau; membentuk 4/5 (79%) udara; pukul berat 0.972; berat atom 14; terpeluwap menjadi cecair pada 140 °C. dan tekanan 200 atmosfera; komponen banyak bahan tumbuhan dan haiwan. Kamus… … Kamus perkataan asing Bahasa Rusia
NITROGEN- NITROGEN, kimia. unsur, simbol N (French AZ), nombor siri 7, di. V. 14.008; takat didih 195.7°; 1 l A. pada tekanan 0° dan 760 mm. berat 1.2508 g [lat. Nitrogenium ("menjana saltpeter"), Jerman. Stickstoff (“mencekik… … Besar ensiklopedia perubatan
- (lat. Nitrogenium) N, unsur kimia kumpulan V jadual berkala, nombor atom 7, jisim atom 14.0067. Nama itu berasal dari bahasa Yunani awalan negatif dan zoe life (tidak menyokong pernafasan atau pembakaran). Nitrogen bebas terdiri daripada 2 atom... ... Kamus Ensiklopedia Besar
nitrogen- a m. azote m. Arab. 1787. Lexis.1. ahli alkimia Perkara pertama logam ialah merkuri logam. Sl. 18. Paracelsus berangkat ke akhir dunia, menawarkan kepada setiap orang Laudanum dan Azothnya dengan harga yang sangat berpatutan, untuk penyembuhan semua yang mungkin... ... Kamus Sejarah Gallicisms bahasa Rusia
- (Nitrogenium), N, unsur kimia kumpulan V sistem berkala, nombor atom 7, jisim atom 14.0067; gas, takat didih 195.80 shs. Nitrogen ialah komponen utama udara (78.09% mengikut isipadu), merupakan sebahagian daripada semua organisma hidup (dalam badan manusia... ... Ensiklopedia moden
Nitrogen- (Nitrogenium), N, unsur kimia kumpulan V sistem berkala, nombor atom 7, jisim atom 14.0067; gas, takat didih 195.80 °C. Nitrogen ialah komponen utama udara (78.09% mengikut isipadu), merupakan sebahagian daripada semua organisma hidup (dalam badan manusia... ... Bergambar Kamus ensiklopedia
- (tanda kimia N, berat atom 14) salah satu unsur kimia; gas tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa; sangat sedikit larut dalam air. Graviti tertentu itu 0.972. Pictet di Geneva dan Calhet di Paris berjaya memeluwap nitrogen dengan meletakkannya pada tekanan tinggi... Ensiklopedia Brockhaus dan Efron
(menurut Pauling)
| N | 7 |
| 14,00674 | |
| 2s 2 2p 3 | |
| Nitrogen | |
Nitrogen, dalam bentuk molekul N2 diatomik, membentuk sebahagian besar atmosfera, di mana kandungannya adalah 75.6% (mengikut jisim) atau 78.084% (mengikut isipadu), iaitu kira-kira 3.87 10 15 tan.
Jisim nitrogen yang terlarut dalam hidrosfera, dengan mengambil kira bahawa proses pembubaran nitrogen atmosfera dalam air dan pembebasannya ke atmosfera berlaku serentak, adalah kira-kira 2 10 13 tan, di samping itu, kira-kira 7 10 11 tan nitrogen terkandung. dalam hidrosfera dalam bentuk sebatian.
Peranan biologi
Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk kewujudan haiwan dan tumbuhan, ia adalah sebahagian daripada protein (16-18% mengikut berat), asid amino, asid nukleik, nukleoprotein, klorofil, hemoglobin, dll. Dalam komposisi sel hidup, bilangan daripada atom nitrogen adalah kira-kira 2%, mengikut pecahan jisim - kira-kira 2.5% (tempat keempat selepas hidrogen, karbon dan oksigen). Disebabkan ini jumlah yang ketara nitrogen terikat ditemui dalam organisma hidup, "bahan organik mati" dan bahan terpencar di laut dan lautan. Jumlah ini dianggarkan kira-kira 1.9 10 11 tan. Akibat daripada proses reput dan penguraian bahan organik yang mengandungi nitrogen, tertakluk kepada faktor yang menggalakkan persekitaran, deposit semulajadi mineral yang mengandungi nitrogen boleh membentuk, sebagai contoh, "Chilean nitrate" (natrium nitrat dengan campuran sebatian lain), Norwegian, nitrat India.
