Što je azot? Mass azota. dušika molekula

Nemetalnih element 15. grupe [VA] Periodni sustav - atom azota 2 od kojih je zajedno čine molekula - bez boje, mirisa i neukusna plina koji čine veliki dio Zemljine atmosfere i koji je dio svih živih bića.

Povijest otkrića

Azotom je oko 4/5 Zemljine atmosfere. Je izoliran u ranim Air Research. 1772. godine, Švedski Himik Karl Wilhelm Scheele prva koja je pokazala da je takva azot. Prema njegovim riječima, zrak je mješavina dva gasa, od kojih je jedna je nazvao "vatra zrak", to jest da podrži sagorijevanje, i druge - .. "Nečista zrak", jer je i dalje nakon prve troši. To su bili kiseonika i azota. Otprilike u isto vrijeme dušik je izoliran od strane škotski botaničar Daniel Rutherford, koji je prvi objavio svoje nalaze, kao i britanski kemičar Henry Cavendish i britanska sveštenik i naučnik Dzhozefom Pristli, koji dijeli sa Scheele primat otkrića kisika. Dalja istraživanja su pokazala da novi plin je dio nitrata ili kalijev nitrat (KNO _3), i, prema tome, on je imenovan od azota ( "roditi Saltpeter") od strane francuski hemičar Chaptal 1790. Azot je prvi put pripisati kemijske elemente Lavoisier, čije objašnjenje uloge kisika u sagorijevanja opovrgnuta teorija flogistona - popularna u XVIII stoljeću. zabluda sagorijevanje. Nesposobnost ovog hemijskog elementa da podrži život (grčki ζωή) je bio razlog da je Lavoisier imenu azotom.

Pojava i širenje

Što je azot? Prema obilje kemijskih elemenata, on je na šestom mjestu. Zemljina atmosfera na 75,51% po masi i 78,09% zapremine se sastoji od elementa i to je glavni izvor za industriju. Atmosfera također sadrži malu količinu amonijaka i amonij soli, kao i dušikovih oksida i dušične kiseline, formira tokom oluje i u motorima s unutarnjim izgaranjem. Free azot se naći u mnogim meteoritima, vulkanske i moja plin i neke mineralnih izvora, sunce, zvijezde i maglina.

Azot se takođe nalazi u mineralnih sirovina kalija i natrija nitrata, ali da zadovolji ljudske potrebe dovoljno. Drugim materijalom bogata u ovom element je Guano, koji se može naći u pećinama, gdje puno šišmiša, ili suvim prostorijama posjećuju ptice. Također, azot se nalazi na kiši i tlo u obliku amonijaka i amonijeve soli, i u morskoj vodi u obliku amonijevog iona (NH ₄ ^+), nitrit (NO ₂ ^-) i nitrat (NO ₃ ^-). Prosjek je oko 16% kompleksnih organskih spojeva kao što su proteini, su prisutne u svim živim organizmima. Prirodni sadržaj u Zemljinoj kori je 0,3 dijelova 1000. Rasprostranjenost u prostoru - od 3 do 7 atoma po silikona atoma.

Najveći zemalja proizvođača azota (kao amonijak) na početku XXI stoljeća, bili su Indija, Rusija, SAD, Trinidad i Tobago, Ukrajina.

Komercijalna proizvodnja i upotreba

Industrijska proizvodnja azota se temelji na posebnom delu destilacijom ukapljenog zraka. Njegova temperatura ključanja je jednaka -195,8 ° C, 13 ° C niža od kisika, koja je na taj način odvojen. Dušik se može proizvoditi u velikom obimu sagorijevanjem ugljika ili ugljikovodika u zraku i razdvaja rezultat ugljen-dioksida i vode iz rezidualnog azota. U malih čistog azota se proizvodi zagrijavanje azid barijum Ba (N _{3) 2.} Laboratorija reakcije uključuju grijanje rješenje amonijevog nitrita (NH ₄ NO _2), oksidacija amonijaka sa vodenom brom rješenje ili s grijanom bakar oksid :

• 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.

