Kaj je dušik? Masa dušika. molekula dušikovega

Nekovinski element 15. skupina [VA] periodnega sistema - atom dušika 2, katerih kombinacija tvori molekulo - barve, vonja in okusa plina predstavljajo velik del zemeljsko atmosfero in ki je del vseh živih bitij.

Zgodovina odkritja

Dušikov plin je približno 4/5 zemeljske atmosfere. je bil izoliran je v začetku Air raziskave. Leta 1772, švedski Himik Karl Wilhelm Scheele najprej dokazati, da takega dušika. Po njegovem mnenju je zrak zmes dveh plinov, od katerih je imenovanih "ogenj zraka", da je za izgorevanje, in drugi - .. "Nečisti zrak", ker je še vedno po prvi porabi. To so kisik in dušik. Približno v istem času dušika je bil izoliran s škotski botanik Daniel Rutherford, ki je prvič objavljen njegove ugotovitve, kot tudi britanski kemik Henry Cavendish in britanski duhovnik in znanstvenik Dzhozefom Pristli, ki delijo z Scheele primarnosti odkritju kisika. Nadaljnje raziskave so pokazale, da je nova plinska del nitrata ali kalijevega nitrata (KNO _3), in s tem je bil imenovan iz dušika ( "dobimo rojstev Salitra"), ki ga predlaga francoski kemik Chaptal leta 1790 je dušik najprej pripisan kemijskih elementov Lavoisier, katerih razlaga vlogo kisika pri gorenju ovrgli Flogistonska teorija - priljubljena v XVIII stoletju. zgorevanje napačno. Nezmožnost tega kemijskega elementa, da podpira življenje (grško ζωή) je bil razlog, da je Lavoisier imenom dušikom.

Pojav in širjenje

Kaj je dušik? Po številčnosti kemijskih elementov, je na šestem mestu. Zemljina atmosfera do 75.51 masnih% in 78.09% vol je sestavljena iz elementa in je glavni vir za industrijo. Atmosfera vsebuje tudi majhno količino amoniaka in amonijevih soli, kot tudi dušikove okside in dušikovo kislino, nastalo med nevihtami ter v motorjih z notranjim zgorevanjem. Prosti dušik najdemo v mnogih meteoritov, vulkanski in rudnik plina in nekaterih mineralnih izvirov, sonca, zvezd in meglic.

Dušik je tudi v mineralnih nahajališč kalijevega in natrijevega nitrata, toda za izpolnitev človeških potreb zadostuje. Drug material, bogat v tem elementu je gvano, ki jih lahko najdemo v jamah, kjer je veliko netopirjev, ali suhe kraje, ki jih ptice obiskujejo. Prav tako se dušika v dežju in zemljo v obliki amonijaka in amonijeve soli, in v morski vodi v obliki amonijevih ionov _(NH4 ^+), nitrit (NO ₂ ^-) in nitrat (NO ₃ ^-). Povprečna je približno 16% zapletenih organskih spojin, kot so proteini, so prisotni v vseh živih organizmih. Naravna vsebnost v zemeljski skorji je 0,3 masnih 1000. razširjenost v prostoru - od 3 do 7 atomi na silicijev atom.

Največjih držav proizvajalk dušika (kot amonijak) v začetku XXI stoletja, so bile Indija, Rusija, ZDA, Trinidad in Tobago, Ukrajina.

Komercialna proizvodnja in uporaba

Industrijska proizvodnja dušika temelji na frakcionirano destilacijo utekočinjenega zraka. Njegovo vrelišče je enako -195.8 ° C, 13 ° C, ki je nižja od kisika, ki je tako odstranimo. Dušik se lahko proizvaja tudi v velikem obsegu z zgorevanjem ogljika ali ogljikovodikov v zraku in ločimo nastalo ogljikov dioksid in vodo iz preostalega dušika. V manjšem obsegu se čisti dušik proizvaja s segrevanjem azid barij Ba _{(N3) 2.} Laboratorijska Reakcijsko vključujejo segrevanje raztopine amonijevega nitrata _(NH4 NO _2), oksidacijo amoniaka z vodno raztopino broma ali z ogrevano bakrovega oksida :

• _NH4 ^{+ +} NO ₂ ^- → N ₂ + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3Br ₂ → _N2 + 6NH ₄ ^{+ +} 6Br ^-.
• 2NH ₃ + 3CuO → _N2 + 3H ₂ O + 3Cu.

