Pagbibigay ng s altpeter - ganito ang pagsasalin ng salitang Nitrogenium mula sa Latin. Ito ang pangalan ng nitrogen - isang kemikal na elemento na may atomic number 7, na nangunguna sa ika-15 pangkat sa mahabang bersyon ng periodic table. Sa anyo ng isang simpleng sangkap, ito ay ipinamamahagi sa hangin shell ng Earth - ang kapaligiran. Ang iba't ibang nitrogen compound ay matatagpuan sa crust ng lupa at mga buhay na organismo, at malawakang ginagamit sa mga industriya, gawaing militar, agrikultura at medisina.
Bakit tinawag ang nitrogen na "nakasusuffocate" at "walang buhay"
Gaya ng iminumungkahi ng mga istoryador ng kimika, si Henry Cavendish (1777) ang unang nakatanggap ng simpleng sangkap na ito. Ang siyentipiko ay nagpasa ng hangin sa mga mainit na uling, gamit ang alkali upang sumipsip ng mga produkto ng reaksyon. Bilang resulta ng eksperimento, natuklasan ng mananaliksik ang isang walang kulay, walang amoy na gas na hindi tumutugon sa karbon. Tinawag ito ni Cavendish na "suffocating air" dahil sa hindi nito napigilang paghinga pati na rin ang pagkasunog.
Ipapaliwanag ng isang modernong chemist na ang oxygen ay tumutugon sa carbon upang bumuo ng carbon dioxide. Ang natitirang bahagi ng hangin ay halos binubuo ng N2 molekula. Ang Cavendish at iba pang mga siyentipiko noong panahong iyon ay hindi pa alam ang tungkol sa sangkap na ito, kahit na ang nitrogen at s altpeter compound ay malawakang ginagamit noon sa ekonomiya. Iniulat ng siyentipiko ang hindi pangkaraniwang gas sa kanyang kasamahan, na nagsagawa ng mga katulad na eksperimento, si Joseph Priestley.
Kasabay nito, binigyang pansin ni Karl Scheele ang isang hindi kilalang sangkap ng hangin, ngunit nabigong ipaliwanag nang tama ang pinagmulan nito. Tanging si Daniel Rutherford noong 1772 ang nakaalam na ang "nakasusuka" na "nasira" na gas na naroroon sa mga eksperimento ay nitrogen. Sinong siyentipiko ang dapat ituring na kanyang natuklasan - ang mga istoryador ng agham ay nagtatalo pa rin tungkol dito.
15 taon pagkatapos ng mga eksperimento ni Rutherford, iminungkahi ng sikat na chemist na si Antoine Lavoisier na baguhin ang terminong "sirang" hangin, na tumutukoy sa nitrogen, sa isa pa - Nitrogenium. Sa oras na iyon, napatunayan na ang sangkap na ito ay hindi nasusunog, hindi sumusuporta sa paghinga. Kasabay nito, lumitaw ang pangalang Ruso na "nitrogen", na binibigyang kahulugan sa iba't ibang paraan. Ang termino ay kadalasang sinasabing nangangahulugang "walang buhay". Pinabulaanan ng kasunod na gawain ang malawakang opinyon tungkol sa mga katangian ng bagay. Ang mga compound ng nitrogen - mga protina - ang pinakamahalagang macromolecule sa komposisyon ng mga buhay na organismo. Upang mabuo ang mga ito, ang mga halaman ay sumisipsip ng mga kinakailangang elemento ng mineral na nutrisyon mula sa lupa - ions NO32- at NH4+.
Ang nitrogen ay isang kemikal na elemento
Ang periodic system (PS) ay tumutulong na maunawaan ang istruktura ng atom at ang mga katangian nito. Sa pamamagitan ng posisyon ng isang elemento ng kemikal sa periodic table, matutukoy ng isanuclear charge, bilang ng mga proton at neutron (mass number). Kinakailangang bigyang-pansin ang halaga ng atomic mass - ito ay isa sa mga pangunahing katangian ng elemento. Ang numero ng panahon ay tumutugma sa bilang ng mga antas ng enerhiya. Sa maikling bersyon ng periodic table, ang numero ng pangkat ay tumutugma sa bilang ng mga electron sa panlabas na antas ng enerhiya. Ibuod natin ang lahat ng data sa mga pangkalahatang katangian ng nitrogen sa pamamagitan ng posisyon nito sa periodic system:
- Ito ay isang non-metallic na elemento, na matatagpuan sa kanang sulok sa itaas ng PS.
