Nitrogén - tulajdonságai kémiai elemek
Nitrogén (a görög azoos - élettelen, Lat Nitrogenium ..), N, egy kémiai elem a csoport V a periódusos rendszer, az atomi száma 7 atomtömeg 14,0067; gáz színtelen, szagtalan és íztelen.
Történelmi háttér. Nitrogén vegyületek - nitrát, salétromsav, ammónia - ismertek voltak jóval azelőtt megszerzése nitrogén szabad állapotban. 1772-ben Rutherford, DI, égő foszfor és egyéb anyagok üveg harang azt mutatta, hogy a fennmaradó után az égési gáz, amit az úgynevezett „fojtogató levegő” nem támogatja a légzés és az égés. 1787-ben, Lavoisier megállapította, hogy az „élet” és a „fojtogató” gázok alkotják a levegőben, ez egy egyszerű dolog, és azt javasolta a nevét „nitrogén”. 1784-ben, H. Cavendish azt mutatta, hogy a nitrogén-része a nitrát; innen ered a név Nitrogén (késői nitrum - nitrát és görög gennao - megszületett, én termelnek) javasolta 1790-ben Zh. A. Shaptalem. A 19. század elején már tisztázták a kémiai semlegesség nitrogén szabad állapotban, és kizárólagos szerepet vegyületek más elemekkel, mint a kötött nitrogén. Azóta, a „kötő” légköri nitrogén vált az egyik legfontosabb technikai problémák a kémia.
Bár a neve „nitrogén” azt jelenti, „nem támogatja az élet”, ez tényleg - egy szükséges eleme az élet. Az állati és az emberi protein tartalmazza 16-17% nitrogént tartalmaz. Azokban a szervezetekben, húsevő fehérje képződik a fehérje bevitel anyagok jelen az élő szervezetekben, és növényevők növényekben. Növények szintetizálni egy fehérje emésztő nitrogéntartalmú anyagok a talajban található, elsősorban szervetlen. Ennélfogva, a nitrogén mennyisége adja meg a talaj miatt nitrogén-kötő mikroorganizmusokat, képes lefordítani a szabad levegő nitrogén Nitrogén vegyület.
A természetben a nitrogén-ciklus végzik, amelyben a fő szerepet játszott mikroorganizmusok - nitrofitsiruyuschie, denitrofitsiruyuschie, nitrogén-rögzítő és egyéb. Azonban, a kitermelés a talaj növények hatalmas mennyiségű kötött nitrogén (különösen intenzív mezőgazdaság) kimerült talaj nitrogén. Deficiency nitrogén jellemző a mezőgazdaság szinte minden országban, van egy nitrogén hiány az állattenyésztésben ( „fehérje hiány”). Talajokon szegény rendelkezésre álló nitrogén, a növények fejlesztése rosszul. Nitrogén műtrágyák és a fehérje az állatok takarmányozására - legfontosabb javításának eszköze a mezőgazdaságban. Gazdasági tevékenység sérti az emberi nitrogén-ciklus. Így, égő tüzelőanyag gazdagítja a nitrogénatmoszférában, és a gyár műtrágyák, levegő kötődnek nitrogén. Szállítás és műtrágyák mezőgazdasági termékek újraosztja nitrogén a föld felszínén. Nitrogén - a negyedik leggyakoribb eleme a napenergia rendszer (miután a hidrogén és hélium és oxigén).
Az izotópok az atomok és molekulák nitrogén. Természetes nitrogén két stabil izotópok 14 N (99.635%) és 15 N (0,365%). N 15 izotópot használjuk a kémiai és biokémiai vizsgálatok, mint nyomjelző. Mesterséges radioaktív izotópok Nitrogén legnagyobb felezési idő 13 N (t ½ = 10,08 perc), a másik nagyon rövid életű. A felső légkörben, az intézkedés alapján neutron kozmikus sugárzás, 14 N alakítjuk radioaktív szénizotóp 14 C. Ezt az eljárást használják nukleáris reakciók előállításához 14 ° C Külső elektron héj nitrogénatom 5 elektronok (a magányos pár és egy egyetlen páratlan három - konfiguráció 2s 2 2p 3. a legtöbb esetben nitrogént 3-kovalens vegyületek miatt a párosítatlan elektronok (mint ammónia NH3). a jelenléte magányos pár elektronok képződését eredményezheti egy másik kovalens kötés, és a nitrogén válik 4-kovalens ( a ammóniumion NH4). Az oxidáció mértéke Nitrogén változhat +5 (N2 O5) -3 (c NH3). Normális körülmények között egy szabad állapotban képez nitrogén-molekula N2. ahol N atomok kapcsolódnak három kovalens kötések. A molekula nagyon stabil Nitrogén :. disszociációs energia annak atomok 942,9 kJ / mól (225,2 kcal / mol), így még ha a T c 3300 ° C, a disszociációs mértéke nitrogén csak körülbelül 0,1%.
