Wat is stikstof? Massa stikstof. stikstofmolecuul

De niet-metaalelement van de 15 groep [Va] Periodic Table - stikstofatoom waarvan 2 samen een molecuul - kleurloos, geurloos en smaakloos gas die een groot deel van de atmosfeer en die deel uitmaakt van alle levende wezens.

Geschiedenis van de ontdekking

Stikstof gas is ongeveer 4/5 van de atmosfeer van de aarde. Het werd geïsoleerd in het begin van Air Research. In 1772, Zweden Himik Karl Wilhelm Scheele eerste tonen dat dergelijke stikstof. Volgens hem is de lucht is een mengsel van twee gassen, waarvan hij "fire air", dat wil zeggen de ontbranding en andere - .. "Onzuivere air" omdat zelfs na het eerste verbruikt. Dit waren de zuurstof en stikstof. Rond dezelfde tijd stikstof is geïsoleerd door de Schotse botanicus Daniel Rutherford, die voor het eerst zijn bevindingen gepubliceerd, evenals de Britse chemicus Henry Cavendish en de Britse predikant en wetenschapper Dzhozefom Pristli, die met Scheele primaat van de ontdekking van zuurstof gedeeld. Verdere studies hebben aangetoond dat de nieuwe gas bevindt zich in de of kaliumnitraat _(KNO3), en derhalve werd hij genoemd onder stikstof ( "baren salpeter") door de Franse chemicus Chaptal in 1790 Stikstof eerste werd toegeschreven aan de chemische elementen Lavoisier, wiens verklaring van de rol van zuurstof in de verbranding weerlegde de phlogistontheorie - populair in de achttiende eeuw. misvatting verbranding. Het onvermogen van dit chemisch element aan het leven (Grieks ζωή) te ondersteunen was de reden dat Lavoisier genoemd stikstofgas.

De opkomst en verspreiding

Wat is stikstof? Volgens de overvloed van chemische elementen, gerangschikt hij zesde. de aardatmosfeer tot 75,51 gewichts% en 78,09 vol% bestaat uit het element en het is een belangrijke bron voor de industrie. De atmosfeer bevat ook een kleine hoeveelheid ammoniak en ammoniumzouten, evenals stikstofoxiden en salpeterzuur, gevormd tijdens onweer en verbrandingsmotoren. Stikstof is te vinden in vele meteorieten, vulkanische en mijngas en een aantal minerale bronnen, de zon, de sterren en nevels.

Stikstof wordt ook gevonden in mineralen kalium en natrium nitraat, maar de menselijke behoeften voldoende. Een ander materiaal rijk aan dit element guano, te vinden in de caverns, waarbij veel knuppels of droge plekken bezocht door vogels. Ook wordt stikstof in de regen en bodem in de vorm van ammoniak en ammoniumzouten, en zeewater in de vorm van ammoniumionen _(NH4 ^+), nitriet _(NO2 ^-) en nitraat _(NO3 ^-). Het gemiddelde is ongeveer 16% van complexe organische verbindingen, zoals eiwitten, aanwezig in alle levende organismen. Het natuurlijke gehalte in de aardkorst 0,3 gew.delen 1000. prevalentie in space - 3-7 atomen per siliciumatoom.

De grootste producerende landen van stikstof (ammoniak) in het begin van de eenentwintigste eeuw, waren India, Rusland, de Verenigde Staten, Trinidad en Tobago, Oekraïne.

Commerciële productie en gebruik

Industriële productie van stikstof op basis van een gefractioneerde distillatie van vloeibare lucht. De kooktemperatuur gelijk aan -195,8 ° C, 13 ° C lager dan die van zuurstof, die dus wordt afgescheiden. Stikstof kan ook op grote schaal door de verbranding van koolstof of koolwaterstoffen in de lucht en het scheiden van het verkregen kooldioxide en water uit reststikstofgeheugen. Kleinschalige zuivere stikstof wordt geproduceerd door verhitting van het azide barium Ba _{(N3) 2.} Laboratorium reactie onder verwarmen van een oplossing van ammonium nitriet _(NH4 NO _2), de oxidatie van ammoniak met een waterige broomoplossing of verwarmd koperoxide :

• _NH4 ^{+ +} _NO2 ^- → _N2 + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3Br → _{2 N2} + ₄ ^{+ +} 6NH 6BR ^-.
• 2NH ₃ + 3CuO → _N2 + 3H ₂ O + 3Cu.