- Chemical sign: N.
- Numero ng order: 7.
- Relative atomic mass: 14.0067.
- Volatile hydrogen compound formula: NH3 (ammonia).
- Gumagawa ng pinakamataas na oxide N2O5, kung saan ang nitrogen valency ay V.
Ang istraktura ng nitrogen atom:
- Core charge: +7.
- Bilang ng mga proton:7; bilang ng mga neutron: 7.
- Bilang ng mga antas ng enerhiya: 2.
- Kabuuang bilang ng mga electron: 7; electronic formula: 1s22s22p3.
Ang mga matatag na isotopes ng elemento No. 7 ay pinag-aralan nang detalyado, ang kanilang mga mass number ay 14 at 15. Ang nilalaman ng mga atomo ng mas magaan sa kanila ay 99.64%. Mayroon ding 7 proton sa nuclei ng mga short-lived radioactive isotopes, at ang bilang ng mga neutron ay malaki ang pagkakaiba-iba: 4, 5, 6, 9, 10.
Nitrogen sa kalikasan
Ang air shell ng Earth ay naglalaman ng mga molecule ng isang simpleng substance, ang formula nito ay N2. Ang nilalaman ng gas na nitrogen sa atmospera ay ayon sa damihumigit-kumulang 78.1%. Ang mga di-organikong compound ng elementong kemikal na ito sa crust ng lupa ay iba't ibang ammonium s alts at nitrates (nitrates). Mga pormula ng mga compound at pangalan ng ilan sa pinakamahalagang sangkap:
- NH3, ammonia.
- NO2, nitrogen dioxide.
- NaNO3, sodium nitrate.
- (NH4)2SO4, ammonium sulfate.
Valence ng nitrogen sa huling dalawang compound - IV. Ang karbon, lupa, mga buhay na organismo ay naglalaman din ng mga nakagapos na N atomo. Ang nitrogen ay isang mahalagang bahagi ng amino acid macromolecules, DNA at RNA nucleotides, hormones at hemoglobin. Ang kabuuang nilalaman ng isang kemikal na elemento sa katawan ng tao ay umabot sa 2.5%.
Simple substance
Nitrogen sa anyo ng mga diatomic molecule ay ang pinakamalaking bahagi ng atmospheric air sa pamamagitan ng volume at masa. Ang isang substance na ang formula ay N2 ay walang amoy, kulay o lasa. Ang gas na ito ay bumubuo ng higit sa 2/3 ng air envelope ng Earth. Sa likidong anyo, ang nitrogen ay isang walang kulay na sangkap na kahawig ng tubig. Kumukulo sa -195.8 °C. M (N2)=28 g/mol. Ang simpleng substance na nitrogen ay bahagyang mas magaan kaysa sa oxygen, ang density nito sa hangin ay malapit sa 1.
Ang mga atomo sa isang molekula ay mahigpit na nagbibigkis sa 3 karaniwang pares ng elektron. Ang tambalan ay nagpapakita ng mataas na katatagan ng kemikal, na nakikilala ito mula sa oxygen at isang bilang ng iba pang mga gas na sangkap. Upang ang isang molekula ng nitrogen ay maghiwa-hiwalay sa mga bumubuo nitong mga atomo, kinakailangan na gumastos ng enerhiya na 942.9 kJ / mol. Ang isang bono ng tatlong pares ng mga electron ay napakalakas.masira kapag pinainit nang higit sa 2000 °C.
Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, halos hindi nangyayari ang paghihiwalay ng mga molekula sa mga atomo. Ang chemical inertness ng nitrogen ay dahil din sa kumpletong kawalan ng polarity sa mga molekula nito. Mahina silang nakikipag-ugnayan sa isa't isa, na siyang dahilan para sa gas na estado ng bagay sa normal na presyon at temperatura na malapit sa temperatura ng silid. Ang mababang reaktibiti ng molecular nitrogen ay nakakahanap ng aplikasyon sa iba't ibang mga proseso at device kung saan kinakailangan upang lumikha ng isang inert na kapaligiran.
