Apa nitrogen? nitrogen massa. molekul nitrogen

Unsur non-logam dari kelompok 15 [Va] Tabel Periodik - nitrogen atom 2 yang bergabung untuk membentuk molekul - tidak berwarna, gas tidak berbau dan berasa merupakan sebagian besar dari atmosfer bumi dan yang merupakan bagian dari semua makhluk hidup.

Sejarah penemuan

gas nitrogen sekitar 4/5 dari atmosfer bumi. Itu terisolasi di awal Air Research. Pada tahun 1772, Swedia Himik Karl Wilhelm Scheele pertama yang menunjukkan bahwa nitrogen seperti itu. Menurut dia, udara adalah campuran dari dua gas, salah satu yang disebutnya "api udara", yaitu untuk mendukung pembakaran, dan lainnya - .. "Najis udara" karena tetap setelah pertama kali dikonsumsi. Ini adalah oksigen dan nitrogen. Sekitar waktu nitrogen yang sama telah diisolasi oleh ahli botani Skotlandia Daniel Rutherford, yang pertama kali mempublikasikan penemuannya, serta ahli kimia Inggris Henry Cavendish dan pendeta Inggris dan ilmuwan Dzhozefom Pristli, yang berbagi dengan Scheele keutamaan penemuan oksigen. Penelitian lebih lanjut telah menunjukkan bahwa gas baru merupakan bagian dari nitrat atau kalium nitrat _(KNO3), dan, sesuai, ia diangkat dari nitrogen ( "memberikan sendawa kelahiran") oleh kimiawan Perancis Chaptal pada tahun 1790 Nitrogen pertama kali dikaitkan dengan unsur-unsur kimia Lavoisier, yang penjelasan tentang peran oksigen dalam pembakaran dibantah teori phlogiston - populer di abad XVIII. kesalahpahaman pembakaran. Ketidakmampuan unsur kimia ini untuk mendukung kehidupan (ζωή Yunani) adalah alasan yang Lavoisier bernama gas nitrogen.

Munculnya dan penyebaran

Apa nitrogen? Menurut kelimpahan unsur kimia, dia peringkat keenam. atmosfer bumi untuk 75,51% berat dan 78,09% volume terdiri dari elemen dan itu merupakan sumber utama untuk industri. atmosfer juga mengandung sejumlah kecil amonia dan amonium garam, serta oksida nitrogen dan asam nitrat, terbentuk selama badai petir dan dalam mesin pembakaran internal. nitrogen bebas ditemukan dalam banyak meteorit, gas vulkanik dan tambang dan beberapa mata air mineral, matahari, bintang-bintang dan nebula.

Nitrogen juga ditemukan dalam deposit mineral kalium dan natrium nitrat, tetapi untuk memenuhi kebutuhan manusia yang memadai. bahan lain yang kaya akan unsur ini guano, yang dapat ditemukan di gua-gua, di mana banyak kelelawar, atau tempat-tempat yang kering sering dikunjungi oleh burung. Juga, nitrogen yang terkandung dalam hujan dan tanah dalam bentuk amonia dan amonium garam, dan air laut dalam bentuk ion amonium (NH ₄ ^+), nitrit (NO ₂ ^-) dan nitrat (NO ₃ ^-). rata-rata adalah sekitar 16% dari senyawa organik kompleks seperti protein, yang hadir dalam semua organisme hidup. Kandungan alami di kerak bumi adalah 0,3 bagian 1000. Prevalensi di ruang angkasa - dari 3 sampai 7 atom per atom silikon.

Negara produsen terbesar dari nitrogen (sebagai amonia) pada awal abad XXI, adalah India, Rusia, Amerika Serikat, Trinidad dan Tobago, Ukraina.

produksi komersial dan penggunaan

Produksi industri nitrogen didasarkan pada distilasi fraksional dari udara cair. Suhu didih sama dengan -195,8 ° C, 13 ° C lebih rendah dari oksigen, yang dengan demikian dipisahkan. Nitrogen juga dapat diproduksi dalam skala besar oleh pembakaran karbon atau hidrokarbon di udara dan memisahkan karbon dioksida yang dihasilkan dan air dari nitrogen sisa. Dalam skala kecil nitrogen murni dihasilkan dengan memanaskan azida barium Ba (N _{3) 2.} Reaksi laboratorium termasuk pemanasan larutan amonium nitrit (NH ₄ NO _2), oksidasi amonia dengan larutan bromin berair atau dengan dipanaskan oksida tembaga :

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

nitrogen unsur dapat digunakan sebagai atmosfer inert untuk reaksi yang memerlukan pengecualian oksigen dan kelembaban. Digunakan dan nitrogen cair. Hidrogen, metana, karbon monoksida, oksigen, fluorin, dan - satu-satunya zat yang, ketika titik didih nitrogen tidak dalam keadaan kristal padat.

