Dušik (splošne informacije). Dušik: značilnosti, kemijske lastnosti, fizikalne lastnosti, spojine, kraj v naravi

Vsi vemo, da je dušik inerten. Pogosto se zaradi tega pritožujemo nad elementom 7, kar je naravno: za njegovo relativno inervacijo moramo predrago plačati, preveč energije, truda in denarja je treba porabiti za njegovo preoblikovanje v vitalne spojine.

Toda po drugi strani, če dušik ne bi bil tako inerten, bi dušik in kisik reagiral v atmosferi in bi življenje na našem planetu v takih oblikah postalo nemogoče. Rastline, živali, bi se ti in jaz dobesedno zadušili v tokovih oksidov in kislin, nesprejemljivih za življenje. In "ob vsem tem" si v oksidih in dušikovi kislini prizadevamo pretvoriti čim več atmosferskega dušika. To je eden od paradoksov elementa # 7. (Tu avtor tvega, da bo obtožen trivialnosti, ker je paradoks dušika, bolje rečeno njegovih lastnosti, postal govor mesta. In vendar ...)

Dušik je izjemen element. Včasih se zdi, da bolj ko izvemo o njem, bolj nerazumljiv postane. Nasprotne lastnosti elementa št. 7 so se odražale celo v njenem imenu, saj je zavajal celo tako briljantnega kemika, kot je bil Antoine Laurent Lavoisier. Lavoisier je predlagal, da pokliče dušikov dušik, potem ko ni bil prvi ali zadnji, ki je prejel in preiskal del zraka, ki ne podpira dihanja in izgorevanja. Po duhu Lavoisierja pomeni dušik "brez življenja", beseda pa izhaja iz grške "a" - negacija in "zoe" - življenje.

Izraz "dušik" je bil uporabljen v leksikonu alkimistov, od koder si ga je sposodil francoski znanstvenik. Mislil je na nekakšen "filozofski princip", neke vrste kabalistični urok. Strokovnjaki pravijo, da je ključ do dešifriranja besede "dušik" končni stavek iz Apokalipse: "Jaz sem alfa in omega, začetek in konec, prvi in \u200b\u200bzadnji ..." V srednjem veku so bili posebej cenjeni trije jeziki: latinski, grški in hebrejski. In besedo "dušikovi" alkimisti sestavljajo prva črka "a" (a, alfa, alef) in zadnje črke: "zet", "omega" in "tov" teh treh abecede. Tako je ta skrivnostna sintetična beseda pomenila "začetek in konec vseh začetkov."

Lavoisierjev sodobnik in rojak J. Chaptal je brez nadaljnjega oboževanja predlagal, da bi element št. 7 poimenovali hibridno latinsko-grško ime "nitrogenium", kar pomeni "roditi žolne". Solinarji - soli dušikove kisline, snovi, ki jih poznamo že od antičnih časov. (O njih bomo govorili kasneje.) Moram reči, da se je izraz dušik ukoreninil le v ruščini in francoščini. V angleščini je element št. 7 "Nitrogen", v nemščini - "Stockton" (asfiksant). Kemični simbol N je počastitev Shaptalovega nitrogenija.

Kdo je odkril dušik

Odkritje dušika gre pripisati Danielu Rutherfordu, učencu izjemnega škotskega znanstvenika Josepha Blacka, ki je leta 1772 objavil svojo disertacijo "O tako imenovanem fiksnem in mefitskem zraku". Črni je postal znan po poskusih z "fiksnim zrakom" - ogljikovim dioksidom. Ugotovil je, da po pritrditvi ogljikovega dioksida (ki ga veže z alkalijo) še vedno obstaja nekakšen "neprečiščen zrak", ki so ga imenovali "mefitični" - razvajen - ker ne podpira izgorevanja in dihanja. Študija tega "zračnega" Blackja je Rutherfordu ponudila kot disertacijsko delo.

Približno ob istem času so dušik pridobivali K. Scheele, J. Priestley, G. Cavendish in slednji je, kot izhaja iz njegovih laboratorijskih zapisov, ta plin preučeval še pred Rutherfordom, a kot vedno se mu ni mudilo objavljati rezultatov njegovih del. Vendar so imeli vsi ti izjemni znanstveniki zelo nejasno predstavo o naravi snovi, ki so jo odkrili. Bili so stalni podporniki teorije phlogistona in so s to namišljeno snovjo povezali lastnosti "mefitskega zraka". Samo Lavoisier, ki je vodil ofenzivo na phlogiston, je prepričal samega sebe in druge prepričal, da je plin, ki ga je poimenoval "neživljenjski", preprosta snov, kot je kisik ...

Univerzalni katalizator?

Lahko samo ugibamo, kaj pomeni "začetek in konec vseh začetkov" v alkemičnem "dušiku". Toda o enem "začetku", povezanem z elementom # 7, je mogoče resno razpravljati. Dušik in življenje sta neločljiva pojma. Vsaj vsakič, ko biologi, kemiki, astrofiziki poskušajo dojeti "začetek začetkov" življenja, bodo zagotovo naleteli na dušik.

Atomi zemeljskih kemičnih elementov se rodijo v črevesju zvezd. Od tam, od nočnih luči in dnevne luči, se začne izvor našega zemeljskega življenja. To okoliščino je imel v mislih angleški astrofizik W. Fowler, ko je rekel, da "smo vsi ... delček pepela zvezd" ...

Zvezdni "prah" dušika nastane v zapleteni verigi termonuklearnih procesov, katere začetna faza je pretvorba vodika v helij. To je večstopenjska reakcija, ki naj bi ubrala dve poti. Eden od njih, imenovan cikel ogljik-dušik, je neposredno povezan z elementom 7. Ta cikel se začne, ko v zvezdni snovi poleg vodikovih jeder - protonov obstaja že ogljik. Jedro ogljika-12 se s pritrditvijo še enega protona spremeni v jedro nestabilnega dušika-13:

12 6 C + 1 1 H → 13 7 N + γ.

A dušik spet postane ogljik, potem ko odda pozitron, nastane težji izotop 13 C:

13 7 N → 13 6 C + e + + γ.

Takšno jedro, sprejema dodaten proton, se spremeni v jedro najbolj obilnega izotopa v zemeljski atmosferi - 14 N.

13 6 C + 1 1 H → 14 7 N + γ.

Žal, le delček tega dušika se odpravi na potovanje po vesolju. Pod delovanjem protonov se dušik-14 pretvori v kisik-15, ki se nato, potem ko oddaja pozitron in gama kvant, pretvori v drug zemeljski dušikov izotop - 15 N:

14 7 N + 1 1 H → 15 8 O + γ;

15 8 O → 15 7 N + e + + γ.

Kopenski dušik-15 je stabilen, vendar je tudi v notranjosti zvezde podvržen jedrskemu razpadu; potem ko jedro 15 N sprejme še en proton, ne bo prišlo samo do tvorbe kisika 16 O, ampak tudi do druge jedrske reakcije:

15 7 N + 1 1 H → 12 6 C + 4 2 He.

V tej verigi transformacij je dušik eden vmesnih produktov. Znani angleški astrofizik R.J. Teyler piše: „14 N je izotop, ki ga ni enostavno zgraditi. V ciklu ogljik-dušik nastaja dušik in, čeprav se pozneje spet pretvori v ogljik, kljub temu, če postopek poteka v mirovanju, pa je v snovi več dušika kot ogljika. Zdi se, da je to glavni vir 14 N "...

Zmerno zapleten cikel ogljikovega dušika ima čudne vzorce. Ogljik 12 C v njem igra neke vrste katalizator. Sami presodite, da na koncu ne pride do spremembe števila jeder 12. C. Dušik, ki se pojavi na začetku postopka, na koncu izgine ... In če je ogljik v tem ciklu katalizator, je dušik očitno avtokatalizator, tj. reakcijski produkt, ki katalizira njegove nadaljnje vmesne faze.

Ni slučajno, da govorimo o katalitičnih lastnostih elementa # 7. Toda ali je zvezdna dušika ohranila to lastnost tudi v živi snovi? Katalizatorji življenjskih procesov so encimi in vsi, tako kot večina hormonov in vitaminov, vsebujejo dušik.

Dušik v Zemljini atmosferi

Življenje dolguje veliko dušiku, vendar dušik, vsaj atmosferski, svoj izvor dolguje ne toliko Soncu, kot življenjskim procesom. Izrazito neskladje med vsebnostjo elementa št. 7 v litosferi (0,01%) in v ozračju (75,6 mas.% Ali 78,09 vol.%). Na splošno živimo v dušikovi atmosferi, zmerno obogateni s kisikom.

Medtem na drugih planetih sončnega sistema ali v sestavi kometov ali drugih hladnih vesoljskih predmetov ni bilo najdenega prostega dušika. Obstajajo njegove spojine in ostanki - CN *, NH *, NH * 2, NH * 3, vendar dušika ni. Res je, v atmosferi Venere je zabeleženih približno 2% dušika, vendar ta številka še vedno potrebuje potrditev. Menijo, da v primarni atmosferi Zemlje ni bilo nobenega elementa 7. Kje je torej v zraku?

Očitno je bilo ozračje našega planeta v začetku sestavljeno iz hlapnih snovi, ki so nastale v zemeljski notranjosti: H 2, H 2 O, CO 2, CH 4, NH 3. Prosti dušik, četudi je nastal kot vulkanska aktivnost, se je spremenil v amoniak. Pogoji za to so bili najprimernejši: presežek vodika, povišane temperature - zemeljsko površje se še ni ohladilo. Kaj torej pomeni, da je bil dušik prvič prisoten v atmosferi v obliki amoniaka? Očitno je tako. Spomnimo se te okoliščine.

Toda takrat je nastalo življenje ... Vladimir Ivanovič Vernadski je trdil, da je "zemeljska plinasta lupina, naš zrak, stvaritev življenja." Življenje je sprožilo neverjeten mehanizem fotosinteze. Eden od končnih produktov tega procesa - prosti kisik se je začel aktivno kombinirati z amoniakom in sprošča molekularni dušik:

CO 2 + 2H 2 O → fotosinteza → НСОН + Н 2 О + О 2;

4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O.

Kisik in dušik, kot veste, med normalnimi pogoji ne reagirata, kar je omogočilo prizemnemu zraku, da ohrani "status quo" sestavka. Upoštevajte, da bi se znaten del amoniaka lahko raztopil v vodi med nastajanjem hidrosfere.

V našem času so glavni vir N 2, ki vstopa v ozračje, vulkanski plini.

Če pretrgate trojno vez ...

Divje živali so se, potem ko so uničile neizčrpne rezerve vezanega aktivnega dušika, pojavile težave: kako veže dušik. V prostem, molekularnem stanju se je, kot vemo, izkazalo za zelo inertno. To je posledica trojne kemične vezi njegove molekule: N≡N.

Ponavadi so povezave takšne množice nestabilne. Spomnimo se klasičnega primera acetilena: HC \u003d CH. Trojna vez njene molekule je zelo krhka, kar pojasnjuje neverjetno kemično aktivnost tega plina. Toda dušik ima tu jasno anomalijo: njegova trojna vez tvori najbolj stabilno od vseh znanih diatomskih molekul. Za prekinitev te povezave je potrebno ogromno naporov. Na primer, za industrijsko sintezo amoniaka je potreben tlak več kot 200 atm. in temperature nad 500 ° C in celo obvezna prisotnost katalizatorjev ... Rešila je problem fiksacije dušika, zato je morala narava vzpostaviti nenehno proizvodnjo dušikovih spojin po metodi neviht.

Statistika pravi, da v ozračju našega planeta letno utripa več kot tri milijarde strele. Moč posameznih izpustov doseže 200 milijonov kilovatov, zrak pa segreva (lokalno, seveda) do 20 tisoč stopinj. Pri tako pošastni temperaturi molekule kisika in dušika razpadejo v atome, ki med seboj zlahka reagirajo in tvorijo krhek dušikov oksid:

N2 + O 2 → 2NO.

Dušikov oksid se zaradi svojega hitrega hlajenja (odvod strele zadrži deset tisoč sekund) ne razpade in se z atmosferskim kisikom zlahka oksidira do bolj stabilnega dioksida:

2NO + O 2 → 2NO 2.

