Nitrogén, a tudomány, a rajongók powered by Wikia
Nyitva szerkesztése
1777-ben, Henry Cavendish végzett, a következő kísérlet: ismételten áthalad a levegő a piros-forró szenet, majd a kezelést lúggal, miáltal a maradékot Cavendish nevezett fulladást (vagy mefiticheskim) levegő. Abból a szempontból a modern kémia egyértelmű, hogy a vörös-forró szenet reakció a levegő oxigénjével érintkeztetjük az a szén-dioxid. amelyet azután lúggal. Amikor ez a gáz maradék többnyire nitrogén. Így, Cavendish különválasztják a nitrogén, de nem sikerült észre, hogy ez az új, egyszerű anyag (kémiai elem). Ugyanebben az évben Cavendish jelentett a tapasztalat Joseph Priestley.
Priestley ebben az időben végzett egy kísérletsorozatot, amelyben szintén kötődik a légköri oxigén és eltávolítja a szén-dioxidot kapunk, amely szintén kapott nitrogén, azonban, hogy meghatározó támogatója idején gyulladásos elmélet. teljesen félremagyarázott eredményeket (az ő véleménye, a folyamat az ellenkezője volt - nem az oxigént eltávolítjuk a gázkeverék és fordítva, ennek eredményeként a tüzelési levegő, telített flogiszton; maradék levegőt (nitrogén), és ő hívott flogisztont telített, azaz phlogisticated). Nyilvánvaló, hogy Priestley, bár képes azonosítani a nitrogén, nem értették meg a lényegét a felfedezés, és ezért nem tekinthető úttörőnek nitrogént.
Egyidejűleg egy hasonló kísérletben ugyanazt az eredményt és a kiégett Carl Scheele.
Ezt követően, nitrogén vizsgáltuk Henry Cavendish (érdekes az a tény, hogy képes volt kötődni a nitrogén és oxigén révén kisülések az elektromos áram, és miután a felszívódását a nitrogén-oxidok a fennmaradó kapott egy kis mennyiségű gázt teljesen közömbös, azaz inert gázok. Bár, mint a nitrogén esetén, nem értette, mit osztottak új kémiai elemek). Azonban Rutherford volt támogatója a flogisztonelmélet, ezért is nem tudott megérteni, amit azonosítottak. Így egyértelműen meghatározzák felfedezője nitrogén lehetetlen.
A név eredete szerkesztése
A név „nitrogén”, ami azt jelenti, „élettelen”, ahelyett, hogy a korábbi neve ( „phlogisticated”, „mefitichesky” és „elrontott” levegő) javasolt 1787-ben, Antoine Lavoisier. amely abban az időben a csoport más francia tudósok fejlesztettek elvei kémiai nómenklatúra. Amint fent jeleztük, míg a már ismert volt, hogy a nitrogén nem támogatja a belső égésű, vagy a légzési. Ez a tulajdonság és úgy vélte, a legfontosabb. Annak ellenére, hogy később világossá vált, hogy a nitrogén, éppen ellenkezőleg, elengedhetetlen, hogy minden élőlény, a neve maradt a francia és orosz nyelven.
Van még egy másik verziót. A „nitrogén” nem kitalált Lavoisier és kollégái a nómenklatúra bizottság; felvették az alkímiai irodalomban már a korai középkorban, és megjelölésére használják „elsődleges metal anyag”, amely akkor volt „alfa és omega” minden dolgok. Ezt a kifejezést kölcsönzött az Apokalipszis. „Én vagyok az Alfa és az Omega, a kezdet és a vég.” A szó alkotja a kezdeti és végső betűjét ábécé három nyelven - latinul. Görög és a héber. - tartják „szent”, mert szerint az evangéliumok. a felirat a kereszt a keresztre feszítést ben készült következő nyelveken (és az alfa omega Aleph és Tav Z -.... AAAZOTH). A szerkesztők az új kémiai nómenklatúra jól tudták, hogy létezik az a szó; kezdeményezője annak létrehozását Guyton de Morveau jegyezte fel a „módszeres Encyclopedia” (1786), az alkímiai kifejezés jelentését.