A fizikai tulajdonságok a nitrogén. A nitrogén az valamivel könnyebb, mint a levegő; sűrűsége 1,2506 kg / m 3 (0 ° C-on és 101,325 N / m 2, vagy 760 Hgmm. v.), olvadáspont: -209,86 ° C, forráspontja -195,8 ° C-on A nitrogént cseppfolyós nehezen: a kritikus temperatupa meglehetősen alacsony (-147,1 ° C), és a magas kritikus nyomása 3,39 MN / m 2 (34,6 kgf / cm 2); sűrűségű folyékony nitrogén 808 kg / m 3. A vízben oldható nitrogén kisebb, mint az oxigén: 0 ° C-on 1 m 3 H2 O feloldunk 23,3 g nitrogént. Jobb, mint a víz, nitrogén oldódik egyes szénhidrogének.
Kémiai tulajdonságait nitrogén. Csak az ilyen aktív fémek például lítium, kalcium, magnézium, nitrogén reagál hevítve viszonylag alacsony hőmérsékleten. A legtöbb más elemet, a nitrogént reagál, magas hőmérsékleten és a katalizátorok jelenlétében. Jól tanulmányozott vegyületek oxigén, nitrogén N2 O, NO, N2 O3. NO2 és N2 O5. Ezek közül a közvetlen kölcsönhatása elemek (4000 ° C) NO-oxid képződik, amely lehűléskor könnyebben oxidált-oxid (IV) NO2. A levegő nitrogén-oxidok során képződött légköri kisülések. Ezek úgy állíthatók elő is a műveletet a keveréket nitrogén oxigénnel ionizáló sugárzásnak. Amikor vízben oldjuk, nitrogén és nitrogén-N2 O3 N2 O5 anhidridek rendre kapott HNO2 salétromossavval és a salétromsavat, HNO3. sóképzésre - nitrátok és nitritek. Nitrogén kötődik hidrogénnel csak magas hőmérsékleten, és a katalizátor jelenlétében, és ammónia keletkezne NH3. Továbbá az ammónia, ismertek és számos egyéb nitrogénvegyületek hidrogén, mint a hidrazin H2N-NH2. HN = NH diimid, azoimid HN3 (HN = N≡N), oktazon N8 H14 és mások; Nitrogén legtöbb vegyület hidrogénnel kiosztott csak formájában szerves származékai. Halogénekkel Nitrogén nem lépnek közvetlen, úgy, hogy az összes nitrogén-halogenidek kapott csak közvetve, mint például a nitrogén-fluorid NF3 - reakciójával fluor- ammóniával. Jellemzően, a nitrogén-halogenidek - malostoykie vegyület (kivéve NF3); ellenállóbb oxi-halogenidek Nitrogén - NOF, NOCl, nobr, NO2 F és NO2 Cl. A kén is előfordul közvetlen kapcsolat nitrogén; dinitrogén-kén-N4 S4 reakciójával kapott kén és a folyékony ammónia. Reagáltatva izzólámpa koksz képződött nitrogén ciano- (CN) 2. Nitrogén fűtési acetilénnel C2 H2 akár 1500 ° C-nyerhető hidrogén-cianid HCN. A kölcsönhatás nitrogén és a fém magas hőmérsékleten képződéséhez vezet a nitridek (például Mg3 N2).
Az intézkedés alapján a hagyományos elektromos kisülések Nitrogén [nyomását 130-270 N / m 2 (1-2 Hgmm. CT.)] Vagy aktív nitrogén lehet kialakítani bomlása nitridek A, Ti, Mg, Ca, valamint az elektromos kisülések a levegőben , molekulák keverékét és nitrogénatomok, amelynek megnövekedett az energiatartalom. Ellentétben a molekuláris, aktív nitrogén erőteljesen reagáltatjuk oxigén, hidrogén, kén-gőzt, foszfor és egyes fémek.
A nitrogén egy része számos fontos szerves vegyületek (aminok, amino-, nitro-, és mások).
Nitrogén. Laboratóriumi nitrogén könnyen melegítésével előállítható koncentrált ammónium-nitrit: NH4 NO2 = N2 + 2H2 O. A műszaki Eljárás nitrogén szétválasztásán alapuló korábban cseppfolyósított levegő, amelyet azután a desztilláció.
A nitrogén használata. A nagy részét a termelt szabad nitrogént alkalmazunk az ipari termelés az ammónia, amelyet azután jelentős mennyiségben kerül feldolgozásra a salétromsav, a műtrágyák, robbanóanyagok, és így tovább. D. A közvetlen szintézisét ammóniát az elemek ipari jelentőségű kötési levegő nitrogén fejlődött 1905 godu ciánamidmódszer Ez azon a tényen alapul, hogy 1000 ° C-on a kalcium-karbid (melegítésével kapott keveréket elektromos kemencében mész és szén) reakcióba lép a szabad nitrogén: CaC2 + N2 = CaCN2 + C a kapott ciánamidot kalcium hatására a túlhevített vízgőz bomlik, hogy kiadja az ammónia: CaCN2 + 3H2 O = CaCO3 + 2NH3.