Ob prisotnosti kapljic vlage v atmosferi in dežja se dušikov dioksid pretvori v dušikovo kislino:

3NO 2 + H20 → 2HNO 3 + NO.

Tako se pod svežim nevihtnim dežjem dobimo priložnost, da zaplavamo v šibki raztopini dušikove kisline. V atmosferi dušikova kislina, ki prodira v tla, s svojimi snovmi tvori raznovrstna naravna gnojila. Dušik se fiksira v atmosferi in fotokemično: po absorpciji kvantne svetlobe molekula N 2 preide v vzburjeno, aktivirano stanje in se lahko združi s kisikom ...

Bakterije in dušik

Iz tal dušikove spojine vstopajo v rastline. Nadalje: "konji jedo oves", plenilci pa - rastlinojede. Po prehranski verigi poteka krog snovi, vključno z elementom št. 7. V tem primeru se oblika obstoja dušika spremeni, je del vedno bolj zapletenih in pogosto zelo aktivnih spojin. Toda po prehranskih verigah ne potuje samo dušični grom.

Že v antiki so opazili, da nekatere rastline, zlasti stročnice, lahko povečajo rodovitnost tal.

"... Ali pa se leto spreminja, posejajte zlata žita
Kjer je pobiral s polja, je šuštanje s stroki,
Ali tam, kjer je z grenkim volčjem zrasel maloplodni vej ... "

Preberite: to je sistem gojenja travnih polj! Te vrstice so vzete iz pesmi Virgila, napisane pred približno dva tisoč leti.

Morda je prvi pomislil, zakaj stročnice povečajo donos žita, je bil francoski agrokemik J. Boussingault. Leta 1838 je ugotovil, da stročnice obogatijo tla z dušikom. Zrno (in številne druge rastline) izčrpava zemljo, odvzema zlasti ves isti dušik. Bussengo je predlagal, da listi stročnic absorbirajo dušik iz zraka, vendar je bilo to napačno prepričanje. Takrat je bilo nepredstavljivo domnevati, da niso rastline same, temveč posebni mikroorganizmi, ki povzročajo nastanek vozličev na njihovih koreninah. Ti organizmi v simbiozi s stročnicami fiksirajo atmosferski dušik. Zdaj je skupna resnica ...

Dandanes je znanih kar nekaj različnih fiksatorjev dušika: bakterije, aktinomicete, kvas in plesni, modrozelene alge. In vse dovajajo rastline dušik. Toda vprašanje je: kako mikroorganizmi razgradijo inertno molekulo N 2 brez posebnih izdatkov za energijo? In zakaj imajo nekateri od njih to sposobnost, ki je najbolj uporabna za vsa živa bitja, druga pa ne? Dolgo časa je to ostalo skrivnost. Tiho, brez groma in strele je bil mehanizem biološke fiksacije elementa št. 7 odkrit šele pred kratkim. Dokazano je, da je pot elementarnega dušika v živo snov postala mogoča zaradi redukcijskih procesov, med katerimi se dušik pretvori v amonijak. Odločilno vlogo pri tem igra encim nitrogenaza. Njeni centri, ki vsebujejo spojine železa in molibdena, aktivirajo dušik za "spajanje" z vodikom, ki ga prej aktivira drug encim. Tako iz inertnega dušika dobimo zelo aktiven amonijak - prvi stabilen produkt biološke fiksacije dušika.

Tako se izkaže! Najprej so življenjski procesi amonijak primarne atmosfere pretvorili v dušik, nato pa je življenje znova dušik spremenilo v amonijak. Ali je bilo vredno narave, da je na tem "lomila sulice"? Zagotovo zato, ker je tako nastal cikel elementa # 7.

Depoziti solinarjev in rast prebivalstva

Naravna fiksacija dušika s strelo in prstnimi bakterijami letno daje približno 150 milijonov ton spojin tega elementa. Vendar pa v cikel ni vključen ves vezan dušik. Del tega se odstrani iz procesa in odloži kot usedline solne peči. Najbogatejša tovrstna shramba je bila čilska puščava Atacama v vznožju Kordiral. Tu že leta ne dežuje. Občasno pa na gorskih pobočjih padejo močne prhe, ki izperejo zemeljske spojine. Tisočletja so potoki vode odnašali raztopljene soli, med katerimi je bilo največ solintra. Voda je izhlapela, soli so ostale ... Tako je nastalo največje nahajališče dušikovih spojin na svetu.

Znani nemški kemik Johann Rudolf Glauber, ki je živel v 17. stoletju, je prav tako opozoril na izjemen pomen dušikovih soli za razvoj rastlin. V svojih spisih, ki razmišljajo o krogu dušikovih snovi v naravi, je uporabil izraze, kot so "dušikovi talni sokovi" in "solna peter je sol rodovitnosti."

Toda naravni nitrat kot gnojilo so začeli uporabljati šele v začetku prejšnjega stoletja, ko so se začele razvijati čilske nahajališča. Takrat je bil edini pomemben vir vezanega dušika, od katerega se je zdelo, da je dobro počutje človeštva odvisno. Azotska industrija takrat ni bila v izogib.

Leta 1824 je angleški duhovnik Thomas Malthus razglasil svojo zloglasno doktrino, da prebivalstvo raste veliko hitreje kot proizvodnja hrane. Takrat je bil izvoz čilskega nitrata le okoli 1000 ton na leto. Leta 1887 je Malthusov rojak, slavni znanstvenik Thomas Huxley napovedal skorajšnji konec civilizacije zaradi "lakote dušika", ki naj bi prišla po razvoju čilijskih nahajališč nitratov (njegova proizvodnja je bila do takrat že več kot 500 tisoč ton na leto).

11 let pozneje je še en znani znanstvenik, sir William Crookes, v britanskem društvu za napredek znanosti izjavil, da ne bo minilo pol stoletja, preden bi prišlo do propada hrane, če populacija ne bi upadala. Svojo žalostno napoved je utemeljil tudi z dejstvom, da bo "kmalu prišlo do popolnega izčrpavanja čilijskih nahajališč nitratov" z vsemi slednjimi posledicami.

Te prerokbe se niso uresničile - človeštvo ni umrlo, ampak je obvladalo umetno fiksacijo elementa št. 7. Poleg tega je danes delež naravnih nitratov le 1,5% svetovne proizvodnje snovi, ki vsebujejo dušik.

Kako je bil vezan dušik

Ljudje so že dolgo znali dobiti dušikove spojine. Ista solnica je bila pripravljena v posebnih lokih - solnici, vendar je bila ta metoda zelo primitivna. „Saltpeter se pridobiva iz gnojev, pepela, gnoja, čistilcev kože, krvi, vrhov krompirja. V teh dveh letih se kupi prelijejo z urinom in prevrnejo, nakar se na njih oblikuje obloga iz solne peči, «- takšen opis proizvodnje solne žlice je v eni stari knjigi.

Vir dušikovih spojin lahko služi tudi kot premog, v katerem je do 3% dušika. Vezani dušik! Ta dušik se je začel sproščati med koksanjem premoga, zajemal je amonijski delež in ga prenašal skozi žveplovo kislino.

Končni izdelek je amonijev sulfat. Ampak to so na splošno drobtine. Težko si je celo predstavljati, na kakšen način bi se razvijala naša civilizacija, če ne bi pravočasno rešila problema industrijsko sprejemljive fiksacije atmosferskega dušika.

Prvič je bil Scheele vezan na atmosferski dušik. Leta 1775 je z ogrevanjem sode in premoga v dušikovi atmosferi pridobil natrijev cianid:

Na 2 CO 3 + 4С + N 2 → 2NaCN + 3SO.

Leta 1780 je Priestley ugotovil, da se količina zraka, ujetega v posodo, ki se je prevrnila nad vodo, zmanjša, če skozi njega preide električna iskra in voda pridobi lastnosti šibke kisline. Ta eksperiment je bil, kot vemo (Priestley tega ni vedel), model naravnega mehanizma fiksacije dušika. Štiri leta pozneje je Cavendish, ki je skozi električni izpust skozi zrak, zaprt v stekleni cevi z alkalijo, tam odkril solno kašo.

In čeprav vsi ti poskusi takrat niso mogli preseči laboratorijev, kažejo prototip industrijskih metod fiksiranja dušika - cianamida in loka, ki so se pojavili na prehodu iz 19. v 20. stoletje.

Metodo cianamida sta leta 1895 patentirala nemška raziskovalca A. Frank in N. Karo. Po tej metodi se dušik, ko se segreje s kalcijevim karbidom, veže na kalcijev cianamid:

CaC 2 + N 2 → Ca (CN) 2.

Leta 1901 je sin Frank, ko je predlagal idejo, da lahko kalcijev cianamid služi kot dobro gnojilo, v bistvu postavil temelje za proizvodnjo te snovi. Porast vezane industrije dušika je spodbudil pojav poceni električne energije. Najbolj obetavna metoda fiksiranja atmosferskega dušika konec 19. stoletja. je veljal za lok, s pomočjo električnega praznjenja. Kmalu po gradnji Niagarske elektrarne so Američani sprožili prvo elektrarno v bližini (leta 1902). Tri leta kasneje je na Norveškem začela obratovati ločna instalacija, ki sta jo razvila teoretik in specialist za proučevanje aurora borealis H. Birkeland in praktični inženir S. Eide. Rastline te vrste so razširjene; solna kaša, ki so jo izdelali, se je imenovala norveška. Vendar je bila poraba energije v tem procesu izjemno velika in je znašala 70 tisoč kilovatov / uro na tono veženega dušika, le 3% te energije pa smo porabili neposredno za fiksacijo.

Skozi amoniak

Zgornje metode fiksacije dušika so bile le pristopi k metodi, ki se je pojavila tik pred prvo svetovno vojno. Ameriški popularizator znanosti E. Slosson je o njem zelo duhovito pripomnil: "Vedno se je govorilo, da Britanci prevladujejo nad morjem, Francozi pa prevladujejo na kopnem, Nemci pa le zrak. Nemci so to šalo jemali resno in začeli uporabljati zračno kraljestvo za napad na Britance in Francoze ... Kaiser ... je imel celo floto zeppelina in metodo fiksiranja z dušikom, ki je noben drug narod ni poznal. Zeppelini so počili kot vreče z zrakom, toda tovarne za pritrjevanje dušika so še naprej obratovale in Nemčijo postavile neodvisne od Čila ne le v vojnih letih, ampak tudi v mirnem času "... To je sinteza amoniaka - glavni proces sodobne industrije vezanega dušika.

Slosson ni imel prav, ko je dejal, da metoda fiksiranja dušika v amonijaku ni znana nikjer, razen v Nemčiji. Teoretične temelje tega procesa so postavili francoski in angleški znanstveniki. Leta 1784 je slavni K. Berthollet vzpostavil sestavo amoniaka in izrazil idejo o kemičnem ravnovesju reakcij sinteze in razkroja te snovi. Pet let pozneje je Anglež W. Austin prvi poskus sintetiziral NH3 iz dušika in vodika. In končno, francoski kemik A. Le Chatelier, ki je jasno formuliral načelo mobilnega ravnotežja, je prvi sintetiziral amoniak. Pri tem je uporabljal visok tlak in katalizatorje - gobico iz platine in železa. Leta 1901 je Le Chatelier to metodo patentiral.

Študije o sintezi amoniaka v začetku stoletja so v Angliji izvajali tudi E. Perman in G. Atkins. Ti raziskovalci so v svojih poskusih uporabili različne kovine kot katalizatorje, zlasti baker, nikelj in kobalt ...

Toda res je bilo mogoče prvič v Nemčiji ugotoviti sintezo amoniaka iz vodika in dušika v industrijskem obsegu. To je zasluga znanega kemika Fritza Haberja. Leta 1918 je prejel Nobelovo nagrado za kemijo.

Tehnologija izdelave NH 3, ki jo je razvil nemški znanstvenik, se je zelo razlikovala od drugih produkcij tistega časa. Tu je bil prvič uporabljen princip zaprtega cikla z neprekinjeno delujočo opremo in izkoriščanjem energije. Končni razvoj tehnologije sinteze amoniaka je zaključil Haberjev kolega in prijatelj K. Bosch, ki je leta 1931 prejel tudi Nobelovo nagrado za razvoj metod kemijske sinteze pri velikih pritiskih.

