Forbindelser nitrogen. egenskaber af nitrogen

Fødslen til nitrat - som oversat fra det latinske ord Nitrogenium. Denne titel nitrogen - grundstof med et atomnummer på 7, hoved 15. gruppe i den lange version af det periodiske system. I form af en simpel substans bestående af jorden distribuerede luftposen - atmosfære. En række af kvælstofforbindelser fundet i jordskorpen, og levende organismer er meget udbredt i industrien, militær, landbrug og medicin.

Hvorfor er kvælstof kaldes "kvælning" og "livløse"

Som historikere kemi foreslår først fik denne enkle stof Henry Cavendish (1777). Videnskabelig passerer luft over Gløder for absorption af reaktionsprodukterne ved hjælp alkali. Som et resultat af erfaring forsker fundet farveløs og lugtfri gas, uomsat kul. Cavendish kaldte det "kvælende luft" for den manglende evne til at opretholde vejrtrækning og forbrænding.

Moderne Chemical forklares, at oxygen omsættes med kul carbondioxid dannet. Den resterende "kvælende" af luften var for størstedelens vedkommende af molekylerne _N2. Cavendish og andre forskere på tidspunktet om denne sag er endnu ikke kendt, selv om nitrogen- og nitratforbindelser derefter blev udbredt i økonomien. Forskeren fortalte om den usædvanlige gas til en kollega til at udføre lignende forsøg - Joseph Priestley.

Samtidig gjorde Carl Scheele opmærksom på den ukendte komponent i luften, men undladt at forklare dens oprindelse. Kun Daniel Rutherford i 1772, indså, at de foreliggende forsøg "kvælende" "spoiled" gas - nitrogen. Nogle forskere mener, sin opdager - er det stadig debat videnskabshistorikere.

15 år efter Rutherfords eksperimenter foreslog berømte kemiker Antuan Lavuaze at erstatte udtrykket luft "forkælet" henviser til kvælstof, på den anden side - Nitrogenium. På det tidspunkt blev det bevist, at dette stof ikke brænder, understøtter ikke trække vejret. Så var der den russiske navn "kvælstof", som fortolkes på forskellige måder. Ofte siger, at udtrykket betyder "livløs". Efterfølgende undersøgelser har modbevist den udbredte opfattelse om stoffers egenskaber. Nitrogenforbindelser - proteiner - de store makromolekyler i sammensætningen af levende organismer. For at konstruere planter optager fra jord mineral ernæring nødvendige elementer - ^2- ioner NO ₃ og NH ^4+.

Nitrogen - et grundstof

For at forstå den atomare struktur og egenskaber hjælper det periodiske system (PS). Positionen af det grundstof i det periodiske system kan definere kerneladning, antal protoner og neutroner (massetal). Det er nødvendigt at være opmærksom på værdien af atommassen - dette er en af de vigtigste egenskaber ved elementet. periode er antallet svarer til antallet af energiniveauer. Den korte version af det periodiske system Gruppe nummer svarer til antallet af elektroner i den eksterne energaticheskom niveau. Opsummerer dataene i de generelle egenskaber ved nitrogen ved sin position i det periodiske system:

• Dette er et ikke-metallisk grundstof er i øverste højre hjørne af SS.
• Kemiske symbol: N.
• Ejendom nummer: 7.
• Relativ atommasse: 14,0067.
• Formel flygtige hydrogenforbindelser: _NH3 (ammoniak).
• Danner en højere oxid N ₂ O _5, som er lig med valensen af nitrogen V.

Struktur nitrogenatom:

• nuklear ladning 7.
• Antallet af protoner: 7; antallet af neutroner: 7.
• Antal energiniveauer: 2.
• Det samlede antal elektroner: 7; e formel: 1s ² 2s ² 2p ^3.

Detaljer studerede stabile isotoper № element 7, deres massetal - 14 og 15. Indholdet af en lys atomer, hvoraf er 99,64%. Kernerne af kortlivet radioaktive isotop er også 7 protoner, og antal neutroner varierer meget: 4, 5, 6, 9, 10.

