Que é nitróxeno? nitróxeno masa. molécula de nitróxeno

O elemento non metálico do 15 grupo [Va] Táboa Periódica - átomo de nitróxeno de 2 dos cales se combinan para formar unha molécula - gas incoloro, inodoro, insípido e constituíndo unha gran parte da atmosfera da Terra e que forma parte de todos os seres vivos.

Historia do descubrimento

gas nitróxeno é preto de 4/5 da atmosfera da Terra. Foi illado en principio Research Air. En 1772, sueco Himik Karl Wilhelm Scheele primeiro en demostrar que un tal nitróxeno. Segundo el, o aire é unha mestura de dous gases, un dos cales chamou de "aire de lume", que é apoiar a combustión e outro - .. "Impure aire" porque permanece despois do primeiro consumido. Estes foron o osíxeno e nitróxeno. En torno ao mesmo nitróxeno tempo foi illado polo botánico escocés Daniel Rutherford, que primeiro publicou seus descubrimentos, así como o químico británico Henry Cavendish eo crego británico e científico Dzhozefom Pristli, que compartiu con Scheele primacía do descubrimento do osíxeno. Outros estudos demostraron que o novo gas forma parte do nitrato ou nitrato de potasio _(KNO3), e, polo tanto, foi chamado de un átomo de nitróxeno ( "dar salitre nacemento") polo químico francés Chaptal en 1790 Nitróxeno foi inicialmente asignada aos elementos químicos de Lavoisier, cuxa explicación sobre o papel do osíxeno na combustión refuta a teoría do flogisto - popular no século XVIII. equívoco combustión. A incapacidade de este elemento para soportar a vida (ζωή grego) era a razón para que Lavoisier chamado gas de nitróxeno.

O xurdimento e difusión

Que é nitróxeno? Segundo a abundancia de elementos químicos, quedou en sexto lugar. A atmosfera da Terra para 75,51% en peso e 78,09% en volume está composto do elemento e é unha fonte importante para a industria. A atmosfera aínda contén unha pequena cantidade de sales de amonio e de amonio, así como os óxidos de nitróxeno e de ácido nítrico, formado durante as tormentas e en motores de combustión interna. nitróxeno libre se atopa en moitos meteoritos, gas volcánico e os meus e algunhas nacentes de auga mineral, o sol, as estrelas e nebulosas.

Nitróxeno tamén se atopa en depósitos minerais de potasio e nitrato de sodio, pero para satisfacer as necesidades humanas suficiente. Material rico neste elemento guano, que se pode atopar nas covas, onde os lotes de morcegos, ou partes secas frecuentadas por aves. Ademais, o nitróxeno está contido na choiva e do solo en forma de sales de amonio e amonio, e en auga do mar en forma de ións amonio _(NH4 ^+), nitritos (NO ₂ ^-) e nitrato (NO ₃ ^-). A media é de preto de 16% de compostos orgánicos complexos, como proteínas, están presentes en todos os organismos vivos. O contido natural en codia terrestre é de 0,3 partes en 1000. A prevalencia no espazo - de 3 a 7 átomos por átomos de silicio.

Os maiores países produtores de nitróxeno (como a amoníaco) no inicio do século XXI, foron a India, Rusia, Estados Unidos, Trindade e Tobago, Ucraína.

produción e uso comercial

A produción industrial de nitróxeno baséase nunha destilación fraccionada de aire licuado. A súa temperatura de ebulición é igual a -195,8 ° C, 13 ° C máis baixa que a do osíxeno, que é así separado. De nitróxeno pode ser producido en grande escala por combustión de carbono ou hidrocarburos no aire e separar o dióxido de carbono resultante e auga desde nitróxeno residual. A pequena escala nitróxeno puro prodúcese quentando a azida de bario Ba (N _{3) 2.} Laboratorio reacción inclúen o quecemento dunha solución de nitrito de amonio (NH ₄ NO _2), a oxidación de amoníaco, cunha solución acuosa de bromo ou Calefacción óxido de cobre :

• NH ₄ ^{+ +} NO ₂ ^- → N ₂ + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + ₂ 3Br → _N2 + 6NH ₄ ^{+ +} 6Br ^-.
• 2NH ₃ + 3CuO → N ₂ + 3H ₂ O + 3Cu.

nitróxeno elemental pode ser usado como unha atmosfera inerte para as reaccións que requiren a exclusión de osíxeno e humidade. É utilizado e de nitróxeno líquido. Hidróxeno, metano, monóxido de carbono, osíxeno, flúor, e - a única substancia que, cando o punto de ebulición de nitróxeno non se atopa nun estado sólido cristalino.

