Sebatian nitrogen. sifat-sifat nitrogen

Melahirkan nitrat - seperti yang diterjemahkan dari perkataan Latin Nitrogenium. Gelaran ini nitrogen - unsur kimia dengan nombor atom 7, Kumpulan ke-kepala 15 dalam versi panjang jadual berkala. Dalam bentuk bahan mudah terdiri daripada bumi diedarkan beg udara - suasana. Pelbagai sebatian nitrogen dijumpai di dalam kerak bumi, dan organisma hidup yang digunakan secara meluas dalam industri, ketenteraan, pertanian dan perubatan.

Mengapa nitrogen dipanggil "tercekik" dan "tidak bermaya"

Sebagai ahli sejarah kimia cadangkan mula-mula mendapat bahan ini mudah Henry Cavendish (1777). Saintifik pas udara di atas arang panas untuk penyerapan hasil tindak balas menggunakan alkali. Hasil daripada pengalaman penyelidik mendapati gas tidak berwarna dan tidak berbau, arang batu tidak bertindakbalas. Cavendish memanggilnya "air menyesakkan" untuk ketidakupayaan untuk mengekalkan pernafasan dan pembakaran.

Chemical moden dijelaskan bahawa oksigen yang bertindak balas dengan arang batu, karbon dioksida terbentuk. Baki "menyesakkan" udara adalah sebahagian besar daripada molekul N _2. Cavendish dan saintis lain pada masa yang mengenai perkara ini masih belum diketahui, walaupun nitrogen dan nitrat sebatian kemudian telah digunakan secara meluas dalam ekonomi. ahli sains memberitahu tentang gas yang luar biasa kepada rakan sekerja untuk menjalankan eksperimen yang sama - Joseph Priestley.

Pada masa yang sama Carl Scheele menarik perhatian kepada komponen yang tidak diketahui udara, tetapi gagal untuk menjelaskan asal-usulnya. Hanya Daniel Rutherford pada tahun 1772 menyedari bahawa eksperimen hadir "menyesakkan" "manja" gas - nitrogen. Sesetengah saintis percaya penemu - ia masih lagi membahaskan sejarah sains.

15 tahun selepas eksperimen Rutherford ahli kimia terkenal Antuan Lavuaze dicadangkan untuk menggantikan udara istilah "manja" merujuk kepada nitrogen, pada yang lain - Nitrogenium. Dengan masa yang ia telah membuktikan bahawa bahan ini tidak terbakar, tidak menyokong pernafasan. Kemudian terdapat Rusia nama "nitrogen", yang diterjemahkan dalam cara yang berbeza. Sering mengatakan bahawa istilah bermaksud "tidak bermaya". kajian seterusnya telah menafikan kepercayaan yang meluas tentang sifat-sifat bahan. sebatian nitrogen - protein - makromolekul utama dalam komposisi organisma hidup. Dalam usaha untuk membina tumbuh-tumbuhan menyerap dari unsur-unsur tanah pemakanan mineral perlu - ^2- ion NO ₃ dan NH ^{4 +.}

Nitrogen - unsur kimia

Untuk memahami struktur atom dan sifat-sifat membantu sistem berkala (PS). Kedudukan unsur kimia dalam jadual berkala boleh menentukan caj nuklear, bilangan proton dan neutron (nombor jisim). Ia adalah perlu untuk memberi perhatian kepada nilai jisim atom - ini adalah salah satu ciri-ciri utama unsur. tempoh, jumlah sepadan dengan jumlah tahap tenaga. Versi ringkas daripada jadual Kumpulan berkala sepadan dengan bilangan elektron dalam tahap energaticheskom luaran. Meringkaskan data dalam ciri-ciri umum nitrogen oleh kedudukannya dalam sistem berkala:

• Ini adalah unsur bukan logam di sudut kanan atas SS.
• Simbol kimia: N.
• jumlah harta: 7.
• Jisim atom relatif: 14,0067.
• Formula menentu sebatian hidrogen: NH ₃ (ammonia).
• Bentuk oksida N lebih tinggi ₂ O _5, yang adalah sama dengan valensi nitrogen V.

Struktur nitrogen atom:

• caj nuklear 7.
• Bilangan proton: 7; bilangan neutron: 7.
• Bilangan Tahap Tenaga: 2.
• Jumlah bilangan elektron: 7; e formula: 1s ² 2s ² 2p ^3.

Maklumat dikaji isotop stabil № elemen 7, nombor mereka beramai-ramai - 14 dan 15. Kandungan atom cahaya yang 99,64%. Nukleus isotop radioaktif kekal lama juga 7 proton dan bilangan neutron amat berbeza: 4, 5, 6, 9, 10.