Dalam industri kimia, unsur kimia ini digunakan untuk mencegah oksidasi atau pembusukan lainnya, sebagai pengencer inert, gas reaktif untuk menghilangkan panas atau bahan kimia, serta kebakaran atau ledakan inhibitor. Dalam industri makanan, gas nitrogen digunakan untuk mencegah pembusukan, dan cairan - untuk beku-kering dan pendinginan sistem. Dalam gas industri listrik mencegah oksidasi dan reaksi kimia lainnya, pressurizes selubung kabel dan melindungi motor. Dalam metalurgi, nitrogen digunakan dalam pengelasan dan mematri, mencegah oksidasi, karburisasi, dan dekarburisasi. Sebagai gas yang tidak aktif digunakan dalam produksi karet berpori, plastik dan elastomer, ia berfungsi sebagai propelan dalam kaleng aerosol, dan juga menciptakan tekanan pada jet bahan bakar cair. Dalam pengobatan, pembekuan cepat dengan nitrogen cair digunakan untuk menyimpan darah, sumsum tulang, jaringan, bakteri dan sperma. Dia telah menemukan aplikasi dalam penelitian cryogenic.

koneksi

Sebagian besar nitrogen yang digunakan dalam pembuatan senyawa kimia. Tiga ikatan antara atom dari unsur yang begitu kuat (226 kkal per mol dua kali lebih tinggi dari molekul hidrogen), molekul nitrogen tidak masuk ke dalam senyawa lain.

Utama metode industri fiksasi elemen proses Haber-Bosch untuk sintesis amonia dikembangkan selama Perang Dunia II, Jerman untuk mengurangi ketergantungan pada nitrat Chili. Ini mencakup sintesis langsung dari NH ₃ - gas yang tidak berwarna dengan tajam, bau menjengkelkan - langsung dari unsur-unsurnya.

Sebagian amonia diubah menjadi asam nitrat _(HNO3), dan nitrat - garam dan ester asam nitrat, soda abu (Na ₂ CO _3), hidrazin (N ₂ H ₄₎ - cairan tidak berwarna yang digunakan sebagai propelan, dan di banyak industri proses.

asam nitrat adalah senyawa kimia komersial utama lainnya dari elemen. Tidak berwarna, cairan yang sangat korosif digunakan dalam produksi pupuk, pewarna, obat-obatan dan bahan peledak. Amonium nitrat (NH ₄ NO ₃₎ - garam amonia dan asam nitrat - adalah komponen pupuk nitrogen yang paling umum.

Oksigen + nitrogen

C membentuk serangkaian oksigen, nitrogen oksida, r. H. Nitrous oxide _(N2O), di mana itu adalah sama dengan valensi 1 oksida (NO) (2) dan dioksida (NO ₂₎ (4). Banyak oksida nitrogen yang sangat volatile; mereka adalah sumber utama pencemaran di atmosfer. nitrous oxide, juga dikenal sebagai gas tertawa, kadang-kadang digunakan sebagai obat bius. Ketika dihirup, hal itu menyebabkan histeria ringan. Nitrat oksida bereaksi cepat dengan oksigen untuk membentuk dioksida produk setengah coklat di produksi asam nitrat dan oksidan yang kuat dalam proses kimia dan propelan.

Juga digunakan beberapa nitrida yang dibentuk oleh logam dengan senyawa nitrogen pada temperatur tinggi. Nitrida boron, titanium, zirkonium dan tantalum memiliki aplikasi khusus. Salah satu bentuk kristal boron nitrida (BN), misalnya, tidak kalah dengan berlian dalam kekerasan dan teroksidasi karena itu buruk digunakan sebagai high-abrasif.

sianida anorganik mengandung kelompok CN ^-. Hidrogen sianida atau asam hidrosianat HCN, adalah sangat volatile dan gas sangat beracun yang digunakan untuk konsentrasi fumigasi bijih dalam proses industri lainnya. Cyanogen (CN) ₂ digunakan sebagai bahan kimia intermediate dan untuk fumigasi.

