født er nitrat - som oversat fra det latinske ord Nitrogenium.Dette navn oxid - et grundstof med atomnummer 7, overskrift den 15. gruppe i den lange version af det periodiske system.I form af en simpel stof fordelt i sammensætningen af luften skallen af Jorden - atmosfære.Forskellige kvælstofforbindelser findes i jordskorpen og levende organismer er meget udbredt i brancher, militær, landbrug og medicin.
Hvorfor kvælstof kaldet "kvælning" og "livløse»
Som foreslået af historikere for kemi, har modtaget den første er et simpelt spørgsmål om Henry Cavendish (1777).Videnskabelig pass luft over Gløder, til at absorbere de reaktionsprodukter hjælp alkali.Som resultat af erfaringerne fra forskeren opdagede farveløs, lugtfri gas, uomsat kul.Cavendish kaldte den "kvælende luft" for den manglende evne til at opretholde vejrtrækning og forbrænding.
moderne kemiker ville forklare, at ilt reagerede med carbon dannet kuldioxid.Resten af "kvælende" af luften bestod hovedsagelig af molekyler N2.Cavendish og andre forskere på tidspunktet for stoffet vidste ikke, selv om forbindelserne med nitrogen og derefter er meget udbredt nitrat i økonomien.Forskeren fortalte om den usædvanlige gas til en kollega for at gennemføre lignende forsøg - Joseph Priestley.
Samtidig Karl Scheele henledte opmærksomheden på den ukendte del af luften, men undladt at forklare dens oprindelse.Kun Daniel Rutherford i 1772 forstod, at de nuværende eksperimenter "kvælende" "forkælet" gas - kvælstof.Hvad forskerne anser det en pioner - det stadig debat historikere af videnskaben.
15 år efter Rutherfords eksperimenter, den berømte kemiker Antoine Lavoisier foreslog at erstatte udtrykket "forkælet" luft refererer til kvælstof, på den anden - Nitrogenium.Ved den tid, det er blevet bevist, at dette stof ikke lyser, ikke understøtter vejrtrækning.Så var der den russiske navnet "kvælstof" fortolkes på forskellige måder.Oftest, siger de, at udtrykket betyder "død".Efterfølgende undersøgelser har modbevist den populære tro om stoffers egenskaber.Kvælstofforbindelser - proteiner - de store makromolekyler bestående af levende organismer.For at konstruere planter optager fra jorden nødvendige elementer af mineralsk ernæring - NO32- ioner og NH4 +.
Nitrogen - et grundstof
forstå den atomare struktur og egenskaber gør periodiske system (PS).Positionen af grundstof i det periodiske system kan bestemme ladningen af kernen, antallet af protoner og neutroner (massetal).Det er nødvendigt at henlede opmærksomheden på værdien af den atommasse - er et af de vigtigste kendetegn ved elementet.Nummer periode svarer til antallet af energi niveauer.Den korte version af det periodiske system gruppen nummer svarer til antallet af elektroner i den ydre energaticheskom niveau.Opsummere alle data i de generelle egenskaber af kvælstof fra sin position i det periodiske system:
- Dette er et ikke-metallisk element er øverst til højre på SS.
- kemiske symbol: N.
- nummer: 7.
- Relativ atommasse: 14,0067.
- Formel flygtige hydrogenforbindelser: NH3 (ammoniak).
- Forms højeste oxid N2O5, som er lig med valensen af nitrogen V.
strukturen af nitrogen:
- ladning af kernen +7.
- antal protoner: 7;antallet af neutroner: 7.
- antal energiniveauer: 2.
- samlede antal elektroner: 7;e formlen: 1s22s22p3.
stabile isotoper undersøgt i detaljer varenummer 7, og deres masse tal - 14 og 15. Indholdet af atomerne lettere dem er 99,64%.Kernerne er kortlivede radioaktive isotop som 7 protoner og neutroner antal varierer i høj grad: 4, 5, 6, 9, 10.