Nitrogen dalam alam semula jadi

Sebagai sebahagian daripada molekul udara hadir bumi sarung bahan mudah, yang formula - N _2. Kandungan gas nitrogen di atmosfera adalah kira-kira 78.1% isipadu. sebatian bukan organik unsur kimia dalam kerak Bumi - pelbagai garam ammonium dan nitrat (simfoni). Sebatian daripada formula dan nama-nama beberapa bahan-bahan yang paling penting:

• NH _3, ammonia.
• NO _2, nitrogen dioksida.
• Nano ₃ Natrium nitrat.
• (NH _{4) 2} SO _4, ammonium sulfat.

Valens nitrogen di kedua-dua sebatian kedua - IV. Arang batu, tanah, organisma hidup juga mengandungi atom N dalam bentuk terikat. Nitrogen adalah komponen amino asid makromolekul, DNA dan RNA nukleotida, hormon dan hemoglobin. Kandungan jumlah unsur kimia di dalam tubuh manusia mencapai 2.5%.

bahan mudah

Nitrogen dalam bentuk molekul dwiatom - jumlah yang paling besar dan berat udara atmosfera. Bahan, yang formula N _2, tidak mempunyai bau, warna dan rasa. gas ini adalah lebih daripada 2/3 bumi udara sarung. Nitrogen cecair adalah bahan tidak berwarna, menyerupai air. Bisul pada suhu -195,8 ° C. M (N ₂₎ = 28 g / mol. bahan mudah sedikit lebih mudah oksigen, nitrogen, udara, ketumpatan adalah berhampiran dengan 1.

Atom dalam mengikat molekul tegas 3 kongsi pasangan elektron. kompaun mempamerkan rintangan kimia yang tinggi, yang membezakannya daripada oksigen dan bahan-bahan gas lain. Kepada molekul nitrogen berpecah kepada atom konstituennya perlu membazirkan tenaga 942,9 kJ / mol. Hubungan tiga pasang elektron adalah sangat kuat, bermula untuk memecahkan apabila dipanaskan melebihi 2000 ° C.

dikatakan tidak berlaku di bawah keadaan biasa, penceraian molekul ke dalam atom. inertness kimia juga disebabkan oleh nitrogen tiada langsung kutub dalam molekul itu. Mereka berinteraksi sangat lemah antara satu sama lain, dan dengan itu kerja Negeri bergas perkara pada tekanan biasa dan pada suhu yang hampir dengan suhu bilik. aktiviti kimia yang rendah nitrogen molekul digunakan dalam proses yang berbeza dan peranti di mana ia adalah perlu untuk mewujudkan persekitaran yang lengai.

Penceraian molekul N ₂ boleh berlaku di bawah pengaruh radiasi solar di atmosfera atas. nitrogen atom terbentuk, yang bertindak balas dengan logam dan bukan logam tertentu di bawah keadaan biasa (fosforus, sulfur, arsenik). Hasilnya ialah sintesis keadaan tanah bahan-bahan yang diperolehi secara tidak langsung.

nitrogen valensi

Shell elektron luar atom yang membentuk 2 s 3 dan p elektron. Ini nitrogen negatif boleh memberi zarah apabila berinteraksi dengan unsur-unsur lain yang sesuai dengan sifat-sifat mengurangkan. Bersebelahan oktet hilang untuk 3 atom elektron mempamerkan keupayaan oksidatif. Keelektronegatifan nitrogen di bawah sifat logam itu adalah kurang ketara berbanding dengan fluorin, oksigen dan klorin. Apabila berinteraksi dengan unsur-unsur kimia nitrogen memberikan elektron (mengoksidakan). Pengurangan ion negatif diikuti oleh tindak balas dengan logam dan bukan logam lain.

Biasa nitrogen valens - III. Dalam kes ini, ikatan kimia terbentuk oleh luar p-tarikan elektron dan penciptaan biasa (mengikat) pasangan. Nitrogen boleh membentuk bon penderma-penerima kerana pasangan lone iaitu elektron, seperti ammonium ion NH ^{4 +.}

Mendapatkan di makmal dan industri

kaedah satu makmal berdasarkan ciri pengoksidaan oksida tembaga. Menggunakan sebatian nitrogen dengan hidrogen - ammonia NH _3. Ini menyenangkan berbau vzaimoddeystvuet gas dengan serbuk tembaga oksida hitam. Reaksi menyebabkan menghasilkan nitrogen dan muncul tembaga logam (serbuk merah). Disimpan di dinding tiub Waterdrops - produk reaksi lain.