Elementna dušik lahko uporabimo kot inertni atmosferi reakcije zahtevajo izključitvijo kisika in vlage. Uporablja in tekoči dušik. Vodik, metan, ogljikov monoksid, kisik, fluor, in - edina učinkovina, ki pri vrelišča dušika ni v trdnem kristaliničnem stanju.

V kemični industriji, je to kemijski element za preprečevanje oksidacije ali drugo kvarjenje, kot inertnim razredčilom, reaktivni plin za odvajanje toplote ali kemikalij, kot tudi inhibitor požara ali eksplozije. V živilski industriji se plinasti dušik uporablja za preprečevanje kvarjenja in tekočina - za sušenje z zamrzovanjem in hladilnih sistemih. V elektroindustrija plin preprečuje oksidacijo in druge kemične reakcije, pritisk v kabelski plašč in ščiti motorje. V metalurgiji, se uporablja dušik za varjenje in spajkanje, preprečevanje oksidacije, naogljičenja in razogljičenja. Kot neaktivnega plina, ki ga uporabimo za proizvodnjo poroznih gume, plastičnih mas in elastomerov, služi kot pogonsko gorivo v pločevinke, in tudi ustvari tlak v tekočini curki goriva. V medicini se hitro zamrzovanje s tekočim dušikom uporabljajo za shranjevanje krvi, kostnega mozga, tkiva, bakterije in sperme. Našel je vlogo v kriogeno raziskav.

povezave

Večino dušika uporablja pri proizvodnji kemičnih spojin. Trojno vez med atomoma elementa je tako močna (226 kcal na mol dvakrat večja od tiste z molekulsko vodika), da molekula dušika komaj začetku druge spojine.

Glavni industrijski Postopek pritrdilni element je Haber-Bosch Postopek za sintezo amonijaka oblikovana v drugi svetovni vojni, Nemčija za zmanjšanje odvisnosti od čilski nitrat. Vključuje direktno sintezo _NH3 - brezbarvni plin z ostrim, draži vonj - neposredno iz njegovih elementov.

Večino amoniaka pretvorimo dušikove kisline _{(HNO3) in} nitrate - soli in estri dušikove kisline, natrijevega karbonata (Na ₂ CO _3), hidrazin (N _{2H 4)} - brezbarvna tekočina uporablja kot pogonsko gorivo, in v mnogih industrijskih procesi.

Dušikova kislina je druga glavna komercialna kemična spojina elementa. Brezbarvna, zelo jedka tekočina se uporablja v proizvodnji gnojil, barvil, drog in eksploziva. Amonijev nitrat _(NH4 NO ₃₎ - sol amoniaka in dušikove kisline - je najpogostejši komponenta dušik gnojilo.

Oxygen + dušik

C tvori niz kisika, dušikovih oksidov, r. H. Dušikov oksid (N ₂ O), v kateri je enaka valenci +1 oksida (NO) (2) in dioksida (NO ₂₎ (4). Številne zelo hlapne dušikove okside; so glavni vir onesnaženja v ozračju. Dušikov oksid, znan tudi kot smeh plin, se včasih uporablja kot anestetik. Ko vdihavanju povzroča blage histerijo. Dušikov oksid hitro reagira s kisikom, da se tvori rjavo dioksid vmesni izdelek pri proizvodnji dušikove kisline in močne oksidanta v kemijskih procesih in potisnega plina.

Uporabljajo se tudi nekateri nitridi tvorjene s kovinami, s spojino dušika pri povišanih temperaturah. Nitridi bora, titana, cirkonija in tantala imajo posebno vlogo. Ena kristalinična oblika borov nitrid (BN), na primer, ni slabša od diamanta trdote in oksidiran slab zato uporabimo kot visoko abraziva.