Po poti narave

Sinteza amonijaka je postala še en model naravne fiksacije elementa št. 7. Spomnimo se, da mikroorganizmi vežejo dušik natančno v NH3. Zaradi vseh prednosti postopka Haber-Bosch je v primerjavi z naravnim videti nepopolno in okorno!

"Biološka fiksacija atmosferskega dušika ... je bila nekakšen paradoks, stalen izziv za kemike, nekakšen dokaz pomanjkanja našega znanja." Te besede pripadajo sovjetskim kemikom M.E. Volpin in A.E. Shilov, ki je poskušal fiksirati molekularni dušik v blagih pogojih.

Sprva so bili neuspehi. Toda leta 1964 so na Inštitutu za organske spojine Akademije znanosti ZSSR, v Volpinovem laboratoriju, odkrili: v prisotnosti spojin prehodnih kovin - titana, vanadija, kroma, molibdena in železa - element 7 aktivira in v normalnih pogojih tvori kompleksne spojine, ki jih razkroji voda do amoniaka. Prav te kovine služijo kot centri za fiksiranje dušika v encimih za fiksiranje dušika in kot odlični katalizatorji pri proizvodnji amoniaka.

Kmalu zatem so kanadski znanstveniki A. Allen in K. Zenof, ki sta preučevali reakcijo hidrazina N 2 H 2 z rutenijevim trikloridom, dobili kemični kompleks, v katerem je spet v blagih razmerah vezan dušik. Ta rezultat je bil tako v nasprotju s konvencionalno modrostjo, da je uredništvo časopisa, kamor so raziskovalci pošiljali svoj članek s senzacionalnim sporočilom, zavrnilo njegovo objavo. Nato so sovjetskim znanstvenikom uspeli pridobiti organske snovi, ki vsebujejo dušik, v blagih pogojih. O industrijskih metodah blage kemične fiksacije atmosferskega dušika je še prezgodaj govoriti, vendar doseženi uspehi omogočajo, da se predvidi skorajšnja revolucija v tehnologiji pritrdilnega elementa št. 7.

Sodobna znanost ni pozabila na stare metode pridobivanja dušikovih spojin skozi okside. Tu so glavna prizadevanja usmerjena v razvoj tehnoloških procesov, ki pospešujejo cepitev molekule N2 na atome. Najbolj obetavna področja oksidacije dušika so zgorevanje zraka v posebnih pečeh, uporaba plazmatronov in uporaba snopa pospešenih elektronov za te namene.

Zakaj bi se bali?

Danes ni razloga, da bi se bali, da bo človeštvo kdaj primanjkovalo dušikovih spojin. Industrijska fiksacija elementa # 7 napreduje z neverjetno hitrostjo. Če je bila konec 60. let svetovna proizvodnja vezanega dušika 30 milijonov ton, potem bo do začetka naslednjega stoletja verjetno dosegla milijardo ton!

Takšni uspehi ne samo spodbujajo, ampak tudi vzbujajo skrb. Dejstvo je, da sta umetna fiksacija N 2 in vnos ogromne količine snovi, ki vsebujejo dušik, v tla najgloblje in najpomembnejše človeško posredovanje v naravnem krogu snovi. V našem času dušična gnojila niso samo plodnostne snovi, temveč tudi onesnaževala okolja. Iz tal se izpirajo v reke in jezera, povzročajo škodljivo cvetenje vodnih teles, prenašajo jih zračni tokovi na dolge razdalje ...

Do 13% dušika, ki ga vsebujejo mineralna gnojila, preide v podzemne vode. Dušikove spojine, zlasti nitrati, so škodljive za človeka in lahko povzročijo zastrupitev. Toliko o hrani z dušikom!

Svetovna zdravstvena organizacija (WHO) je sprejela največjo dovoljeno koncentracijo nitratov v pitni vodi: 22 mg / l za zmerne širine in 10 mg / l za trope. V ZSSR sanitarni standardi urejajo vsebnost nitratov v vodi rezervoarjev po "tropskih" standardih - ne več kot 10 mg / l. Izkazalo se je, da so nitrati orodje z dvojnim robom ...

4. oktobra 1957 je človeštvo znova poseglo v cikel elementa 7 in v vesolje izstrelilo "kroglico", napolnjeno z dušikom - prvi umetni satelit ...

Mendelejev o dušiku

»Čeprav je najbolj aktiven, tj. najpogosteje in pogosto kemično delujoči del zraka okoli nas je kisik, vendar njegova največja masa, sodeč po volumnu in teži, tvori dušik; in sicer je dušikovega plina več kot 3/4, čeprav manj kot 4/5 volumna zraka. In ker je dušik le nekoliko lažji od kisika, je vsebnost dušika v zraku približno 3/4 njegove celotne mase. Vključitev tako pomembne količine v sestavo zraka, dušik očitno ne igra posebno izrazite vloge v ozračju, katerega kemijsko delovanje je v glavnem določeno z vsebnostjo kisika v njem. Toda pravilna ideja o dušiku dobimo šele, ko izvemo, da živali ne morejo živeti dolgo v čistem kisiku, celo umrejo in da atmosferski dušik, čeprav le počasi in malo po malem, tvori različne spojine, od katerih nekatere igrajo pomembno vlogo v naravi. zlasti v življenju organizmov. "

Kjer se uporablja dušik

Dušik je najcenejši od vseh plinov, kemično inerten v normalnih pogojih. Široko se uporablja v kemijski tehnologiji za ustvarjanje neoksidacijskih okolij. V laboratorijih se zlahka oksidativne spojine skladiščijo v dušikovi atmosferi. Izjemna slikarska dela so včasih (v skladišču ali med prevozom) nameščena v zaprtih kovčkih, napolnjenih z dušikom, da zaščitijo barve pred vlago in sestavnimi deli reaktivnega zraka.

Pomembna je tudi vloga dušika v metalurgiji in obdelavi kovin. Različne kovine v staljenem stanju različno reagirajo na prisotnost dušika. Na primer, baker je glede dušika popolnoma inerten, zato se bakreni izdelki pogosto zvarijo v toku tega plina. Po drugi strani pa magnezij pri gorenju v zraku daje spojine ne le s kisikom, ampak tudi z dušikom. Torej, za delo z magnezijevimi proizvodi pri visokih temperaturah dušikovo okolje ne velja. Dušikovo nasičenost titanove površine daje kovini večjo trdnost in odpornost proti obrabi - na njej se tvori zelo močan in kemično inerten titanov nitrid. Ta reakcija poteka le pri visokih temperaturah.

Pri običajnih temperaturah dušik aktivno reagira le z eno kovino - litijem.

Največ dušika gre v proizvodnjo amonijaka.

Dušikova anestezija

Razširjeno mnenje o fiziološki inertnosti dušika ni povsem pravilno. Dušik je v normalnih pogojih fiziološko inerten.

Pri povečanem tlaku, na primer, ko potapljači potapljajo, se poveča koncentracija raztopljenega dušika v beljakovinah in zlasti v maščobnih tkivih telesa. To vodi v tako imenovano dušikovo narkozo. Potapljač se zdi, da se napije: motena je koordinacija gibov, zavest je motna. V tem, da je razlog za to dušik, so se znanstveniki končno prepričali po izvedbi poskusov, v katerih se je namesto navadnega zraka v vesoljsko obleko potapljača dovajala zmes helij-kisik. V tem primeru so simptomi anestezije izginili.

Kozmični amoniak

Astronomi verjamejo, da so veliki planeti osončja Saturn in Jupiter delno trdni amoniak. Amonijak zamrzne pri –78 ° C, na površini Jupitra pa je na primer povprečna temperatura 138 ° C.

Amonijak in amonij

V številni družini dušika obstaja amonijak - amonij NH 4. V svoji prosti obliki ga nikjer ne najdemo, v soli pa igra vlogo alkalne kovine. Ime "amonij" je leta 1808 predlagal znani angleški kemik Humphrey Davy. Latinska beseda amonij je nekoč pomenila: sol iz amonijaka. Amonijak je območje v Libiji. Tam je bil tempelj egipčanskega boga Amona, po njegovem imenu se je imenovala celotna regija. Amonijak se že dolgo uporablja za pridobivanje amonijevih soli (predvsem amoniaka) s kurjenjem kameljega gnoja. Med razpadanjem soli je bil pridobljen plin, ki ga danes imenujemo amoniak.

Komisija za kemijsko nomenklaturo je od leta 1787 (istega leta, ko je bil sprejet izraz "dušik") temu plinu dala ime amoniak (amoniak). Ruski kemik Ya.D. Zakharov je to ime našel predolgo in leta 1801 je iz njega izključil dve črki. Tako se je izkazal amoniak.

Smeh plin

Od petih dušikovih oksidov sta dva industrijska oksida (NO) in dioksid (NO 2) našla široko industrijsko uporabo. Drugih dveh - dušikovega anhidrida (N 2 O 3) in dušikovega anhidrida (N 2 O 5) - v laboratorijih ne najdemo pogosto. Peta je dušikov oksid (N20). Ima zelo svojevrsten fiziološki učinek, zaradi katerega ga pogosto imenujejo smejalni plin.

Ugledni angleški kemik Humphrey Davy je ta plin uporabil za pripravo posebnih sej. Takole je eden od Davyjevih sodobnikov opisal delovanje dušikovega oksida: "Nekateri gospodje so skakali po mizah in stolih, drugi so razrahljali jezike, spet drugi pa so pokazali izjemno nagnjenost k pretepu."

Swift se je zaman smejal

Ugledni satirik Jonathan Swift se je zlahka zasmejal sterilnosti sodobne znanosti. V Gulliverjevih potovanjih, v opisu akademije Lagado, je odlomek: "Na razpolago sta bili dve veliki sobi, natrpani z najbolj neverjetnimi radovednostmi; pod njegovim vodstvom je delalo petdeset pomočnikov. Nekateri so kondenzirali zrak v suho gosto snov in iz njega črpali solno seme ... "

Zdaj je soliter iz tekočega zraka popolnoma resnična stvar. Amonijev nitrat NH 4 NO 3 je dejansko narejen iz zraka in vode.

Bakterije vežejo dušik

Zamisel, da nekateri mikroorganizmi lahko vežejo dušik v zraku, je prvi izrazil ruski fizik P. Kossovich. Ruski biokemik S.N. Vinogradskiy je prvi iz zemlje izoliral eno vrsto bakterij, ki vežejo dušik.

Rastline so izbirčne

Dmitrij Nikolajevič Pryanishnikov je ugotovil, da rastlina, če ima možnost izbire, raje dušikov amoniak pred nitrati. (Nitrati so soli dušikove kisline).

Pomembno oksidacijsko sredstvo

Dušikova kislina HNO 3 je eno najpomembnejših oksidantov, ki se uporablja v kemični industriji. Prvi, ki so ga pripravili in je na žvepleno kislino deloval žveplovo kislino, je bil eden največjih kemikov 17. stoletja. Johann Rudolf Glauber.

Med spojinami, ki jih zdaj dobimo s pomočjo dušikove kisline, je veliko nujno potrebnih snovi: gnojila, barvila, polimerni materiali, eksplozivi.

Dvojna vloga

Nekatere spojine, ki vsebujejo dušik, se uporabljajo v agrokemiji, imajo dve funkciji. Na primer, kalcijev cianamid pridelovalci bombaža uporabljajo kot defolient, snov, ki povzroči, da listi odpadejo pred obiranjem. Toda ta spojina služi tudi kot gnojilo.

Dušik v pesticidih

Niso vse snovi, ki vsebujejo dušik, prispevale k razvoju katere koli rastline. Amske soli fenoksiocetne in triklorofenoksiocetne kisline so herbicidi. Prva zatira rast plevela na poljih žitnih posevkov, druga se uporablja za čiščenje njivskih površin - uničuje majhna drevesa in grmičevje.

Polimeri: biološki do anorganski

Atomi dušika so del mnogih naravnih in sintetičnih polimerov - od beljakovin do najlona. Poleg tega je dušik bistven element anorganskih polimerov brez ogljika. Molekule anorganske gume - polifosfonitril klorid - so zaprti cikli, sestavljeni iz izmeničnih dušikovih in fosforjevih atomov, obkroženi s klorovimi ioni. Anorganski polimeri vključujejo nitride nekaterih kovin, vključno z najtežjimi izmed vseh snovi, borazon.