Na industria química, este elemento é utilizado para evitar a oxidación ou outra deterioración, como un diluente inerte, un gas reactivo para eliminar a calor ou os produtos químicos, así como un inhibidor de lume ou explosión. Na industria alimentaria, o gas de nitróxeno é usada para evitar a deterioración, eo líquido - para sistemas de secado por conxelación e de refrixeración. Na industria eléctrica gas impide a oxidación e outras reaccións químicas, pressuriza a vaíña de cable e protexe os motores. En metalurxia, nitróxeno é utilizado na soldadura e soldadura, impedindo a oxidación, a carburação, e descarburação. A medida que o gas inerte que se usa na produción de artigos de caucho porosas, plásticos e elastómeros, que serve como un propulsor en latas de aerosol, e tamén crea unha presión nos chorros de combustible líquido. En medicina, o rápido conxelación con nitróxeno líquido é usado para almacenar sangue, medula ósea, tecido, bacterias e esperma. El atopou aplicación en investigación criogênico.

conexións

A maior parte do nitróxeno utilizado na fabricación de compostos químicos. A conexión tripla entre os átomos do elemento é tan forte (226 kcal por mol de dúas veces máis grande que o de hidróxeno molecular), que dificilmente molécula nitróxeno entra outros compostos.

O principal método industrial elemento de fixación é un proceso Haber-Bosch para a síntese de amoníaco desenvolvido durante a Segunda Guerra Mundial, a Alemaña para reducir a dependencia do salitre do Chile. Inclúe a síntese directa de NH ₃ - gas incoloro cun cheiro punxente, irritante - directamente desde os seus elementos.

A maior parte da amoníaco e convertido ao ácido nítrico _(HNO3) e nitratos - sales e ésteres do ácido nítrico, o carbonato de sodio (Na ₂ CO _3), hidracina (N ₂ H ₄₎ - un líquido incoloro usado como un propulsor do foguete e en moitos industrial procesos.

O ácido nítrico é o outro gran composto químico comercial do elemento. Líquido incoloro, moi corrosivo se usa na produción de fertilizantes, colorantes, medicamentos e explosivos. O nitrato de amonio (NH ₄ NO ₃₎ - Sal de ácido nítrico o amoníaco e - é o compoñente máis frecuente de fertilizantes de nitróxeno.

Oxígeno + nitróxeno

Con osíxeno, nitróxeno forma un número de óxidos, en Vol. H. óxido nitroso (N ₂ O), na que a súa valencia é un óxido de (NO) (2) e dióxido de (NO ₂₎ (4). Moitos dos óxidos de nitróxeno altamente voláteis; son as principais fontes de contaminación na atmosfera. O óxido nitroso, tamén coñecido como gas hilariante, é por veces usado como un anestésico. Cando inalado, debido histeria. O óxido nítrico reacciona rapidamente co osíxeno para formar un produto intermedio dióxido de castaño no produción de ácido nítrico e un forte oxidante en procesos químicos e propulsor.

Tamén se utilizan nalgúns nitretos formados por metais con un composto de nitróxeno, a temperaturas elevadas. Nitretos de boro, titanio, circonio e Tántalo teñen aplicación especial. Unha forma cristalina de nitruro de boro (BN), por exemplo, non é inferior á do diamante en dureza e oxidado mala, polo tanto, utilizado como alta abrasivo.

cianuros inorgánicos conter grupo CN ^-. Cianuro de hidróxeno ou ácido cianídrico HCN, é altamente volátil e gas extremadamente tóxico, que se emprega para concentracións de fumigación mineral noutros procesos industriais. Cianogénio (CN) ₂ é utilizado como un intermediario fumigación e produtos químicos.

