Kas ir slāpeklis? Mass slāpeklis. slāpeklis molekula

No 15. grupa [Va] periodiskā tabula non-metallic elements - slāpekļa atoms 2 ir saistīti, veidojot molekulu - bezkrāsains, bez smaržas un garšas gāzes, kas veido lielu daļu no Zemes atmosfēras un kas ir daļa no visiem dzīvo būtņu.

Vēsture atklāšana

Slāpekļa gāze ir apmēram 4/5 no Zemes atmosfērā. Tā tika izolēta sākumā Air Research. 1772. Zviedru Himik Karl Wilhelm Scheele pirmais, lai pierādītu, ka šāda slāpekļa. Pēc viņa teiktā, gaiss ir maisījums no divām gāzēm, no kuriem viens, viņš sauc par "uguns gaiss", tas ir, lai atbalstītu sadegšanu, un otrs - .. "netīro gaisu", jo tā paliek pēc pirmā patērēts. Tās bija skābeklis un slāpeklis. Aptuveni tajā pašā laikā slāpekļa ir izdalīts, Skotijas botāniķis Daniel Rutherford, kurš pirmais publicēja savus secinājumus, kā arī britu ķīmiķis Henry Cavendish un Britu garīdznieks un zinātnieks Dzhozefom Pristli, kurš dalījās ar Scheele prioritāti atklāšanas skābekļa. Turpmākie pētījumi ir pierādījuši, ka jaunais gāze ir daļa no nitrātu vai kālija nitrāta (KNO _3), un, attiecīgi, viņš tika nosaukts par slāpekļa ( "dzemdēt salpetris"), franču ķīmiķis Chaptal 1790. Slāpekļa pirmo reizi tika attiecināta uz ķīmiskajiem elementiem Lavoisier, kuru skaidrojums lomu skābekļa degšanas noliegta flogistons - populārs XVIII gadsimtā. nepareizs sadegšanas. Šī ķīmiskā elementa nespēja atbalstīt dzīvību (grieķu ζωή) bija iemesls, ka Lavoisier nosaukts slāpekļa gāzi.

Rašanās un izplatīšanās

Kas ir slāpeklis? Saskaņā ar pārpilnību ķīmisko elementu, viņš ieņēma sesto. Zemes atmosfēra līdz 75.51%, un 78.09% pēc tilpuma sastāv no elementa, un tas ir galvenais avots šajā nozarē. Atmosfēru satur arī nelielu daudzumu amonjaka un amonija sāļu, kā arī slāpekļa oksīdi un slāpekļskābi, veidojas thunderstorms laikā un iekšdedzes dzinēju. Bezmaksas slāpekļa ir atrodams daudzos meteorītos, vulkāniskās un raktuvju gāzes un dažas minerālūdens avoti, saules, zvaigznes un miglāji.

Slāpeklis ir atrodams arī minerāliegulu kālija un nātrija nitrāts, bet, lai apmierinātu cilvēku vajadzības pietiekams. Vēl viens materiāls bagāts šajā elementā ir gvano, kas var atrast dobumos, kur daudz sikspārņu, vai sausās vietās, kuras apmeklē putniem. Arī, slāpeklis ir ietverts lietus un augsnes formā amonjaka un amonija sāļiem, un jūras ūdenī veidā amonija jonu (NH ₄ ^+), nitrītu (NO ₂ ^-) un nitrāts (NO ₃ ^-). Vidējais lielums ir apmēram 16% no sarežģītu organisko savienojumu, piemēram, olbaltumvielas, ir klāt visos dzīvajos organismos. Dabiskā saturs zemes garozā ir 0,3 svara daļas 1000. prevalence telpā - no 3 līdz 7 atomiem silīcija atomu.

Lielākie ražo valstis slāpekļa (kā amonjaks), kas sākumā XXI gadsimtā, bija Indija, Krievija, ASV, Trinidāda un Tobago, Ukraina.

Komerciāla ražošana un izmantošana

Rūpnieciskā ražošana no slāpekļa pamatā ir frakcionēti destilējot sašķidrināto gaisu. Tās viršanas temperatūra ir vienāda ar -195.8 ° C, 13 ° C zemāka nekā ka no skābekļa, tādā veidā, kas ir atdalīta. Slāpeklis var ražot arī uz lielā mērogā, sadedzinot oglekļa vai ogļūdeņražu gaisā un atdala iegūto oglekļa dioksīdu un ūdeni no atlikušā slāpekli. In maza mēroga tīrs slāpeklis tiek ražots sildot azīdgrupu bārija Ba (N _{3) 2.} Laboratorijas reakcija ietver sildot šķīdumu amonija nitrītu (NH ₄ NO _2), oksidēšana amonjaka ar ūdens broma šķīdumā vai ar apsildāmu vara oksīda :

• 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.

