Nitrojeni ni nini? Misa nitrojeni. nitrojeni molekuli

kipengele isiyo metali ya 15 ya kikundi [Va] radidia - chembe nitrojeni 2 ambayo kuchanganya na kuunda molekuli - haina rangi, odorless na dufu gesi ikiwa ni sehemu kubwa ya anga ya dunia na ambayo ni sehemu ya viumbe hai wote.

Historia ya ugunduzi

Gesi ya nitrojeni ni kuhusu 4/5 ya anga ya dunia. Ilikuwa pekee katika mapema Air Utafiti. Mwaka 1772, Sweden Himik Karl Wilhelm Scheele kwanza kuonyesha kuwa kama nitrojeni. Kulingana na yeye, hewa ni mchanganyiko wa gesi mbili, moja ambayo aliita "moto hewa", yaani kwa msaada wa mwako, na wengine - .. "Mchafu hewa" kwa sababu bado baada ya kwanza zinazotumiwa. Hizi zilikuwa oksijeni na nitrojeni. Around huo huo nitrojeni imekuwa kutengwa na Scottish botanist Daniel Rutherford, ambaye kwanza kuchapishwa matokeo yake, na pia kemia British Henry Cavendish na padre wa Uingereza na mwanasayansi Dzhozefom Pristli, ambaye pamoja na Scheele ubora wa ugunduzi wa oksijeni. Utafiti zaidi umeonyesha kuwa gesi mpya ni sehemu ya nitrate au potassium nitrate (kno _3), na, kulingana, alitajwa nitrojeni ( "kujifungua saltpeter") na Kifaransa mwanakemia Chaptal katika 1790 Nitrogen kwa mara ya kwanza kuhusishwa na mambo ya kemikali ya Lavoisier, ambao maelezo ya nafasi ya oksijeni katika mwako kukanushwa Phlogiston nadharia - maarufu katika karne ya XVIII. mbaya mwako. kutokuwa na uwezo wa kipengele hiki kemikali kusaidia maisha (Kigiriki ζωή) alikuwa sababu Lavoisier aitwaye gesi ya nitrojeni.

kuibuka na kuenea

nitrojeni ni nini? Kulingana na wingi wa mambo ya kemikali, yeye nafasi ya sita. anga ya dunia kwa 75.51% kwa uzito na 78.09% kwa kiasi linajumuisha kipengele na ni chanzo kikuu kwa ajili ya sekta. anga pia ina kiasi kidogo cha amonia na chumvi za amonia, pamoja na oksidi za nitrojeni na asidi nitriki, sumu wakati wa ngurumo na katika injini mwako ndani. Free nitrojeni inapatikana katika meteorites wengi, volkano na mgodi gesi na baadhi chemchem ya madini, jua, nyota na nebulae.

Nitrogen pia hupatikana katika hifadhi za madini ya potasiamu na sodium nitrate, lakini ili kukidhi mahitaji ya binadamu ya kutosha. nyenzo nyingine tajiri katika kipengele hiki ni guano, ambayo inaweza kupatikana katika mapango, ambapo kura ya popo, au maeneo kavu mara kwa mara na ndege. Pia, nitrojeni zilizomo katika mvua na udongo katika mfumo wa amonia na chumvi za amonia, na katika maji ya bahari kwa njia ya ioni amonia (NH ₄ ^+), nitriti (NO ₂ ^-) na nitrate (NO ₃ ^-). wastani ni 16% ya misombo tata hai kama vile protini, sasa katika kila kiumbe hai. maudhui ya asili katika mkusanyiko wa dunia ni 0.3 sehemu na 1000. Maambukizi katika nafasi - kutoka atomi 3 hadi 7 kwa kila silicon chembe.

kubwa ya kuzalisha nchi za nitrojeni (vile amonia) katika mwanzo wa karne ya XXI, walikuwa India, Urusi, Marekani, Trinidad na Tobago, Ukraine.

uzalishaji na matumizi ya kibiashara

Viwanda uzalishaji wa nitrojeni ni msingi kunereka za sehemu ya kimiminika hewa. mchemko ya joto ni sawa na -195.8 ° C, 13 ° C chini kuliko ile ya oksijeni, ambayo ni hivyo kutengwa. Nitrogen pia inaweza zinazozalishwa kwa kiwango kikubwa na mwako wa kaboni au hidrokaboni katika hewa na kutenganisha kusababisha dioksidi kaboni na maji kutoka nitrojeni mabaki. Katika kiwango kidogo nitrojeni safi ni zinazozalishwa na joto azidi bari Ba (N _{3) 2.} Maabara majibu ni pamoja na joto ufumbuzi wa nitriti amonia (NH ₄ NO _2), oxidation ya amonia na maji bromini ufumbuzi au na moto oxide shaba :

• 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.