Kitaran nitrogen dalam alam semula jadi
Kitaran nitrogen dalam alam semula jadi
Penetapan nitrogen atmosfera dalam alam semula jadi berlaku dalam dua arah utama - abiogenik dan biogenik. Laluan pertama melibatkan terutamanya tindak balas nitrogen dengan oksigen. Oleh kerana nitrogen secara kimia sangat lengai, sejumlah besar tenaga (suhu tinggi) diperlukan untuk pengoksidaan. Keadaan ini dicapai semasa sambaran petir apabila suhu mencapai 25,000 °C atau lebih. Dalam kes ini, pembentukan pelbagai oksida nitrogen berlaku. Terdapat juga kemungkinan penetapan abiotik berlaku akibat tindak balas fotokatalitik pada permukaan semikonduktor atau dielektrik jalur lebar (pasir padang pasir).
Walau bagaimanapun, bahagian utama nitrogen molekul (kira-kira 1.4·10 8 t/tahun) ditetapkan secara bio. Untuk masa yang lama dipercayai bahawa hanya sebilangan kecil spesies mikroorganisma (walaupun tersebar luas di permukaan Bumi) boleh mengikat nitrogen molekul: bakteria Azotobacter Dan Clostridium, bakteria nodul tumbuhan kekacang Rhizobium, sianobakteria Anabaena, Nostoc dan lain-lain. Kini diketahui bahawa banyak organisma lain dalam air dan tanah mempunyai keupayaan ini, contohnya, actinomycetes dalam ubi alder dan pokok lain (160 spesies keseluruhannya). Kesemuanya menukarkan nitrogen molekul kepada sebatian ammonium (NH 4 +). Proses ini memerlukan perbelanjaan tenaga yang ketara (untuk membetulkan 1 g nitrogen atmosfera, bakteria dalam nodul kekacang menggunakan kira-kira 167.5 kJ, iaitu, mereka mengoksidakan kira-kira 10 g glukosa). Oleh itu, manfaat bersama daripada simbiosis tumbuhan dan bakteria pengikat nitrogen dapat dilihat - yang pertama memberikan yang kedua dengan "tempat tinggal" dan membekalkan "bahan api" yang diperolehi hasil fotosintesis - glukosa, yang terakhir menyediakan nitrogen. diperlukan untuk tumbuhan dalam bentuk yang boleh diserap.
Nitrogen dalam bentuk ammonia dan sebatian ammonium, hasil daripada proses penetapan nitrogen biogenik, cepat teroksida kepada nitrat dan nitrit (proses ini dipanggil nitrifikasi). Yang terakhir, tidak dihubungkan oleh tisu tumbuhan (dan seterusnya di sepanjang rantai makanan oleh herbivor dan pemangsa), tidak kekal di dalam tanah untuk masa yang lama. Kebanyakan nitrat dan nitrit sangat larut, jadi ia dihanyutkan oleh air dan akhirnya berakhir di lautan dunia (aliran ini dianggarkan pada 2.5-8·10 7 t/tahun).
Nitrogen yang termasuk dalam tisu tumbuhan dan haiwan, selepas kematian mereka, mengalami ammonifikasi (penguraian sebatian kompleks yang mengandungi nitrogen dengan pembebasan ammonia dan ion ammonium) dan denitrifikasi, iaitu pembebasan nitrogen atom, serta oksidanya. . Proses ini berlaku sepenuhnya disebabkan oleh aktiviti mikroorganisma di bawah keadaan aerobik dan anaerobik.
Dengan ketiadaan aktiviti manusia, proses penetapan nitrogen dan nitrifikasi hampir seimbang sepenuhnya oleh tindak balas penyahtindahan yang bertentangan. Sebahagian daripada nitrogen memasuki atmosfera dari mantel dengan letusan gunung berapi, sebahagiannya terpaku kukuh di dalam tanah dan mineral tanah liat, di samping itu, nitrogen sentiasa bocor dari lapisan atas atmosfera ke ruang antara planet.
Toksikologi nitrogen dan sebatiannya
Nitrogen atmosfera sendiri cukup lengai untuk memberi kesan langsung pada tubuh manusia dan mamalia. Walau bagaimanapun, dengan tekanan darah tinggi, ia menyebabkan narkosis, mabuk atau sesak nafas (kerana kekurangan oksigen); Apabila tekanan berkurangan dengan cepat, nitrogen menyebabkan penyakit penyahmampatan.