Satu lagi kaedah makmal yang menggunakan sebatian nitrogen dengan logam - azida, sebagai contoh NaN _3. Yang diperoleh oleh gas yang tidak perlu dibersihkan daripada pencemaran.

makmal dijalankan penguraian ammonium nitrit kepada nitrogen dan air. Untuk memulakan tindak balas, pemanasan diperlukan, maka proses ini diteruskan dengan evolusi haba (eksotermik). Nitrogen tercemar dengan kekotoran, jadi ia dibersihkan dan dikeringkan.

Penyediaan nitrogen dalam industri:

• penyulingan berperingkat udara cecair - satu kaedah yang menggunakan ciri-ciri fizikal nitrogen dan oksigen (takat didih yang berbeza);
• tindak balas kimia di udara dengan arang batu panas;
• pemisahan gas adsorptive.

Interaksi dengan logam dan hidrogen - pengoksidaan hartanah

Inertia molekul tahan lama tidak membenarkan beberapa sintesis langsung sebatian nitrogen. Untuk mengaktifkan atom perlu untuk pemanasan yang kuat atau bahan penyinaran. Nitrogen boleh bertindak balas dengan litium pada suhu bilik, dengan magnesium, kalsium dan natrium, tindak balas mara hanya oleh pemanasan. Sepadan nitrida logam terbentuk.

Interaksi nitrogen dengan hidrogen berlaku pada suhu yang tinggi dan tekanan. Juga proses ini memerlukan pemangkin. Ammonia diperolehi - salah satu sintesis kimia yang paling penting. Nitrogen, sebagai agen pengoksidaan, menunjukkan dalam tri negatif pengoksidaan mereka:

• 3 (ammonia dan nitrogen lain-lain sebatian, hidrogen - nitrida);
• -2 (hidrazin N ₂ H _4);
• -1 (hydroxylamine NH ₂ OH).

Yang paling penting nitrida - Ammonia - disediakan dalam kuantiti yang besar dalam industri. Masalah besar untuk masa yang lama kekal inertness kimia nitrogen. sumber-sumber bahan mentah adalah nitrat, tetapi rizab mineral mula merosot dengan cepat dengan pertumbuhan pengeluaran.

Pencapaian besar sains kimia dan amalan telah penciptaan teknik penetapan ammonia nitrogen pada skala industri. Dalam ruangan khas oleh sintesis langsung - proses boleh balik antara nitrogen diperolehi dari udara dan hidrogen. Apabila mewujudkan keadaan yang optimum, perubahan keseimbangan tindak balas ini ke bahagian produk, menggunakan hasil pemangkin ammonia adalah 97%.

Interaksi dengan oksigen - mengurangkan sifat-sifat

Dalam usaha untuk memulakan tindak balas nitrogen dan oksigen, mesti pemanasan yang kuat. Mempunyai tenaga yang mencukupi arka elektrik dan pelepasan kilat ke atmosfera. Sebatian bukan organik yang paling penting di mana nitrogen berada di pengoksidaan positif:

• 1 (nitrogen oksida (I) N ₂ O);
• 2 (NO nitrogen monoksida);
• 3 (nitrogen oksida (III) N ₂ O _3, HNO ₂ asid nitrus, garam nitrit daripadanya);
• 4 (nitrogen dioksida (IV) NO _2);
• 5 (nitrogen pentoksida (V) N ₂ O _5, HNO ₃ asid nitrik, nitrat).

Nilai yang berlaku secara semulajadi

Tumbuh-tumbuhan menyerap ion ammonium dan anion nitrat dari tanah yang digunakan untuk sintesis tindak balas kimia molekul organik dalam sel-sel sentiasa berjalan. Atmosfera nitrogen bakteria nodul boleh mengasimilasikan - entiti mikroskopik membentuk nodul pada akar kekacang. Hasilnya, kumpulan ini tumbuh-tumbuhan menerima bateri yang diperlukan, ia memperkaya tanah.

