Forbindelser nitrogen. egenskaper av nitrogen

Fødselen til nitrat - som oversatt fra det latinske ordet Nitrogenium. Denne tittelen nitrogen - grunnstoff med et atomnummer på 7, hode 15. gruppen i lang versjon av det periodiske system. I form av en enkel substans bestående av jorden fordelt luftputen - atmosfære. En rekke forskjellige nitrogenholdige forbindelser som finnes i jordskorpen, og levende organismer er mye brukt i industrien, militære, jordbruk og medisin.

Hvorfor er nitrogen kalles "choking" og "livløs"

Som historikere i kjemi foreslår først fikk denne enkle stoffet Henry Cavendish (1777). Vitenskapelig passerer luften over glødende kull for absorpsjon av reaksjonsproduktene ved hjelp av alkali. Som et resultat av erfaring forsker fant fargeløs og luktfri gass, ikke-omsatt kull. Cavendish kalte det "kvelende luft" for manglende evne til å opprettholde pust og forbrenning.

Moderne Kjemisk forklares at oksygen omsettes med kull, det dannede karbondioksyd. De gjenværende "kvelende" av luft var for det meste av molekylene _N2. Cavendish og andre forskere på det tidspunktet om denne saken er ennå ikke kjent, selv om nitrogen og nitratforbindelser deretter ble utbredt i økonomien. Forskeren fortalte om uvanlig gass til en kollega til å gjennomføre lignende eksperimenter - Joseph Priestley.

Samtidig Carl Scheele trakk oppmerksomhet til det ukjente komponenten i luften, men klarte ikke å skikkelig forklare sin opprinnelse. Bare Daniel Rutherford i 1772 innsett at de foreliggende eksperimenter "kveles" "ødelagt" gass - nitrogen. Noen forskere mener oppdageren - det er fortsatt debatt historikere av vitenskap.

15 år etter Rutherfords eksperimenter berømte kjemiker Antuan Lavuaze foreslått å erstatte begrepet luft "bortskjemt" refererer til nitrogen, på den andre - Nitrogenium. Av den tiden det ble bevist at dette stoffet ikke brenner, støtter ikke puste. Så var det den russiske navnet "nitrogen", som blir tolket på ulike måter. Sier ofte at begrepet betyr "livløs". Senere studier har motbevist den utbredte oppfatning om egenskapene til stoffene. Nitrogenforbindelser - proteiner - de store makromolekyler i sammensetningen av levende organismer. For å konstruere planter absorberer fra jord mineral ernæring nødvendige elementer - ^2- -ioner NO ₃ og ^{4 + NH.}

Nitrogen - et kjemisk element

For å forstå den atomære strukturen og egenskapene bidrar til det periodiske systemet (PS). Posisjonen til det kjemiske elementet i det periodiske system kan definere kjernefysisk ladning, antall protoner og nøytroner (massenummer). Det er nødvendig å ta hensyn til verdien av den atommasse - dette er en av de viktigste egenskapene til elementet. periode, svarer det antall som antallet av energinivå. Den korte versjonen av det periodiske system gruppenummeret svarer til antallet av elektroner i det ytre energaticheskom nivå. Oppsummering av dataene i de generelle egenskapene til nitrogen ved sin stilling i det periodiske system:

• Dette er en ikke-metalliske element er i det øvre høyre hjørne av SS.
• Kjemisk symbol: N.
• Eiendom nummer: 7.
• Relativ atommasse: 14,0067.
• Formel flyktige hydrogenforbindelser: _NH3 (ammoniakk).
• Skjemaer et høyere oksyd N ₂ O _5, som er lik valensen av nitrogen V.

Struktur nitrogenatom:

• kjernefysisk ladning 7.
• Antall protoner: 7; antallet nøytroner: 7.
• Antall energinivå: 2.
• Det totale antall elektroner: 7; e formel: 1s ² 2s ² 2p ^3.

Detaljer studert stabile isotoper № element 7, deres massetall - 14 og 15. Innholdet av en lys atomene som er 99,64%. Den kjerner av kortvarig radioaktiv isotop er også 7 protoner, og antallet nøytroner varierer: 4, 5, 6, 9, 10.