Paghihiwalay ng mga molekula N2 ay maaaring mangyari sa ilalim ng impluwensya ng solar radiation sa itaas na kapaligiran. Ang atomic nitrogen ay nabuo, na sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay tumutugon sa ilang mga metal at non-metal (phosphorus, sulfur, arsenic). Bilang resulta, mayroong synthesis ng mga substance na hindi direktang nakukuha sa ilalim ng mga kondisyong pang-terrestrial.
Nitrogen valency
Ang panlabas na electron layer ng isang atom ay nabuo ng 2 s at 3 p electron. Ang mga negatibong particle ng nitrogen na ito ay maaaring sumuko kapag nakikipag-ugnayan sa iba pang mga elemento, na tumutugma sa mga nagpapababang katangian nito. Sa pamamagitan ng paglakip ng nawawalang 3 electron sa octet, ang atom ay nagpapakita ng mga kakayahan sa pag-oxidizing. Ang electronegativity ng nitrogen ay mas mababa, ang mga di-metal na katangian nito ay hindi gaanong binibigkas kaysa sa fluorine, oxygen at chlorine. Kapag nakikipag-ugnayan sa mga elementong kemikal na ito, ang nitrogen ay nagbibigay ng mga electron (ay na-oxidized). Ang pagbawas sa mga negatibong ion ay sinamahan ng mga reaksyon sa iba pang mga nonmetals at metal.
Ang karaniwang valency ng nitrogen ay III. Sa kasong itoAng mga kemikal na bono ay nabuo dahil sa pagkahumaling ng mga panlabas na p-electron at ang paglikha ng mga karaniwang (bonding) na pares. Ang nitrogen ay may kakayahang bumuo ng donor-acceptor bond dahil sa nag-iisang pares ng mga electron nito, gaya ng nangyayari sa ammonium ion NH4+.
Produksyon sa laboratoryo at industriya
Ang isa sa mga pamamaraan sa laboratoryo ay batay sa mga katangian ng pag-oxidizing ng copper oxide. Ginagamit ang nitrogen-hydrogen compound - ammonia NH3. Ang mabahong gas na ito ay tumutugon sa may pulbos na itim na tansong oksido. Bilang resulta ng reaksyon, inilabas ang nitrogen at lumilitaw ang metal na tanso (pulang pulbos). Ang mga patak ng tubig, isa pang produkto ng reaksyon, ay tumira sa mga dingding ng tubo.
Ang isa pang paraan ng lab na gumagamit ng kumbinasyon ng nitrogen na may mga metal ay azide, gaya ng NaN3. Ito ay lumalabas na isang gas na hindi kailangang linisin mula sa mga dumi.
Ang ammonium nitrite ay nabubulok sa nitrogen at tubig sa laboratoryo. Upang magsimula ang reaksyon, kinakailangan ang pag-init, pagkatapos ay magpapatuloy ang proseso sa pagpapalabas ng init (exothermic). Ang nitrogen ay kontaminado ng mga impurities, kaya ito ay dinadalisay at tuyo.
Produksyon ng nitrogen sa industriya:
- fractional distillation ng likidong hangin - isang paraan na gumagamit ng mga pisikal na katangian ng nitrogen at oxygen (iba't ibang boiling point);
- chemical reaction ng hangin na may red-hot coal;
- adsorption gas separation.
Pakikipag-ugnayan sa mga metal at hydrogen - mga katangian ng pag-oxidizing
Inertness ng malalakas na moleculehindi pinapayagan ang pagkuha ng ilang nitrogen compound sa pamamagitan ng direktang synthesis. Upang maisaaktibo ang mga atomo, kinakailangan ang malakas na pag-init o pag-iilaw ng sangkap. Ang nitrogen ay maaaring tumugon sa lithium sa temperatura ng silid, na may magnesium, calcium at sodium ang reaksyon ay nangyayari lamang kapag pinainit. Nabubuo ang kaukulang metal nitride.