Watawala nitrojeni inaweza kutumika kama anga ajizi kwa athari wanaohitaji kuondolewa kwa oksijeni na maji. Hutumiwa na nitrojeni kioevu. Hidrojeni, methane, monoksidi kaboni, oksijeni, florini, na - tu dutu ambayo, wakati moto hatua ya nitrojeni si katika hali imara fuwele.

Katika sekta ya kemikali, kipengele hiki kemikali hutumika kuzuia oxidation au kuharibika nyingine, kama diluent ajizi, gesi tendaji kuondoa joto au kemikali, pamoja na moto au mlipuko kizuizi. Katika sekta ya chakula, gesi ya nitrojeni hutumika kuzuia uharibifu, na maji - kwa ajili ya kufungia-kukausha na baridi mifumo. Katika umeme sekta ya gesi kuzuia oxidation na athari nyingine za kemikali, pressurizes ala cable na kulinda motors. Katika madini, oksidi hutumiwa katika kulehemu na brazing, kuzuia oxidation, carburization, na decarburization. Kama gesi inaktiv hutumika katika uzalishaji wa porous mpira, plastiki na elastomers, ni mtumishi kama propellant katika makopo erosoli, na pia inajenga shinikizo katika jets maji mafuta. Katika dawa, kuganda haraka na nitrojeni kioevu inatumika kuhifadhi damu, uboho, tishu, bakteria na mbegu za kiume. Yeye kupatikana maombi katika utafiti cryogenic.

uhusiano

Zaidi ya nitrojeni kutumika katika utengenezaji wa misombo ya kemikali. dhamana mara tatu kati ya atomi ya kipengele ni hivyo nguvu (226 kcal per mole ya mara mbili zaidi ya ile ya hidrojeni Masi), kwamba nitrojeni molekuli ni vigumu inaingia katika misombo nyingine.

kuu ya viwanda mbinu naitrojeni kipengele ni Haber-Bosch mchakato awali ya amonia maendeleo wakati wa Vita Kuu ya II, Ujerumani kupunguza utegemezi wa nitrate Chile. Inajumuisha awali moja kwa moja ya NH ₃ - gesi haina rangi na pungent, harufu inakera - moja kwa moja kutoka mambo yake.

Zaidi ya amonia inabadilishwa kuwa asidi nitriki (HNO _3), na nitrati - chumvi na esta ya asidi nitriki, magadi (Na ₂ CO _3), hidratsini (N ₂ H ₄₎ - kioevu haina rangi kutumika kama propellant, na katika mengi ya viwanda taratibu.

asidi nitriki ni nyingine kubwa kemikali biashara kiwanja cha kipengele. Haina rangi, maji yenye babuzi hutumiwa katika uzalishaji wa mbolea, rangi, madawa ya kulevya na mabomu. Amonia nitrate (NH ₄ NO ₃₎ - chumvi ya asidi amonia na nitriki - ni ya kawaida nitrojeni mbolea sehemu.

Oxygen + nitrojeni

C hutengeneza mfululizo wa oksijeni, oksidi za nitrojeni, r. H. Nitrous oxide (N ₂ O), ambapo ni sawa na Valence ya +1 oxide (NO) (+2) na kaboni (NO ₂₎ (4). Wengi tete na oksidi za nitrojeni, wao ni vyanzo vikuu vya uchafuzi katika anga. Nitrous oxide, pia inajulikana kama akicheka gesi, wakati mwingine hutumika kama anesthetic. Wakati kuvuta pumzi, husababisha hysteria kali. Nitriki oxide humenyuka haraka na oksijeni kuunda kahawia dioxide kati bidhaa katika uzalishaji wa asidi nitriki na kioksidishaji madhubuti katika michakato kemikali na propellant.

Pia hutumika ni baadhi nitrides lililoundwa na vyuma na nitrojeni kiwanja kwa joto muinuko. Nitrides ya boroni, titanium, zirconium na tantalum programu hivi maalum. Moja fuwele fomu ya boroni nitride (BN), kwa mfano, ni si duni ya almasi katika ugumu na iliyooksidishwa kwa hiyo mbaya kutumika kama high-abrasive.

sianidi isokaboni vyenye CN kundi ^-. Hidrojeni sianidi au hydrocyanic acid HCN, ni tete na gesi ya sumu sana ambayo hutumiwa kwa viwango ufukizo ore katika michakato mingine ya viwanda. Cyanogen (CN) ₂ hutumika kama kemikali kati na kwa mafusho.