Azides adalah senyawa yang mengandung kelompok tiga atom nitrogen N _3. Kebanyakan dari mereka adalah tidak stabil dan sangat sensitif terhadap guncangan. Beberapa dari mereka, seperti azida timbal, Pb (N _{3) 2,} yang digunakan dalam detonator dan primer. Azides, seperti halogen, mudah berinteraksi dengan zat lain untuk membentuk pluralitas senyawa.

Nitrogen merupakan bagian dari beberapa ribu senyawa organik. Kebanyakan dari mereka berasal dari amonia, hidrogen sianida, sianogen, nitrous atau asam nitrat. Amina, asam amino, amida, misalnya, berasal dari amonia atau terkait erat dengan itu. Nitrogliserin dan nitroselulosa - nitrat ester. Nitrit dibuat dari asam nitrit (HNO _2). Purin dan alkaloid adalah senyawa heterosiklik yang nitrogen menggantikan satu atau lebih atom karbon.

Sifat dan reaksi

Apa nitrogen? Ini adalah tidak berwarna, tidak berbau gas yang mengembun di -195,8 ° C, tidak berwarna, cairan viskositas rendah. Elemen ada dalam bentuk N ₂ molekul, diwakili dalam bentuk: N ::: N:, di mana energi ikatan sama dengan 226 Kcal per mol, kedua hanya untuk karbon monoksida (256 kilokalori per mol). Untuk alasan ini, energi aktivasi nitrogen molekul sangat tinggi, sehingga dalam kondisi normal elemen relatif inert. Juga, sangat molekul nitrogen stabil berkontribusi besar terhadap ketidakstabilan termodinamika senyawa nitrogen banyak, di mana koneksi, bahkan jika cukup kuat, namun hubungan rendah nitrogen molekul.

Relatif baru, dan kemampuan molekul nitrogen tiba-tiba ditemukan berfungsi sebagai ligan untuk senyawa kompleks. Pengamatan bahwa beberapa solusi kompleks ruthenium dapat menyerap nitrogen atmosfer menyebabkan apa mungkin segera ditemukan cara yang lebih sederhana dan lebih baik memperbaiki elemen.

nitrogen aktif dapat diperoleh dengan melewatkan gas tekanan rendah melalui debit listrik tegangan tinggi. Produk ini kuning dan jauh lebih mudah bereaksi dari molekul, atom hidrogen, belerang, fosfor dan berbagai logam, dan juga mampu membusuk NO untuk N ₂ dan O _2.

Sebuah pemahaman yang lebih jelas tentang apa yang nitrogen, dapat diperoleh karena struktur elektronik yang memiliki bentuk 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Lima kulit elektron eksternal sedikit layar muatan, sehingga muatan inti efektif dirasakan di wilayah radius kovalen. atom nitrogen relatif kecil dan memiliki keelektronegatifan tinggi, terletak antara karbon dan oksigen. konfigurasi E mencakup tiga eksternal setengah-orbital, memungkinkan untuk membentuk tiga ikatan kovalen. Oleh karena itu, atom nitrogen harus memiliki reaktivitas yang sangat tinggi, membentuk dengan sebagian besar unsur-unsur lain senyawa biner yang stabil, terutama ketika elemen lain secara substansial elektronegativitas yang berbeda, menanamkan koneksi polaritas yang signifikan. Ketika unsur lain elektronegativitas polaritas rendah melekat pada atom nitrogen dari muatan negatif parsial, yang membebaskan elektron unshared untuk berpartisipasi dalam obligasi koordinasi. Ketika unsur lain lebih elektronegatif nitrogen parsial muatan positif secara substansial membatasi sifat donor molekul. Pada polaritas rendah karena karena elektronegativitas sama unsur lain, komunikasi beberapa menang atas tunggal. Jika ukuran atom ketidakcocokan mencegah pembentukan beberapa obligasi yang membentuk ikatan tunggal cenderung relatif lemah, dan koneksi tidak stabil.