Elemental slāpekļa atoms var tikt izmantoti kā inertā atmosfērā, kas ir reakcijas nepieciešama izslēgšanu skābekļa un mitruma. Tiek izmantots un šķidro slāpekli. Ūdeņradis, metāns, oglekļa monoksīds, skābeklis, fluors, un - vienīgā viela, kas, kad vārīšanās temperatūrā slāpekļa ir ne cietā kristāliskā stāvoklī.

Ķīmiskajā rūpniecībā, šis ķīmiskais elements tiek izmantots, lai novērstu oksidāciju vai cits bojāšanās, kā inertu šķīdinātāju, reaktīvs gāze, lai noņemtu karstumu vai ķīmiskas vielas, kā arī ugunsgrēka vai eksplozijas inhibitoru. Pārtikas rūpniecībā, slāpekļa gāze tiek izmantota, lai novērstu bojāšanos, un šķidrums - par iesaldēt žāvēšanas un dzesēšanas sistēmām. Jo elektrotehniskā rūpniecība gāzes novērš oksidāciju un citas ķīmiskas reakcijas, pressurizes kabeļa apvalku un aizsargā motoru. Metalurģijā, slāpeklis tiek izmantots metināšana un lodēšana, novēršot oksidēšanās, carburization, un decarburization. Kā neaktīvo gāzei tas tiek izmantots ražošanā porainu gumijas, plastmasas un elastomēru, tas kalpo par motordegvielu aerosola baloniņi, kā arī rada spiedienu šķidrās degvielas sprauslas. Medicīnā, ātra sasaldēšana ar šķidro slāpekli, tiek izmantota, lai uzglabātu asinis, kaulu smadzenes, audus, baktērijas un spermu. Viņš ir atradis pieteikumu kriogēnās pētniecībā.

savienojumi

Lielākā daļa no slāpekļa, ko izmanto ķīmisku savienojumu ražošanā. Triple saite starp atomiem elementa ir tik stipra (226 kcal par mole divreiz lielāks nekā molekulārās ūdeņraža), ka slāpekļa molekula gandrīz stājas citiem savienojumiem.

Galvenais rūpnieciskā metode nostiprināšana elements ir Haber-Bosch process sintēzes amonjaka izstrādāto Otrā pasaules kara, laikā Vācijā, lai mazinātu atkarību no Čīles nitrātu. Tas ietver tiešu sintēzi NH ₃ - bezkrāsaina gāze ar asu, kairinātāju aromātu - tieši no tās elementiem.

Lielākā daļa no amonjaka tiek pārvērsts slāpekļskābes (HNO _3), un nitrātiem - sāļi un esteri slāpekļskābes, sodas pelnu (Na ₂ CO _3), hidrazīns (N ₂ H ₄₎ - bezkrāsains šķidrums izmanto kā degvielu, un daudzās rūpniecības procesi.

Slāpekļskābe ir otrs lielākais tirdzniecības ķīmisks savienojums no elementa. Bezkrāsains, ļoti korozīvs šķidrums tiek izmantots ražošanā minerālmēslu, krāsvielas, narkotiku un sprāgstvielu. Amonija nitrāts (NH ₄ NO ₃₎ - sāls no amonjaka un slāpekļskābes - ir visbiežāk sastopamā slāpekļa mēslojums sastāvdaļa.

Oxygen + slāpeklis

C veido virkni skābekļa, slāpekļa oksīdu, r. H. Slāpekļa oksīds (N ₂ O), kurā tas ir vienāds ar valence no +1 oksīda (NO) (+2) un dioksīda (NO ₂₎ (4). Daudzi ļoti gaistošā slāpekļa oksīdi; tie ir galvenie piesārņojuma avoti atmosfērā. Slāpekļa oksīds, kas pazīstams arī kā smejas gāze, dažreiz lieto anestēzijā. Ieelpojot, tas izraisa vieglu histēriju. Slāpekļa oksīds strauji reaģē ar skābekli, veidojot brūnu dioksīda starpproduktu produktu ražošanā slāpekļskābes un spēcīgu oksidētāju ķīmiskos procesos un propelenta.

izmantoti arī daži nitrīdi ar metālu, kas veidots ar slāpekļa savienojumu paaugstinātā temperatūrā. Nitrīdi bora, titāna, cirkonija un tantala ir īpašu pieteikumu. Viens kristāliskā forma bora nitrīda (BN), piemēram, neatpaliek dimantu cietība un oksidēta slikti tāpēc izmantots kā augstu abrazīvs.