Ang pakikipag-ugnayan ng nitrogen sa hydrogen ay nangyayari sa mataas na temperatura at pressure. Ang prosesong ito ay nangangailangan din ng isang katalista. Ito ay lumalabas na ammonia - isa sa pinakamahalagang produkto ng synthesis ng kemikal. Ang nitrogen, bilang isang oxidizing agent, ay nagpapakita ng tatlong negatibong estado ng oksihenasyon sa mga compound nito:
- −3 (ang ammonia at iba pang hydrogen compound ng nitrogen ay mga nitride);
- −2 (hydrazine N2H4);
- −1 (hydroxylamine NH2OH).
Ang pinakamahalagang nitride - ammonia - ay ginawa sa maraming dami sa industriya. Ang chemical inertness ng nitrogen ay nanatiling malaking problema sa mahabang panahon. S altpeter ang pinagmumulan ng mga hilaw na materyales, ngunit ang mga reserbang mineral ay nagsimulang mabilis na bumaba nang tumaas ang produksyon.
Ang isang mahusay na tagumpay ng agham at kasanayan sa kemikal ay ang paglikha ng paraan ng ammonia ng nitrogen fixation sa isang pang-industriyang sukat. Ang direktang synthesis ay isinasagawa sa mga espesyal na haligi - isang nababaligtad na proseso sa pagitan ng nitrogen na nakuha mula sa hangin at hydrogen. Kapag lumilikha ng pinakamainam na mga kondisyon na nagbabago ng balanse ng reaksyong ito patungo sa produkto, gamit ang isang katalista, ang ani ng ammonia ay umabot sa 97%.
Pakikipag-ugnayan sa oxygen - pagbabawas ng mga katangian
Upang simulan ang reaksyon ng nitrogen at oxygen, kailangan ang malakas na pag-init. Ang isang electric arc at isang paglabas ng kidlat sa kapaligiran ay may sapat na enerhiya. Ang pinakamahalagang inorganic compound kung saan ang nitrogen ay nasa positibong oxidation state nito:
- +1 (nitric oxide (I) N2O);
- +2 (nitrogen monoxide NO);
- +3 (nitric oxide (III) N2O3; nitrous acid HNO2, ang mga asin nito ay nitrite);
- +4 (nitrogen (IV) dioxide NO2);
- +5 (nitrogen pentoxide (V) N2O5, nitric acid HNO3, nitrates).
Kahulugan sa kalikasan
Ang mga halaman ay sumisipsip ng mga ammonium ions at nitrate anion mula sa lupa, ginagamit para sa mga reaksiyong kemikal ang synthesis ng mga organikong molekula, na patuloy na nangyayari sa mga selula. Ang nitrogen sa atmospera ay maaaring masipsip ng nodule bacteria - mga microscopic na nilalang na bumubuo ng mga paglaki sa mga ugat ng legumes. Bilang resulta, ang pangkat ng mga halaman na ito ay tumatanggap ng kinakailangang elemento ng sustansya, pinayaman nito ang lupa.
Sa panahon ng tropikal na pagbuhos ng ulan, nangyayari ang mga reaksyon ng atmospheric nitrogen oxidation. Ang mga oxide ay natutunaw upang bumuo ng mga acid, ang mga nitrogen compound na ito sa tubig ay pumapasok sa lupa. Dahil sa sirkulasyon ng elemento sa kalikasan, ang mga reserba nito sa crust at hangin ng lupa ay patuloy na napupunan. Ang mga kumplikadong organikong molekula na naglalaman ng nitrogen ay nabubulok ng bakterya sa mga di-organikong bahagi.
Praktikal na paggamit
Ang pinakamahalagang koneksyonAng nitrogen para sa agrikultura ay lubos na natutunaw na mga asin. Ang urea, s altpeter (sodium, potassium, calcium), ammonium compounds (isang may tubig na solusyon ng ammonia, chloride, sulfate, ammonium nitrate) ay na-assimilated ng mga halaman. nitrates. Ang mga bahagi ng organismo ng halaman ay nakapag-imbak ng mga macronutrients "para sa hinaharap", na nagpapalala sa kalidad ng mga produkto. Ang labis na nitrates sa mga gulay at prutas ay maaaring maging sanhi ng pagkalason sa mga tao, ang paglaki ng mga malignant neoplasms. Bilang karagdagan sa agrikultura, ginagamit ang mga nitrogen compound sa ibang mga industriya:
- para makatanggap ng mga gamot;
- para sa kemikal na synthesis ng mga macromolecular compound;
- sa paggawa ng mga pampasabog mula sa trinitrotoluene (TNT);
- para sa paggawa ng mga tina.