NITROGEN
N (nitrogenij),
kemijski element (pri številki 7) VA podskupina periodične tabele elementov. Zemljina atmosfera vsebuje 78% (vol.) Dušika. Če želimo pokazati, kako velike so te zaloge dušika, upoštevamo, da je v atmosferi nad vsakim kvadratnim kilometrom zemeljske površine toliko dušika, da iz njega lahko dobimo do 50 milijonov ton natrijevega nitrata ali 10 milijonov ton amoniaka (spojine dušika z vodikom) in to je to. to je majhen del dušika, ki ga vsebuje zemeljska skorja. Obstoj prostega dušika kaže na njegovo inertnost in težave pri interakciji z drugimi elementi pri običajnih temperaturah. Vezani dušik je del tako organske kot anorganske snovi. Rastlinstvo in živalstvo vsebujeta beljakovine, vezane na ogljik in kisik. Poleg tega so anorganske spojine, ki vsebujejo dušik, znane in jih je mogoče dobiti v velikih količinah, kot so nitrati (NO3-), nitriti (NO2-), cianidi (CN-), nitridi (N3-) in azidi (N3-).
Zgodovinska referenca. Poskusi A. Lavoisierja, ki se je posvetil preučevanju vloge ozračja pri vzdrževanju življenjskih in zgorevalnih procesov, so potrdili obstoj razmeroma inertne snovi v atmosferi. Ker ni uspel ugotoviti elementarne narave plina, ki je ostal po zgorevanju, ga je Lavoisier imenoval azot, kar v stari grščini pomeni "brez življenja". Leta 1772 je D. Rutherford iz Edinburga ugotovil, da je ta plin element, in ga poimenoval "škodljiv zrak". Latinsko ime dušika izvira iz grških besed nitron in gen, kar pomeni "tvoriti solno mrežo".
Fiksacija dušika in cikel dušika. Izraz "fiksacija dušika" pomeni postopek fiksiranja atmosferskega dušika N2. V naravi se to lahko zgodi na dva načina: bodisi stročnice, na primer grah, detelja in soja, na svojih koreninah nabirajo vozliče, v katerih bakterije, ki pritrjujejo dušik, pretvorijo v nitrate, ali atmosferski dušik oksidira s kisikom v pogojih strele. S. Arrhenius je ugotovil, da se na ta način letno določi do 400 milijonov ton dušika. V atmosferi se dušikovi oksidi združujejo z deževnico in tvorijo dušikovo in dušikovo kislino. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da z dežjem in snegom cca. 6700 g dušika; dosežejo tla, se spremenijo v nitrite in nitrate. Rastline uporabljajo nitrate za tvorbo rastlinskih beljakovin. Živali, ki se prehranjujejo s temi rastlinami, usvajajo beljakovinske snovi rastlin in jih pretvorijo v živalske beljakovine. Po smrti živali in rastlin pride do njihovega razkroja, dušikove spojine se pretvorijo v amoniak. Amoniak uporabljamo na dva načina: bakterije, ki ne tvorijo nitratov, ga razgrajujejo na elemente, sproščajo dušik in vodik, druge bakterije pa iz njega tvorijo nitrite, ki jih druge bakterije oksidirajo v nitrate. Tako se v naravi pojavlja dušikov cikel, oziroma dušikov cikel.

Struktura jedra in elektronskih lupin. V naravi obstajata dva stabilna izotopa dušika: z masnim številom 14 (N vsebuje 7 protonov in 7 nevtronov) in z masnim številom 15 (vsebuje 7 protonov in 8 nevtronov). Njihovo razmerje je 99.635: 0.365, torej je atomska masa dušika 14.008. Umetno so dobili nestabilne dušikove izotope 12N, 13N, 16N, 17N. Shematično je elektronska struktura dušikovega atoma naslednja: 1s22s22px12py12pz1. Posledično je na zunanji (drugi) elektronski lupini 5 elektronov, ki lahko sodelujejo pri nastajanju kemičnih vezi; dušikove orbitale lahko sprejmejo tudi elektrone, tj. možno je nastajanje spojin z oksidacijskim stanjem od (-III) do (V) in so znane.
Glej tudi ATOM STRUKTURE.
Molekularni dušik. Iz definicij gostote plinov je bilo ugotovljeno, da je dušikova molekula diatomska, tj. molekularna formula dušika je NêN (ali N2). Za dva dušikova atoma zunanji trije 2p elektroni vsakega atoma tvorijo trojno vez: N ::: N:, tvorijo pare elektronov. Izmerjena interatomska razdalja N-N znaša 1,095. Tako kot v primeru vodika (glej HIDROGEN) obstajajo molekule dušika z različnimi jedrskimi spini - simetričnimi in antisimetričnimi. Pri normalnih temperaturah je razmerje simetričnih in antisimetričnih oblik 2: 1. V trdnem stanju sta znani dve modifikaciji dušika: a - kubična in b - šesterokotna s prehodno temperaturo a (r) b -237,39 ° C. Modifikacija b se topi pri -209,96 ° C in vre pri -195,78 ° C pri 1 atm (glej tabelo 1). Energija disociacije mola (28.016 g ali 6.023 * 10 23 molekul) molekularnega dušika v atome (N2 2N) je približno -225 kcal. Zato lahko atomski dušik nastane med tihim električnim praznjenjem in je kemično bolj aktiven kot molekularni dušik.
Prejemanje in uporaba. Način pridobivanja elementarnega dušika je odvisen od zahtevane čistosti. Dušik se pridobiva v ogromnih količinah za sintezo amoniaka, medtem ko so dovoljeni majhni primesi žlahtnih plinov.
Dušik iz atmosfere. Ekonomsko je sproščanje dušika iz atmosfere posledica poceni metode utekočinjanja očiščenega zraka (odstranjujejo se vodna para, CO2, prah in druge nečistoče). Zaporedni cikli stiskanja, hlajenja in raztezanja takega zraka vodijo v njegovo utekočinjanje. Tekoči zrak je podvržen frakcijski destilaciji s počasnim dvigom temperature. Najprej se sprostijo plemeniti plini, nato ostane dušik in tekoč kisik. Prečiščenje dosežemo z več postopki frakcioniranja. Ta metoda letno proizvede več milijonov ton dušika, predvsem za sintezo amoniaka, ki je surovina tehnologije za proizvodnjo različnih spojin, ki vsebujejo dušik, za industrijo in kmetijstvo. Poleg tega se pogosto uporablja prečiščena dušikova atmosfera, kadar je prisotnost kisika nesprejemljiva.
Laboratorijske metode. Majhne količine dušika lahko dobimo v laboratoriju na različne načine, na primer z oksidacijo amoniaka ali amonijevega iona:

Postopek oksidacije amonijevega iona z nitritnim ionom je zelo primeren:

Znane so druge metode - razpad azidov pri segrevanju, razpad amoniaka z bakrovim (II) oksidom, interakcija nitritov s sulfaminsko kislino ali sečnino:

Med katalitičnim razpadanjem amoniaka pri visokih temperaturah lahko dobimo tudi dušik:

Fizične lastnosti. Nekatere fizikalne lastnosti dušika so podane v tabeli. 1.
Tabela 1. NEKAJ FIZIČNIH LASTNOSTI AZOTA
Gostota, g / cm3 0,808 (tekočina) Tališče, ° С -209,96 Vrelišče, ° С -195,8 Kritična temperatura, ° С -147,1 Kritični tlak, atma 33,5 Kritična gostota, g / cm3 a 0,311 Specifična toplota, J / (molPK) 14,56 (15 ° C) Elektronegativnost glede na Pauling 3 kovalentni polmer, 0,74 Kristalni polmer, 1,4 (M3-) ionizacijski potencial, Wb

prvi 14.54 drugi 29.60

in Temperatura in tlak, pri katerih sta gostota tekočega in plinastega dušika enaki.
b Količina energije, ki je potrebna za odstranitev prvih zunanjih in naslednjih elektronov na 1 mol atomskega dušika.

Kemijske lastnosti. Kot je bilo že omenjeno, je prevladujoča lastnost dušika v normalnih temperaturah in tlaku njegova inertnost ali nizka kemijska aktivnost. Elektronska struktura dušika vsebuje elektronski par na ravni 2s in tri napol napolnjene 2p orbitale, tako da lahko en dušikov atom veže največ štiri druge atome, tj. njegova koordinacijska številka je štiri. Majhna velikost atoma tudi omejuje število atomov ali skupin atomov, ki jih je mogoče povezati z njim. Zato številne spojine drugih članov podskupine VA bodisi nimajo nobenih analogov med dušikovimi spojinami ali so analogne dušikove spojine nestabilne. Tako je PCl5 stabilna spojina, medtem ko NCl5 ne obstaja. Dušikov atom se lahko veže na drug atom dušika in tvori več dokaj stabilnih spojin, kot so hidrazin N2H4 in kovinski azidi MN3. Ta vrsta vezi je nenavadna za kemične elemente (z izjemo ogljika in silicija). Pri povišanih temperaturah dušik reagira z mnogimi kovinami in tvori delno ionske MxNy nitride. V teh spojinah je dušik negativno nabit. Tabela 2 prikazuje oksidacijska stanja in primere ustreznih spojin.
Tabela 2. Stopnje oksidacije dušika in z njimi povezane sestavine
Oksidacijsko stanje Primeri spojin
-III Amonijak NH3, amonijev ion NH4 +, nitridi M3N2 -II hidrazin N2H4 -I hidroksilamin NH2OH I Natrijev hiponitrit Na2N2O2, dušikov oksid (I) N2O II Dušikov oksid (II) NO III Dušikov oksid (III) N2O3, natrijev dušik dušikov (IV) NO2, dimer N2O4 V Dušikov oksid (V) N2O5, dušikova kislina HNO3 in njegove soli (nitrati) Nitridi. Dušikove spojine z več elektropozitivnimi elementi, kovinami in nekovinami - nitridi - so podobne karbidom in hidridom. Lahko jih delimo, odvisno od narave vezi M-N, na ionsko, kovalentno in z vmesno vrsto vezi. Praviloma so to kristalne snovi.
Ionski nitridi. Vezava teh spojin vključuje prenos elektronov iz kovine v dušik s tvorbo iona N3. Ti nitridi vključujejo Li3N, Mg3N2, Zn3N2 in Cu3N2. Poleg litija druge alkalne kovine IA ne tvorijo nitridne podskupine. Ionski nitridi imajo visoke tališča in reagirajo z vodo, da tvorijo NH3 in kovinske hidrokside.
Kovalentni nitridi. Ko dušikovi elektroni sodelujejo pri tvorbi vezi skupaj z elektroni drugega elementa, ne da bi jih prenesli iz dušika v drug atom, nastanejo nitridi s kovalentno vezjo. Vodikovi nitridi (na primer amonijak in hidrazin) so popolnoma kovalentni, prav tako dušikovi halogenidi (NF3 in NCl3). Kovalentni nitridi vključujejo na primer Si3N4, P3N5 in BN, visoko stabilne bele snovi, BN pa ima dve alotropni modifikaciji: šesterokotno in diamantno. Slednji se tvori pri visokih tlakih in temperaturah in ima trdoto, podobno kot diamant.
Nitridi z vmesno vrsto vezi. Prehodni elementi reagirajo z NH3 pri visokih temperaturah in tvorijo nenavaden razred spojin, v katerih se dušikovi atomi porazdelijo med redno razporejene kovinske atome. V teh spojinah ni jasnega premika elektronov. Primeri takih nitridov so Fe4N, W2N, Mo2N, Mn3N2. Te spojine so na splošno popolnoma inertne in imajo dobro električno prevodnost.
Vodikove dušikove spojine. Dušik in vodik medsebojno tvorita spojine, ki nejasno spominjajo na ogljikovodike (glej tudi ORGANSKA KEMIJA). Stabilnost vodikovega dušika se zmanjšuje s povečanjem števila dušikovih atomov v verigi, za razliko od ogljikovodikov, ki so stabilni tudi v dolgih verigah. Najpomembnejša vodikova nitrida sta amonijak NH3 in hidrazin N2H4. Vključujejo tudi hidrazojsko kislino HNNN (HN3).
Amoniak NH3. Amonijak je eden najpomembnejših industrijskih proizvodov sodobnega gospodarstva. Konec 20. stoletja. ZDA so proizvedle cca. 13 milijonov ton amoniaka letno (v smislu brezvodnega amoniaka).
Struktura molekul Molekula NH3 ima skoraj piramidno strukturo. Kot vez H-N-H je 107 °, kar je blizu tetraedrskega kota 109 °. Nerazpoloženi par elektronov je enakovreden priloženi skupini, zato je koordinacijsko število dušika 4, dušik pa je v središču tetraedra.