Semasa ribut tropika berlaku tindak balas pengoksidaan nitrogen atmosfera. Oksida dibubarkan untuk membentuk asid, sebatian ini nitrogen masukkan tanah di dalam air. Oleh kerana kitaran unsur-unsur dalam alam semula jadi sentiasa diisi semula rizab dalam kerak bumi, udara. molekul organik kompleks yang mengandungi nitrogen dalam komposisinya, yang diuraikan oleh bakteria pada komponen bukan organik.

penggunaan praktikal

Sebatian nitrogen yang paling penting untuk pertanian - garam yang mudah larut. Diserap oleh tumbuh-tumbuhan urea nitrat (natrium, kalium, kalsium), sebatian ammonium (air ammonia, klorida, sulfat, ammonium nitrat).
Lengai sifat nitrogen tumbuhan ketidakupayaan untuk menyerap dari memimpin luar untuk keperluan untuk membuat dos yang besar setiap tahun nitrat. Bahagian organisma tumbuhan dapat menyimpan kuasa macrocell "untuk masa depan", yang mempersendakan kualiti produk. Lebihan nitrat dalam sayur-sayuran dan buah-buahan boleh menyebabkan keracunan pada manusia, pertumbuhan tumor malignan. Selain pertanian, sebatian nitrogen digunakan dalam industri lain:

• untuk penyediaan ubat-ubatan;
• untuk sintesis kimia sebatian tinggi molekul;
• dalam pembuatan bahan letupan dari trinitrotoluene (TNT);
• untuk pengeluaran pewarna.

NO oksida digunakan secara dalam pembedahan, bahan yang mempunyai kesan analgesik. Kehilangan sensasi apabila gas disedut perasan bahawa walaupun penyelidik pertama nitrogen sifat kimia. Jadi ada nama biasa "gas ketawa".

Masalah nitrat dalam produk pertanian

Garam asid nitrik - nitrat - yang terkandung anion secara tunggal dikenakan NO ^3-. Masih menggunakan nama lama daripada kumpulan bahan - ammonium nitrat. Nitrat digunakan untuk menyuburkan bidang, di rumah hijau, taman-taman. Membawa mereka di awal musim bunga sebelum menanam, pada musim panas - dalam bentuk penyusuan cecair. Oleh diri mereka sendiri, bahan yang tidak menimbulkan bahaya besar kepada rakyat, tetapi di dalam badan, mereka ditukar kepada nitrit, kemudian ke dalam nitrosamines. Nitrit NO ^2- ion - zarah toksik, ia menyebabkan pengoksidaan besi ferus dalam molekul hemoglobin dalam ion trivalen. Dalam keadaan ini, bahan utama darah manusia dan haiwan tidak dapat mengangkut oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida daripada tisu-tisu.

pencemaran nitrat lebih berbahaya makanan untuk kesihatan manusia:

• tumor malignan yang timbul dalam penukaran nitrat untuk nitrosamines (karsinogen);
• pembangunan ulser kolitis,
• hypotension atau tekanan darah tinggi;
• kegagalan jantung;
• gangguan pendarahan
• luka-luka hati, pankreas dan perkembangan diabetes;
• pembangunan kegagalan buah pinggang;
• anemia, memori terjejas, perhatian dan kecerdasan.

Penggunaan serentak produk yang berbeza dengan dos besar nitrat membawa kepada keracunan akut. Sumber boleh tumbuh-tumbuhan, air minuman, siap hidangan daging. Berendam di dalam air bersih dan memasak boleh mengurangkan kandungan pemakanan produk nitrat. Para penyelidik mendapati bahawa dos yang lebih tinggi sebatian berbahaya diperhatikan dalam pengeluaran tidak matang dan tumbuhan rumah hijau.

Fosforus - unsur Kumpulan nitrogen

Atom unsur-unsur kimia yang berada dalam lajur menegak yang sama sistem berkala, mempamerkan sifat-sifat yang sama. Fosforus bertempat di tempoh yang ketiga, ia merujuk kepada kumpulan 15, serta nitrogen. unsur-unsur struktur atom yang sama, tetapi terdapat perbezaan dalam hartanah. Nitrogen dan fosforus mempamerkan negatif valensi dan pengoksidaan negeri III dalam sebatian mereka dengan logam dan hidrogen.

Banyak fosforus reaksi meneruskan pada suhu biasa, unsur kimia aktif. Bertindak balas dengan oksigen untuk membentuk P ₂ O ₅ lebih tinggi oksida. Penyelesaian akueus bahan ini mempunyai sifat-sifat asid (metaphosphoric). Manakala pemanasan asid orthophosphoric diperolehi. Ia mentakrifkan kepelbagaian jenis garam, yang kebanyakannya adalah baja mineral, sebagai contoh superphosphates. Nitrogen dan fosforus sebatian membentuk satu bahagian penting dalam kitaran jirim dan tenaga di planet kita, yang digunakan dalam bidang perindustrian, pertanian dan lain-lain.