Kvælstof i naturen

Som en del af luftmolekyler er til stede jordkappen simpelt stof, hvis formel - _N2. Indholdet af kvælstof gas i atmosfæren er ca. 78,1 volumen%. Uorganiske forbindelser af grundstof i jordskorpen - forskellige ammoniumsalte og nitrater (niter). Forbindelser med formlen og navnene på nogle af de vigtigste stoffer:

• _NH3, ammoniak.
• _NO2, nitrogendioxid.
• _NaNO3 Natriumnitrat.
• _{(NH4) 2 SO4,} ammoniumsulfat.

Valensen af nitrogen i de to sidstnævnte forbindelser - IV. Kul, jord, levende organismer indeholder også N-atomerne i bundet form. Nitrogen er en bestanddel af aminosyrer makromolekyler, DNA og RNA nukleotider, hormoner og hæmoglobin. Det totale indhold af det grundstof i den menneskelige krop når 2,5%.

simpel stof

Nitrogen i form af diatomiske molekyler - det største volumen og vægt af atmosfæren luft. Stof, hvis formel er N _2, har ingen lugt, farve og smag. Denne gas er mere end 2/3 luft jordkappen. Det flydende nitrogen er en farveløs substans, der ligner vand. Koger ved en temperatur på -195,8 ° C M _(N2) = 28 g / mol. Simpelt stof smule lettere oxygen, nitrogen, luft, dens densitet er tæt på 1.

Atomerne i molekylet binder fast 3 delte elektronpar. Forbindelsen udviser en høj kemisk resistens, som adskiller den fra oxygen og andre gasformige stoffer. Til et nitrogen molekyle deles i dets bestanddele atomer er nødvendige for at forbruge energi 942,9 kJ / mol. Kontakt af de tre par af elektroner er meget stærk, begynder at nedbryde, når det opvarmes over 2000 ° C.

praktisk talt ikke forekomme under normale, dissociation af molekyler i atomer. Kemisk stabilitet er også forårsaget af nitrogen fuldstændigt fravær af polaritet i molekylet. De interagerer meget svagt med hinanden og derved arbejder den gasformige tilstand af stof ved normalt tryk og ved en temperatur nær stuetemperatur. Lav kemisk aktivitet af molekylært nitrogen anvendes i forskellige processer og indretninger, hvor det er nødvendigt at skabe et inaktivt miljø.

Dissociation af molekyler N ₂ kan forekomme under påvirkning af solstråling i den øvre atmosfære. Atomic nitrogen dannes, som reagerer med visse metaller og ikke-metaller under normale betingelser (fosfor, svovl, arsen). Resultatet er syntesen af stofferne bliver jordbundsforhold opnået indirekte.

nitrogen valens

Den ydre elektron skallen af danner en 2 s 3 og p elektron. Disse negative nitrogen kan give partikler, når interagere med andre elementer, der svarer til dets reducerende egenskaber. Tilstødende den manglende oktet til 3 elektron atom udviser oxidative evne. Elektronegativitet nitrogen under dens metalliske egenskaber er mindre udtalt end for fluor, oxygen og chlor. Når interagere med disse kemiske nitrogen giver elektroner (oxiderer). Reduktion til negative ioner efterfulgt af omsætning med andre metaller og ikke-metaller.

Typisk nitrogen valensen - III. I dette tilfælde er de kemiske bindinger er dannet af den ydre p-tiltrækning af elektroner og skabelsen af fælles (bindende) par. Kvælstof er stand til at danne donor-acceptor-binding på grund af sin enkelt elektronpar, som er ammoniumionen NH ^4+.

Kom i laboratoriet og industrien

En laboratoriemetoder baseret på oxidative egenskaber af kobberoxid. Brug nitrogenforbindelse med hydrogen - ammoniak _NH3. Denne ubehagelige lugte gas vzaimoddeystvuet med pulveriseret kobberoxid sort. Den resulterende reaktion frembringer nitrogen og synes metallisk kobber (rødt pulver). Afsat på rørvæggene waterdrops - et andet reaktionsprodukt.