As Azidas son compostos que conteñen un grupo de tres átomos de nitróxeno -N _3. A maioría deles son inestables e moi sensibles a golpes. Algúns deles, como azida de chumbo, Pb (N _{3) 2,} utilizada en detonadores e iniciadores. Azidas, como halóxenos, facilmente interactuar con outras sustancias para formar unha pluralidade de compostos.

O nitróxeno é unha parte de varios miles de compostos orgánicos. A maioría deles son derivados de amoníaco, ácido cianídrico, de cianogénio, nitroso ou ácido nítrico. Aminas, aminoácidos, amidas, por exemplo, derivados de amoníaco ou intimamente relacionado con el. Nitroglicerina e nitrocelulose - nítrico ésteres. O nitrito preparouse a partir de ácido nitroso _(HNO2). As purinas e alcaloides son compostos heterocíclicos en que o nitróxeno substitúe un ou máis átomos de carbono.

Propiedades e reaccións

Que é nitróxeno? É un gas incoloro, inodoro, que se condensa en -195,8 ° C, incoloro, de baixa viscosidade líquido. Elemento de existir en forma de moléculas de N _2, representada como: N N :::: cuxa conexión de enerxía, igual a 226 Kcal por brando, en segundo lugar só para monóxido de carbono (256 quilocalorias por mol). Por este motivo, a enerxía de activación de nitróxeno molecular é moi elevada, de xeito que en condicións normais o elemento é relativamente inerte. Ademais, nitróxeno molécula altamente estable contribúe grandemente para a inestabilidade termodinámica de moitos compostos de nitróxeno, no cal a conexión, aínda que suficientemente forte, pero as relacións inferiores nitróxeno molecular.

Hai relativamente pouco tempo, ea capacidade das moléculas de nitróxeno foi inesperadamente descuberto servir como ligandos dos compostos complexos. A observación de que algunhas solucións de complexos de rutênio poden absorber nitróxeno atmosférico levou ao que pode así ser atopado un xeito máis sinxelo e mellor de fixación do elemento.

nitróxeno activa pode ser obtida por paso de gas de baixa presión por medio de descarga eléctrica de alta tensión. O produto é ámbar e moito máis facilmente que reacciona de hidróxeno molecular, atómica, xofre, fósforo e varios metais, e tamén é capaz de descompoñer no para _N2 e _O2.

Unha comprensión máis clara do que é nitróxeno, pode ser obtida, debido á súa estrutura electrónica que ten a forma 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Cinco capas electrónicas externas pantalla un pouco a carga, obtendo carga nuclear efectiva sentida na rexión do raio covalente. átomos de nitróxeno son relativamente pequenos e teñen unha Electronegatividade elevada, situado entre o carbono e osíxeno. configuración e inclúe tres medias orbitais externos, permitindo a formar tres enlaces covalentes. Polo tanto, o átomo de nitróxeno debe reactividade moi elevada, formando coa maioría dos outros elementos binarios compostos estables, especialmente cando outro elemento é substancialmente diferente Electronegatividade, transmite as conexións de polaridade significativos. Cando un outro elemento Electronegatividade polaridade inferior ligado ao átomo de nitróxeno de carga negativa parcial, o que libera os seus electróns non compartidos de participar en enlaces de coordinación. Cando un outro elemento de nitróxeno de carga positiva parcial máis electronegativo limita substancialmente as propiedades dadoras da molécula. En baixa polaridade debido debido á Electronegatividade igual a outro elemento, comunicación múltiple prevalecer sobre única. A incompatibilidade de tamaño atómica impide a formación de enlaces múltiples que forman unha conexión simple é probable que sexa relativamente feble, ea conexión é inestable.

