نیتروژن چیست؟ نیتروژن توده. مولکول نیتروژن

عنصر غیر فلزی از گروه 15 [VA] جدول تناوبی - اتم نیتروژن 2 از که ترکیب به شکل یک مولکول - گاز بی رنگ و بی بو و بی مزه تشکیل بخش بزرگی از جو زمین و که بخشی از تمام موجودات زنده است.

تاریخچه کشف

گاز نیتروژن است حدود 4/5 از جو زمین است. آن را در تحقیقات هوایی اوایل جدا شد. در سال 1772، سوئدی ها Himik کارل ویلهلم Scheele اول تا نشان دهد که چنین نیتروژن است. به گفته وی، هوا مخلوطی از دو گاز که یکی از آنها او به نام "هوا آتش"، است که برای حمایت از احتراق، و دیگر - .. "ناخالص هوا" به دلیل آن پس از اولین مصرف باقی مانده است. این اکسیژن و نیتروژن بود. در حدود همان نیتروژن زمان شده است توسط گیاه شناس اسکاتلندی دانیل رادرفورد، که برای اولین بار از یافته های خود را منتشر شده است، و همچنین به عنوان شیمیدان انگلیسی هنری کاوندیش و روحانی بریتانیا و دانشمند Dzhozefom Pristli، که با برتری Scheele کشف اکسیژن به اشتراک گذاشته جدا شده است. مطالعات بیشتر نشان داده است که گاز های جدید بخشی از نیترات یا پتاسیم نیترات (KNO ₃₎ توسط شیمیدان فرانسوی Chaptal در 1،790 نیتروژن برای اولین بار به عناصر شیمیایی از لاوازیه نسبت داده شده _است، و بر این اساس، او از نیتروژن نامگذاری شد ( "به نیترات تولد")، توضیح که از نقش اکسیژن در احتراق رد نظریه فلوژیستون - محبوب در قرن هجدهم. احتراق تصور غلط. ناتوانی این عنصر شیمیایی برای حمایت از زندگی (ζωή یونانی) به این دلیل که لاوازیه نام گاز نیتروژن بود.

ظهور و گسترش

نیتروژن چیست؟ با توجه به فراوانی از عناصر شیمیایی، او رتبه ششم. جو زمین به 75.51 درصد وزن و 78.09 درصد حجمی است از این عنصر تشکیل شده و آن را به یک منبع اصلی برای این صنعت است. همچنین اتمسفر حاوی مقدار کمی از آمونیاک و آمونیوم نمک، و همچنین اکسیدهای نیتروژن و اسید نیتریک، شکل گرفته در طول رعد و برق و در موتورهای احتراق داخلی. نیتروژن رایگان در بسیاری از شهاب سنگ، گاز آتشفشانی و معدن و چشمه های معدنی، خورشید، ستارگان و سحابی ها یافت می شود.

نیتروژن نیز در ذخایر معدنی پتاسیم و نیترات سدیم یافت، اما برای رفع نیازهای انسان کافی است. مواد دیگر غنی از این عنصر چلغوز، که می تواند در غار پیدا شده است، که در آن بسیاری از خفاش ها، و یا مکان هایی خشک آباد توسط پرندگان. همچنین، نیتروژن در باران و خاک در قالب آمونیاک و آمونیوم نمک موجود است، و در آب دریا در شکل یون آمونیوم (NH ₄ ^+)، نیتریت (NO ₂ ^-) و نیترات (NO ₃ ^-). متوسط حدود 16٪ از ترکیبات آلی پیچیده مانند پروتئین ها، در همه موجودات زنده هستند. از 3 تا 7 اتم در هر اتم سیلیکون - محتوای طبیعی در پوسته زمین 0.3 قطعات توسط 1000. شیوع در فضا است.

بزرگترین کشورهای تولید کننده نیتروژن (آمونیاک) در آغاز قرن بیست و یکم، هند، روسیه، ایالات متحده آمریکا، ترینیداد و توباگو، اوکراین شد.