Anorganski cianidi vsebuje skupino CN ^-. Vodikov cianid ali cianovodikove kisline HCN, je zelo nestabilna in zelo strupenega plina, ki se uporablja za koncentracije zaplinjevanja rude v drugih industrijskih procesih. Cianogen (CN) ₂ se uporablja kot vmesni produkt in zaplinjenju.

Azidi so spojine, ki vsebujejo skupino s tremi dušikovimi atomi _-N3. Večina od njih so nestabilne in zelo občutljivi na udarce. Nekateri od njih, kot je svinčev azid, Pb _{(N3) 2, ki} se uporabljajo v detonatorji in primerji. Azidi, kot so halogeni, zlahka interakcijo z drugimi snovmi, da se tvori množico spojin.

Dušik je del več tisoč organskih spojin. Večina jih izvira iz amoniaka, vodikovega cianida, cianogen, dušikov ali dušikovo kislino. Amini, amino kisline, amidi, na primer izveden iz amoniaka ali tesno povezana z njo. Nitroglicerin in nitro - dušikov estri. Nitrit smo pripravili iz dušikove kisline (HNO _2). Purinov in alkaloidi so heterociklične spojine, v katerih je dušik nadomešča enega ali več atomov ogljika.

Lastnosti in reakcije

Kaj je dušik? Je brez barve, vonja plin, ki kondenzira na -195,8 ° C, brezbarvna nizko tekočine viskoznosti. Element obstaja v obliki N ₂ molekuli, zastopani v obliki: N ::: N:, pri kateri energije vez enako 226 kcal na mol, takoj za ogljikov monoksid (256 kilokalorij na mol). Iz tega razloga je aktivacijska energija molekularnega dušika je zelo visoka, tako da v normalnih pogojih je element relativno inertni. Prav tako zelo stabilna molekula dušika pomembno prispeva k termodinamične nestabilnosti veliko dušikovih spojin, v kateri je povezava, čeprav dovolj močna, vendar slabše odnosi molekularnega dušika.

Relativno kratkim in sposobnost molekul dušika smo nepričakovano odkrili služi kot ligandi za kompleksne spojine. Ugotovitev, da lahko nekatere rešitve rutenijevih kompleksov absorbirajo atmosferski dušik privedla do kaj lahko kmalu ugotovila, enostavnejši in boljši način določanja element.

Aktivne dušik lahko dobimo s prehodom z nizkim tlakom plina skozi visokonapetostno električno razelektritvijo. Produkt je oranžna in veliko lažje reagira kot molekulskega, atomski vodik, žveplo, fosfor in različnih kovin, in je tudi sposoben dekompozicije NO N ₂ in O _2.

Boljše razumevanje predmetnega kaj dušik, lahko dobimo zaradi svoje elektronsko strukturo, ki ima obliko 1s 2s ^{2 2 3} 2P. Pet zunanjih elektronska lupina nekoliko zaslon dajatev, ki bo omogočil učinkovito jedrske odgovoren čutiti v območju polmera kovalentne. Dušikovi atomi so relativno majhne in imajo visoko elektronegativnost, ki se nahaja med ogljikom in kisikom. Konfiguracija E vsebuje tri zunanje razpolovne orbitalami, ki omogoča, da se tvori tri kovalentne vezi. Zato je treba dušikov atom imajo zelo visoke reaktivnosti, ki tvori z večino drugih elementov stabilne binarne spojine, še posebej, ko je drugi element, bistveno razlikujejo elektronegativnost, vezni pomembne polariteto priključkov. Ko en element elektronegativnosti nižje polarnosti vezan na atom dušika delnim negativnim nabojem, ki osvobodi svoje ločene elektronov, ki lahko sodelujejo v koordinacijskih vezi. Ko en element več elektro dušika delno pozitiven naboj v bistvu omejuje dajalca lastnosti molekule. Pri nizkih polarnosti zaradi zaradi tega elektronegativnosti enaki drug element, multipla komunikacija prevladajo nad single. Če je atomska velikost neusklajenost preprečuje tvorbo večkratnih vezi, da se tvori enojna vez verjetno relativno šibka in je povezava nestabilna.