NO oxide ay ginagamit sa operasyon, ang substance ay may analgesic effect. Ang pagkawala ng mga sensasyon kapag inhaling ang gas na ito ay napansin kahit na ng mga unang mananaliksik ng mga kemikal na katangian ng nitrogen. Ganito lumabas ang maliit na pangalang "laughing gas."
Problema ng nitrates sa mga produktong agrikultura
Nitric acid s alts - nitrates - naglalaman ng isang single charged anion NO3-. Hanggang ngayon, ang lumang pangalan ng pangkat na ito ng mga sangkap ay ginagamit - s altpeter. Ang mga nitrates ay ginagamit upang lagyan ng pataba ang mga bukid, sa mga greenhouse, mga taniman. Inilapat ang mga ito sa unang bahagi ng tagsibol bago ang paghahasik, sa tag-araw - sa anyo ng mga likidong dressing. Ang mga sangkap mismo ay hindi nagdudulot ng malaking panganib sa mga tao, ngunitsa katawan, sila ay nagiging nitrite, pagkatapos ay sa mga nitrosamines. Ang mga nitrite ions NO2- ay mga nakakalason na particle, nagiging sanhi ito ng oksihenasyon ng ferrous iron sa mga molekula ng hemoglobin sa trivalent ions. Sa ganitong estado, ang pangunahing sangkap ng dugo ng mga tao at hayop ay hindi nakakapagdala ng oxygen at nag-aalis ng carbon dioxide mula sa mga tisyu.
Ano ang panganib ng nitrate contamination ng pagkain para sa kalusugan ng tao:
- malignant tumor na nangyayari kapag ang nitrates ay na-convert sa nitrosamines (carcinogens);
- pag-unlad ng ulcerative colitis,
- hypotension o hypertension;
- heart failure;
- blood clotting disorder
- atay, pancreas, pag-unlad ng diabetes;
- pag-unlad ng kidney failure;
- anemia, may kapansanan sa memorya, atensyon, katalinuhan.
Ang sabay-sabay na pagkonsumo ng iba't ibang pagkain na may mataas na dosis ng nitrates ay humahantong sa talamak na pagkalason. Ang mga mapagkukunan ay maaaring mga halaman, inuming tubig, inihanda na mga pagkaing karne. Ang pagbababad sa malinis na tubig at pagluluto ay maaaring mabawasan ang nilalaman ng nitrate ng mga pagkain. Nalaman ng mga mananaliksik na ang mas mataas na dosis ng mga mapanganib na compound ay matatagpuan sa mga hindi pa hinog at greenhouse na produkto ng halaman.
Ang posporus ay isang elemento ng nitrogen subgroup
Ang mga atomo ng mga kemikal na elemento na nasa parehong patayong column ng periodic system ay nagpapakita ng mga karaniwang katangian. Ang posporus ay matatagpuan sa ikatlong panahon, kabilang sa ika-15 na grupo, tulad ng nitrogen. Ang istraktura ng mga atomoang mga elemento ay magkatulad, ngunit may mga pagkakaiba sa mga katangian. Ang nitrogen at phosphorus ay nagpapakita ng negatibong oxidation state at valency III sa kanilang mga compound na may mga metal at hydrogen.
Maraming reaksyon ng phosphorus ang nagaganap sa ordinaryong temperatura, ito ay isang chemically active na elemento. Nakikipag-ugnayan ito sa oxygen upang bumuo ng mas mataas na oxide P2O5. Ang isang may tubig na solusyon ng sangkap na ito ay may mga katangian ng isang acid (metaphosphoric). Kapag ito ay pinainit, ang orthophosphoric acid ay nakuha. Ito ay bumubuo ng ilang uri ng mga asin, na marami sa mga ito ay nagsisilbing mineral fertilizers, tulad ng mga superphosphate. Ang mga compound ng nitrogen at phosphorus ay isang mahalagang bahagi ng cycle ng mga substance at enerhiya sa ating planeta, ginagamit ang mga ito sa pang-industriya, agrikultura at iba pang larangan ng aktibidad.