Amonijske lastnosti. Nekatere fizikalne lastnosti amoniaka v primerjavi z vodo so navedene v tabeli. 3.

Tabela 3. NEKAJ FIZIČNIH LASTNOSTI AMONIJE IN VODE

Vrelišča in tališča amoniaka so kljub nižji molekulski teži in podobnosti molekulske strukture veliko nižja od vrednosti vode. To je posledica razmeroma večje trdnosti medmolekulskih vezi v vodi kot pri amoniaku (to medmolekulsko vez imenujemo vodik).
Amoniak kot topilo. Visoka dielektrična konstanta in dipolni moment tekočega amoniaka omogočata uporabo kot topilo za polarne ali ionske anorganske snovi. Topilo amoniaka je vmesni del med vodo in organskimi topili, kot je etilni alkohol. Alkalijske in zemeljsko-zemeljske kovine se raztopijo v amonijaku in tvorijo temno modre raztopine. Lahko sklepamo, da se v raztopini v shemi odvija solvatizacija in ionizacija valenčnih elektronov

Modra je povezana z raztapljanjem in gibanjem elektronov ali mobilnostjo "lukenj" v tekočini. Pri visoki koncentraciji natrija v tekočem amonijaku raztopina prevzame bronasto barvo in ima visoko električno prevodnost. Nevezane alkalne kovine lahko izoliramo iz takšne raztopine z izhlapevanjem amoniaka ali dodatkom natrijevega klorida. Raztopine kovin v amoniaku so dobra reducirna sredstva. Avtoionizacija se pojavi v tekočem amonijaku

podobno postopku v vodi

V tabeli so primerjane nekatere kemijske lastnosti obeh sistemov. 4. Tekoči amoniak kot topilo je ugoden v nekaterih primerih, ko zaradi hitrega medsebojnega delovanja komponent z vodo ni mogoče izvesti reakcij (na primer oksidacije in redukcije). Na primer, v tekočem amoniaku kalcij reagira s KCl in tvori CaCl2 in K, saj je CaCl2 v tekočem amoniaku netopljiv, K pa topen in reakcija poteka v celoti. V vodi je takšna reakcija nemogoča zaradi hitrega medsebojnega delovanja Ca z vodo. Pridobivanje amoniaka. Plinasti NH3 se sprošča iz amonijevih soli pod delovanjem močne baze, na primer NaOH:

Metoda je uporabna v laboratorijskih pogojih. Majhna proizvodnja amonijaka temelji tudi na hidrolizi nitridov, na primer Mg3N2, z vodo. Kalcijev cianamid CaCN2 tvori amoniak tudi pri interakciji z vodo. Glavna industrijska metoda za proizvodnjo amonijaka je katalitična sinteza iz atmosferskega dušika in vodika pri visokih temperaturah in tlakih:

Vodik za to sintezo dobimo s termičnim krekingom ogljikovodikov, delovanjem vodne pare na premog ali železo, razpadom alkoholov z vodno paro ali elektrolizo vode. Za sintezo amoniaka je bilo pridobljenih veliko patentov, ki se razlikujejo v pogojih postopka (temperatura, tlak, katalizator). Obstaja metoda industrijske proizvodnje s toplotno destilacijo premoga. Imeni F. Gaber in K. Bosch sta povezani s tehnološkim razvojem sinteze amoniaka.
Kemične lastnosti amoniaka. Poleg reakcij, navedenih v tabeli. 4, amoniak reagira z vodo, da tvori spojino NH3CHH2O, ki jo pogosto napačno štejemo za amonijev hidroksid NH4OH; v resnici obstoj NH4OH v raztopini ni bil dokazan. Vodna raztopina amoniaka ("amoniak") je sestavljena večinoma iz NH3, H2O in nizkih koncentracij NH4 + in OH-ionov, ki nastanejo med disociacijo

Glavni značaj amonijaka je posledica prisotnosti osamljenega elektronskega para dušika: NH3. NH3 je torej Lewisova baza, ki ima višjo nukleofilno aktivnost, ki se kaže v obliki povezave s protonom ali jedrom vodikovega atoma:

Vsak ion ali molekula, ki lahko sprejme elektronski par (elektrofilna spojina), bo reagiral z NH3 in tvoril koordinacijsko spojino. Na primer:

Simbol Mn + predstavlja ion prehodne kovine (B-podskupine periodične tabele, na primer Cu2 +, Mn2 + itd.). Katera koli protska (t.j. vsebuje H) kislino reagira z amonijakom v vodni raztopini, da tvori amonijeve soli, kot so amonijev nitrat NH4NO3, amonijev klorid NH4Cl, amonijev sulfat (NH4) 2SO4, amonijev fosfat (NH4) 3PO4. Te soli se v kmetijstvu pogosto uporabljajo kot gnojilo za vnos dušika v tla. Amonijev nitrat se uporablja tudi kot poceni eksploziv; prvič je bil uporabljen z kurilnim oljem (dizelsko olje). Vodna raztopina amoniaka se uporablja neposredno za vnos v tla ali z namakalno vodo. Urea NH2CONH2, pridobljena s sintezo iz amoniaka in ogljikovega dioksida, je tudi gnojilo. Plin amonijak reagira s kovinami, kot sta Na in K, da tvori amide:

Amonijak reagira s hidridi in nitridi, da tvori amide:

Amidi alkalijskih kovin (npr. NaNH2) pri segrevanju reagirajo z N2O in tvorijo azide:

Plinasti NH3 reducira okside težkih kovin v kovine pri visokih temperaturah, očitno zaradi vodika, ki nastane kot posledica razgradnje amoniaka v N2 in H2:

Atome vodika v molekuli NH3 lahko nadomestimo s halogenom. Jod reagira s koncentrirano raztopino NH3 in tvori zmes, ki vsebuje NI3. Ta snov je zelo nestabilna in eksplodira ob najmanjšem mehanskem vplivu. Ko NH3 reagira s Cl2, nastanejo kloramini NCl3, NHCl2 in NH2Cl. Kadar je amonijak izpostavljen natrijevemu hipokloritu NaOCl (tvorjen iz NaOH in Cl2), je končni produkt hidrazin:

Hidrazin. Zgornje reakcije predstavljajo postopek za pripravo hidrazin monohidrata s sestavo N2H4CHH2O. Brezvodni hidrazin nastane s posebno destilacijo monohidrata z BaO ali drugimi dehidracijskimi snovmi. Lastnosti hidrazina nekoliko spominjajo na vodikov peroksid H2O2. Čisti brezvodni hidrazin je brezbarvna higroskopska tekočina, ki vre pri 113,5 ° C; dobro topen v vodi, tako da tvori šibko bazo

Hidrazin v kislem mediju (H +) tvori topne hidrazonijeve soli tipa [] + X-. Enostavnost, s katero hidrazin in nekateri njegovi derivati \u200b\u200b(npr. Metilhidrazin) reagirajo s kisikom, omogočajo njegovo uporabo kot sestavino tekočega pogonskega goriva. Hidrazin in vsi njegovi derivati \u200b\u200bso zelo strupeni. Dušikovi oksidi V spojinah s kisikom ima dušik vsa oksidacijska stanja in tvori okside: N2O, NO, N2O3, NO2 (N2O4), N2O5. Obstaja malo podatkov o tvorbi dušikovih peroksidov (NO3, NO4). Dušikov oksid (I) N2O (dinitrogen monoksid) dobimo s termično disociacijo amonijevega nitrata:

Molekula ima linearno strukturo

N2O je pri sobni temperaturi dokaj inerten, vendar pri visokih temperaturah lahko podpira zgorevanje materialov, ki jih je mogoče hitro oksidirati. N2O, znan kot smejalni plin, se v medicini uporablja za blago anestezijo. Brezbarvni plin dušikov oksid (II) NO je eden od produktov katalitične toplotne disocijacije amoniaka v prisotnosti kisika:

NO nastaja tudi med toplotnim razpadanjem dušikove kisline ali med reakcijo bakra z razredčeno dušikovo kislino:

NO lahko dobimo s sintezo iz preprostih snovi (N2 in O2) pri zelo visokih temperaturah, na primer v električnem praznjenju. V strukturi molekule NO je en neparni elektron. Spojine s to strukturo vplivajo na električna in magnetna polja. V tekočem ali trdnem stanju ima oksid modro barvo, saj parni elektron povzroči delno povezavo v tekočem stanju in šibko dimerizacijo v trdnem stanju: 2NO N2O2. Dušikov oksid (III) N2O3 (dušikov trioksid) - anhidrid dušikove kisline: N2O3 + H2O 2HNO2. Čisti N2O3 lahko dobimo kot modro tekočino pri nizkih temperaturah (-20 ° C) iz ekvimolekularne mešanice NO in NO2. N2O3 je stabilen le v trdnem stanju pri nizkih temperaturah (mp -102,3 ° C), v tekočem in plinastem stanju pa se razpade na NO in NO2. Dušikov oksid (IV) NO2 (dušikov dioksid) ima v svoji molekuli tudi parni elektron (glej zgoraj dušikov oksid (II)). V strukturi molekule se domneva tri-elektronska vez in molekula ima lastnosti prostega radikala (ena črta ustreza dvema parnima elektronoma):

NO2 dobimo s katalitično oksidacijo amoniaka v presežku kisika ali z oksidacijo NO v zraku:

in tudi po reakcijah:

Pri sobni temperaturi je NO2 temno rjav plin, ki ima magnetne lastnosti zaradi prisotnosti neparnega elektrona. Pri temperaturah pod 0 ° C molekula NO2 dimerizira v dinitrogen tetroksid, pri -9,3 ° C pa dimerizacija poteka v celoti: 2NO2 N2O4. V tekočem stanju je samo 1% NO2 nesimeriziran, pri 100 ° C pa ostane v obliki dimera 10% N2O4. NO2 (ali N2O4) reagira v topli vodi, da tvori dušikovo kislino: 3NO2 + H2O \u003d 2HNO3 + NO. Zato je tehnologija NO2 zelo pomembna kot vmesna faza pri proizvodnji industrijsko pomembnega izdelka - dušikove kisline. Dušikov oksid (V) N2O5 (zastareli anhidrid dušikove kisline) je bela kristalna snov, pridobljena z dehidracijo dušikove kisline v prisotnosti fosforjevega oksida P4O10:

N2O5 se hitro raztopi v zračni vlagi in ponovno tvori HNO3. Lastnosti N2O5 so določene z ravnotežjem

N2O5 je dobro oksidacijsko sredstvo, zlahka, včasih silovito reagira s kovinami in organskimi spojinami in pri segrevanju eksplodira v čistem stanju. Verjetna struktura N2O5 je lahko predstavljena kot

Dušikove oksokisline. Za dušik so znane tri oksokisline: hipo-dušik H2N2O2, dušik HNO2 in dušik HNO3. Hipo-dušikova kislina H2N2O2 je zelo nestabilna spojina, nastane v nevodnem mediju iz soli težkih kovin - hiponitrita pod delovanjem druge kisline: M2N2O2 + 2HX 2MX + H2N2O2. Izhlapevanje raztopine tvori bel eksploziv s predlagano strukturo H-O-N \u003d N-O-H.
Dušikova kislina HNO2 ne obstaja v svoji čisti obliki, vendar se ob dodajanju žveplove kisline barijevemu nitritu tvorijo vodne raztopine njene nizke koncentracije:

Dušikova kislina nastane tudi, ko se v vodi raztopi ekvimolarna mešanica NO in NO2 (ali N2O3). Dušikova kislina je nekoliko močnejša od ocetne kisline. Oksidacijsko stanje dušika v njem je +3 (njegova struktura je H-O-N \u003d O), tj. lahko je oksidant in redukcijsko sredstvo. Pod delovanjem reducentov se običajno zmanjša na NO, pri interakciji z oksidanti pa se oksidira v dušikovo kislino. Hitrost raztapljanja nekaterih snovi, na primer kovin ali jodidnega iona v dušikovi kislini, je odvisna od koncentracije dušikove kisline, ki je prisotna kot nečistoča. Sode dušikove kisline - nitriti - so zlahka topne v vodi, razen srebrovega nitrita. NaNO2 se uporablja pri proizvodnji barvil. Dušikova kislina HNO3 je eden najpomembnejših anorganskih proizvodov glavne kemične industrije. Uporablja se v tehnologijah mnogih drugih anorganskih in organskih snovi, na primer eksploziva, gnojil, polimerov in vlaken, barvil, farmacevtskih izdelkov itd.
Poglej tudi KEMIJSKI ELEMENTI.
LITERATURA
Azotčikov priročnik. M., 1969 Nekrasov B.V. Osnove splošne kemije. M., 1973 Problemi fiksacije dušika. Anorganska in fizikalna kemija. M., 1982

Collierjeva enciklopedija. - Odprta družba. 2000 .