Nitrogen
naturligvis en del af den luft kuvert Earth nuværende molekyler af den simple stof, hvis formlen - N2.Indholdet af nitrogen gas i atmosfæren er ca. 78,1 volumen%.Uorganiske forbindelser af grundstoffet i jordskorpen - forskellige salte og ammoniumnitrat (salpeter).Formlerne for forbindelserne og navnene på nogle af de vigtigste stoffer:
- NH3, ammoniak.
- NO2, nitrogendioxid.
- NaNO3, natriumnitrat.
- (NH4) 2SO4, ammoniumsulfat.
valens af kvælstofforbindelser i de to sidste - IV.Kul, jordorganismer indeholder også N-atomer i bundet form.Kvælstof er et element af makromolekyler af aminosyrer, nukleotider, DNA og RNA, hormoner og hæmoglobin.Det totale indhold af grundstoffer i den menneskelige krop op til 2,5%.
simpel stof
Kvælstof i form af diatomiske molekyler - den største i volumen og vægt af luften atmosfære.Stof, hvis formel er N2, lugtfri, farveløs og smagløs.Denne gas er mere end 2/3 af Jordens airbag.Den flydende nitrogen er en farveløs substans, der ligner vand.Koger ved -195,8 ° C.M (N2) = 28 g / mol.Simple ting lidt lettere nitrogen oxygen, densiteten af luften tæt 1.
atomer i molekylet er fast forbundet 3 delt elektronpar.Forbindelsen udviser en høj kemisk resistens, hvilket adskiller den fra oxygen og andre gasser.For at opdele nitrogen molekylet i dets konstituerende atomer er nødvendige for at bruge energi 942,9 kJ / mol.Meddelelse af de tre elektronpar er meget stærk, begynder at nedbryde, når det opvarmes over 2000 ° C.
Under normale forhold, dissociation af molekyler i atomer praktisk talt ikke forekommer.Kemisk stabilitet er også forårsaget af nitrogen fuldstændigt fravær af polaritet i molekylet.De interagerer meget svagt med hinanden end på grund af en gasformig tilstand af stof ved normalt tryk og ved en temperatur tæt på stuetemperatur.Lav reaktivitet molekylært kvælstof bruges til forskellige processer og udstyr, hvor det er nødvendigt at skabe et inaktivt miljø.
dissociation af N2 molekyler kan finde sted under indflydelse af solstråling i den øvre atmosfære.Atomic kvælstof dannes, som under normale forhold reagerer med visse metaller og ikke-metaller (fosfor, svovl, arsen).Resultatet er syntesen af stoffer, der i terrestriske forhold, den indirekte vej.
Valence kvælstof
ydre elektron skallen af atomet danner en 2 s og 3 p, elektron.Disse negative nitrogen kan give partikler, når interagere med andre elementer, der svarer til sine reducerende egenskaber.Tilføjelse til den manglende oktet 3 elektroner, atomer udviser oxidativ evne.Elektronegativitet kvælstof under sine metalliske egenskaber er mindre udtalt end for fluor, ilt og klor.Samspillet af disse kemiske nitrogen mister elektroner (oxidation).Reduktion til negative ioner efterfulgt af omsætning med andre metaller og ikke-metaller.
typisk valens af kvælstof - III.I dette tilfælde den kemiske binding dannes ved tiltrækning af eksterne p-elektroner og skabe et fælles (bindende) par.Nitrogen er i stand til at danne en donor-acceptor binding ved sin enkelt elektronpar, som det er ammoniumion NH4 +.
opnået i laboratoriet og industrien
Én laboratorium metode er baseret på oxidation egenskaber kobberoxid.En forbindelse kvælstof og brint - ammoniak NH3.Denne ubehagelige lugte gas vzaimoddeystvuet med pulveriseret kobberoxid sort.Den resulterende reaktion frembringer nitrogen og vises metallisk kobber (rødt pulver).Afsættes på rørvæggene waterdrops - et andet reaktionsprodukt.
anden laboratorium metode, der bruger en nitrogenforbindelsen - metalazid, for eksempel NaN3.Få gas, som ikke behøver at blive renset for urenheder.