Latin neve nitrogén „Nitrogenium”, azaz a „szülés nitrát”; Angol neve származik a latin. A német használt Stickstoff neve, ami azt jelenti, „fojtogató az ügyet.”
Nitrogén jellegű törvény
Természetes nitrogén két stabil izotópok 14 N - 99.635% és 15 N - 0,365%.
előfordulási szerkesztése
Kívül a detektált föld nitrogén gáz halmazállapotú ködök, a napenergia légkör, az urán. Neptunusz. csillagközi térben, stb Nitrogén -. gyakorisága a negyedik elem a Naprendszer (miután a hidrogén és hélium oxigént.).
A tömege oldott nitrogén a hidroszférát, tekintettel arra, hogy mind a folyamatok játszódnak nitrogénatmoszférában oldódik vízben, és engedje el a légkörbe körülbelül 2 × 10 13 t, mellett körülbelül 7 × 10 11 tonna nitrogén szereplő hidroszférába vegyületek formájában.
A biológiai szerepe jog
A nitrogén elem szükséges létezését állatok és növények, ez tartalmazza az összetétel a fehérjék (16-18 tömeg%) aminosavak. nukleinsavak. nukleoprotein, a klorofill. hemoglobin és mások. Ebben a tekintetben jelentős számú kötött nitrogén az élő szervezetek „holt szerves anyag” és a porra tengerek és óceánok. Ez az összeg a becslések szerint körülbelül 1,9 x 10 11 tonna. Ennek eredményeként a folyamatok rothadás és bomlása nitrogéntartalmú szerves, feltéve, kedvező környezeti tényezők, képezhetnek a természetes ásványi lerakódások nitrogéntartalmú, mint például a „chilei nitrát” (nátrium-nitrát szennyeződések más vegyületek), a norvég, az indiai-nitrát.
A nitrogén körforgása a természetben szerkesztése
légköri nitrogén megkötésével a természetben előforduló két fő területen - abiogenic és tápanyag. Egy első útvonal magában foglalja a reakció elsősorban a nitrogén és az oxigén. Mivel a nitrogén kémiailag nagyon közömbös, hogy oxidációs igényel nagy mennyiségű energiát (magas hőmérséklet). Ezeket a feltételeket elérni villámlás. amikor a hőmérséklet eléri a 25,000 ° C vagy magasabb. Tehát van egy kialakulását különböző nitrogén-oxidok. Van is egy lehetőség, hogy abiotikus rögzítés akkor eredményeként a fotokatalitikus reakciók felületén félvezetők vagy dielektrikumok sávú (sivatagi homok).
Azonban, a nagy részét a molekuláris nitrogén (körülbelül 1,4 × 10 8 t / év) van rögzítve biotikus. Hosszú ideig azt hitték, hogy kötődnek molekuláris nitrogén lehet csak egy kis mennyiségű (bár széles körben elterjedt a Föld felszínén) mikroorganizmusok: Baktériumok Azotobacfer és Clostridium. góc baktériumok Rhizobium hüvelyes növények. kék-zöld alga Anabaena. Nostoc és mások. Az már ismert, hogy ez a képesség sok más organizmusok a víz és a talajban, például a aktinomiceták és más gumós éger fák (összesen 160 faj). Mindegyik alakítjuk molekuláris nitrogénvegyületek ammónium (NH4 +). Ez a folyamat jelentős energia kiadások (1 g rögzítésére légköri nitrogén a csomók hüvelyes baktériumok fogyasztanak mintegy 167,5 kJ, azaz oxidált körülbelül 10 g glükózt, így látható, hogy a kölcsönös előnyök szimbiotikus nitrogénfixációs baktériumok és növények -. Gondoskodunk egy első második „helyen a nappali „és ellátási eredő fotoszintézis üzemanyag - glükóz, ez utóbbi biztosítja a szükséges asszimilálható nitrogén növények alakjukat.