Elementaire stikstof worden toegepast als inerte atmosfeer reacties ter uitsluiting van zuurstof en vocht. Gebruikt waarbij vloeibare stikstof. Waterstof, methaan, koolmonoxide, zuurstof, fluor, en - de enige stof die bij het kookpunt van stikstof niet in een vaste kristallijne toestand.

In de chemische industrie wordt dit chemisch element gebruikt om oxidatie of andere bederf te voorkomen, als inert verdunningsmiddel een reactief gas om de warmte of chemicaliën, en brand of explosie remmer te verwijderen. In de voedingsmiddelenindustrie wordt stikstofgas gebruikt om bederf te voorkomen, en de vloeistof - voor vriesdrogen en koelsystemen. De elektrische divisie gas voorkomt oxidatie en andere chemische reacties, onder druk van de kabelmantel en beschermt de motoren. In de metallurgie wordt stikstof gebruikt bij het lassen en solderen, het voorkomen van oxidatie, carbonering en ontkoling. Aangezien het inactieve gas wordt gebruikt bij de vervaardiging van poreuze rubber, kunststoffen en elastomeren, dient het als drijfgas in spuitbussen, en creëert een druk vloeibare brandstof stralen ook. In de geneeskunde wordt snel invriezen met vloeibare stikstof gebruikt om bloed, beenmerg, weefsel, bacteriën en sperma slaan. Hij heeft toepassing in cryogene onderzoek gevonden.

verbindingen

De meeste van de stikstof bij de vervaardiging van chemische verbindingen. De drievoudige binding tussen de atomen van het element zo sterk (226 kcal per mol tweemaal hoger dan die van moleculaire waterstof), dat stikstofmolecuul treedt nauwelijks in andere verbindingen.

De belangrijkste industriële methode fixatie-element is Haber-Bosch proces voor de synthese van ammoniak ontwikkeld tijdens de Tweede Wereldoorlog, Duitsland om de afhankelijkheid van vermindering van de Chileense nitraat. Het omvat directe synthese van _NH3 - kleurloos gas met een prikkelende, irriterende geur - direct van de elementen.

De meeste van de ammoniak wordt omgezet in salpeterzuur _{(HNO3) en} nitraten - zouten en esters van salpeterzuur, natriumcarbonaat (Na ₂ CO _3), hydrazine _{(N2 H4)} - kleurloze vloeistof als drijfmiddel, en in vele industriële processen.

Salpeterzuur is het andere grote commerciële chemische verbinding van het element. Kleurloos, sterk bijtende vloeistof wordt gebruikt in de productie van meststoffen, kleurstoffen, drugs en explosieven. Ammoniumnitraat _{(NH4 NO3)} - zout van ammonia en salpeterzuur - is de meest voorkomende stikstofmeststof component.

Zuurstof + stikstof

C vormt een reeks zuurstof, stikstofoxiden, r. H. lachgas _(N2O), waarin het gelijk is aan de valentie van + 1-oxide (NO) (2) en _(NO2) (4). Vele hoogst vluchtige stikstofoxiden; zij zijn de belangrijkste bronnen van vervuiling in de atmosfeer. Distikstofoxide, ook wel lachgas, wordt soms gebruikt als anestheticum. Bij inademing, veroorzaakt milde hysterie. Stikstofmonoxide snel reageert met zuurstof tot een bruine dioxide tussenproduct bij de vorming van productie van salpeterzuur en een sterk oxidatiemiddel in chemische processen en drijfmiddel.

Ook gebruikt enkele nitriden gevormd door metalen met een stikstofverbinding bij verhoogde temperaturen. Nitriden van borium, titaan, zircoon en tantaal hebben speciale toepassing. Een kristallijne vorm van boornitride (BN), bijvoorbeeld, is niet inferieur aan diamant in hardheid en geoxideerde slechte daarom gebruikt als hoog-abrasieve.