Andet laboratorium, som anvender en nitrogenforbindelse med metaller - azid, for eksempel _NaN3. Opnået ved en gas, som ikke behøver at blive renset for urenheder.

Laboratoriet udføres nedbrydning af ammonium nitrit til nitrogen og vand. At starte reaktionen, er opvarmning påkrævet, fortsætter processen med udvikling af varme (exoterm). Nitrogen er forurenet med urenheder, så den renses og tørres.

Fremstilling af nitrogenet i industrien:

• fraktioneret destillation af flydende luft - en fremgangsmåde, der anvender de fysiske egenskaber af nitrogen og oxygen (forskellige kogepunkt);
• kemisk reaktion af luften med et varmt kul;
• adsorptiv gasseparation.

Interaktion med metaller og brint - oxiderende egenskaber

Inerti holdbare molekyler tillader ikke nogle direkte syntese af nitrogenforbindelser. At aktivere de atomer, der er nødvendige til kraftig opvarmning eller bestråling stof. Nitrogen kan reagere med lithium ved stuetemperatur, med magnesium, calcium og natrium, forløber reaktionen kun ved opvarmning. Tilsvarende metalnitrider dannes.

Interaktionen af nitrogen med hydrogen finder sted ved høj temperatur og tryk. Også denne fremgangsmåde kræver katalysatoren. Ammoniak opnået - en af de vigtigste kemisk syntese. Nitrogen, som et oxidationsmiddel, viser i deres tri negativ oxidationstrin:

• 3 (ammoniak og andre nitrogenforbindelser, brint - nitrider);
• -2 (hydrazin _{N2 H4);}
• -1 (hydroxylamin _NH2OH).

Den vigtigste nitrid - Ammoniak - forberedt i store mængder i industrien. Det store problem i lang tid forblev den kemiske inaktivitet af kvælstof. Dens kilder til råmaterialer var nitrat, men mineral reserver begyndte at falde hurtigt med væksten i produktionen.

Den store præstation af den kemiske videnskab og praksis har været oprettelsen af ammoniak kvælstofbinding teknik i industriel målestok. I særlige kolonner er ved direkte syntese - en reversibel proces mellem nitrogen udvindes fra luften og hydrogen. Når skabe optimale betingelser, forskyder ligevægten af denne reaktion til produktsiden, anvendelse af katalysatoren ammoniak udbyttet 97%.

Interaktion med oxygen - reducerende egenskaber

For at starte reaktionen af nitrogen og oxygen, skal være stærk opvarmning. Har tilstrækkelig energi elektrisk lysbue og en lyn udledning til atmosfæren. De vigtigste uorganiske forbindelser, hvor nitrogenet er i dens positive oxidationstrin:

• 1 (nitrogenoxid (I) N ₂ O);
• +2 (NO nitrogenmonooxid);
• 3 (nitrogenoxid (III) N ₂ O _{3, HNO2} salpetersyrling, nitritsalte deraf);
• 4 (nitrogendioxid (IV) _NO2);
• 5 (dinitrogenpentoxid (V) N ₂ O _{5, HNO3} salpetersyre, nitrater).

Værdien af naturligt forekommende

Planter optager ammoniumioner og nitratanioner fra jorden anvendes til syntesen af kemiske reaktioner af organiske molekyler i cellerne konstant kører. Atmosfærisk kvælstof nodule bakterier kan assimilere - mikroskopiske enheder danner knuder på rødderne af bælgplanter. Som et resultat, denne gruppe af planter modtog den krævede batteri, det beriger jorden.