Nitrogén formájában ammónia és ammónium-vegyületek eljárásban kapott a nitrogénkötés biogén gyorsan oxidálódik nitrátok és nitritek (ezt a folyamatot nevezik nitrifikáció). Legutóbbi független növényi szövetek (és lejjebb a tápláléklánc növényevők és ragadozók), sokáig marad a talajban. A legtöbb nitrát és nitrit nagyon jól oldódnak, így vízzel mossuk, és végül kap a világ óceánok (Ezt az áramot becsült 2,5-8 × 10 7 t / év).
Nitrogén, amely benne van a szövetekben a növények és állatok, miután ki vannak téve, hogy a halál ammonifikáció (bomlik nitrogén-tartalmú vegyületek komplexet alakulását ammónia és ammónium-ionok), és denitrifikáló - elosztása atomos nitrogén és oxidok. Ezek a folyamatok zajlanak teljes mértékben annak köszönhető, hogy a mikrobiális aktivitást aerob és anaerob körülmények között.
Az emberi tevékenység hiányában nitrogénkötés és a nitrifikáció folyamatok szinte teljesen egyensúlyban ellentétes reakciót a denitrifikáció. Része a nitrogén lép be a légkörbe a köpeny, vulkánkitörések, része rögzítve van a talajban, és agyagásványok, továbbá, van egy állandó szivárgás nitrogént a felső légkörben a bolygóközi térben.
Toxikológia nitrogén és vegyületei szerkesztése
Önmagában, légköri nitrogén inert ahhoz, hogy ne közvetlen hatása az emberi szervezetre és emlősök. Mindazonáltal, megnövelt nyomáson okoz érzéstelenítés. mérgezés vagy nehézlégzés (oxigén); gyors csökkenése nyomás hatására a hajlítások nitrogén.
Sok nitrogénvegyületek nagyon aktív, és gyakran toxikus.
megszerzése szerkesztése
A laboratóriumok lehet bomlása reakciója ammónium-nitrit:
A reakció exoterm, megy, hogy kiadja a 80 kcal (335 kJ), és ezért a hűtés a hajó áramlása során (bár fűtési ammónium-nitrit szükséges a reakció megindításához).
Gyakorlatilag, ez a reakciót úgy végezzük, hogy cseppenként telített vizes nátrium-nitrit fűtött telített ammónium-szulfát-oldattal, eredő reakció pillanatszerűen elbomlik ammónium-nitrit.
A kiszökő gáz szennyezett ammóniával, nitrogén-oxid (I) és az oxigén, amelyből azt megtisztítható át egymást követően megoldások kénsav, vas-szulfát (II) és egy piros-forró fölött réz. Ezután, szárított nitrogénnel.
Egy másik laboratóriumi módszer, nitrogén - keverékét hevítjük kálium-dikromát és ammónium-szulfát (az arány 2: 1 tömegarányban). A reakció egyenleteknek megfelelően:
A legtöbb tiszta nitrogént lehet előállítani bomlás fém azidok:
Az úgynevezett „levegő” vagy „környezeti” nitrogén, vagyis olyan elegyet nemesgázok nitrogénnel. állítjuk elő, hogy a levegőt a vörös-forró koksz:
Ennek eredménye az úgynevezett „regeneratív” vagy „levegő” gáz - nyersanyagok kémiai szintézisek és az üzemanyag. Ha szükséges, ez izolálható a nitrogén, a szén-monoxid felszívódik.
Molekuláris nitrogén az iparban állítjuk elő frakcionált desztillációval folyékony levegőt. lehet ezzel a módszerrel kapott és a „légköri nitrogén.”