Nitrogen i naturen

Som en del av luftmolekylene er til stede jord kappe enkel substans, som har formelen - _N2. Innholdet av nitrogengass i atmosfæren er ca. 78,1 volum%. Uorganiske forbindelser av det kjemiske elementet i jordskorpen - forskjellige ammoniumsalter og nitrater (niter). Forbindelser med formel og navnene på noen av de viktigste stoffer:

• _NH3, ammoniakk.
• _NO2, nitrogendioxyd.
• NANO ₃ Natriumnitrat.
• (NH _{4) 2SO 4,} ammoniumsulfat.

Valensen av nitrogen i de to sistnevnte forbindelser - IV. Kull, jord, levende organismer også inneholder N-atomer, i bundet form. Nitrogen er en komponent av aminosyrer makromolekyler, DNA og RNA-nukleotider, hormoner og hemoglobin. Det totale innhold av det kjemiske element i menneskekroppen når 2,5%.

enkelt stoff

Nitrogen i form av toatomig - det største volumet og vekten av atmosfæreluft. Stoff, hvis formel er N _2, har ingen lukt, farge og smak. Denne gass er mer enn 2/3 luft jord kappe. Det flytende nitrogen er et fargeløst stoff, som ligner vann. Koker ved en temperatur på -195,8 ° C M (N ₂₎ = 28 g / mol. Enkel substans litt lettere oksygen, nitrogen, luft, er dens tetthet nær 1.

Atomene i molekylet bindes fast tre delte elektronpar. Forbindelsen utviser en høy kjemisk bestandighet, som skiller den fra oksygen og andre gassformede stoffer. Til en nitrogenmolekyl spaltes i sine bestanddeler atomer som er nødvendige for å bruke energi 942,9 kJ / mol. Kontakt av de tre par av elektroner er meget sterk, begynner å brytes ned ved oppvarming over 2000 ° C.

praktisk talt ikke forekommer under normale forhold, dissosiasjonen av molekyler i atomer. Kjemisk inerthet er også forårsaket av nitrogen fullstendig fravær av polaritet i sitt molekyl. De interagere meget svakt med hverandre, for derved å gi gassformet tilstand av materie ved normalt trykk og ved en temperatur nært til romtemperatur. Lav kjemisk aktivitet av molekylært nitrogen anvendes i forskjellige prosesser og innretninger hvor det er nødvendig for å skape en inert miljø.

Dissosiasjon av molekyler _N-2 kan forekomme under påvirkning av solstråling i den øvre atmosfære. Atomic nitrogen er dannet, som reagerer med visse metaller og ikke-metaller under normale forhold (fosfor, svovel, arsen). Resultatet er syntesen av de substansene som er grunnforholdene oppnådd indirekte.

nitrogen valens

Den ytre elektronskall i atomet danner en 2 s 3 og p elektron. Disse negative nitrogen kan gi partikler i samspill med andre elementer som tilsvarer de reduserende egenskaper. Ved siden av mangler oktett til 3 elektron-atom oppviser oksidativ evne. Elektro nitrogen under sine metalliske egenskaper er mindre uttalt enn den av fluor, oksygen og klor. Ved interaksjon med disse grunnstoffene nitrogen gir elektroner (oksyderingsmiddel). Reduksjon til negative ioner, etterfulgt av omsetning med andre metaller og ikke-metaller.

Typisk nitrogen valens - III. I dette tilfellet er de kjemiske bindinger som dannes av den ytre p-tiltrekning av elektroner og etablering av vanlige (binding) par. Nitrogen er i stand til å danne donor-akseptor-binding på grunn av dets enkeltpar av elektroner, som er ammoniumionet NH ^4+.

Komme i laboratoriet og industri

En laboratoriemetoder basert på oksidative egenskapene til kobberoksid. Bruk nitrogenforbindelsen med hydrogen - ammoniakk _NH3. Denne ubehagelige luktende gass vzaimoddeystvuet med pulverisert kobberoksyd svart. Den resulterende reaksjons produserer nitrogen og ser ut til metallisk kobber (rødt pulver). Avsatt på rørveggene vanndråper - et annet reaksjonsprodukt.