Anorganische cyaniden CN-groep ^-. Waterstof cyanide of blauwzuur HCN, zeer vluchtig en zeer giftig gas dat wordt gebruikt voor ontsmetting concentraties erts in andere industriële processen. Cyanogeen (CN) ₂ wordt gebruikt als chemisch tussenproduct en ontsmetting.

Aziden zijn verbindingen die een groep van drie stikstofatomen _{-N3 bevatten.} De meeste van hen zijn instabiel en zeer gevoelig voor schokken. Sommige, zoals loodazide, Pb _{(N3) 2,} toegepast in ontstekers en primers. Aziden, zoals halogenen, eenvoudig communiceren met andere substanties om een aantal bestanddelen gevormd.

Stikstof is een onderdeel van verscheidene duizenden organische verbindingen. De meeste zijn afgeleid van ammoniak, waterstofcyanide, cyanogeen, salpeterigzuur en salpeterzuur. Aminen, aminozuren, amiden, bijvoorbeeld afgeleid van ammoniak of een nauw verwante. Nitroglycerine en nitrocellulose - salpeterzuur esters. Nitriet werd bereid uit salpeterzuur (HNO _2). Purinen en alkaloïden heterocyclische verbindingen waarin het stikstofatoom vervangt één of meer koolstofatomen.

Eigenschappen en reacties

Wat is stikstof? Het is een kleurloze, geurloze gas condenseert bij -195,8 ° C, kleurloze vloeistof met lage viscositeit. Element bestaat in de vorm van _N2 moleculen, weergegeven in deze volgorde: N ::: N, waarbij de bindingsenergie die gelijk is aan 226 Kcal per mol, op die koolmonoxide (256 kcal per mol). Daarom is de activeringsenergie van moleculaire stikstof is zeer hoog, zodat onder normale omstandigheden het element betrekkelijk inert. Ook zeer stabiele stikstofmolecuul mate bijdraagt tot de thermodynamische instabiliteit van vele stikstofverbindingen, in welk verband, ook bij voldoende sterkte, maar inferieure verhoudingen moleculaire stikstof.

Relatief recent, en het vermogen van de stikstofmoleculen werd onverwacht ontdekt dienen als liganden voor meervoudige verbindingen. De waarneming dat sommige oplossingen van rutheniumcomplexen stikstof uit de lucht kunnen opnemen geleid tot wat kan binnenkort vonden een eenvoudigere en betere manier fixeren het element.

Werkzame stikstof kan worden verkregen door lage druk gas door high-voltage elektrische ontlading. Het product is amber en veel sneller reageert dan moleculair, atomair waterstof, zwavel, fosfor en diverse metalen, maar ook kan ontleden NO tot _N2 en _O2.

Een beter begrip van wat stikstof, worden verkregen vanwege de elektronenstructuur die de vorm 1s 2s ^{2 2 3} 2p heeft. Vijf externe elektronenschillen licht het scherm van de lading, waardoor effectieve kernlading gevoeld in het gebied van de straal covalente. Stikstofatomen relatief klein en hebben een hoge elektronegativiteit, gelegen tussen koolstof en zuurstof. E configuratie omvat drie externe half-orbitalen, waardoor drie covalente bindingen te vormen. Daarom moet het stikstofatoom extreem hoge reactiviteit, vormen de meeste andere elementen stabiele binaire verbindingen, met name wanneer andere element is aanzienlijk verschillend elektronegativiteit, verleent significante polariteit aan. Als een ander element electronegativiteit lage polariteit gehecht aan het stikstofatoom van gedeeltelijke negatieve lading, waarbij de niet-gedeelde elektronen bevrijdt om aan coördinatiebindingen. Als een ander element meer elektronegatieve stikstof gedeeltelijke positieve lading aanzienlijk beperkt donor eigenschappen van het molecuul. Bij lage polariteit hoofde van de elektronegativiteit gelijk ander element, meerdere communicatiekanalen voorrang op één. Indien de atoomgrootte mismatch voorkomt de vorming van meervoudige bindingen die vorm een enkele binding waarschijnlijk relatief zwak en niet stabiel is.