Egy laboratóriumi módszerek - halad ammónia át a réz-oxid (II) hőmérsékleten
Ammóniát kivettünk a telített oldatban, melegítéssel. CuO mennyiség 2-szer nagyobb, mint a település. Közvetlenül a felhasználás előtt a nitrogén tisztított szennyező oxigénnel és ammóniával áthaladva a rezet és (II) oxidot (szintén
700 ° C), majd szárítjuk tömény kénsavval és az alkáli száraz. A folyamat meglehetősen lassú, de megéri: a gáz kiderül nagyon tiszta.
tulajdonságok szerkesztése
Fizikai tulajdonságok szerkesztése
Légköri nyomáson, nitrogén létezik három allotrop módosítások átmeneti pont közötti, amely -238 ° C (hő átmeneti 250 J / mol), és a -186 ° C (hő átmenet 199,3 kJ / kg). Az alapvető fizikai tulajdonságai a nitrogén a táblázatban felsorolt.
Kémiai tulajdonságok, molekuláris szerkezete szerkesztése
Nitrogén szabad állapotban formájában létezik egy kétatomos molekula N2. elektronikus-konfigurációt, amely által leírt képlet σs ²σs * 2 πx, y 4 σz ², hogy összeveti egy hármas kötést molekulák közötti N≡N nitrogén (kötéshossz dN≡N = 0,1095 nm). Következésképpen, a nitrogén-molekula nagyon tartós, a disszociációs N2 ↔ 2N fajlagos entalpia képződési AH ° 298 = 945 kJ, a reakció sebességi állandója K298 = 10 -120. azaz disszociációja a nitrogén-molekulák normális körülmények között gyakorlatilag nem fordul elő (egyensúlyi szinte teljesen balra tolódik). Nitrogén-molekula apoláris és gyengén polarizált. kölcsönhatás erő a molekulák között nagyon gyenge, így normál körülmények között gáz halmazállapotú nitrogént.
Még 3000 ° C-on a mértéke termikus disszociációja az N2 csak 0,1%, és csak a hőmérséklet körülbelül 5000 ° C összege több százalékkal (normál nyomáson). A felső légkörben történik fotokémiai disszociációja N2 molekulák. Laboratóriumi körülmények között ez lehetséges atomos nitrogén, N2 gáz áramlik át egy erős negatív nyomást egy területen a nagyfrekvenciás elektromos kisülés. Atomos nitrogén sokkal aktívabb molekuláris: különösen, szokásos hőmérsékleten reakcióba lép a kén. foszfor. arzén és számos fém. például úgy, hogy a higany.
Mivel a nagy szilárdságú nitrogén molekulák sok a vegyületek endoterm entalpia képződése negatív, és a nitrogén-vegyületek instabilak termikusan és egészen könnyen ra melegítve elbomlik. Éppen ezért a nitrogén a Földön a legtöbb szabad állapotban.
Mivel a nagy inert nitrogént normál körülmények között csak a lép reakcióba a lítium.
hevítve reagál bizonyos más fémek és nem-fémek is képezhetnek nitridek:
A legnagyobb gyakorlati jelentősége jelentése hidrogénatom nitrid (ammónia):
Ipari kötési légköri nitrogén szerkesztése
Nitrogén vegyületek rendkívül széles körben használják a kémiában, lehetetlen felsorolni minden területen, ahol alkalmazhatók tartalmazó anyagok nitrogén: a műtrágya ipar, robbanóanyagok, festékek, gyógyszerek és így tovább. Bár hatalmas mennyiségű nitrogén áll rendelkezésre a szó szoros értelmében a szó „a levegő”, mert a fent leírt nitrogén-molekula N2 szilárdságot már régóta megoldatlan probléma megszerzésének nitrogéntartalmú vegyületeket, a levegőből; legtöbb nitrogénvegyületek kinyert ásványi anyagok, mint például a chilei-nitrát. Azonban a készletek csökkenését ezeknek az ásványi anyagoknak, valamint a növekedés okozta kereslet nitrogénvegyületek, hogy gyorsítsák fel a munkát az ipari erejű légköri nitrogént.