química analítica

Moitas veces, a porcentaxe de nitróxeno na mestura de gas pode ser determinado medindo o seu volume tras a absorción de outros compoñentes dos reactivos químicos. A descomposición do ácido sulfúrico en presenza de nitrato de mercurio libera óxido nítrico, que pode ser medida como un gas. Nitróxeno é liberado a partir de compostos orgánicos cando son queimadas ao longo dun óxido de cobre, eo átomo de nitróxeno libre pode ser medida como un gas, tras a absorción de outros produtos da combustión. Un método de Kjeldahl ben coñecido para a determinación de sustancias consideradas aquí en compostos orgánicos consiste descompoñer o composto con ácido sulfúrico concentrado (opcionalmente conteñen mercurio ou o óxido, e varios sales). Así nitróxeno é convertido en sulfato amónico. Adición de sodio hidróxido de liberacións de amoníaco, o cal é recollido por ácido convencional; a cantidade residual de ácido que non reaccionou é entón determinada por titulación.

significado biolóxica e fisiolóxica

O papel de nitróxeno na materia viva confirma a súa actividade fisiolóxica de compostos orgánicos. A maioría dos organismos vivos non poden usar este elemento en si debe ter acceso aos seus compostos. Polo tanto, a fixación do nitróxeno é esencial. Na natureza, iso ocorre como resultado de dous procesos básicos. Un deles é o efecto de enerxía eléctrica para a atmosfera, de xeito que as moléculas de osíxeno e de nitróxeno disociar, permitindo que os átomos libres para formar no e _NO2. Dióxido de seguida, reacciona coa auga: 3NO ₂ + _{H 2} → 2HNO ₃ + NO.

_HNO3 é disolto e vén á terra da choiva baixo a forma de lixivia feble. Finalmente ácido convértese en parte do nitróxeno do solo combinado o cal é neutralizado para formar os nitritos e nitratos. O contido de N en solos cultivados xeralmente recuperado por medio de fertilización conteñen nitratos e sales de amonio. Xirar animais e plantas ea súa descomposición volve un composto de nitróxeno no solo e no aire.

Outra importante proceso de fixación natural é vital actividade de leguminosas. Debido a simbiose con bacterias, estas culturas son capaces de converter directamente en nitróxeno atmosférico seus compostos. Algúns microorganismos, como Azotobacter chroococcum e Clostridium pasteurianum, son capaces de fixar a súa propia N.

o propio gas, sendo inerte, inofensivo, excepto cando respiran a presión, e que é disolto no sangue e outros fluídos corporais a concentracións máis elevadas. Isto fai que o efecto de drogas, e se a presión é reducida moi rapidamente, o exceso de nitróxeno é liberado como burbullas de gas en diferentes lugares do corpo. Isto pode causar dor nos músculos e articulacións, desmaio, parálise parcial e mesmo a morte. Estes síntomas son chamados de enfermidade descompressiva. Por conseguinte, os que son forzados a respirar o aire en tales circunstancias debería ser moi lenta para reducir a presión para un normal ao exceso de nitróxeno para fóra a través dos pulmóns sen a formación de burbullas. A mellor alternativa é a utilización dunha mestura respirable de osíxeno e helio. O helio é moito menos soluble en fluídos corporais, e que o risco diminúe.

isótopos

Nitróxeno hai como dous isótopos estables ¹⁴ N (99,63%) e ¹⁵ N (0,37%). Eles poden ser separados por permuta química ou por difusión térmica. masa de nitróxeno en forma de isótopo radioactivo artificial é na gama de 10-13 e 16-24. A vida media máis estable de 10 minutos. Primeiro transmutación inducido artificialmente foi feito en 1919 polo físico británico Ernest Rutherford, que bombardeando nitróxeno-14-alfa-partículas obtidas núcleo 17 de osíxeno e protóns.

propiedades

Finalmente incluír as propiedades básicas de nitróxeno:

• Número atómico: 7.
• peso atómico de nitróxeno: 14,0067.
• Punto de fusión: -209,86 ° C
• Punto de ebulición: -195,8 ° C.
• Densidade (1 atm, 0 ° C): 1.2506 gramos de nitróxeno por litro.
• estado de oxidación convencional de -3, 3, 5.
• configuración electrónica: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.