analytische chemie

Vaak het percentage stikstof in het gasmengsel kan worden bepaald door de volumemeter na absorptie van andere componenten van het chemische reagens. De ontleding van zwavelzuur in de aanwezigheid van kwik nitraat releases stikstofmonoxide, die kan worden gemeten als een gas. Stikstof wordt vrijgemaakt uit organische verbindingen wanneer zij worden verbrand in een koperoxide en stikstof kan worden gemeten als een gas na de absorptie van andere verbrandingsproducten. Een bekende Kjeldahl werkwijze voor het bepalen van stoffen hier overwogen organische verbindingen ontleden bestaat uit de verbinding met geconcentreerd zwavelzuur (eventueel kwik of het oxide en verschillende zouten). Aldus stikstof wordt omgezet in ammoniumsulfaat. Toevoegen van natriumhydroxide releases ammoniak, die wordt verzameld door conventionele zuur; de resterende hoeveelheid ongereageerd zuur wordt dan bepaald door titratie.

Biologische en fysiologische betekenis

De rol van stikstof in de levende materie bevestigt de fysiologische activiteit van organische verbindingen. De meeste levende organismen kan dit chemisch element zelf niet gebruiken moeten toegang hebben tot de verbindingen. Daarom is de stikstofbinding essentieel. In de natuur, dit gebeurt als gevolg van twee basisprocessen. Eén is het effect van elektrische energie aan de atmosfeer, waardoor stikstof en zuurstof dissociëren, waardoor vrije atomen vormen NO en NO _2. Dioxide reageert daarna met water: 3NO ₂ + _H2O → 2HNO ₃ + NO.

_HNO3 opgelost en komt naar de Aarde van de regen in de vorm van verdund afvalloog. Uiteindelijk zuur wordt onderdeel van de gecombineerde bodemstikstof die geneutraliseerd nitrieten en nitraten vormen. Het N-gehalte in gecultiveerde grond meestal gerealiseerd door bemesting met nitraten en ammoniumzouten. Spin dieren en planten en hun afbraak retourneert een stikstofverbinding in de bodem en lucht.

Een andere belangrijke natuurlijke fixeren is van vitaal belang activiteit van peulvruchten. Vanwege symbiose met bacteriën, zijn deze kweken kunnen omzetten atmosferische stikstof direct in de verbindingen. Sommige micro-organismen, zoals Azotobacter Chroococcum en Clostridium pasteurianum, in staat zijn om hun eigen N. fix

het gas zelf, inert, onschadelijk, tenzij ze inademen onder druk en opgelost in het bloed en andere lichaamsvloeistoffen bij hogere concentraties. Hierdoor wordt het geneesmiddel effect, en wanneer de druk te snel verminderd wordt overmaat stikstof vrij als gasbellen op verschillende plaatsen van het lichaam. Dit kan pijn in spieren en gewrichten, flauwvallen, gedeeltelijke verlamming en zelfs de dood tot gevolg hebben. Deze symptomen worden genoemd decompressieziekte. Daarom, zij die gedwongen worden om lucht in te ademen in dergelijke omstandigheden moet zeer langzaam zijn om de druk op een normale om de overtollige stikstof uit via de longen te verminderen zonder de vorming van bellen. Een beter alternatief is om een ademende mengsel van zuurstof en helium gebruikt. Helium is veel minder oplosbaar in lichaamsvloeistoffen en het risico afneemt.

isotopen

Stikstof komt voor als twee stabiele isotopen ^14N (99,63%) en ^15N (0,37%). Ze kunnen worden gescheiden door chemische vervanging of door thermische diffusie. stikstofmassa in de vorm van kunstmatige radioactieve isotoop in het gebied 10-13 en 16-24. De meest stabiele halfwaardetijd van 10 minuten. Eerst kunstmatig opgewekte kerntransmutatie werd in 1919 door de Britse natuurkundige Ernest Rutherford, waarin de stikstof-14 alfadeeltjes verkregen kern-17 zuurstof en protonen bombarderen.

eigenschappen

Tenslotte vallen de basiseigenschappen van stikstof:

• Atoomnummer: 7.
• Atoomgewicht van stikstof: 14,0067.
• Smeltpunt: -209,86 ° C.
• Kookpunt: -195,8 ° C.
• Dichtheid (1 atmosfeer, 0 ° C): 1,2506 gram stikstof per liter.
• Gebruikelijke oxidatietoestand van -3, 3, 5.
• Electron configuratie: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.