Azidi ni misombo ambayo yana kundi la tatu atomi nitrojeni -N _3. Wengi wao ni imara na nyeti sana na majanga. Baadhi yao, kama vile azidi kuongoza, Pb (N _{3) 2,} kutumika katika detonatorer na primers. Azidi, kama halojeni, urahisi kiutendaji na vitu vingine na kuunda wingi wa misombo.

Nitrogen ni sehemu ya maelfu kadhaa ya misombo ya kikaboni. Wengi wao ni inayotokana na amonia, sianidi hidrojeni, cyanogen, nitrous au asidi nitriki. Amini, asidi amino, amidi, kwa mfano, inayotokana na amonia au karibu kuhusiana na hilo. Nitrogiliserini na nitrocellulose - nitriki esta. Nitriti alikuwa tayari kutoka asidi nitrous (HNO _2). Purines na alkaloids ni heterocyclic misombo ambayo nitrojeni nafasi moja au zaidi carbon atomi.

Mali na athari

nitrojeni ni nini? Ni colorless, odorless gesi hiyo hutonesha katika -195,8 ° C, haina rangi, mnato chini kioevu. Element ipo katika mfumo wa molekuli N _2, kuwakilishwa katika fomu: N ::: N:, ambapo dhamana ya nishati sawa na 226 kcal per mole, ya pili kwa monoksidi kaboni (256 kilo kalori per mole). Kwa sababu hii, uanzishaji nishati ya nitrojeni Masi ni kubwa sana, hivyo katika hali ya kawaida ya kipengele ni ya juu kiasi dhaifu. Pia, yenye imara nitrojeni molekuli huchangia sana kuyumba thermodynamic ya misombo mingi nitrojeni, ambapo uhusiano, hata kama nguvu ya kutosha, lakini mahusiano duni nitrojeni Masi.

Hivi karibuni, na uwezo wa molekuli nitrojeni mara bila kutarajia kugundua kutumika kama ligands kwa misombo tata. uchunguzi kwamba baadhi ya ufumbuzi wa ruthenium complexes inaweza kunyonya anga nitrojeni imesababisha kile kinachoweza karibuni kupatikana rahisi na bora njia ya kurekebisha kipengele.

Active nitrojeni yanaweza kupatikana kwa kupita shinikizo gesi chini kwa njia ya umeme kutokwa high-voltage. bidhaa ni kahawia na kwa urahisi zaidi humenyuka ya molekuli, atomia hidrojeni, kiberiti, fosforasi na metali mbalimbali, na pia ana uwezo wa kuoza NO kwa N ₂ na O _2.

uelewa mzuri wa nini ni nitrojeni, zinaweza kupatikana kutokana na muundo wake umeme ambayo ina aina 1s 2S ^{2 2 3} 2p. Tano nje elektroni maganda kidogo screen malipo, kusababisha malipo ufanisi nyuklia waliona katika eneo la Radius covalent. Nitrogen atomi ni ndogo na kuwa na electronegativity juu, iko kati ya kaboni na oksijeni. E Configuration ni pamoja na tatu nje ya nusu orbitals, kuwezesha na kuunda tatu vifungo covalent. Kwa hiyo, chembe nitrojeni lazima juu sana reactivity, na kutengeneza na wengi mambo mengine imara misombo binary, hasa wakati jingine ni kikubwa tofauti electronegativity, anatupa uhusiano mkubwa polarity. Wakati mwingine kipengele Electronegativity chini polarity masharti ya chembe nitrojeni ya sehemu ya malipo hasi, ambayo inatufanya elektroni wake imeondolewa kushiriki kushiriki katika vifungo uratibu. Wakati mwingine kipengele zaidi electronegative nitrojeni ubaguzi chanya malipo kikubwa mipaka mali wafadhili wa molekuli. Wakati polarity chini kutokana sababu ya electronegativity sawa nyingine kipengele, mawasiliano nyingi kushinda moja. Kama atomiki ukubwa kutolingana kuzuia malezi ya vifungo mbalimbali kwamba fomu dhamana moja ni uwezekano wa kuwa na kiasi dhaifu, na uhusiano ni imara.