Elementarni dušik se može koristiti kao inertna atmosfera za reakcije zahtijevaju isključenje kisika i vlage. Koristi se i tečni azot. Vodika, metana, ugljičnog monoksida, kisika, fluora, i - jedina supstanca koja, kada je vrelište azota nije u čvrstom kristalno stanje.

U kemijskoj industriji, ovaj hemijski element se koristi za sprečavanje oksidacije ili drugih kvarenja, kao inertni otapalo, reaktivni plin za uklanjanje topline ili kemikalija, kao i požar ili eksploziju inhibitor. U prehrambenoj industriji, dušik plin se koristi za sprečavanje kvarenja, a tečnost - za zamrzavanje-sušenja i hlađenja. U industriji plina električne sprečava oksidaciju i druge kemijske reakcije, pod pritisak kabla omotač i štiti motora. U metalurgiji, azot se koristi pri zavarivanju i lemljenje, sprečavanje oksidacije, naugljeničenje i dekarburizaciju. Kao neaktivnih gas se koristi u proizvodnji porozne gume, plastike i elastomera, služi kao pogonsko gorivo u aerosolom, a također stvara pritisak na tekućine mlaznica za gorivo. U medicini, brz zamrzavanje tečnim azotom se koristi za čuvanje krvi, koštane srži, tkivo, bakterije i sperme. On je našao primjenu u kriogenim istraživanja.

veze

Većina azota se koriste u proizvodnji kemijskih spojeva. Trostruka veza između atoma elementa je toliko jaka (226 kcal po molu dvostruko veća od molekularne vodonika), da azot molekula teško ulazi u druge spojeve.

Glavni industrijski način fiksacije element je Haber-Bosch proces za sintezu amonijaka razvijene tokom Drugog svjetskog rata, Njemačka kako bi se smanjila ovisnost o čileanskim nitrata. To uključuje direktno sintezu NH ₃ - bezbojni plin s opor, iritirajući miris - direktno od njegovih elemenata.

Većina amonijak se pretvara u dušične kiseline (HNO _3), i nitrata - soli i esteri dušične kiseline, sode (Na ₂ CO _3), hidrazin (N ₂ H ₄₎ - bezbojna tečnost koristi kao pogonsko gorivo, a u mnogim industrijskim procesima.

Dušične kiseline je drugi veliki komercijalni kemijski spoj elementa. Bezbojna, visoko korozivne tečnost se koristi u proizvodnji gnojiva, boje, droge i eksploziva. Amonijum nitrat (NH ₄ NO ₃₎ - soli amonijaka i dušične kiseline - je najčešći azotnih đubriva komponentu.

Kiseonik + azot

C formira niz kisika, dušikovih oksida, r. H. Dušikov oksid (N ₂ O), u kojoj je jednak valenciju +1 oksida (NO) (2) i dioksid (NO ₂₎ (4). Mnogi veoma nestabilna dušikovih oksida; oni su glavni izvori zagađenja u atmosferi. Dušikov oksid, također poznat kao smeje gas, ponekad se koristi kao anestetik. Kada se udiše, izaziva blage histerije. Azot oksid brzo reagira s kisikom da formiraju smeđe dioksida srednji proizvoda u proizvodnji dušične kiseline i jak oksidant u hemijskim procesima i pogonsko gorivo.

Također se koristi neki nitrida formirana metala sa spoj dušika na povišenim temperaturama. Nitrida bora, titana, cirkonijuma i tantal imaju posebne aplikacije. Jedan kristalni oblik bornitrid (BN), na primjer, ne zaostaje za dijamant u tvrdoći i oksidira loše zbog toga koristi kao visoko abrazivne.

Neorganskih cijanida sadrže CN grupa ^-. Hidrogen cijanid ili cijanovodonična kiselina HCN, je vrlo nestabilna i vrlo otrovnog plina koji se koristi za koncentracije fumigaciju rude u drugim industrijskim procesima. Bromcijan (CN) ₂ se koristi kao kemijske srednji i za dezinsekciju.