Banyak sebatian nitrogen sangat aktif dan selalunya toksik.
resit
Di makmal ia boleh didapati dengan tindak balas penguraian ammonium nitrit:
NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O
Tindak balas adalah eksotermik, membebaskan 80 kcal (335 kJ), jadi bekas mesti disejukkan semasa ia berlaku (walaupun ammonium nitrit mesti dipanaskan untuk memulakan tindak balas).
Dalam amalan, tindak balas ini dilakukan dengan menambah titisan larutan tepu natrium nitrit kepada larutan tepu ammonium sulfat yang dipanaskan, dan ammonium nitrit yang terbentuk akibat tindak balas pertukaran serta-merta terurai.
Gas yang dibebaskan dalam kes ini tercemar dengan ammonia, nitrogen oksida (I) dan oksigen, daripadanya ia ditulenkan dengan melalui larutan asid sulfurik, besi (II) sulfat dan kuprum panas secara berturut-turut. Nitrogen kemudian dikeringkan.
Kaedah makmal lain untuk menghasilkan nitrogen ialah memanaskan campuran kalium dikromat dan ammonium sulfat (dalam nisbah 2:1 mengikut berat). Tindak balas berlaku mengikut persamaan:
K 2 Cr 2 O 7 + (NH 4) 2 SO 4 = (NH 4) 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 →(t) Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O
Nitrogen yang paling tulen boleh diperolehi dengan penguraian azida logam:
2NaN 3 →(t) 2Na + 3N 2
Nitrogen "udara" atau "atmosfera" yang dipanggil, iaitu, campuran nitrogen dengan gas mulia, diperoleh dengan bertindak balas udara dengan kok panas:
O 2 + 4N 2 + 2C → 2CO + 4N 2
Ini menghasilkan gas yang dipanggil "penjana" atau "udara" - bahan mentah untuk sintesis kimia dan bahan api. Jika perlu, nitrogen boleh diasingkan daripadanya dengan menyerap karbon monoksida.
Nitrogen molekul dihasilkan secara industri melalui penyulingan pecahan udara cecair. Kaedah ini juga boleh digunakan untuk mendapatkan "nitrogen atmosfera". Tumbuhan nitrogen yang menggunakan kaedah penjerapan dan pemisahan gas membran juga digunakan secara meluas.
Salah satu kaedah makmal ialah menghantar ammonia ke atas kuprum (II) oksida pada suhu ~700°C:
2NH 3 + 3CuO → N 2 + 3H 2 O + 3Cu
Ammonia diambil daripada larutan tepunya dengan memanaskan. Jumlah CuO adalah 2 kali lebih besar daripada yang dikira. Sejurus sebelum digunakan, nitrogen ditulenkan daripada oksigen dan ammonia dengan melepasi kuprum dan oksidanya (II) (juga ~700°C), kemudian dikeringkan dengan asid sulfurik pekat dan alkali kering. Prosesnya agak perlahan, tetapi ia berbaloi: gas yang diperolehi sangat bersih.
Hartanah
Ciri-ciri fizikal
Spektrum pelepasan garis optik nitrogen
Dalam keadaan biasa, nitrogen ialah gas tidak berwarna, tidak berbau, dan sedikit larut dalam air (2.3 ml/100g pada 0 °C, 0.8 ml/100g pada 80 °C).
Dalam keadaan cecair (takat didih -195.8 °C) ia adalah cecair mudah alih yang tidak berwarna seperti air. Apabila bersentuhan dengan udara, ia menyerap oksigen daripadanya.
Pada -209.86 °C, nitrogen bertukar menjadi keadaan pepejal dalam bentuk jisim seperti salji atau kristal putih salji yang besar. Apabila bersentuhan dengan udara, ia menyerap oksigen daripadanya dan mencair, membentuk larutan oksigen dalam nitrogen.
Tiga pengubahsuaian kristal nitrogen pepejal diketahui. Dalam julat 36.61 - 63.29 K terdapat fasa β-N 2 dengan pembungkusan rapat heksagon, kumpulan ruang P6 3/mmc, parameter kekisi a=3.93 Å dan c=6.50 Å. Pada suhu di bawah 36.61 K, fasa α-N 2 dengan kekisi padu adalah stabil, mempunyai kumpulan ruang Pa3 atau P2 1 3 dan tempoh a = 5.660 Å. Di bawah tekanan lebih daripada 3500 atmosfera dan suhu di bawah 83 K, fasa heksagon γ-N 2 terbentuk.