Neorganiskie cianīdi saturēt CN grupu ^-. Ciānūdeņražskābe vai ciānūdeņražskābe HCN, ir ļoti nestabils un ļoti toksiska gāze, kas tiek izmantota, lai fumigācijas koncentrācijām rūdas citos rūpnieciskos procesos. Ciāns (CN) ₂ tiek izmantots kā ķīmisko starpproduktu un par fumigāciju.

Azīdi ir savienojumi, kas satur grupu ar trīs slāpekļa atomus _-N3. Lielākā daļa no tiem ir nestabila un ļoti jutīgas pret triecieniem. Dažas no tām, piemēram, svina azīdu, Pb (N _{3) 2,} ko izmanto detonatoru un praimeru. Azīdi, piemēram, halogēna atomiem, viegli mijiedarboties ar citām vielām, lai izveidotu daudzus savienojumus.

Slāpeklis ir daļa no vairākiem tūkstošiem organisko savienojumu. Lielākā daļa no tiem ir iegūti no amonjaka, ūdeņraža cianīdu, ciāns, slāpekļa vai slāpekļskābi. Amīni, aminoskābes, amīdi, piemēram, kas iegūti no amonjaka vai ar to cieši saistīts ar to. Nitroglicerīns un Nitrocelulozes - slāpekļa esteri. Nitrīts tika sagatavota no slāpekļa skābi (HNO _2). Purīnu un Alkaloīdus heterocikliskie savienojumi, kuros slāpekļa aizstāj vienu vai vairākus oglekļa atomus.

Īpašības un reakcijas

Kas ir slāpeklis? Tas ir bezkrāsains, bez smaržas gāze, kas kondensējas uz -195,8 ° C, bezkrāsains, zemas viskozitātes šķidrumu. Elements eksistē formā N ₂ molekulu, ko pārstāv formā: N ::: N:, kurā saite enerģija ir vienāda ar 226 Kcal uz vienu molu, otrais tikai uz oglekļa monoksīdu (256 kilokalorijas uz vienu molu). Šī iemesla dēļ, aktivizēšanas enerģija no molekulāro slāpekli ir ļoti augsta, tāpēc parastos apstākļos elements ir relatīvi inerta. Arī ļoti stabila slāpekļa molekulas ievērojami veicina termodinamisko nestabilitāti daudzu slāpekļa savienojumu, kurā savienojums, pat tad, ja ir pietiekami spēcīga, bet sliktāki attiecības molekulāro slāpekli.

Salīdzinoši nesen, un spēja no slāpekļa molekulu negaidīti tika atklāti kalpot kā ligandiem kompleksiem savienojumiem. Novērojums, ka daži rutēnijs kompleksus risinājumus var absorbēt atmosfēras slāpekli noveda pie kāda drīz var atrast vienkāršāku un labāku veidu nosaka elementu.

Active slāpeklis var iegūt, izejot zemspiediena gāzi caur augstsprieguma elektrisko izlādi. Produkts ir dzintara un daudz vieglāk reaģē nekā molekulu, atomu ūdeņraža atoma, sēra atoma, fosforu un dažādus metālus, un arī spēj sadaloties NO uz N ₂ un O _2.

Uzlabota izpratne par to, kas ir slāpekļa atoms, var tikt iegūti, pateicoties tās elektroniskās struktūras, kas ir formu 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Pieci ārējās elektronu čaulas mazliet ekrāna maksa, kas nodrošina efektīvu kodolenerģijas maksas jūtama reģionā kovalento rādiusu. Slāpekļa atomi ir salīdzinoši mazs un ir augsta Elektronegativitāte, kas atrodas starp oglekļa un skābekļa. E konfigurācija ietver trīs ārējās half-orbitālēm, kas dod iespēju veidot trīs kovalentas saites. Tāpēc, slāpekļa atoms ir jābūt ļoti augsts reaktivitāti, veidojot ar vairums citiem elementiem stabiliem bināro savienojumu, it īpaši, kad cits elements ir būtiski atšķirīgs Elektronegativitāte, piešķir ievērojamas polaritātes savienojumus. Kad cits elements Elektronegativitāte mazāku polaritāti saistīts ar slāpekļa atomu, ar daļēju negatīvu lādiņu, kas atbrīvo tās vienpusējs elektronus piedalās koordinēšanas saitēm. Kad cits elements vairāk electronegative slāpeklis daļējs pozitīvs lādiņš, kas būtiski ierobežo donoru īpašības molekulā. Pie zema polaritātes dēļ, jo no Elektronegativitāte vienāds citu elementu, vairāku komunikācijas prevalē pār vienu. Ja atomu izmēra neatbilstība novērš veidošanos vairāku obligācijām, kas veido viena saite, iespējams, būs samērā vāja, un savienojums ir nestabils.