Azidi su spojevi koji sadrže grupu od tri atoma azota -N _3. Većina od njih su nestabilne i vrlo osjetljiva na šokove. Neki od njih, kao što su olovo azid, Pb (N _{3) 2,} koji se koriste u detonatora i prajmera. Azidi, kao što su halogeni, lako komuniciraju sa drugim supstancama da se formira pluralitet jedinjenja.

Azot je dio nekoliko hiljada organskih spojeva. Većina njih su izvedeni iz amonijaka, hidrogen cijanid, cijan-, azot ili dušične kiseline. Amini, aminokiseline, amidi, na primjer, izvedene iz amonijaka ili usko u vezi s tim. Nitroglicerina i nitroceluloza - dušične estere. Nitrita je pripremljen iz azotasta kiseline (HNO _2). Purina i alkaloidi su heterociklički spojevi u kojima je dušik zamjenjuje jedan ili više atoma ugljika.

Svojstva i reakcije

Što je azot? To je bezbojna, bez mirisa plina koji sažima na -195,8 ° C, bezbojna, niske viskoznosti tečnosti. Element postoji u obliku N ₂ molekula, predstavljeni u obliku: N ::: N:, u kojoj je energija veze jednaka 226 kcal po molu, drugi se samo na ugljen monoksid (256 kilokalorija po molu). Iz tog razloga, energija aktivacije molekularne azota je vrlo visoka, tako da u normalnim uvjetima element je relativno inertan. Također, vrlo stabilna dušika molekula uvelike doprinosi termodinamičke nestabilnosti mnogih jedinjenja azota, u kojoj vezi, čak i ako je dovoljno jak, ali inferioran odnosa molekularne azota.

Relativno nedavno, i sposobnost dušika molekula je neočekivano otkriveno služe kao ligandi za složene spojeve. Zapažanje da neka rješenja rutenija kompleksa može apsorbirati atmosferski azot doveli na ono što se uskoro može naći jednostavniji i bolji način za pričvršćivanje elementa.

Aktivni dušik može se dobiti donošenjem nizak pritisak gasa kroz električni pražnjenja visokog napona. Proizvod je žuta i mnogo spremnije reagira od molekularne, atomski vodik, sumpor, fosfor i razne metale, kao i je sposoban razlaže NE N ₂ i O _2.

A jasnije razumijevanje onoga što je dušik, mogu se dobiti zbog svoje elektronske strukture koja ima oblik 1s 2s ^{2 2 3} 2P. Pet vanjski elektron školjke malo prikazan punjenja, što je rezultiralo u efikasnom nuklearne zadužen osjetio u regiji kovalentno radijus. Atoma azota su relativno male i imaju visok elektronegativnosti, nalazi se između ugljika i kisika. E konfiguracija uključuje tri vanjska pola orbitala, omogućavajući da se formira tri kovalentne veze. Stoga, atom azota mora imati izuzetno visok reaktivnost, formiranje većine drugih elemenata stabilan binarni spojevi, posebno kada su drugi element je bitno drugačiji elektronegativnosti, prenosi značajan polariteta veze. Kada jedan element elektronegativnosti niže polariteta vezan za atom azota parcijalnih negativnog naboja, koji oslobađa svoje nedeljeni elektrone da učestvuje u koordinaciji obveznica. Kada jedan element elektronegativniji azota parcijalne pozitivan naboj značajno ograničava donatora svojstva molekula. Na niskim polaritet zbog zbog elektronegativnosti jednaka još jedan element, više komunikacije prednost nad jednim. Ako je atomske veličine neusklađenost sprečava stvaranje višestrukih obveznice koje čine jedinstvenu obveznica će vjerovatno biti relativno slaba, a veza je nestabilna.