Sifat kimia, struktur molekul
Nitrogen dalam keadaan bebas wujud dalam bentuk molekul N 2 diatomik, konfigurasi elektroniknya diterangkan dengan formula σ s ²σ s *2 π x, y 4 σ z ², yang sepadan dengan ikatan rangkap tiga antara molekul nitrogen N ≡N (panjang ikatan d N≡N = 0.1095 nm). Akibatnya, molekul nitrogen sangat kuat untuk tindak balas penceraian N 2 ↔ 2N entalpi pembentukan spesifik ΔH° 298 =945 kJ, pemalar kadar tindak balas K 298 =10 -120, iaitu, penceraian molekul nitrogen secara praktikal tidak berlaku dalam keadaan normal (keseimbangan hampir sepenuhnya beralih ke kiri). Molekul nitrogen adalah nonpolar dan terpolarisasi lemah, daya interaksi antara molekul sangat lemah, oleh itu, dalam keadaan normal, nitrogen adalah gas.
Walaupun pada 3000 °C, tahap pemisahan haba N 2 hanya 0.1%, dan hanya pada suhu kira-kira 5000 °C mencapai beberapa peratus (pada tekanan normal). Dalam lapisan atmosfera yang tinggi, pemisahan fotokimia molekul N 2 berlaku. Dalam keadaan makmal, adalah mungkin untuk mendapatkan nitrogen atom dengan melepasi gas N 2 di bawah nyahcas kuat melalui medan nyahcas elektrik frekuensi tinggi. Nitrogen atom jauh lebih aktif daripada nitrogen molekul: khususnya, pada suhu biasa ia bertindak balas dengan sulfur, fosforus, arsenik dan beberapa logam, sebagai contoh, co.
Oleh kerana kekuatan molekul nitrogen yang hebat, banyak sebatiannya adalah endotermik, entalpi pembentukannya adalah negatif, dan sebatian nitrogen secara terma tidak stabil dan agak mudah terurai apabila dipanaskan. Itulah sebabnya nitrogen di Bumi kebanyakannya berada dalam keadaan bebas.
Oleh kerana lengainya yang ketara, nitrogen bertindak balas hanya dengan litium dalam keadaan normal:
6Li + N 2 → 2Li 3 N,
apabila dipanaskan, ia bertindak balas dengan beberapa logam dan bukan logam lain, juga membentuk nitrida:
3Mg + N 2 → Mg 3 N 2,
Hidrogen nitrida (ammonia) adalah kepentingan praktikal yang paling besar:
Penetapan industri nitrogen atmosfera
Sebatian nitrogen digunakan secara meluas dalam kimia; adalah mustahil untuk menyenaraikan semua kawasan di mana bahan yang mengandungi nitrogen digunakan: ini adalah industri baja, bahan letupan, pewarna, ubat-ubatan, dll. Walaupun kuantiti nitrogen yang besar boleh didapati secara literal "dari udara," disebabkan oleh kekuatan molekul nitrogen N 2 yang diterangkan di atas, masalah mendapatkan sebatian yang mengandungi nitrogen dari udara telah lama kekal tidak dapat diselesaikan; Kebanyakan sebatian nitrogen telah diekstrak daripada mineralnya, seperti saltpeter Chile. Walau bagaimanapun, pengurangan rizab mineral ini, serta keperluan yang semakin meningkat untuk sebatian nitrogen, memaksa kerja pada penetapan industri nitrogen atmosfera dipercepatkan.
Kaedah ammonia yang paling biasa untuk menetapkan nitrogen atmosfera. Tindak balas boleh balik sintesis ammonia:
3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3
eksotermik (kesan terma 92 kJ) dan datang dengan penurunan dalam jumlah, oleh itu, untuk mengalihkan keseimbangan ke kanan mengikut prinsip Le Chatelier-Brown, adalah perlu untuk menyejukkan campuran dan tekanan tinggi. Walau bagaimanapun, dari sudut pandangan kinetik, menurunkan suhu adalah tidak baik, kerana ini sangat mengurangkan kadar tindak balas - sudah pada 700 °C kadar tindak balas terlalu rendah untuk kegunaan praktikal.