تولید تجاری و استفاده

محصولات صنعتی از نیتروژن در تقطیر هوای مایع است. دمای جوش آن به -195.8 درجه سانتی گراد، 13 درجه سانتی گراد پایین تر از اکسیژن، که در نتیجه از هم جدا برابر است. نیتروژن همچنین می توانید در یک مقیاس بزرگ توسط احتراق کربن و یا هیدروکربن ها در هوا و جدا کردن دی اکسید کربن ناشی از نیتروژن و آب باقی مانده تولید می شود. در مقیاس کوچک نیتروژن خالص با حرارت دادن باریم آزید کارشناسی (N _{3) 2} تولید شده _است. واکنش های آزمایشگاهی شامل حرارت دادن محلول نیتریت آمونیوم (NH ₄ NO _2)، اکسیداسیون آمونیاک با یک راه حل برم آبی و یا با گرم اکسید مس :

• NH ₄ ^{+ +} NO ₂ ^- → N ₂ + 2H ₂ O
• 8NH ₃ + 3BR ₂ → N ₂ + 6NH ₄ ^{+ +} 6Br ^-
• 2NH ₃ + 3CuO → N ₂ + 3H ₂ O + 3Cu.

نیتروژن عنصری ممکن است به عنوان اتمسفر خنثی برای واکنش نیاز به خروج از اکسیژن و رطوبت استفاده می شود. استفاده می شود و نیتروژن مایع دارد. هیدروژن، متان، مونوکسید کربن، اکسیژن، فلورین و - تنها ماده که، هنگامی که نقطه نیتروژن جوش در حالت جامد کریستالی است.

در صنایع شیمیایی، این عنصر شیمیایی استفاده می شود برای جلوگیری از اکسیداسیون و یا فساد دیگر، به عنوان یک رقیق کننده بی اثر، یک گاز واکنش به حذف حرارت و یا مواد شیمیایی، و همچنین به عنوان یک مهار کننده آتش سوزی یا انفجار. در صنایع غذایی، گاز نیتروژن استفاده می شود برای جلوگیری از فساد، و مایع - برای یخ خشک شدن و خنک کننده سیستم. در گاز صنعت برق مانع از اکسیداسیون و دیگر واکنش های شیمیایی، صلنتس غلاف کابل و محافظت از موتور. در متالورژی، نیتروژن در جوشکاری و لحیم کاری استفاده می شود، جلوگیری از اکسیداسیون، کربوریزاسیون و کربنزدایی. هنگامی که گاز غیر فعال آن است که در تولید لاستیک متخلخل، پلاستیک و الاستومرها استفاده می شود، آن را به عنوان یک سوخت در قوطی های آئروسل عمل می کند، و همچنین یک فشار در جت سوخت مایع ایجاد می کند. در طب، انجماد سریع با نیتروژن مایع استفاده می شود برای ذخیره خون، مغز استخوان، بافت، باکتری ها و اسپرم. او برنامه در تحقیقات سرما شناسی پیدا کرده است.

اتصالات

بسیاری از نیتروژن مورد استفاده در تولید ترکیبات شیمیایی است. پیوند سه گانه بین اتم های عنصر خیلی قوی (226 کیلو کالری در هر مول از دو بار بیشتر از هیدروژن مولکولی)، که مولکول نیتروژن به سختی به ترکیبات دیگر وارد است.

به روش صنعتی عنصر تثبیت اصلی فرایند هابر-بوش برای سنتز آمونیاک در طول جنگ جهانی دوم، آلمان برای کاهش وابستگی به است نیترات شیلی. این شامل سنتز مستقیم از NH ₃ - گاز بی رنگ با بوی تند، بوی تحریک کننده - به طور مستقیم از عناصر آن است.

بسیاری از آمونیاک به اسید نیتریک (HNO _3)، و نیتراتها تبدیل - نمک و استرهای اسید نیتریک، خاکستر سودا (سدیم ₂ CO _3)، هیدرازین (N ₂ H ₄₎ - مایع بی رنگ به عنوان پیشران استفاده می شود، و در بسیاری از صنعتی فرآیندهای.