Szabad nitrogént használunk számos iparágban, mint az inert közegben, különböző kémiai és metallurgiai folyamatok töltőtérbe higany hőmérők, ha a pumpáló gyúlékony folyadékok, stb Folyékony nitrogén találja alkalmazás különböző hűtőrendszerekben ... Ez tárolni és szállítani, acél Dewar edények, gáz állapotú nitrogénnel tömörített formában - a hengerek. Széles körben sok nitrogén vegyületeket alkalmazunk. Termelés fix nitrogént erőteljesen fejleszteni 1. után világháború és mára elérte a hatalmas méreteket.
Nitrogén a szervezetben. A nitrogén az egyik legfontosabb tápanyagok, amelyek részét képezik a legfontosabb anyagokra az élő sejtek - a fehérjék és nukleinsavak. Azonban, a nitrogén mennyisége a szervezetben kis (1-3% a száraz tömegre számítva). Található atmoszférában molekuláris nitrogén csak akkor szívódik fel néhány mikroorganizmus és kék-zöld alga.
Jelentős nitrogén tartalékok koncentrálódnak a talajban formájában különböző ásványi (ammóniumsók, nitrátok) és szerves vegyületek (nitrogén fehérjék, nukleinsavak és ezek bomlástermékek, azaz a még nem teljesen elbomlott maradványai a növények és állatok). Növények asszimilálni nitrogént a talajban formájában szervetlen és bizonyos szerves vegyületek. Természetes körülmények között nagy jelentőséggel bír a növénytápanyagok talaj mikroorganizmusok (ammonifiers), amely ásványosodnak talaj szerves nitrogén ammóniumsók. Nitrát-nitrogén talajban van kialakítva létfontosságú nyitott SN Vinogradskii 1890 nitrifikáló baktériumok, amelyek oxidálódnak ammóniát és ammónium-sók hozzáadása nitrátok. Része a nitrát-nitrogén által asszimilálható mikroorganizmusok és növények elvesztette, át molekuláris nitrogén hatására denitrifikáló baktériumok. Növények és mikroorganizmusok asszimilálni valamint az ammónium- és nitrát-nitrogén, csökkentve az utóbbi ammónia és ammónium-sói. Mikroorganizmusok és növények aktívan alakítjuk szervetlen ammónia-nitrogént a szerves nitrogén vegyületek - amid (aszparagin és glutamin) és aminosavak. Amint látható DN Prianishnikov és V. S. Butkevich nitrogén növények tárolják és szállítják formájában glutamin és aszparagin. A formáció az amidok ammóniát detoxikált, magas koncentrációban, amelyek mérgezőek nemcsak az állatok, hanem a növények számára. Amidok része számos fehérje, mint a mikroorganizmusok és növények, és az állatok. Szintézise glutamin és aszparagin enzimatikus amidálási glutamviovoy és aszparaginsav végezzük nemcsak mikroorganizmusok és növények, de bizonyos határokon belül és állatokban.
Szintézise előfordul az aminosavak által aldehid reduktív aminálását és keto savszám származó szénhidrátok oxidációját, vagy enzimes transzaminálással. A emésztés végtermékeit mikroorganizmusok és növények ammónia fehérjék, amelyek a protoplazma, és a sejtmagok és rakódtak formájában tároló fehérjék. Állatok és emberek képesek csak korlátozott mértékben szintetizálni aminosavak. Nem tudnak szintetizálni nyolc esszenciális aminosavat (valin, izoleucin, leucin, fenilalanin, triptofán, metionin, treonin, lizin), és így az elsődleges forrása a nitrogént fehérjék elfogyasztott élelmiszer, hogy a végső soron, - növényi eredetű fehérjék és mikroorganizmusokat.
Fehérjék minden organizmusban vannak kitéve az enzimatikus lebontással, a végtermékek, amelyek aminosavak. A következő lépésben eredményeként dezaminálása aminosavak, szerves nitrogén ismét átalakíthatjuk szervetlen ammónium-nitrogén. A mikroorganizmusok és különösen ammónia-nitrogént a növények használhatók egy új szintézisét amidok és az aminosavak. Állatok defusing során képződött ammónia bomlása fehérjék és nukleinsavak, hajtjuk szintézise révén húgysav (hüllők és madarak) vagy karbamid (emlősök, beleértve az embereket is), amelyeket azután kiválasztódnak. Szemszögéből a növény nitrogén-anyagcsere, egyrészt, és az állatok (és humán), a másik, azzal jellemezve, hogy az újrahasznosítási a keletkező ammóniát végezzük az állatok csak csekély mértékben - a legtöbb ez kiválasztódik; A növényekben a nitrogén-csere „zárt” - a bejövő nitrogén visszakerül a növény egy talajban a növény maga.