Dalam kes sedemikian, pemangkinan digunakan kerana mangkin yang sesuai membolehkan kadar tindak balas ditingkatkan tanpa mengalihkan keseimbangan. Dalam proses mencari pemangkin yang sesuai, kira-kira dua puluh ribu telah diuji. pelbagai sambungan. Berdasarkan gabungan sifat (aktiviti pemangkin, ketahanan terhadap keracunan, kos rendah), pemangkin yang paling banyak digunakan ialah pemangkin berasaskan besi logam dengan campuran aluminium dan kalium oksida. Proses ini dijalankan pada suhu 400–600°C dan tekanan 10–1000 atmosfera.
Perlu diingatkan bahawa pada tekanan melebihi 2000 atmosfera, sintesis ammonia daripada campuran hidrogen dan nitrogen berlaku pada kelajuan tinggi dan tanpa mangkin. Sebagai contoh, pada 850 °C dan 4500 atmosfera, hasil produk ialah 97%.
Terdapat satu lagi kaedah yang kurang biasa untuk pengikatan industri nitrogen atmosfera - kaedah sianamida, berdasarkan tindak balas kalsium karbida dengan nitrogen pada 1000 °C. Tindak balas berlaku mengikut persamaan:
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C.
Tindak balas adalah eksotermik, kesan habanya ialah 293 kJ.
Setiap tahun, kira-kira 1·10 6 tan nitrogen dikeluarkan dari atmosfera Bumi secara industri. Proses mendapatkan nitrogen diterangkan secara terperinci di sini GRASYS
Sebatian nitrogen
Keadaan pengoksidaan nitrogen dalam sebatian ialah −3, −2, −1, +1, +2, +3, +4, +5.Sebatian nitrogen dalam keadaan pengoksidaan −3 diwakili oleh nitrida, di mana ammonia secara praktikal adalah yang paling penting;
Sebatian nitrogen dalam keadaan pengoksidaan −2 adalah kurang tipikal, diwakili oleh pernitrida, yang mana yang paling penting ialah hidrogen pernitrida N2H4 atau hidrazin (terdapat juga hidrogen pernitrida N2H2, diimida yang sangat tidak stabil);
Sebatian nitrogen dalam keadaan pengoksidaan −1 NH2OH (hydroxylamine) ialah bes tidak stabil yang digunakan, bersama-sama dengan garam hidroksilammonium, dalam sintesis organik;
Sebatian nitrogen dalam keadaan pengoksidaan +1 nitrik oksida (I) N2O (nitrogen oksida, gas ketawa);
Sebatian nitrogen dalam keadaan pengoksidaan +2 nitrik oksida (II) NO (nitrogen monoksida);
Sebatian nitrogen dalam keadaan pengoksidaan +3 nitrogen oksida (III) N2O3, asid nitrus, terbitan anion NO2-, nitrogen trifluorida NF3;
Sebatian nitrogen dalam keadaan pengoksidaan +4 nitrogen oksida (IV) NO2 (nitrogen dioksida, gas perang);
Sebatian nitrogen dalam keadaan pengoksidaan +5 - oksida nitrik (V) N2O5, asid nitrik dan garamnya - nitrat, dsb.
Penggunaan dan aplikasi
Nitrogen cecair mendidih rendah dalam bikar logam.
Nitrogen cecair digunakan sebagai penyejuk dan untuk krioterapi.
Aplikasi industri gas nitrogen adalah disebabkan oleh sifat lengainya. Nitrogen gas adalah kalis api dan letupan, menghalang pengoksidaan dan reput. Dalam petrokimia, nitrogen digunakan untuk membersihkan tangki dan saluran paip, memeriksa operasi saluran paip di bawah tekanan, dan meningkatkan pengeluaran ladang. Dalam perlombongan, nitrogen boleh digunakan untuk mencipta persekitaran kalis letupan di lombong dan untuk mengembangkan lapisan batuan. Dalam pembuatan elektronik, nitrogen digunakan untuk membersihkan kawasan yang tidak membenarkan kehadiran oksigen pengoksidaan. Dalam proses yang secara tradisinya dijalankan menggunakan udara, jika pengoksidaan atau pereputan adalah faktor negatif, nitrogen boleh berjaya menggantikan udara.