analitska kemija

Pogosto se odstotek dušika v mešanici plinov lahko določi z merjenjem njene prostornine po absorpciji ostalih komponent kemijskih reagentov. Razkrojem žveplovo kislino v prisotnosti živosrebrovega nitrata sprošča dušikov oksid, ki se lahko izmeri kot plin. Dušik sprostimo iz organskih spojin pri izgorevanju nad bakrovega oksida in prosti dušik lahko merimo kot plin po absorpciji drugih produktov zgorevanja. Znani Kjeldahlova metoda za določanje snovi tu obravnavanega v organskih spojin obstoji v razpadajočih spojino s koncentrirano žveplovo kislino (v danem primeru vsebuje živo srebro ali njegovega oksida in različnih soli). Tako je dušik pretvori v amonijevega sulfata. Dodajanjem natrijevega hidroksida sprošča amoniak, ki se zbirajo z običajnim kislino; preostala količina nezreagiranega kisline nato določimo s titracijo.

Biološki in fiziološki pomen

Vloga dušika pri živim potrjuje fiziološke aktivnosti organskih spojin. Večina živi organizmi ne morejo uporabljati to sam kemijski element, ki bi morali imeti dostop do njegove spojine. Zato je fiksacija dušika, je bistvenega pomena. V naravi se to zgodi zaradi dveh temeljnih procesov. Eden je učinek električne energije v ozračje, tako da dušika in kisika molekule disociira, ki omogoča prost atomi, da se tvori NO in NO _2. Dioksid nato reagira z vodo: 3NO ₂ + _H2O → 2HNO ₃ + NO.

_HNO3 raztopimo in prihaja na Zemljo pred dežjem v obliki šibke lužnice. Sčasoma kisline postane del kombiniranega dušika tal, ki je nevtralizirana, da se tvori nitritov in nitratov. Vsebnost N v kultiviranih tleh običajno povrnejo s gnojenja vsebuje nitrate in amonijevih soli. Spin živali in rastline ter njihova razgradnja vrne spojine dušika v tla in zrak.

Še en pomemben naravni proces določitev je pomembna dejavnost stročnic. Zaradi sožitju z bakterijami, te kulture so lahko pretvarja atmosferski dušik neposredno v njegove spojine. Nekateri mikroorganizmi, kot so Azotobacter Chroococcum in Clostridium pasteurianum, lahko popraviti svoj N.

plin sam, pri čemer je inertni, neškodljiva, razen če dihajo pod tlakom in se raztopi v krvi in drugih telesnih tekočin pri višjih koncentracijah. To povzroči učinek drog, in če je tlak prehitro zmanjša, se presežek dušika sprosti, plinskih mehurčkov na različnih lokacijah v telesu. To lahko povzroči bolečine v mišicah in sklepih, omedlevica, delno paralizo ali celo smrt. Ti simptomi se imenujejo dekompresijske bolezni. Zato je treba tiste, ki so prisiljeni dihati zrak v takih razmerah zelo počasi, da se zmanjša pritisk na normalno do presežnega dušika skozi pljuča brez mehurčkov. Boljša možnost je uporaba diha mešanico kisika in helija. Helij je veliko manj topen v telesnih tekočinah, in tveganje zmanjša.

izotopi

Dušik obstaja kot dve stabilnimi izotopi ¹⁴ N (99,63%) in ¹⁵ N (0,37%). Lahko jih ločimo s kemično izmenjavo ali s termično difuzijo. dušik masa v obliki umetnega radioaktivnega izotopa v območju 10-13 in 16-24. Najbolj stabilna razpolovni čas 10 minut. Prva induciran jedrska pretvorba bila narejena leta 1919 britanski fizik Ernest Rutherford, ki obstreljevanjem dušik-14 alfa-delcev, dobljenih zametkov 17 kisik in protone.

lastnosti

Na koncu seznama osnovnih lastnosti dušika:

• Atomsko število: 7.
• Atomska masa dušika: 14,0067.
• Tališče: -209,86 ° C
• Vrelišče: -195,8 ° C
• Gostota (1 atm, 0 ° C): 1.2506 g dušika na liter.
• Konvencionalna oksidacijsko stanje -3, +3, +5.
• Elektronsko konfiguracija: 1s 2s ^{2 2 3} 2P.