Sinonimi:

Poglejte, kaj je "NITROGEN" v drugih slovarjih:

- (N) kemični element, plin, brezbarven, brez okusa in vonja; tvori 4/5 (79%) zraka; utripov teža 0,972; atomska teža 14; kondenzira v tekočino pri 140 ° C. in tlak 200 atmosfer; sestavni del mnogih rastlinskih in živalskih snovi. Besedišče…… Slovar tujih besed ruskega jezika

NITROGEN - NITROGEN, chem. element, char. N (francosko AZ), zaporedna številka 7, na. v. 14.008; vrelišče 195,7 °; 1 liter A. pri 0 ° in 760 mm tlaka. tehta 1.2508 g [lat. Dušik ("ustvarjanje solne kaše"), it. Stickstoff ("zadušljiv ... ... Velika medicinska enciklopedija

- (lat.Nitrogenium) N, kemični element skupine V periodičnega sistema, atomska številka 7, atomska masa 14.0067. Ime je iz grščine negativna predpona in življenje zoe (ne podpira dihanja in gorenja). Prosti dušik je sestavljen iz 2 atomskih ... Veliki enciklopedični slovar

dušik - in m. azote m. Arabski. 1787. Leksika 1. alkim. Prva kovina je kovinsko živo srebro. Sl. 18. Za konec je postavil paracelsus in vsem ponudil svoj Laudanum in svoj dušik za zelo razumno ceno, da ozdravi vse mogoče ... ... Zgodovinski slovar ruskih galicizmov

- (dušik), N, kemični element skupine V periodičnega sistema, atomska številka 7, atomska masa 14.0067; plina, bp 195,80 shS. Dušik je glavna sestavina zraka (78,09 vol.%), Je del vseh živih organizmov (v človeškem telesu ... ... Sodobna enciklopedija

Dušik - (dušik), N, kemični element skupine V periodičnega sistema, atomska številka 7, atomska masa 14.0067; plin, točka 195,80 ° S. Dušik je glavna sestavina zraka (78,09 vol.%), Je del vseh živih organizmov (v človeškem telesu ... ... Ilustrirani enciklopedični slovar

- (kemični znak N, atomska teža 14) eden od kemičnih elementov; brezbarven plin, ki nima vonja ali okusa; zelo rahlo topen v vnosu. Njegova specifična teža je 0,972. Pictetu v Ženevi in \u200b\u200bCalheteu v Parizu je uspelo dušik zgostiti tako, da ga je izpostavil visokemu tlaku ... Enciklopedija Brockhausa in Efrona

V kabinetu z vrtnimi zdravili izkušenih vrtnarjev je vedno kristalni železov vitriol ali železov sulfat. Kot številne druge kemikalije, ima tudi lastnosti, ki vrtnarske kulture ščitijo pred številnimi boleznimi in insekti. V tem članku bomo govorili o značilnostih uporabe železovega sulfata za zdravljenje vrtnih rastlin pred boleznimi in škodljivci ter o drugih možnostih njegove uporabe na spletnem mestu.

Bili so časi, ko pojmi "drevesni vrt", "družinsko drevo", "kolekcijsko drevo", "več drevo" preprosto niso obstajali. In tak čudež smo lahko videli le v gospodinjstvu "michurinistov" - ljudi, ki so se čudili sosedom in gledali na njihove vrtove. Tam na enem jabolku, hruški ali slivi ne dozorijo le sorte različnih let zorenja, temveč tudi različnih barv in velikosti. Ni veliko obupanih nad takšnimi poskusi, ampak le tisti, ki se niso bali številnih poskusov in napak.

Podnebne razmere naše države žal niso primerne za gojenje številnih pridelkov brez sadik. Zdrava in močna sadika je zagotovilo za kakovostno žetev, posledično pa je kakovost sadik odvisna od več dejavnikov: Tudi na videz zdrava semena se lahko okužijo s patogeni, ki ostanejo na površini semena dlje časa, po setvi, ki padejo v ugodne razmere, se aktivirajo in okužijo mlade in nezrele rastline

Naša družina je zelo rada paradižnik, zato je večina postelj v državi dana posebej za to kulturo. Vsako leto poskušamo nove zanimive sorte, nekatere pa se ukoreninijo in postanejo ljubljene. Hkrati smo v dolgih letih vrtnarjenja že oblikovali nabor najljubših sort, ki jih potrebujemo za sajenje v vsakem letnem času. Takšne paradižnike v šali poimenujemo "posebne namene" - za sveže solate, sokove, kisle in skladiščene.

Sneg se še ni povsem stopil, nemirni lastniki primestnih območij pa se mudijo z oceno obsega dela na vrtu. In tukaj je res nekaj treba storiti. In morda je najpomembnejše, na kar morate razmišljati zgodaj spomladi, kako zaščititi svoj vrt pred boleznimi in škodljivci. Izkušeni vrtnarji vedo, da teh procesov ne smemo prepustiti naključju, odložitev in preložitev časa obdelave na kasneje pa lahko znatno zmanjša pridelek in kakovost plodov.

Če sami pripravljate mešanice tal za gojenje sobnih rastlin, potem si natančneje oglejte razmeroma novo, zanimivo in po mojem mnenju potrebno sestavino - kokosov substrat. Vsakdo je verjetno vsaj enkrat v življenju videl kokosov oreh in njegovo "grbasto" lupino, prekrito z dolgimi vlakni. Številni okusni izdelki so narejeni iz kokosovih oreščkov (pravzaprav pijan pijač), toda školjke in vlakna so bila včasih samo proizvodni odpadki.

Pire iz rib in sira v pločevinkah je preprosta ideja za kosilo ali večerjo za dnevni ali nedeljski jedilnik. Pita je zasnovana za majhno družino 4-5 ljudi z zmernim apetitom. To pecivo ima vse naenkrat - ribe, krompir, sir in hrustljavo skorjo testa, na splošno skoraj podobno zaprti pizzi s kalzone, le okusnejšo in lažjo. Konzervirane ribe so lahko karkoli - skuše, saury, roza losos ali sardine, izberite po svojem okusu. Ta torta je narejena tudi iz kuhane ribe.

Fige, fige, fige - vse to so imena iste rastline, ki jih trdno povezujemo s sredozemskim življenjem. Kdor je vsaj enkrat okusil plodove fige, ve, kako okusno je. Toda poleg nežnega sladkega okusa so zelo koristne tudi za zdravje. In tu je zanimiva podrobnost: izkaže se, da je figa popolnoma nezahtevna rastlina. Poleg tega se lahko uspešno goji na parceli na srednjem pasu ali v hiši - v zabojniku.

Okusna kremna juha iz morskih sadežev se kuha v manj kot eni uri, izkaže se, da je nežna in kremna. Izberite morsko hrano po svojem okusu in denarnici, lahko je koktajl z morskimi sadeži, kraljeve kozice in lignji. Naredil sem juho z velikimi kozicami in školjkami v školjkah. Prvič, da je zelo okusna, in drugič, lepa. Če kuhate za praznično večerjo ali kosilo, so školjke v školjkah in velike neolupljene kozice na krožniku videti okusno in simpatično.

Dokaj pogosto imajo celo izkušeni poletni prebivalci težave pri gojenju sadik paradižnikov. Pri nekaterih se vse sadike izkažejo za podolgovate in šibke, za druge nenadoma začnejo padati in umreti. Stvar je v tem, da je težko vzdrževati idealne pogoje za gojenje sadik v stanovanju. Sadike katere koli rastline je treba zagotoviti z veliko svetlobe, zadostno vlago in optimalno temperaturo. Kaj še morate vedeti in opazovati, ko gojite sadike paradižnika v stanovanju?

Sorte paradižnika iz serije Altaysky so med vrtnarji zelo priljubljene zaradi sladkega nežnega okusa, ki bolj spominja na okus sadja kot na zelenjavo. To so veliki paradižniki, teža vsakega sadja je v povprečju 300 gramov. Vendar to ni meja, obstajajo večji paradižniki. Za kašo teh paradižnikov je značilna sočnost in mesnost z rahlo prijetno olje. Iz semen Agroupech je mogoče gojiti odlične paradižnike serije Altai.

Aloja je dolga leta ostala najbolj podcenjena sobna rastlina. In to ne preseneča, saj je široka razširjenost navadne aloje v zadnjem stoletju privedla do dejstva, da so vsi pozabili na druge vrste tega neverjetnega sočnega. Aloja je predvsem okrasna rastlina. In s pravilno izbiro vrst in sort lahko prekaša vsakega tekmeca. V modnih florarijih in v navadnih loncih je aloe trdoživa, lepa in presenetljivo trpežna rastlina.

Slastna vinaigretta z jabolkom in kislo zeljo - vegetarijanska solata iz kuhane in ohlajene, surove, vložene, vložene, vložene zelenjave in sadja. Ime izvira iz francoske omake iz kisa, olivnega olja in gorčice (vinaigrette). Vinaigrette se je v ruski kuhinji pojavilo ne tako dolgo nazaj, približno v začetku 19. stoletja, morda je bil recept izposojen iz avstrijske ali nemške kuhinje, saj so sestavine za avstrijsko sled sleda zelo podobne.

Ko sanjsko razvrščamo svetle vrečke s semeni v rokah, včasih podzavestno verjamemo, da imamo prototip bodoče rastline. Miselno mu dodelimo mesto na cvetličnem vrtu in se veselimo cenjenega dne pojava prvega brsta. Vendar pa nakup semen ne zagotavlja vedno, da boste končali z želeno rožo. Rad bi vas opozoril na razloge, zaradi katerih semena na samem začetku kalitve morda ne poženejo ali odmrejo.

OPREDELITEV POJMOV

Dušik - sedmi element periodične tabele. Oznaka - N iz latinskega "nitrogenium". Nahaja se v drugem obdobju, skupina VA. Nanaša se na nekovine. Jedrski naboj je 7.

Večina dušika je v prostem stanju. Prosti dušik je glavna sestavina zraka, ki vsebuje 78,2% (vol.) Dušika. Anorganske dušikove spojine se v velikih količinah ne pojavljajo v naravi, razen natrijevega nitrata NaNO 3, ki tvori debele plasti na pacifiški obali Čila. Tla vsebujejo količine dušika v sledovih, predvsem v obliki soli dušikove kisline. A dušik je v obliki kompleksnih organskih spojin - beljakovin del vseh živih organizmov.

Kot preprosta snov je dušik brezbarven plin, brez vonja, ki je v vodi zelo malo topen. Je nekoliko lažji od zraka: masa 1 litra dušika je 1,25 g.

Atomska in molekularna teža dušika

Relativna atomska masa elementa je razmerje mase atoma določenega elementa do 1/12 mase ogljikovega atoma. Relativna atomska masa je brezdimenzijska in jo označujemo z A r (indeks "r" je začetna črka angleške besede relativa, kar v prevodu pomeni "relativno"). Relativna atomska masa atomskega dušika je 14.0064 amu.

Masa molekul, pa tudi mase atomov, so izražene v atomskih masnih enotah. Molekulska teža snovi je masa molekule, izražena v atomskih masnih enotah. Relativna molekulska teža snovi je razmerje mase molekule dane snovi do 1/12 mase ogljikovega atoma, katerega masa je 12 amu. Znano je, da je molekula dušika diatomska - N 2. Relativna molekulska teža molekule dušika bo:

M r (N 2) \u003d 14.0064 × 2 ≈ 28.