En annen laboratoriemetode som benytter en nitrogenforbindelse med metaller - azid, for eksempel _NaN3. Oppnås ved en gass som ikke trenger å bli renset fra forurensninger.

Laboratoriet er utført dekomponering av ammonium- nitritt til nitrogen og vann. For å starte reaksjonen, er oppvarming nødvendig, og deretter går prosessen videre med utvikling av varme (eksoterm). Nitrogen er forurenset med urenheter, slik at det er renset og tørket.

Fremstilling av nitrogenet i industrien:

• fraksjonert destillasjon av flytende luft - en metode som anvender de fysiske egenskapene til nitrogen og oksygen (forskjellig kokepunkt);
• kjemisk reaksjon av luften med en varm kull;
• adsorptive gass-separasjon.

Interaksjon med metaller og hydrogen - oksiderende egenskaper

Treghets holdbare molekyler som ikke tillater noen direkte syntese av nitrogenforbindelser. For å aktivere atomene som er nødvendige for sterk oppvarming eller bestråling substans. Nitrogen kan reagere med litium ved romtemperatur, med magnesium, kalsium og natrium, forløper reaksjonen bare ved oppvarming. Tilsvarende metall nitrider dannes.

Interaksjonen av nitrogen med hydrogen finner sted ved høy temperatur og trykk. Også denne fremgangsmåte krever katalysatoren. Ammoniakk fått - en av de viktigste kjemisk syntese. Nitrogen, som et oksidasjonsmiddel, viser i sin tri negativ oksydasjonstilstander:

• 3 (ammoniakk og andre nitrogenforbindelser, hydrogen - nitrider);
• -2 (hydrazin N ₂ H _4);
• -1 (hydroksylamin _NH2 OH).

Det viktigste nitride - Ammonia - utarbeidet i store mengder i industrien. Det store problemet i lang tid vært den kjemiske treghet av nitrogen. Dens kilder av råvarer var nitrat, men mineralreserver begynte å avta raskt med veksten av produksjonen.

Den store oppnåelse av kjemisk vitenskap og praksis har vært dannelsen av ammoniakk-nitrogen fiksering teknikk i industriell målestokk. I spesielle kolonner er ved direkte syntese - en reversibel prosess mellom nitrogen oppnådd fra luften og hydrogen. Ved opprettelse av optimale betingelser, forskyves likevekten for reaksjonen til produktsiden, ved hjelp av katalysatoren ammoniakk utbyttet er 97%.

Interaksjon med oksygen - reduserende egenskaper

For å starte reaksjonen mellom nitrogen og oksygen, må være sterk oppvarming. Ha tilstrekkelig energi elektrisk lysbue og en lyn utslipp til atmosfæren. De viktigste uorganiske forbindelser hvor nitrogenet er i sin positive oksydasjonstilstander:

• 1 (nitrogen oksyd (I) N ₂ O);
• 2 (NO nitrogenmonoksyd);
• 3 (nitrogen oksyd (III) N ₂ O _3, HNO ₂ salpetersyrling nitrittsalt derav);
• 4 (nitrogendioksid (IV) _NO2);
• 5 (nitrogen-pentoksyd (V) N ₂ O _{5, HNO3} salpetersyre, nitrater).

Verdien av naturlig forekommende

Planter absorbere ammoniumioner og nitratanioner fra den jord som brukes for syntese av kjemiske reaksjoner av organiske molekyler i cellene kjører konstant. Atmosfærisk nitrogen nodule bakterier kan assimilere - mikroskopiske enheter som danner knuter på røttene av belgfrukter. Som et resultat av denne gruppe av planter fikk den nødvendige batteri, det beriker jordsmonnet.