Laboratoriet udføres nedbrydning af ammonium til nitrit kvælstof og vand.For at starte reaktionen, er opvarmning påkrævet, fortsætter processen med udvikling af varme (exoterm).Nitrogen er forurenet med urenheder, så det blev oprenset og tørret.
Fremstilling nitrogen industrien:
- fraktioneret destillation af flydende luft - en fremgangsmåde, der anvender de fysiske egenskaber af nitrogen og oxygen (forskellige kogepunkt);
- kemisk reaktion af luft med et varmt kul;
- adsorptiv gas adskillelse.
interaktion med metaller og brint - oxiderende egenskaber
Inerti stærke molekyler kan ikke producere nogle kvælstofforbindelser ved direkte syntese.For at aktivere atomerne brug stærk opvarmning eller bestråling af stoffet.Nitrogen kan reagere med lithium ved stuetemperatur, med magnesium, calcium og natrium, forløber reaktionen kun ved opvarmning.Formede nitrider af de respektive metaller.
omsætning af nitrogen og hydrogen sker ved høj temperatur og tryk.Også denne proces kræver katalysatoren.Det viser ammoniak - en af de vigtigste produkter af kemisk syntese.Kvælstof som iltningsmiddel i deres forbindelser udviser negative tre oxidationstrin:
- -3 (brint, ammoniak og andre nitrogenforbindelser - nitrider);
- -2 (Hydrazin N2H4);
- -1 (hydroxylamin NH2OH).
vigtigste nitrid - ammoniak - i store mængder, der produceres i branchen.Et stort problem i lang tid forblev den kemiske inaktivitet af nitrogen.Hans råvarepriser kilder var ammoniumnitrat, men lagrene af mineraler begyndte at falde hurtigt med væksten i produktionen.
stor præstation af kemiske videnskab og praksis var oprettelsen af ammoniak kvælstof fiksering teknik i industriel skala.I særlige kolonner er ved direkte syntese - en reversibel proces mellem nitrogen udvindes fra luften og hydrogen.Når skabe optimale betingelser, dette ligevægten reaktionen mod produktudbyttet af ammoniak under anvendelse af en katalysator når 97%.
reaktion med ilt - reducerende egenskaber
For at starte reaktionen af kvælstof og ilt, har brug for en stærk opvarmning.Nok energi til at have en elektrisk lysbue og en lyn udledning i atmosfæren.Major uorganisk forbindelse, i hvilken den kvælstof er i sin positive oxidationstrin: 1
- (kvælstofilte (I) N2O);
- +2 (nitrogenmonoxid, NO);
- +3 (nitrogenoxid (III) N2O3, lattergas syre, HNO2, nitrit salte deraf);
- 4 (kvælstofdioxid (IV) NO2);
- +5 (kvælstof pentoxid (V) N2O5, HNO3 salpetersyre, nitrater).
værdi i naturen
Planter absorberer ammoniumioner og nitrat anioner fra jorden, der bruges til syntese af kemiske reaktioner af organiske molekyler i celler er konstant på rejse.Atmosfærisk kvælstof kan assimilere nodule bakterier - mikroskopiske skabninger, der danner knuder på rødderne af bælgplanter.Som et resultat, denne gruppe af planter får et nødvendigt element i kraft, beriger jorden dem.
under tropiske storme opstår oxidation af atmosfærisk kvælstof.Oxiderne opløses til dannelse af syrer, disse nitrogenforbindelser i vandet, der kommer ned i jorden.Tak cyklus af elementer i naturen er konstant genopfyldes sine reserver i jordskorpen, luften.Komplekse organiske molekyler, der indeholder kvælstof i sin sammensætning, bakterier nedbrydes til uorganiske bestanddele.