اسید نیتریک از سوی دیگر عمده ترکیب شیمیایی تجاری این عنصر است. بی رنگ، مایع بسیار خورنده است در تولید کود های شیمیایی، رنگ، مواد مخدر و مواد منفجره استفاده می شود. نیترات (NH ₄ NO ₃₎ - نمک آمونیاک و اسید نیتریک - شایع ترین جزء کود نیتروژن است.

اکسیژن + نیتروژن

C به شکل یک سری از اکسیژن، اکسیدهای نیتروژن، R. H. گاز نیتروس اکسید (N ₂ O)، که در آن به ظرفیت 1 اکسید (NO) (2) و دی اکسید برابر است (NO ₂₎ (4). بسیاری از اکسیدهای نیتروژن به شدت بی ثبات؛ آنها از منابع اصلی آلودگی در اتمسفر هستند. اکسید نیتروژن، همچنین به عنوان گاز خنده شناخته شده است، گاهی اوقات به عنوان داروی بیهوشی استفاده می شود. به هنگام استنشاق، باعث هیستری خفیف است. اکسید نیتریک به سرعت واکنش نشان می دهد با اکسیژن به شکل یک محصول میانی دی اکسید قهوه ای در تولید اسید نیتریک و یک اکسید کننده قوی در فرایندهای شیمیایی و سوخت.

نیز استفاده می شود برخی از نیترید تشکیل شده توسط فلزات با یک ترکیب نیتروژن در دمای بالا. نیتریدها بور، تیتانیوم، زیرکونیوم و تانتالم به نرم افزار خاص است. یکی فرم کریستالی نیترید بور (BN)، به عنوان مثال، پایین تر از الماس در سختی نیست و اکسید بنابراین بد استفاده به عنوان بالا ساینده است.

سیانیدها معدنی حاوی گروه CN ^- سیانید هیدروژن و یا اسید هیدروسیانیک HCN، بسیار فرار و گاز بسیار سمی است که برای غلظت بخور مورد استفاده در سایر فرآیندهای صنعتی سنگ. سیانوژن (CN) ₂ به عنوان یک بخور متوسط و شیمیایی استفاده می شود.

آزیدها ترکیبات که شامل یک گروه از سه اتم نیتروژن -N _{3 هستند.} بسیاری از آنها ناپایدار و بسیار حساس به شوک هستند. برخی از آنها، مانند آزید سرب، سرب (N _{3) 2،} مورد استفاده در چاشنی و آغازگر. آزیدها، مانند هالوژنها، آسانی با دیگر مواد تعامل به شکل کثرت از ترکیبات است.

نیتروژن بخشی از چند هزار نفر از ترکیبات آلی است. بسیاری از آنها از آمونیاک، سیانید هیدروژن، سیانوژن، نیتروژن و یا اسید نیتریک مشتق شده است. آمین ها، اسیدهای آمینه، آمیدها، به عنوان مثال، به دست آمده از آمونیاک یا یک نزدیک به آن مربوط می شود. نیتروگلیسیرین و نیتروسلولز - نیتریک استرهای. نیتریت از اسید نیتروس (HNO ₂₎ تهیه _شد. پورین ها و آلکالوئیدها ترکیبات هتروسیکلیک که در آن نیتروژن جایگزین یک یا چند اتم کربن هستند.

خواص و واکنش

نیتروژن چیست؟ این گاز بی رنگ و بی بو است که متراکم در -195،8 درجه سانتی گراد، بی رنگ، مایع ویسکوزیته پایین است. عنصر به شکل N ₂ مولکول، به نمایندگی در فرم وجود دارد: N ::: N: که در آن انرژی پیوند به 226 کیلو کالری برابر در هر مول، دوم تنها به مونواکسید کربن (256 کیلوکالری در هر مول). به همین دلیل، انرژی فعال سازی نیتروژن مولکولی بسیار بالا است، به طوری که در شرایط معمولی، عنصر بی اثر است. همچنین، بسیار مولکول نیتروژن پایدار تا حد زیادی به بی ثباتی ترمودینامیکی بسیاری از ترکیبات نیتروژن، کمک که در آن اتصال، حتی اگر به اندازه کافی قوی است، اما روابط تحتانی نیتروژن مولکولی.