analītiskā ķīmija

Bieži procentuālā slāpekļa gāzes maisījumu, var noteikt, izmērot tā apjomu pēc absorbcijas pārējo sastāvdaļu ķīmisko reaģentu. No sērskābes klātbūtnē dzīvsudraba nitrāta sadalīšanās izdala slāpekļa oksīdu, kas var izmērīt kā gāzi. Slāpeklis ir atbrīvots no organiskiem savienojumiem, kad tie tiek sadedzināti pa vara oksīda, un bez slāpekļa atoms var būt mēra kā gāzi pēc absorbciju citu degšanas produktu. Pazīstamais Kjeldāla metode, lai noteiktu vielu šeit ņemts organisko savienojumu veido savienojumu ar koncentrētu sērskābi (neobligāti satur dzīvsudrabu vai tā oksīda, un dažādu sāļu) sadalīšanās. Tādējādi slāpeklis tiek pārvērsts amonija sulfātu. Pievienojot nātrija hidroksīda relīzes amonjaku, kas tiek savākta ar parasto skābi; atlikušais daudzums no neizreaģējušā skābe ir tad nosaka, titrējot.

Bioloģiskā un fizioloģiskā nozīme

Slāpekļa loma dzīvo substanci apstiprina savu fizioloģiskā aktivitāte organisko savienojumu. Lielākā daļa dzīvo organismu nevar izmantot šo pašu ķīmisko elementu ir jābūt piekļuvei saviem savienojumiem. Tāpēc, slāpekļa fiksācija ir būtiska. Dabā tas notiek, kā rezultātā diviem pamata procesiem. Viens no tiem ir efekts elektriskās enerģijas atmosfērā, ar to, ka slāpekļa un skābekļa molekulas sadalās, kas ļauj bez atomu, veidojot NO un NO _2. Dioksīds pēc tam reaģē ar ūdeni: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO ₃ izšķīdina un nāk uz Zemes no lietus veidā vāju šķidrums. Galu galā acid kļūst par daļu no kombinētās augsnes slāpekli, kas ir neitralizēts, lai veidotu nitrītu un nitrātu. To N saturs aramzemēs parasti atgūta apaugļošanu, kas satur nitrātu un amonija sāļiem. Spin dzīvniekiem un augiem, un to sadalīšanās atgriež slāpekļa savienojumu iekļūšanu augsnē un gaisā.

Vēl viens nozīmīgs dabisks noteikšana process ir būtiska aktivitāte pākšaugus. Sakarā ar to mijiedarbībā ar baktērijām, šie cultures are spēj pārveidot atmosfēras slāpekli tieši tā savienojumi. Daži mikroorganismi, piemēram, Azotobacter Chroococcum un Clostridium pasteurianum, ir iespēja noteikt savu N.

gāzes pati, ir inerta, nekaitīga, izņemot gadījumus, kad tie elpot zem spiediena, un tas izšķīdina asinīs un citu ķermeņa šķidrumu pie augstākas koncentrācijas. Tas izraisa narkotiku efektu, un, ja spiediens tiek samazināts pārāk ātri, liekā slāpekļa tiek atbrīvots kā gāzes burbuļi dažādās vietās uz ķermeņa. Tas var izraisīt sāpes muskuļos un locītavās, ģībonis, daļēju paralīzi un pat nāvi. Šie simptomi sauc dekompresijas slimības. Tāpēc tie, kas ir spiesti elpot gaisu šādos apstākļos jābūt ļoti lēns, lai mazinātu spiedienu uz normālu uz liekā slāpekļa ārā caur plaušām, veidošanos burbuļi. Labāk alternatīva ir izmantot elpojošs maisījumu skābekļa un hēlija. Hēlijs ir daudz mazāk šķīst ķermeņa šķidrumos, un risks samazinās.

izotopi

Slāpeklis eksistē kā diviem stabiliem izotopiem ¹⁴ N (99,63%) un ¹⁵ N (0,37%). Tos var atdalīt ar ķīmiskās apmaiņas vai siltuma difūziju. slāpeklis masa formā mākslīgo radioaktīvo izotopu, ir intervālā 10-13 un 16-24. Visstabilākā pusperiods ir 10 minūtes. First mākslīgi izraisītas kodola pārvēršana tika veikts 1919 Britu fiziķis Ernest Rutherford, kas bombardē slāpeklis-14 alfa-daļiņas, kas iegūtas kodols-17 skābekli un protoni.

īpašības

Beidzot uzskaitīt galvenās īpašības slāpekļa:

• Atomu skaits: 7.
• Atomsvara slāpekļa: 14,0067.
• Kušanas temperatūra: -209,86 ° C.
• Viršanas temperatūra: -195,8 ° C.
• Blīvums (1 atm, 0 ° C): 1.2506 grami slāpekļa litrā.
• Parasto oksidēšanas stāvokļa -3, +3, +5.
• Electron konfigurācija: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.