Under tropiske storme forekomme oxidationsreaktion af atmosfærisk nitrogen. Oxiderne opløses til dannelse af syrer, disse forbindelser med nitrogen ind i jorden i vandet. På grund af den cyklus af elementer i naturen er konstant genopfyldes sine reserver i jordskorpen, luften. Komplekse organiske molekyler indeholdende nitrogen i sin sammensætning, nedbrydes af bakterier på uorganiske komponenter.

praktisk brug

De vigtigste nitrogenforbindelser til landbrug - en højt opløselig salt. Optages af planter urinstof nitrat (natrium, kalium, calcium), ammoniumforbindelser (ammoniakvand, chlorid, sulfat, ammoniumnitrat).
Inert egenskaber kvælstof planter manglende evne til at absorbere den udefra fører til behovet for at gøre store doser årligt nitrater. Dele af planteorganisme er i stand til at lagre makrocelle magt "for fremtiden", hvilket forringer kvaliteten af produktet. Overskydende nitrat i grøntsager og frugter kan forårsage forgiftning hos mennesker, væksten af maligne tumorer. Ud over landbruget er nitrogenforbindelser anvendes i andre industrier:

• til fremstilling af medikamenter;
• til kemisk syntese af højmolekylære forbindelser;
• ved fremstilling af sprængstoffer fra trinitrotoluen (TNT);
• til produktion af farvestoffer.

NO oxid finder anvendelse i kirurgi, stoffet har en analgetisk virkning. Tab af fornemmelse, når inhaleret gas bemærket, at selv de første forskere kvælstof kemiske egenskaber. Så der var et fælles navn "lattergas".

Problemet med nitrat i landbrugsprodukter

Saltene af salpetersyre - Nitrat - indeholdt en enkelt ladet anion NO ^3-. bruges Stadig det gamle navn på den gruppe af stoffer - ammoniumnitrat. Nitrater anvendes til at gøde marker, i drivhuse, haver. Bringe dem i det tidlige forår før plantning, om sommeren - i form af flydende fodringer. I sig selv, er stoffet ikke udgør en stor fare for mennesker, men i kroppen, bliver de omdannet til nitrit og derefter til nitrosaminer. Nitrit NO ^2- ioner - giftige partikler, de forårsager oxidation af ferrojern i hæmoglobinmolekylerne i trivalente ioner. I denne tilstand hovedsubstansen af menneskers og dyrs blod er ikke i stand til at transportere ilt og fjerne carbondioxid fra vævene.

Den farligere forurening nitrat af fødevarer for menneskers sundhed:

• maligne tumorer opstået i omdannelsen af nitrater til nitrosaminer (kræftfremkaldende);
• udvikling af colitis ulcerosa,
• hypotension eller hypertension;
• hjertesvigt;
• blødningsforstyrrelser
• læsioner i leveren, bugspytkirtlen og udviklingen af diabetes;
• udvikling af nyresvigt;
• anæmi, nedsat hukommelse, opmærksomhed og intelligens.

Den samtidige brug af forskellige produkter med store doser af nitrater fører til akut forgiftning. Kilderne kan være planter, drikkevand, færdiglavede kødretter. Neddypning i rent vand og madlavning kan reducere næringsindholdet i nitrat produkter. Forskerne fandt, at højere doser af farlige forbindelser observeret i umoden og drivhus planteproduktion.

Fosfor - element Pnictogen

Atomer af kemiske elementer, der er i samme lodrette søjle af det periodiske system, udviser fælles egenskaber. Fosfor er beliggende i den tredje periode, det henviser til gruppen 15, samt nitrogen. Strukturelementer lignende atomer, men der er forskelle i egenskaber. Nitrogen og fosfor udviser negativ valens og oxidationstrin III i deres forbindelser med metaller og hydrogen.

Mange fosfor reaktioner forløber ved almindelige temperaturer, et kemisk aktivt element. Omsættes med oxygen til dannelse af P ₂ O ₅ højere oxid. Den vandige opløsning af dette materiale har egenskaberne af syre (metaphosphorsyre). opnås under opvarmning orthophosphorsyre. Det definerer en flerhed af typer af salte, hvoraf mange er de mineralske gødningsstoffer, fx superphosphater. Nitrogen- og phosphorforbindelser udgør en vigtig del af den cyklus af stof og energi på vores planet, der anvendes i industri-, landbrugs- og andre områder.