نسبتا به تازگی، و توانایی مولکول های نیتروژن به طور غیر منتظره کشف شد به عنوان لیگاند برای ترکیبات پیچیده خدمت می کنند. مشاهده که برخی از راه حل های مجتمع روتنیم می توانید نیتروژن اتمسفر جذب به چه ممکن است به زودی یک راه ساده تر و بهتر از تثبیت عنصر یافت می شود منجر شده است.

نیتروژن فعال می توان با عبور گاز کم فشار از طریق ولتاژ بالا تخلیه الکتریکی به دست آمده. این محصول کهربا است و خیلی آسانتر واکنش نشان می دهد از مولکولی، هیدروژن اتمی، گوگرد، فسفر و فلزات مختلف، و همچنین قادر به تجزیه NO به N ₂ و O _{2 است.}

درک واضح تر از نیتروژن چه چیزی است، می توان با توجه به ساختار الکترونیکی خود را که به شکل 1S 2S ^{2 2 3} 2P دست آمده است. پنج پوسته های الکترونی خارجی صفحه نمایش کمی اتهام، و در نتیجه بار مؤثر هسته احساس در منطقه ای به شعاع کووالانسی است. اتم نیتروژن نسبتا کوچک هستند و یک الکترونگاتیوی بالا، واقع بین کربن و اکسیژن است. پیکربندی E شامل سه خارجی نیمه اوربیتال، قادر می سازد به شکل سه پیوند کووالانسی است. بنابراین، اتم نیتروژن باید واکنش بسیار بالا دارند، تشکیل با اکثر عناصر ترکیبات دوتایی پایدار، به ویژه هنگامی که عنصر دیگر است قابل ملاحظه الکترونگاتیوی مختلف، گویا اتصالات قطب قابل توجه است. هنگامی که عنصر دیگری الکترونگاتیویته قطب پایین متصل به اتم نیتروژن از بار منفی جزئی، که میگیره الکترون اشتراک گذاشتن آن را به شرکت در اوراق قرضه هماهنگی. هنگامی که عنصر دیگری الکترونگاتیو تر نیتروژن جزئی بار مثبت قابل ملاحظه ای محدود می خواص دهنده مولکول است. در قطب کم به دلیل به دلیل الکترونگاتیوی برابر عنصر دیگری، ارتباطات متعدد غلبه بر است. اگر عدم تطابق اندازه اتمی مانع از شکل گیری پیوندهای متعدد را که به صورت یک پیوند یگانه به احتمال زیاد به نسبتا ضعیف باشد، و اتصال ناپایدار است.

شیمی تجزیه

اغلب درصد نیتروژن در مخلوط گاز را می توان با اندازه گیری حجم آن پس از جذب از اجزای دیگر مواد شیمیایی تعیین می شود. تجزیه اسید سولفوریک در حضور نیترات جیوه اکسید نیتریک، که می تواند به عنوان یک گاز اندازه گیری آزاد می کند. نیتروژن از ترکیبات آلی آزاد زمانی که آنها بیش از یک اکسید مس سوخته، و نیتروژن رایگان ممکن است به عنوان یک گاز پس از جذب سایر محصولات احتراق اندازه گیری شد. یک روش شناخته شده کجلدال برای تعیین مواد در ترکیبات آلی در نظر گرفته شامل تجزیه ترکیب با اسید سولفوریک غلیظ (اختیاری حاوی جیوه و یا اکسید آن، و نمک های مختلف). بنابراین نیتروژن به سولفات آمونیوم تبدیل شده است. اضافه کردن سدیم هیدروکسید منتشر آمونیاک، است که توسط اسید مرسوم؛ مقدار باقی مانده از اسید واکنش نداده است و سپس توسط تیتراسیون تعیین شوند.