Dušikovi izotopi

V naravi dušik obstaja v obliki dveh stabilnih izotopov 14 N (99,635%) in 15 N (0,365%). Njihovo množično število je 14 oziroma 15. Jedro dušikovega izotopa 14 N vsebuje sedem protonov in sedem nevtronov, medtem ko 15 N izotopa vsebuje enako število protonov in šest nevtronov.

Obstaja štirinajst izotopov umetnega dušika z masnim številom od 10 do 13 in od 16 do 25, od tega najstabilnejši izotop 13 N z razpolovno dobo 10 minut.

Dušikovi ioni

Na zunanji energijski ravni dušikovega atoma je pet elektronov, ki so valenčni:

1s 2 2s 2 2p 3.

Spodaj je predstavljen diagram strukture dušikovega atoma:

Zaradi kemijske interakcije lahko dušik izgubi valenčne elektrone, tj. biti njihov darovalec in se spremeniti v pozitivno nabite ione ali sprejeti elektrone drugega atoma, tj. biti njihov akceptor in se spremeniti v negativno nabite ione:

N 0 -5e → N 2+;

N 0 -4e → N 4+;

N 0 -3e → N 3+;

N 0 -2e → N 2+;

N 0 -1e → N 1+;

N 0 + 1e → N 1-;

N 0 + 2e → N 2-;

N 0 + 3e → N 3-.

Molekul in dušikov atom

Molekul dušik je sestavljen iz dveh atomov - N2. Tu je nekaj lastnosti, ki označujejo atom dušika in molekulo:

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

Naloga	Za tvorbo amonijevega klorida smo vzeli 11,2 litra (NU) plinastega amoniaka in 11,4 litra (NU) klorovodikovega klorida. Kolikšna je masa dobljenega reakcijskega produkta?
Odločba	Zapišimo enačbo za reakcijo pridobivanja amonijevega klorida iz amoniaka in vodikovega klorida: NH3 + HCl \u003d NH4CI. Poiščimo število molov izhodnih snovi: n (NH3) \u003d V (NH3) / Vm; n (NH3) \u003d 11,2 / 22,4 \u003d 0,5 mola. n (HCl) \u003d V (NH3) / Vm; n (HCl) \u003d 11,4 / 22,4 \u003d 0,51 mol. n (NH 3) n (NH4CI) \u003d n (NH3) \u003d 0,5 mol. Potem bo masa amonijevega klorida enaka: M (NH4CI) \u003d 14 + 4 × 1 + 35,5 \u003d 53,5 g / mol. m (NH4CI) \u003d n (NH4CI) × M (NH4CI); m (NH4C1) \u003d 0,5 × 53,5 \u003d 26,75 g.
Odgovor	26,75 g

PRIMER 2

Naloga	10,7 g amonijevega klorida zmešamo s 6 g kalcijevega hidroksida in zmes segrejemo. Kateri plin in koliko mase in prostornine je bilo sproščenega (n.o.)?
Odločba	Napišimo enačbo za reakcijo interakcije amonijevega klorida s kalcijevim hidroksidom: 2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 \u003d CaCl 2 + 2NH 3 - + 2H20. Ugotovite, kateri od obeh reaktantov presega. Če želite to narediti, izračunamo njihovo število molov: M (NH4CI) \u003d A r (N) + 4 × A r (H) + A r (Cl); M (NH4CI) \u003d 14 + 4 × 1 + 35,5 \u003d 53,5 g / mol. n (NH4CI) \u003d m (NH4CI) / M (NH4CI); n (NH4C1) \u003d 10,7 / 53,5 \u003d 0,1 mol. M (Ca (OH) 2) \u003d A r (Ca) + 2 × A r (H) + 2 × A r (O); M (Ca (OH) 2) \u003d 40 + 2 × 1 + 2 × 16 \u003d 42 + 32 \u003d 74 g / mol. n (Ca (OH) 2) \u003d m (Ca (OH) 2) / M (Ca (OH) 2); n (Ca (OH) 2) \u003d 6/74 \u003d 0,08 mol. n (Ca (OH) 2) n (NH3) \u003d 2 × n (Ca (OH) 2) \u003d 2 × 0,08 \u003d 0,16 mol. Potem bo masa amoniaka enaka: M (NH3) \u003d A r (N) + 3 × A r (H) \u003d 14 + 3 × 1 \u003d 17 g / mol. m (NH3) \u003d n (NH3) × M (NH3) \u003d 0,16 × 17 \u003d 2,72 g. Prostornina amoniaka je: V (NH3) \u003d n (NH3) x Vm; V (NH 3) \u003d 0,16 × 22,4 \u003d 3,558 litrov.
Odgovor	Kot rezultat reakcije nastane amoniak s prostornino 3,558 litra in maso 2,72 g.

Elektronska konfiguracija 2s 2 2p 3 Kemijske lastnosti Kovalentni polmer 75.00 Ionski polmer 13 (+ 5e) 171 (-3e) popoldne Elektronegativnost
(po Paulingu) 3,04 Potencial elektrode — Oksidacijska stanja 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -3 Termodinamične lastnosti preproste snovi Gostota 0,808 (–195,8 ° C) / cm³ Molarna toplotna zmogljivost 29.125 (plin N 2) J / (mol) Toplotna prevodnost 0,026 W / () Temperatura taljenja 63,29 Vročina fuzije (N 2) 0,720 kJ / mol Temperatura vrelišča 77,4 Toplota izparevanja (N 2) 5,57 kJ / mol Molarna prostornina 17,3 cm ³ / mol Kristalna rešetka preproste snovi Struktura rešetke kubični Parametri rešetke 5,661 C / razmerje — Temperatura v mirovanju n / a

N	7
14,00674
2s 2 2p 3
Dušik

Dušik v obliki diatomskih molekul N2 tvori večino ozračja, kjer je njegova vsebnost 75,6% (masno) ali 78,048% (prostorninsko), to je približno 3,87 10 15 ton.

Masa dušika, raztopljenega v hidrosferi, ob upoštevanju, da se procesi raztapljanja atmosferskega dušika v vodi in njegovega sproščanja v atmosfero odvijajo hkrati, približno 2 · 10 13 ton, poleg tega v hidrosferi vsebuje približno 7 · 10 11 ton dušika v obliki spojin.

Biološka vloga

Dušik je element, potreben za obstoj živali in rastlin, je del beljakovin (16-18 mas.%), Aminokislin, nukleinskih kislin, nukleoproteinov, klorofila, hemoglobina itd. V sestavi živih celic je število dušikovih atomov približno 2% oz. po masnem deležu - približno 2,5% (četrto mesto po vodiku, ogljiku in kisiku). V zvezi s tem je v živih organizmih, "mrtvih organskih snoveh" in razpršeni snovi morij in oceanov vsebovana velika količina vezanega dušika. Ta količina je ocenjena na približno 1,9 · 10 11 ton. Kot rezultat procesov razpadanja in razgradnje organskih snovi, ki vsebujejo dušik, ob ugodnih okoljskih dejavnikih, naravnih nahajališč mineralov, ki vsebujejo dušik, na primer "čilski nitrat" \u200b\u200b(natrijev nitrat z nečistočami) druge spojine), norveški, indijski nitrat.

Cikel dušika v naravi

Cikel dušika v naravi

Fiksacija atmosferskega dušika v naravi poteka v dveh glavnih smereh - abiogeni in biogeni. Prva pot vključuje predvsem reakcije dušika s kisikom. Ker je dušik kemično zelo inerten, so za oksidacijo potrebne velike količine energije (visoke temperature). Ti pogoji so doseženi med odvajanjem strele, ko temperatura doseže 25.000 ° C ali več. V tem primeru pride do tvorbe različnih dušikovih oksidov. Obstaja tudi možnost, da abiotična fiksacija nastane kot posledica fotokataliznih reakcij na površini polprevodnikov ali širokopasovnih dielektrikov (puščavski pesek).

Vendar je glavni del molekularnega dušika (približno 1,4 · 10 8 t / leto) pritrjen z biotskimi sredstvi. Dolgo je veljalo, da lahko le majhno število vrst mikroorganizmov (čeprav razširjenih na zemeljskem površju) veže molekularni dušik: bakterije Azotobacter in Klostridij, bakterije koreninskih nodul Rhizobium, cianobakterije Anabaena, Nostoc in druge.Zdaj je znano, da imajo mnogi drugi organizmi v vodi in tleh to sposobnost, na primer aktinomicete v gomoljih jelše in drugih dreves (skupaj 160 vrst). Vsi pretvorijo molekulski dušik v amonijeve spojine (NH 4 +). Ta postopek zahteva znatno porabo energije (za fiksiranje 1 g atmosferskega dušika bakterije v stročnicah porabijo približno 167,5 kJ, to je, da oksidirajo približno 10 g glukoze). Tako je vidna obojestranska korist simbioze rastlin in bakterij, ki pritrjujejo z dušikom, prve zagotavljajo »prostor za življenje« in oskrbujejo »gorivo«, pridobljeno kot rezultat fotosinteze - glukozo, druge pa zagotavljajo dušik, potreben rastlinam v obliki, ki jo usvojijo.

Dušik v obliki amoniaka in amonijevih spojin, ki ga dobimo v procesih biogene dušikove fiksacije, se hitro oksidira v nitrate in nitrite (ta proces imenujemo nitrifikacija). Slednji, ki jih ne vežejo rastlinska tkiva (in po prehranski verigi rastlinojede in plenilci), ne ostanejo dolgo v tleh. Večina nitratov in nitritov je zlahka topna, zato jih voda izpere in sčasoma konča v svetovnem oceanu (ta pretok je ocenjen na 2,5-8 · 10 7 t / leto).

Dušik, vključen v tkiva rastlin in živali, po njihovi smrti podvrže amonifikacijo (razpad dušikovih kompleksnih spojin s sproščanjem amoniaka in amonijevih ionov) in denitrifikacijo, to je sproščanje atomskega dušika, pa tudi njegovih oksidov. Ti procesi so v celoti posledica delovanja mikroorganizmov v aerobnih in anaerobnih pogojih.

Če človeška dejavnost ni aktivna, se procesi fiksacije in nitriranja dušika skoraj popolnoma uravnotežijo z nasprotnimi reakcijami denitrifikacije. Del dušika vstopi v ozračje iz plašča z vulkanskimi izbruhi, del je trdno pritrjen v tla in glinene minerale, poleg tega pa dušik nenehno pušča iz zgornje atmosfere v medplanetarni prostor.

Toksikologija dušika in njegovih spojin

Atmosferski dušik je že sam po sebi dovolj inerten, da lahko neposredno vpliva na ljudi in sesalce. Vendar s povečanim tlakom povzroči anestezijo, zastrupitev ali zadušitev (s pomanjkanjem kisika); s hitrim padcem tlaka dušik povzroča dekompresijsko bolezen.

Mnoge dušikove spojine so zelo aktivne in pogosto strupene.

Prejemanje

V laboratorijih ga lahko dobimo z reakcijo razgradnje amonijevega nitrita:

NH4N02 → N2 + 2H20

Reakcija je eksotermična, gre pri sproščanju 80 kcal (335 kJ), zato je treba posodo med potekom ohladiti (čeprav je za začetek reakcije potrebno ogrevanje amonijevega nitrita).

V praksi to reakcijo izvedemo tako, da po kapljicah dodamo nasičeno raztopino natrijevega nitrita v segreto nasičeno raztopino amonijevega sulfata, amonijev nitrit, ki nastane kot posledica izmenjalne reakcije, pa se takoj razgradi.

Plin, ki se sprosti v tem primeru, je onesnažen z amoniakom, dušikovim oksidom (I) in kisikom, iz katerega se očisti, zaporedno prehaja skozi raztopine žveplove kisline, železovega (II) sulfata in preko rdečega vročega bakra. Nato dušik posušimo.

Druga laboratorijska metoda za proizvodnjo dušika je segrevanje mešanice kalijevega dikromata in amonijevega sulfata (v masnem razmerju 2: 1). Reakcija poteka po enačbah:

K 2 Cr 2 O 7 + (NH 4) 2 SO 4 \u003d (NH 4) 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 → (t) Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O

Čistejši dušik lahko dobimo z razpadom kovinskih azidov:

2NaN 3 → (t) 2Na + 3N 2

Tako imenovani "zračni" ali "atmosferski" dušik, to je zmes dušika z žlahtnimi plini, nastane z reakcijo zraka z vročim koksom:

O 2 + 4N 2 + 2C → 2CO + 4N 2

Tako nastane tako imenovani "generator" ali "zračni" plin - surovina za kemično sintezo in gorivo. Po potrebi lahko dušik ločimo od njega z absorpcijo ogljikovega monoksida.