Bidang penggunaan nitrogen yang penting ialah penggunaannya untuk sintesis lanjut pelbagai jenis sebatian yang mengandungi nitrogen, seperti ammonia, baja nitrogen, bahan letupan, pewarna, dll. Kuantiti nitrogen yang besar digunakan dalam pengeluaran kok ("pelindapkejutan kering kok") semasa memunggah kok daripada bateri ketuhar kok, serta untuk "menekan" bahan api dalam roket dari tangki ke pam atau enjin.
Dalam industri makanan, nitrogen didaftarkan sebagai bahan tambahan makanan E941, sebagai medium gas untuk pembungkusan dan penyimpanan, penyejuk, dan nitrogen cecair digunakan semasa membotolkan minyak dan minuman bukan berkarbonat untuk mencipta tekanan berlebihan dan persekitaran lengai dalam bekas lembut.
Nitrogen cecair sering ditunjukkan dalam filem sebagai bahan yang boleh membekukan objek yang agak besar serta-merta. Ini adalah kesilapan biasa. Malah membekukan bunga memerlukan masa yang agak lama. Ini sebahagiannya disebabkan oleh kapasiti haba nitrogen yang sangat rendah. Atas sebab yang sama, sangat sukar untuk menyejukkan, katakan, mengunci kepada -196 °C dan membelahnya dengan satu pukulan.
Satu liter nitrogen cecair, menguap dan memanaskan hingga 20 °C, membentuk kira-kira 700 liter gas. Atas sebab ini, nitrogen cecair disimpan dalam kelalang Dewar berpenebat vakum khas. jenis terbuka atau salur tekanan kriogenik. Prinsip memadamkan api dengan nitrogen cecair adalah berdasarkan fakta yang sama. Dengan penyejatan, nitrogen menyesarkan oksigen yang diperlukan untuk pembakaran, dan api berhenti. Memandangkan nitrogen, tidak seperti air, buih atau serbuk, hanya sejat dan hilang, pemadam api nitrogen adalah mekanisme pemadam api yang paling berkesan dari segi pemeliharaan barang berharga.
Membekukan makhluk hidup dengan nitrogen cecair dengan kemungkinan penyahbekuan seterusnya adalah bermasalah. Masalahnya ialah ketidakupayaan untuk membekukan (dan membekukan) makhluk dengan cukup cepat supaya ketidakhomogenan pembekuan tidak menjejaskan fungsi pentingnya. Stanislaw Lem, berkhayal tentang topik ini dalam bukunya "Fiasco," menghasilkan sistem pembekuan nitrogen kecemasan di mana hos nitrogen, mengetuk gigi, ditusuk ke dalam mulut angkasawan dan aliran nitrogen yang banyak dibekalkan di dalamnya.
Penandaan silinder
Silinder nitrogen dicat hitam dan mesti mempunyai tulisan warna kuning dan jalur coklat (normal
Unsur kimia nitrogen hanya membentuk satu bahan ringkas. Bahan ini adalah gas dan dibentuk oleh molekul diatomik, i.e. mempunyai formula N 2. Walaupun fakta bahawa unsur kimia nitrogen mempunyai keelektronegatifan tinggi, nitrogen molekul N2 adalah bahan yang sangat lengai. Berkondisi fakta ini hakikat bahawa molekul nitrogen mengandungi ikatan rangkap tiga yang sangat kuat (N≡N). Atas sebab ini, hampir semua tindak balas dengan nitrogen berlaku hanya pada suhu tinggi.
Interaksi nitrogen dengan logam
Satu-satunya bahan yang bertindak balas dengan nitrogen dalam keadaan normal ialah litium:
Fakta yang menarik ialah dengan yang lain logam aktif, iaitu tanah beralkali dan beralkali, nitrogen bertindak balas hanya apabila dipanaskan:
Interaksi nitrogen dengan logam aktiviti sederhana dan rendah (kecuali Pt dan Au) juga mungkin, tetapi memerlukan suhu yang lebih tinggi.
Interaksi nitrogen dengan bukan logam
Nitrogen bertindak balas dengan hidrogen apabila dipanaskan dengan kehadiran pemangkin. Tindak balas boleh diterbalikkan, oleh itu, untuk meningkatkan hasil ammonia dalam industri, proses itu dijalankan pada tekanan tinggi:
Sebagai agen pengurangan, nitrogen bertindak balas dengan fluorin dan oksigen. Tindak balas dengan fluorin berlaku di bawah tindakan nyahcas elektrik:
Tindak balas dengan oksigen berlaku di bawah pengaruh nyahcas elektrik atau pada suhu lebih daripada 2000 o C dan boleh diterbalikkan:
Daripada bukan logam, nitrogen tidak bertindak balas dengan halogen dan sulfur.