اهمیت بیولوژیکی و فیزیولوژیکی

نقش نیتروژن در ماده زنده فعالیت های فیزیولوژیکی آن از ترکیبات آلی تایید می کند. بیشتر موجودات زنده می توانید این عنصر شیمیایی خود استفاده کنید باید دسترسی به ترکیبات آن است. بنابراین، تثبیت نیتروژن ضروری است. در طبیعت، این را به عنوان یک نتیجه از دو فرایند اساسی رخ می دهد. یکی اثر انرژی الکتریکی به جو است، به طوری که نیتروژن و اکسیژن مولکولهای جدا، اجازه می دهد اتم رایگان به شکل NO و NO _2. دی اکسید و سپس با آب واکنش نشان می دهد: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO ₃ است حل شده و به زمین می آید از باران در قالب مشروب ضعیف است. در نهایت اسید بخشی از نیتروژن در خاک ترکیب است که خنثی به شکل نیتریتها و نیتراتها شود. محتوای N در خاک کشت معمولا از طریق لقاح حاوی نیترات و نمکهای آمونیوم بازیافت. چرخش حیوانات و گیاهان و تجزیه آنها یک ترکیب نیتروژن را به خاک و هوا را برمی گرداند.

یکی دیگر از فرآیندهای عمده ثابت طبیعی فعالیت های حیاتی از حبوبات است. با توجه به همزیستی با باکتری ها، این فرهنگ ها قادر به تبدیل نیتروژن اتمسفر به طور مستقیم به ترکیبات آن هستند. برخی از میکروارگانیسم ها، مانند ازتوباکتر کروکوکوم و pasteurianum کلستریدیوم، قادر به رفع N. خود

گاز خود، بی اثر، بی ضرر، جز زمانی که آنها تحت فشار تنفس، و آن را در خون و سایر مایعات بدن در غلظت های بالاتر حل است. این باعث می شود اثر مواد مخدر، و اگر فشار بیش از حد به سرعت کاهش می یابد، نیتروژن اضافی به عنوان حباب های گاز در مکان های مختلف از بدن منتشر شده است. این می تواند درد در عضلات و مفاصل، غش، فلج ناقص و حتی مرگ شود. این علائم بیماری رفع فشار نامیده می شود. بنابراین، کسانی که مجبور به تنفس هوای در چنین شرایطی باید بسیار آهسته به منظور کاهش فشار به یک حالت عادی به نیتروژن اضافی از طریق ریه ها بدون تشکیل حباب. یک جایگزین بهتر است به استفاده از یک مخلوط تنفس از اکسیژن و هلیوم. هلیم بسیار در مایعات بدن کمتر محلول است، و خطر کاهش می یابد.

ایزوتوپ

نیتروژن به عنوان دو ایزوتوپ پایدار ¹⁴ N (99،63٪) و ¹⁵ N (0،37٪) وجود دارد. آنها را می توان با تبادل شیمیایی یا با انتشار گرمایی جدا شده است. جرم نیتروژن به شکل ایزوتوپ رادیواکتیو مصنوعی در محدوده 10-13 و 16-24 است. پایدار ترین نیمه عمر 10 دقیقه. نخست تبدیل هستهای مصنوعی ناشی از در سال 1919 توسط فیزیکدان بریتانیایی ساخته شده بود ارنست رادرفورد، که بمباران نیتروژن 14 آلفا ذرات به دست آمده هسته-17 اکسیژن و پروتون است.

خواص

در نهایت لیست خواص اساسی از نیتروژن:

• عدد اتمی: 7.
• وزن اتمی نیتروژن: 14،0067.
• نقطه ذوب: -209،86 درجه سانتی گراد
• نقطه جوش: -195،8 درجه سانتی گراد
• چگالی (1 اتمسفر، 0 درجه سانتی گراد): 1.2506 گرم نیتروژن در هر لیتر.
• حالت اکسیداسیون متداول از -3، 3، 5.
• آرایش الکترونی: 1S 2S ^{2 2 3} 2P.