A legelterjedtebb módszer a légköri ammóniás nitrogénkötés. Váltvaforgató ammónia szintézis reakció:
exoterm (hő hatására a 92 kJ) és megy csökkenő mennyiségét, így váltani az egyensúly a jobb összhangban Le Chatelier-elv - Brown szükséges hűtését a keveréket, és nagy nyomáson. Azonban abból a szempontból, a kinetikus hőmérséklet csökkentés hátrányos, mivel ez nagymértékben csökken reakció sebességét - még 700 ° C-on a reakció sebessége túl alacsony a gyakorlati alkalmazáshoz.
Ezekben az esetekben a katalízis. mivel alkalmas katalizátor növelni tudja a reakció sebessége anélkül eltolja az egyensúlyt. A keresést egy megfelelő katalizátor próbálkoztak már mintegy húszezer különböző vegyületek. Az egyesített tulajdonságait (katalitikus aktivitás, mérgezés ellenállás, alacsony költség) a legnagyobb alkalmazás kapott alapuló katalizátor vas fémötvözetből alumínium és kálium-oxid. Az eljárást olyan hőmérsékleten végezzük, a 400-600 ° C, a nyomás 10-1000 atmoszféra.
Van egy másik, kevésbé gyakori ipari eljárás kötődésének légköri nitrogén - ciánamid alapuló módszer a reakciót a kalcium-karbid nitrogénnel 1000 ° C-on A reakciót az alábbi egyenlet szerint:
A reakció exoterm, a termikus hatása 293 kJ.
Minden évben atmosofery föld ipari mutatja körülbelül 1 × 10 6 tonna nitrogén.
Nitrogén vegyületek szerkesztése
- Nitrogénvegyületek oxidációs -3 bemutatott nitridek. amelyek közül a legfontosabb gyakorlatilag ammónia;
- Nitrogénvegyületek oxidációs állapotban -2 kevésbé jellemző képviselt pernitridami. amelyek közül a legfontosabb pernitrid hidrogénnel vagy hidrazinnal N2 H4 (van is rendkívül instabil N2 H2 hidrogén pernitrid diimidet.);
- Nitrogénvegyületek oxidációs állapotban -1 NH2 OH (hidroxil-amin) - instabil alkalmazott bázis, valamint a hidroxil-ammónium-sók, a szerves szintézis;
- Nitrogénvegyületek a +1 oxidációs állapotban a nitrogén-oxid (I) N2 O (dinitrogén-oxid, kéjgáz). Lásd a nitrogén-oxidok .;
- Nitrogénvegyületek oxidációs állapotban +2 a nitrogén-oxid (II) NO. Lásd a nitrogén-oxidok .;
- Nitrogénvegyületek +3 oxidációs állapotban a nitrogén-oxid (III) N2 O3 (nitrogén-oxidokat cm.), NO2 anion származékok -. nitrogén-fluorid NF3;
- Nitrogén vegyületek +4 oxidációs a nitrogén-oxid (IV) (nitrogén-dioxid). Lásd. Nitrogén-oxidokat.
- Nitrogén vegyületek, oxidációs állapotban +5 - salétromsav és sói - nitrátok. nitrogén-oxid (V) N2 O5, és mások.
Alkalmazás szerkesztése
Folyékony nitrogént használnak hűtőközegként és krioterápia. Gáz létrehozásához használt semleges atmoszférában, néha injektálás gumiabroncsok.
Azonban a fő területén nitrogén használatát, hogy használata további szintézisét sokféle nitrogén-, mint az ammónia, nitrogén műtrágyák, robbanóanyagok, festékek, és így tovább. N. Nagy mennyiségű nitrogént használunk koksztermelési ( „koksz száraz oltása”) a kirakodás kokszot Kokszelemek, valamint a „elhajló” az üzemanyagtartályban a rakéta szivattyúk és motorok.
Címkézése henger szerkesztése
nitrogén hengerek fekete színű, meg kell jelölni a sárga és barna csíkokkal.