Interaksi nitrogen dengan bahan kompleks
Sifat kimia fosforus
Terdapat beberapa pengubahsuaian alotropik fosforus, khususnya fosforus putih, fosforus merah dan fosforus hitam.
Fosforus putih dibentuk oleh molekul P4 tetraatomik dan bukan pengubahsuaian fosforus yang stabil. beracun. Pada suhu bilik ia lembut dan, seperti lilin, mudah dipotong dengan pisau. Ia mengoksida secara perlahan di udara, dan disebabkan oleh keanehan mekanisme pengoksidaan tersebut, ia bersinar dalam gelap (fenomena chemiluminescence). Pembakaran spontan boleh dilakukan walaupun dengan api yang rendah fosforus putih.
Daripada semua pengubahsuaian alotropik, fosforus putih adalah yang paling aktif.
Fosforus merah terdiri daripada molekul panjang komposisi berubah-ubah Pn. Sesetengah sumber menunjukkan bahawa ia mempunyai struktur atom, tetapi lebih tepat untuk mempertimbangkan struktur molekulnya. Oleh kerana ciri-ciri strukturnya, ia adalah bahan yang kurang aktif berbanding dengan fosforus putih; khususnya, tidak seperti fosforus putih, ia teroksida dengan lebih perlahan di udara dan memerlukan pencucuhan untuk menyala.
Fosforus hitam terdiri daripada rantaian berterusan P n dan mempunyai struktur berlapis yang serupa dengan struktur grafit, itulah sebabnya ia kelihatan serupa dengannya. Pengubahsuaian alotropik ini mempunyai struktur atom. Yang paling stabil daripada semua pengubahsuaian alotropik fosforus, yang paling pasif secara kimia. Atas sebab ini, sifat kimia fosforus yang dibincangkan di bawah harus dikaitkan terutamanya dengan fosforus putih dan merah.
Interaksi fosforus dengan bukan logam
Kereaktifan fosforus lebih tinggi daripada nitrogen. Oleh itu, fosforus dapat terbakar selepas penyalaan dalam keadaan normal, membentuk oksida berasid P 2 O 5:
dan dengan kekurangan oksigen, fosforus (III) oksida:
Tindak balas dengan halogen juga sengit. Oleh itu, semasa pengklorinan dan brominasi fosforus, bergantung kepada perkadaran reagen, fosforus trihalida atau pentahalida terbentuk:
Oleh kerana sifat pengoksidaan iodin yang jauh lebih lemah berbanding dengan halogen lain, pengoksidaan fosforus dengan iodin hanya mungkin berlaku kepada keadaan pengoksidaan +3:
Tidak seperti nitrogen fosforus tidak bertindak balas dengan hidrogen.
Interaksi fosforus dengan logam
Fosforus bertindak balas apabila dipanaskan dengan logam aktif dan logam aktiviti perantaraan untuk membentuk fosfida:
Interaksi fosforus dengan bahan kompleks
Fosforus dioksidakan oleh asid pengoksidaan, khususnya asid nitrik dan sulfurik pekat:
Anda harus tahu bahawa fosforus putih bertindak balas dengan larutan alkali berair. Walau bagaimanapun, disebabkan kekhususan, keupayaan untuk menulis persamaan untuk interaksi sedemikian pada Peperiksaan Negeri Bersepadu dalam kimia belum lagi diperlukan.
| Walau bagaimanapun, bagi mereka yang memohon 100 mata, untuk ketenangan fikiran mereka sendiri, anda boleh ingat ciri berikut interaksi fosforus dengan larutan alkali dalam keadaan sejuk dan apabila dipanaskan.
Dalam keadaan sejuk, interaksi fosforus putih dengan larutan alkali berjalan dengan perlahan. Tindak balas itu disertai dengan pembentukan gas dengan bau ikan busuk- fosfin dan sebatian dengan keadaan pengoksidaan jarang fosforus +1: Apabila fosforus putih bertindak balas dengan larutan alkali pekat semasa mendidih, hidrogen dibebaskan dan fosfit terbentuk: |