Molekularni dušik v industriji dobimo s frakcijsko destilacijo tekočega zraka. Ta metoda se lahko uporablja za pridobivanje "atmosferskega dušika". Široko se uporabljajo tudi dušikove rastline, pri katerih se uporablja metoda adsorpcije in membranskega ločevanja plinov.

Ena izmed laboratorijskih metod je prenašanje amoniaka preko bakrovega (II) oksida pri temperaturi ~ 700 ° C:

2NH3 + 3CuO → N2 + 3H20 + 3Cu

Pri segrevanju se amoniak vzame iz njegove nasičene raztopine. Količina CuO je 2-krat večja od izračunane. Neposredno pred uporabo se dušik očisti iz nečistoč kisika in amoniaka s prehajanjem bakra in njegovega oksida (II) (tudi ~ 700 ° C), nato se posuši s koncentrirano žveplovo kislino in suho alkalijo. Postopek je dokaj počasen, a vredno je: plin je zelo čist.

Lastnosti

Fizične lastnosti

Optični linijski spekter emisij dušika

V normalnih pogojih je dušik brezbarven plin, rahlo topen v vodi (2,3 ml / 100 g pri 0 ° C, 0,8 ml / 100 g pri 80 ° C).

V tekočem stanju (vrelišče -195,8 ° C) - brezbarvno, gibljivo, kot voda, tekoče. Ob stiku z zrakom absorbira kisik iz njega.

Pri -209,86 ° C dušik postane trden v obliki snega podobne mase ali velikih snežno belih kristalov. Ob stiku z zrakom absorbira kisik iz njega, medtem ko se tali, tvori raztopino kisika v dušiku.

Obstajajo tri znane kristalne modifikacije trdnega dušika. V območju 36,61 - 63,29 K obstaja faza β-N 2 s šesterokotno tesno embalažo, vesoljska skupina P6 3 / mmc, parametri rešetke a \u003d 3,93 Å in c \u003d 6,50 Å. Pri temperaturah pod 36,61 K je faza α-N2 s kubično rešetko stabilna in ima vesoljsko skupino Pa3 ali P2 1 3 in obdobje a \u003d 5.660 Å. Pri tlaku več kot 3500 atmosfer in temperaturah pod 83 K nastane šestkotna faza γ-N2.

Kemijske lastnosti, molekularna struktura

Dušik v prostem stanju obstaja v obliki diatomskih molekul N 2, katerih elektronska konfiguracija je opisana s formulo σ s ²σ s * 2 π x, y 4 σ z ², ki ustreza trojni vezi med molekuli dušika N≡N (dolžina vezi d N≡N \u003d 0.1095 nm). Kot rezultat tega je molekula dušika izjemno močna, za reakcijo disociacije N 2 ↔ 2N specifična entalpija tvorbe je ΔH ° 298 \u003d 945 kJ, konstanta hitrosti reakcije je K 298 \u003d 10 -120, torej disociacija dušikovih molekul v normalnih pogojih praktično ne pride (ravnotežje se skoraj v celoti premakne v levo). Molekula dušika je nepolarna in šibko polarizirana, sile medsebojnih molekul so zelo šibke, zato je dušik v normalnih pogojih v plinastih razmerah.

Tudi pri 3000 ° C je stopnja toplotne disociacije N 2 le 0,1%, le pri temperaturi okoli 5000 ° C pa doseže nekaj odstotkov (pri normalnem tlaku). V visokih plasteh atmosfere pride do fotokemične disociacije molekul N 2. V laboratorijskih pogojih lahko atomski dušik dobimo s prehajanjem plinastega dušika pod močnim praznjenjem skozi polje visokofrekvenčnega električnega praznjenja. Atomski dušik je veliko bolj aktiven kot molekularni dušik: zlasti pri navadnih temperaturah reagira z žveplom, fosforjem, arzenom in s številnimi kovinami, na primer z.

Zaradi visoke trdnosti dušikove molekule so številne njene spojine endotermne, entalpija njihovega tvorjenja je negativna, dušikove spojine pa so toplotno nestabilne in se segrevajo pri segrevanju dokaj enostavno. Zato je dušik na Zemlji večinoma v prostem stanju.

Zaradi svoje bistvene inertnosti dušik v normalnih pogojih reagira le z litijem:

6Li + N 2 → 2Li 3 N,

pri segrevanju reagira z nekaterimi drugimi kovinami in nekovinami, prav tako tvori nitride:

3 mg + N 2 → Mg 3 N 2,

Največji praktični pomen ima vodikov nitrid (amoniak):

Industrijska vezava atmosferskega dušika

Dušikove spojine se v kemiji izredno pogosto uporabljajo, nemogoče je celo našteti vsa področja, kjer se uporabljajo snovi, ki vsebujejo dušik: to je industrija gnojil, eksplozivov, barvil, zdravil itd. Čeprav so kolosalne količine dušika na voljo v dobesednem pomenu besede "iz zraka", težava dušikove molekule N 2, opisana zgoraj, že dolgo ostaja nerešena; večina dušikovih spojin je bila izločena iz njenih mineralov, kot je čilski nitrat. Vendar so upadanje zalog teh mineralov in povečanje povpraševanja po dušikovih spojinah prisilili k pospešitvi industrijske vezave atmosferskega dušika.

Najpogostejša metoda vezave atmosferskega dušika je amoniak. Reverzibilna reakcija sinteze amoniaka:

3H 2 + N2 ↔ 2NH3

eksotermično (toplotni učinek 92 kJ) in poteka z zmanjšanjem prostornine, zato je za premik ravnotežja v desno v skladu z načelom Le Chatelier - Brown potrebno hlajenje mešanice in visoki pritiski. S kinetičnega vidika pa je znižanje temperature neugodno, saj to močno zmanjša hitrost reakcije - že pri 700 ° C je reakcijska hitrost prepočasna za njeno praktično uporabo.

V takih primerih se uporablja kataliza, saj primeren katalizator lahko poveča hitrost reakcije brez premika ravnotežja. V procesu iskanja primernega katalizatorja so poskusili približno dvajset tisoč različnih spojin. Kar se tiče lastnosti lastnosti (katalitska aktivnost, odpornost proti zastrupitvi, nizki stroški), je največji izkoristek katalizator, ki temelji na kovinskem železu z nečistočami aluminija in kalijevih oksidov. Postopek poteka pri temperaturi 400-600 ° C in tlakih 10-1000 atmosfer.

Upoštevati je treba, da pri tlakih nad 2000 atmosfere poteka sinteza amonijaka iz mešanice vodika in dušika z visoko hitrostjo in brez katalizatorja. Na primer, pri 850 ° C in 4500 atmosferi je izkoristek izdelka 97%.

Obstaja še ena, manj pogosta metoda industrijskega vezanja atmosferskega dušika - metoda cianamida, ki temelji na reakciji kalcijevega karbida z dušikom pri 1000 ° C. Reakcija poteka po enačbi:

CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C.

Reakcija je eksotermična, njen toplotni učinek je 293 kJ.

Letno se iz Zemljine atmosfere industrijsko odvzame približno 10 106 ton dušika. Postopek pridobivanja dušika je tukaj podrobno opisan GRASYS

Dušikove spojine

Oksidacijska stanja dušika v spojinah so −3, −2, −1, +1, +2, +3, +4, +5.

Dušikove spojine v oksidacijskem stanju –3 predstavljajo nitridi, od katerih je amoniak praktično najpomembnejši;
Dušikove spojine v oksidacijskem stanju -2 so manj značilne, predstavljajo jih pernitridi, od katerih je najpomembnejši vodikov pernitrid N2H4 ali hidrazin (obstaja tudi izjemno nestabilen vodikov pernitrid N2H2, diimid);
Dušikove spojine v oksidacijskem stanju -1 NH2OH (hidroksilamin) je nestabilna baza, ki se skupaj s hidroksilamonijevimi solmi uporablja v organski sintezi;
Dušikove spojine v oksidacijskem stanju +1 dušikov oksid (I) N2O (dušikov oksid, smejalni plin);
Dušikove spojine v +2 oksidacijskem stanju dušikov oksid (II) NO (dušikov monoksid);
Dušikove spojine v oksidacijskem stanju +3 dušikov oksid (III) N2O3, dušikova kislina, derivati \u200b\u200baniona NO2-, dušikov trifluorid NF3;
Dušikove spojine v +4 oksidacijskem stanju dušikov oksid (IV) NO2 (dušikov dioksid, rjavi plin);
Dušikove spojine v stanju +5 oksidacije - dušikov oksid (V) N2O5, dušikova kislina in njene soli - nitrati itd.

Uporaba in uporaba

Tekoči dušik z nizkim vreliščem v kovinskem kozarcu.

Tekoči dušik se uporablja kot hladilno sredstvo in za krioterapijo.

Industrijska uporaba dušikovega plina je posledica njegovih inertnih lastnosti. Plinasti dušik je odporen proti ognju in eksploziji, preprečuje oksidacijo, propadanje. V petrokemiji se dušik uporablja za čiščenje rezervoarjev in cevovodov, preverjanje delovanja cevovodov pod pritiskom in povečanje proizvodnje na terenu. V rudarstvu lahko dušik uporabimo za ustvarjanje eksplozivnega okolja v rudnikih, za širjenje plasti kamnin. V proizvodnji elektronike se dušik uporablja za čiščenje območij, kjer oksidacijski kisik ni prisoten. Če je oksidacija ali razpadanje v tradicionalnem postopku na zraku negativen dejavnik, lahko dušik uspešno nadomesti zrak.

Pomembno področje uporabe dušika je njegova uporaba za nadaljnjo sintezo najrazličnejših spojin, ki vsebujejo dušik, kot so amoniak, dušikova gnojila, eksplozivi, barvila itd. Pri raztovarjanju koksa se uporabljajo velike količine dušika ("suho gašenje koksa"). koks iz baterij iz koksne peči, pa tudi za "stiskanje" goriva v raketah iz rezervoarjev do črpalk ali motorjev.

V prehranski industriji je dušik registriran kot aditiv za živila E941Kot plinasto sredstvo za pakiranje in skladiščenje se hladilno sredstvo in tekoči dušik uporablja za polnjenje olj in negaziranih pijač, da se v mehkih posodah ustvari nadtlak in inertno okolje.

Tekoči dušik je v filmih pogosto prikazan kot snov, ki lahko takoj zamrzne dokaj velike predmete. To je razširjena napaka. Tudi zamrzovanje rože traja dolgo. Deloma je to posledica zelo nizke toplotne sposobnosti dušika. Iz istega razloga je zelo težko ohladiti, recimo, ključavnice do –196 ° C in jih z enim udarcem razbiti.

Liter tekočega dušika izhlapi in segreva do 20 ° C, tvori približno 700 litrov plina. Zaradi tega se tekoči dušik shrani v posebne odprte vakuumske izolacije Dewars ali kriogene posode pod pritiskom. Načelo gašenja požarov s tekočim dušikom temelji na istem dejstvu. Ko dušik izhlapi, izpodrine kisik, potreben za zgorevanje, in ogenj preneha. Ker dušik, za razliko od vode, pene ali prahu, preprosto izhlapi in zgrudi, je dušično gašenje z vidika varnosti vrednosti najučinkovitejši mehanizem za gašenje požara.

Zamrzovanje živih bitij s tekočim dušikom z možnostjo njihovega poznejšega odmrzovanja je problematično. Težava je v nezmožnosti zamrznitve (in odmrzovanja) bitja dovolj hitro, da heterogenost zamrzovanja ne vpliva na njegove vitalne funkcije. Stanislav Lem, ki je v knjigi "Fiasco" fantaziral o tej temi, je izumil sistem za zmrzovanje dušika v sili, v katerem se je cev z dušikom, ki mu je izbil zobe, zataknila v usta astronavta in vanj se je nataknil obilen tok dušika.

Oznaka valja

Jeklenke z dušikom so pobarvane črno, morajo imeti rumen napis in rjavo črto (standardi