Under tropiske stormer forekomme oksidasjonsreaksjon av atmosfærisk nitrogen. Oksydene oppløses for å danne syrer, av disse forbindelser av nitrogen inn i grunnen i vannet. På grunn av den syklus av elementer i naturen blir stadig etterfylles reservene i jordskorpen, luften. Komplekse organiske molekyler inneholdende nitrogen i komposisjonen, blir nedbrutt av bakteriene på uorganiske komponenter.

praktisk bruk

De viktigste nitrogenholdige forbindelser for landbruket - en lett oppløselig salt. Absorberes av planter ureanitrat (natrium, kalium, kalsium), ammonium-forbindelser (ammoniakk-vann, klorid, sulfat, ammoniumnitrat).
Inert egenskaper nitrogen planter manglende evne til å absorbere det fra utsiden fører til behovet for å lage store doser årlig nitrater. Deler av anlegget organismen er i stand til å lagre makrocelle makt "for fremtiden", som forringer kvaliteten på produktet. Overflødig nitrater i grønnsaker og frukt kan forårsake forgiftning hos mennesker, veksten av ondartede svulster. I tillegg til jordbruket, blir nitrogenforbindelser som brukes i andre industrier:

• for fremstilling av medikamenter;
• for kjemisk syntese av høymolekylære forbindelser;
• ved fremstilling av sprengstoff fra trinitrotoluen (TNT);
• for fremstilling av fargestoffer.

NO oksyd finner sin anvendelse ved kirurgi, substansen har en analgetisk effekt. Tap av følelse når inhalert gass merke til at selv de første forskerne med nitrogen kjemiske egenskaper. Så var det et vanlig navn "lystgass".

Problemet med nitrater i landbruksprodukter

Saltene av salpetersyre - Nitrat - inneholdt en enkeltvis ladet anion NO ^3-. Fremdeles anvendes det gamle navn av den gruppe stoffer - ammoniumnitrat. Nitrater brukes til å befrukte felt, i veksthus, hager. Bringe dem tidlig på våren før planting, i sommer - i form av flytende feedings. Av seg selv, gjør stoffet ikke utgjør en stor fare for mennesker, men i kroppen, blir de omdannet til nitritt, og deretter inn nitrosaminer. Nitritt NO ^2- ioner - giftige partikler, de forårsaker oksydasjon av toverdig jern i hemoglobinmolekylene i den treverdige ioner. I denne tilstand, er den viktigste substansen i menneskers og dyrs blod ikke i stand til å transportere oksygen og fjerne karbondioksyd fra vevene.

Den mer farlig nitrat forurensning av mat for menneskelig helse:

• maligne tumorer som oppstår i omdannelsen av nitrat til nitrosaminer (fremkallende);
• utvikling av ulcerøs kolitt,
• hypotensjon eller hypertensjon;
• hjertesvikt;
• blødningsforstyrrelser
• lesjoner i lever, pankreas og utvikling av diabetes;
• utvikling av nyresvikt;
• anemi, nedsatt hukommelse, oppmerksomhet og intelligens.

Den samtidige bruk av forskjellige produkter med store doser av nitrater fører til akutt forgiftning. Kildene kan være planter, drikkevann, ferdiglagde kjøttretter. Bløtlegging i rent vann, og koking kan redusere næringsinnholdet i nitratprodukter. Forskerne fant at høyere doser av farlige forbindelser observert hos umodne og drivhus planteproduksjon.

Fosfor - element Pnictogen

Atomer av kjemiske elementer som er i det samme vertikale kolonne i det periodiske system, oppviser felles egenskaper. Fosfor er plassert i den tredje periode, refererer det til gruppen 15, så vel som nitrogen. Strukturelementer tilsvarende atomer, men det er forskjeller i egenskaper. Nitrogen og fosfor oppviser negativ valens og oksidasjonstilstand III i deres forbindelser med metaller og hydrogen.

Mange fosfor reaksjoner foregår ved vanlige temperaturer, et kjemisk aktivt element. Omsettes med oksygen for å danne P ₂ O ₅ høyere oksyd. Den vandige oppløsning av dette materialet har egenskaper syre (metafosfor). Mens oppvarming av orto-fosforsyre ble oppnådd. Den definerer en flerhet av typer av salter, hvorav mange er de mineralgjødsel, for eksempel superfosfater. Nitrogen- og fosforforbindelser utgjør en viktig del av syklusen av materie og energi på vår klode, brukes i industrielle, landbruks- og andre felt.