kimia analitik

Seringkali persentase nitrogen dalam campuran gas dapat ditentukan dengan mengukur volume setelah penyerapan komponen lain dari reagen kimia. Dekomposisi asam sulfat dengan adanya nitrat merkuri melepaskan oksida nitrat, yang dapat diukur sebagai gas. Nitrogen dibebaskan dari senyawa organik ketika mereka dibakar di atas oksida tembaga, dan nitrogen bebas dapat diukur sebagai gas setelah penyerapan produk pembakaran lainnya. Sebuah metode Kjeldahl terkenal untuk penentuan zat dipertimbangkan di sini dalam senyawa organik terdiri membusuk senyawa dengan asam sulfat pekat (opsional mengandung merkuri atau oksida-nya, dan berbagai garam). Dengan demikian nitrogen diubah menjadi amonium sulfat. Menambahkan natrium hidroksida rilis amonia, yang dikumpulkan oleh asam konvensional; jumlah sisa asam yang tidak bereaksi kemudian ditentukan oleh titrasi.

signifikansi biologis dan fisiologis

Peran nitrogen dalam materi hidup menegaskan aktivitas fisiologis dari senyawa organik. Kebanyakan organisme hidup tidak dapat menggunakan unsur kimia ini sendiri harus memiliki akses ke senyawanya. Oleh karena itu, fiksasi nitrogen adalah penting. Di alam, ini terjadi sebagai akibat dari dua proses dasar. Salah satunya adalah efek dari energi listrik ke atmosfer, sehingga molekul nitrogen dan oksigen memisahkan, yang memungkinkan atom-atom bebas untuk membentuk NO dan NO _2. Dioksida kemudian bereaksi dengan air: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

_HNO3 dibubarkan dan datang ke bumi dari hujan dalam bentuk minuman keras lemah. Akhirnya asam menjadi bagian dari nitrogen tanah gabungan yang dinetralkan untuk membentuk nitrit dan nitrat. Kandungan N di tanah dibudidayakan biasanya sembuh melalui pemupukan yang mengandung nitrat dan garam amonium. Berputar hewan dan tumbuhan dan dekomposisi mereka mengembalikan senyawa nitrogen ke dalam tanah dan udara.

Proses penetapan alami lain utama adalah kegiatan penting dari kacang-kacangan. Karena simbiosis dengan bakteri, budaya ini mampu mengkonversi nitrogen atmosfer langsung ke senyawanya. Beberapa mikroorganisme, seperti Azotobacter chroococcum dan Clostridium pasteurianum, mampu memperbaiki N. mereka sendiri

gas itu sendiri, menjadi inert, tidak berbahaya, kecuali ketika mereka bernapas di bawah tekanan, dan dilarutkan dalam darah dan cairan tubuh lainnya pada konsentrasi yang lebih tinggi. Hal ini menyebabkan efek obat, dan jika tekanan berkurang terlalu cepat, kelebihan nitrogen dilepaskan sebagai gelembung gas di lokasi yang berbeda dari tubuh. Hal ini dapat menyebabkan rasa sakit pada otot dan sendi, pingsan, kelumpuhan parsial dan bahkan kematian. Gejala-gejala ini disebut penyakit dekompresi. Oleh karena itu, mereka yang dipaksa untuk menghirup udara dalam keadaan seperti itu harus sangat lambat untuk mengurangi tekanan untuk normal untuk kelebihan nitrogen keluar melalui paru-paru tanpa pembentukan gelembung. Alternatif yang lebih baik adalah dengan menggunakan campuran bernapas oksigen dan helium. Helium jauh lebih sedikit larut dalam cairan tubuh, dan risiko berkurang.

isotop

Nitrogen ada sebagai dua isotop stabil ¹⁴ N (99,63%) dan ¹⁵ N (0,37%). Mereka dapat dipisahkan dengan pertukaran kimia atau dengan difusi termal. massa nitrogen dalam bentuk isotop radioaktif buatan di kisaran 10-13 dan 16-24. Yang paling stabil paruh 10 menit. Pertama transmutasi artifisial diinduksi dibuat pada tahun 1919 oleh fisikawan Inggris Ernest Rutherford, yang membombardir nitrogen-14 alpha-partikel yang diperoleh inti-17 oksigen dan proton.

sifat

Akhirnya daftar sifat-sifat dasar nitrogen:

• nomor atom: 7.
• berat atom nitrogen: 14,0067.
• Titik lebur: -209,86 ° C.
• Titik didih: -195,8 ° C.
• Density (1 atm, 0 ° C): 1,2506 gram nitrogen per liter.
• oksidasi konvensional -3, 3, 5.
• konfigurasi elektron: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.