Praktisk brug
vigtigste kvælstofforbindelser til landbrug - en højt opløseligt salt.Optages af planter ureanitrat (natrium, kalium, calcium), ammoniumforbindelser (ammoniakvand, chlorid, sulfat, ammoniumnitrat).
indifferente egenskaber af nitrogen, manglende evne til planter optager det fra luften hvert år fører til behovet for at gøre høje doser af nitrater.Dele af planten organismen er i stand til at opbevare fødevarer makro element "i butikken", som forringer kvaliteten af produkterne.Overskydende nitrat i grøntsager og frugt kan forårsage forgiftning hos mennesker, væksten af maligne neoplasmer.Udover landbrug er de kvælstofforbindelser, der anvendes i andre industrier:
- for lægemidler;
- for kemisk syntese af højmolekylære forbindelser;
- i fremstillingen af trinitrotoluen sprængstoffer (TNT);
- til fremstilling af farvestoffer.
oxid NO bruges i kirurgi, stoffet har smertestillende virkning.Tab af fornemmelse i indånding af denne gas selv bemærket de første opdagelsesrejsende kemiske egenskaber af kvælstof.Så der var et fælles navn "lattergas".
problemet med nitrat i landbrugsprodukter
Salte af salpetersyre - nitrater - fundet enkeltvis ladet anion NO3-.Hidtil benyttede gamle navn for denne gruppe af stoffer - ammoniumnitrat.Nitrater bruges til at gøde markerne, i drivhuse, haver.Bring dem i det tidlige forår, før plantning, om sommeren - i form af flydende fodringer.Af sig selv, er stoffet ikke udgør en stor fare for mennesker, men i kroppen de omdannes til nitrit og derefter til nitrosaminer.Nitrition NO2- - giftige partikler, de forårsager oxidation af ferrojern i hæmoglobinmolekylerne i trivalente ioner.I denne tilstand, den vigtigste ingrediens af humant blod og dyr er ikke i stand til at transportere ilt og fjerne carbondioxid fra væv.
Den farlige nitrat forurening af fødevarer for menneskers sundhed:
- maligne tumorer, der opstår i omdannelsen af nitrat til nitrosaminer (kræftfremkaldende stoffer);
- udvikling af colitis ulcerosa,
- hypotension eller hypertension;
- hjertesvigt;
- blødningsforstyrrelser
- læsioner i leveren, bugspytkirtlen, udviklingen af diabetes;
- udvikling af nyresvigt;
- anæmi, nedsat hukommelse, opmærksomhed og intelligens.
samtidig anvendelse af forskellige produkter med store doser af nitrater fører til akut forgiftning.Kilderne kan være planter, vand på flaske, færdiglavede kødretter.Iblødsætning i rent vand og kogte kan reduceres indholdet af nitrat ernæringsmæssige.Forskerne fandt, at højere doser af farlige stoffer observeret i umodne og drivhus grøntsager.
Fosfor - element i undergruppe
nitrogen atomer af kemiske elementer, der er i en enkelt lodret søjle i det periodiske system, og viser de generelle egenskaber.Fosfor er i den tredje periode, det henviser til en gruppe på 15, samt nitrogen.Strukturen af atomerne af elementer lignende, men der er forskelle i egenskaberne.Kvælstof og fosfor udviser negativ valens og oxidationstrin III i deres forbindelser med metaller og brint.
Mange reaktioner er fosfor ved almindelige temperaturer, et kemisk aktivt element.Reagerer med ilt til at danne et oxid af højere P2O5.En vandig opløsning af dette materiale har sure egenskaber (metaphosphorsyre).Under opvarmning orthophosphorsyre opnås.Det definerer en flerhed af typer af salte, hvoraf mange er kemiske gødningsstoffer, fx superphosphater.Kvælstof og fosfor-forbindelser udgør en vigtig del af den cyklus af stof og energi på planeten, anvendes i industri-, landbrugs- og andre områder.