kemia uchambuzi

Mara nyingi asilimia ya nitrojeni katika mchanganyiko wa gesi inaweza kuamuliwa kwa kupima kiasi yake baada ya ngozi ya sehemu nyingine ya vitendanishi kemikali. mtengano wa asidi sulfuriki katika uwepo wa zebaki nitrate inatoa oksidi nitriki, ambayo inaweza kupimwa kama gesi. Nitrogen ni liberated kutoka misombo ya kikaboni wakati wao ni kuchomwa juu ya oksidi shaba, na nitrojeni bure inaweza kupimwa vile gesi baada ya ngozi ya bidhaa nyingine mwako. maalumu Kjeldahl mbinu kwa ajili ya uamuzi wa vitu kuchukuliwa hapa katika misombo ya kikaboni yamo katika kuoza kiwanja na kujilimbikizia sulfuriki (waweza zebaki au oxide yake, na chumvi mbalimbali). Hivyo nitrojeni inabadilishwa kuwa sulfate amonia. Kuongeza sodium hidroksidi releases amonia, ambayo ni zilizokusanywa na asidi za kawaida; mabaki ya kiasi cha asidi unreacted ni basi kuamua na uchunguzi wa kimaabara.

Biolojia na kisaikolojia umuhimu

nafasi ya nitrojeni katika jambo hai unathibitisha shughuli zake kisaikolojia ya misombo ya kikaboni. viumbe wengi wanaoishi hawawezi kutumia kipengele hiki kemikali yenyewe wanapaswa kuwa na misombo yake. Kwa hiyo, nitrojeni ni muhimu. Katika maumbile, hii hutokea kutokana na michakato mbili za msingi. Moja ni athari ya nishati ya umeme katika anga, ili nitrojeni na oksijeni molekuli kutenganisha, kuruhusu bure atomi kuunda NO na NO _2. Kaboni kisha humenyuka na maji: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO ₃ ni kufutwa na suala la Dunia kutoka mvua katika mfumo wa pombe dhaifu. Hatimaye asidi inakuwa sehemu ya pamoja nitrojeni udongo ambayo ni neutralized na kuunda nitriti na nitrati. maudhui ya N katika mchanga kilimo kawaida zinalipwa kwa njia ya mbolea zenye nitrati na chumvi za amonia. Spin wanyama na mimea na kuoza yao anarudi nitrojeni kiwanja katika udongo na hewa.

Nyingine kubwa ya asili fixing mchakato ni shughuli muhimu ya kunde. Kutokana na hushirikiana na vimelea, tamaduni hizi ni uwezo wa kuwabadili anga nitrojeni moja kwa moja kwenye misombo yake. Baadhi vijiumbe, kama vile Azotobacter Chroococcum na Clostridium pasteurianum, wanaweza kurekebisha N. zao

gesi yenyewe, kuwa ajizi, madhara, ila wakati wao kupumua chini ya shinikizo, na ni zilizoyeyushwa kwenye damu na majimaji mengine ya mwili wa viwango vya juu. Hii husababisha athari ya madawa ya kulevya, na kama shinikizo hupungua haraka sana, nitrojeni ziada hutolewa kama Bubbles gesi katika maeneo mbalimbali ya mwili. Hii inaweza kusababisha maumivu ya misuli na viungo, watazirai, sehemu kupooza na hata kifo. Dalili hizi wanaitwa decompression ugonjwa. Kwa hiyo, wale ambao wanalazimika kupumua hewa katika hali kama hiyo lazima polepole sana kupunguza shinikizo katika hali ya kawaida kwa nitrojeni ziada kwa njia ya mapafu bila malezi ya Bubbles. mbadala bora ni kutumia mchanganyiko breathable wa oksijeni na heli. Helium yake ni machache mumunyifu katika maji maji ya mwili, na hatari hupungua.

isotopu

Nitrogen ipo kama mbili isotopu imara ¹⁴ N (99,63%) na ¹⁵ N (0,37%). Wanaweza kutengwa kwa fedha za kemikali au kwa utbredningen joto la mwili. nitrojeni wingi katika mfumo wa mionzi isotopu bandia ni katika aina mbalimbali 10-13 na 16-24. imara zaidi ya nusu ya maisha ya dakika 10. Kwanza artificially ikiwa transmutation nyuklia ilitolewa mwaka wa 1919 na mwanafizikia British Ernest Rutherford, ambayo bombarding nitrojeni-14 alpha-chembe kupatikana kiini-17 oksijeni na protoni.

mali

Hatimaye orodha ya mali ya msingi ya nitrojeni:

• Atomiki simu: 7.
• Atomiki uzito wa nitrojeni: 14,0067.
• Kiwango myeyuko: -209,86 ° C.
• Kiwango mchemko: -195,8 ° C.
• Density (1 atm, 0 ° C): gramu 1.2506 nitrojeni kwa lita.
• Kawaida oxidation hali ya -3, 3, +5.
• Electron Configuration: 1s 2S ^{2 2 3} 2p.