analitičke kemije

Često procenat azota u mješavini plina može se odrediti mjerenjem njegove zapremine nakon apsorpcije ostalih komponenti kemijskih reagensa. Razlaganje sumporne kiseline u prisustvu žive nitrata oslobađa azot-oksida, koji se može mjeriti kao plin. Azot je oslobođen od organskih spojeva kada su spalili preko bakar oksid, i slobodan dušik može se mjeriti kao gas nakon apsorpcije drugih proizvoda sagorijevanja. A dobro poznati način Kjeldahl za određivanje supstanci ovdje uzeti u obzir organskih spojeva sastoji se razložiti na spoj s koncentriranom sumpornom kiselinom (po izboru sadrže živu ili njegovog oksida, i razne soli). Tako dušik se pretvara u amonijev sulfat. Dodavanje natrijev hidroksid tisak amonijak, koji se prikupljaju konvencionalnim kiselina; preostali iznos od neproreagovani kiseline se potom određuje titracijom.

Biološke i fiziološke značaj

Uloga azota u obzira na žive potvrđuje svoju fiziološku aktivnost organskih spojeva. Većina živi organizmi ne mogu koristiti ove hemikalije samom elementu treba da imaju pristup njegova jedinjenja. Dakle, azotofiksacije je od suštinskog značaja. U prirodi, ovo se javlja kao rezultat dva osnovna procesa. Jedan od njih je učinak električne energije u atmosferu, tako da azot i molekule kisika disocira, omogućavajući slobodno atomi formirati NO i NO _2. Dioksida zatim reagira s vodom: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO ₃ se rastvara i dolazi na Zemlju od kiše u obliku slabe pića. Na kraju kiselina postaje dio kombinaciji azota iz zemljišta koja neutralizira da se formira nitrita i nitrata. Sadržaj N u uzgaja tlima obično se oporavio kroz oplodnje koje sadrže nitrate i amonijeve soli. Spin životinja i biljaka i njihovih raspadanja vraća spoj dušika u tlo i zrak.

Još jedan veliki prirodni proces fiksiranja je od vitalnog značaja aktivnost mahunarki. Zbog simbiozi sa bakterijama, te kulture su sposobni za pretvaranje atmosferskog dušika direktno u njegova jedinjenja. Neki mikroorganizmi, kao što su Azotobacter chroococcum i Clostridium pasteurianum, su u stanju da popravi vlastite N.

samog plina, što je inertan, bezopasni, osim kada dišu pod pritiskom, a to se rastvara u krvi i drugim tjelesnim tekućinama pri većim koncentracijama. Ovo izaziva efekt droge, a ako se pritisak prebrzo smanjena, višak azota se oslobađa kao gas mjehurića na različitim lokacijama tijela. To može dovesti do bolova u mišićima i zglobovima, nesvestica, parcijalna paraliza, pa čak i smrt. Ovi simptomi se nazivaju bolesti dekompresije. Zbog toga, oni koji su primorani da diše zrak u takvim okolnostima mora biti vrlo sporo kako bi se smanjio pritisak na normalno da višak azota kroz pluća, bez nastanka mjehurića. Bolja alternativa je da se koristi za disanje mješavinu kisika i helija. Helij je mnogo manje topiv u tjelesnim tekućinama, a rizik se smanjuje.

izotopi

Azot postoji kao dva stabilna izotopa ¹⁴ N (99,63%) i ¹⁵ N (0,37%). Oni mogu biti odvojeni hemijskom izmjenom ili termičkim difuzije. azot mase u obliku umjetnih radioaktivnih izotopa je u rasponu 10-13 i 16-24. Najstabilnije poluživot od 10 minuta. Prva umjetno izazvane nuklearne transmutacije je ostvaren u 1919. britanski fizičar Ernest Rutherford, koji bombardiranjem dušika-14 alfa-čestica dobila jezgra-17 kisik i protona.

svojstva

Konačno navesti osnovna svojstva dušika:

• Atomski broj: 7.
• Atomska masa dušika: 14,0067.
• Topljenja: -209,86 ° C.
• Tačka: -195,8 ° C.
• Gustina (1 bankomat, 0 ° C): 1,2506 grama azota po litri.
• Konvencionalni oksidacijsko stanje -3, +3, +5.
• Elektron konfiguracija: 1s 2s ^{2 2 3} 2P.