Saltpeter - ini adalah bagaimana kata Nitrogenium diterjemahkan dari bahasa Latin. Ini adalah nama nitrogen, unsur kimia dengan nomor atom 7, yang memimpin kelompok ke-15 dalam versi panjang tabel periodik. Dalam bentuk zat sederhana, ia didistribusikan di selubung udara Bumi - atmosfer. Berbagai senyawa nitrogen ditemukan di kerak bumi dan organisme hidup, dan banyak digunakan dalam industri, urusan militer, pertanian, dan obat-obatan.
Mengapa nitrogen disebut "mencekik" dan "tak bernyawa"
Seperti yang disarankan oleh sejarawan kimia, Henry Cavendish (1777) adalah orang pertama yang menerima zat sederhana ini. Ilmuwan melewati udara di atas bara panas, menggunakan alkali untuk menyerap produk reaksi. Sebagai hasil percobaan, peneliti menemukan gas tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak bereaksi dengan batu bara. Cavendish menyebutnya "udara yang menyesakkan" karena ketidakmampuannya untuk mempertahankan pernapasan serta pembakaran.
Seorang ahli kimia modern akan menjelaskan bahwa oksigen bereaksi dengan karbon untuk membentuk karbon dioksida. Bagian udara yang "mencekik" yang tersisa sebagian besar terdiri dari molekul N2. Cavendish dan ilmuwan lain pada waktu itu belum mengetahui tentang zat ini, meskipun senyawa nitrogen dan sendawa kemudian banyak digunakan dalam perekonomian. Ilmuwan melaporkan tentang gas yang tidak biasa kepada rekannya, yang melakukan eksperimen serupa, Joseph Priestley.
Pada saat yang sama, Karl Scheele memperhatikan komponen udara yang tidak diketahui, tetapi gagal menjelaskan asal-usulnya dengan benar. Hanya Daniel Rutherford pada tahun 1772 yang menyadari bahwa gas yang “menyesakkan” “manja” yang ada dalam eksperimen tersebut adalah nitrogen. Ilmuwan mana yang dianggap sebagai penemunya masih diperdebatkan oleh para sejarawan sains.
Lima belas tahun setelah eksperimen Rutherford, ahli kimia terkenal Antoine Lavoisier mengusulkan untuk mengubah istilah udara "manja", mengacu pada nitrogen, menjadi nitrogen yang lain. Pada saat itu, terbukti bahwa zat ini tidak terbakar, tidak mendukung pernapasan. Pada saat yang sama, nama Rusia "nitrogen" muncul, yang ditafsirkan dengan cara yang berbeda. Istilah ini paling sering dikatakan berarti "tak bernyawa". Pekerjaan selanjutnya membantah pendapat luas tentang sifat-sifat materi. Senyawa nitrogen - protein - adalah makromolekul terpenting dalam komposisi organisme hidup. Untuk membangunnya, tanaman menyerap unsur-unsur nutrisi mineral yang diperlukan dari tanah - ion NO 3 2- dan NH 4+.
Nitrogen adalah unsur kimia
Ini membantu untuk memahami struktur atom dan sifat-sifatnya (PS). Berdasarkan posisinya dalam tabel periodik, seseorang dapat menentukan muatan inti, jumlah proton dan neutron (nomor massa). Penting untuk memperhatikan nilai massa atom - ini adalah salah satu karakteristik utama elemen. Nomor periode sesuai dengan jumlah tingkat energi. Dalam versi singkat tabel periodik, nomor golongan sesuai dengan jumlah elektron di tingkat energi terluar. Mari kita rangkum semua data dalam karakteristik umum nitrogen menurut posisinya dalam sistem periodik:
- Ini adalah elemen non-logam, yang terletak di sudut kanan atas PS.
- Tanda kimia: N.
- Nomor urut: 7.
- Massa atom relatif: 14.0067.
- Rumus senyawa hidrogen yang mudah menguap: NH3 (amonia).
- Membentuk oksida tertinggi N 2 O 5, di mana valensi nitrogen adalah V.
Struktur atom nitrogen:
- Biaya inti: +7.
- Jumlah proton: 7; jumlah neutron: 7.
- Jumlah tingkat energi: 2.
- Jumlah elektron: 7; rumus elektronik: 1s 2 2s 2 2p 3.
Isotop stabil unsur No. 7 telah dipelajari secara rinci, nomor massanya adalah 14 dan 15. Kandungan atom yang lebih ringan adalah 99,64%. Inti isotop radioaktif berumur pendek juga mengandung 7 proton, dan jumlah neutron sangat bervariasi: 4, 5, 6, 9, 10.
nitrogen di alam
Cangkang udara Bumi mengandung molekul zat sederhana, yang rumusnya adalah N 2. Kandungan gas nitrogen di atmosfer sekitar 78,1% volume. Senyawa anorganik dari unsur kimia ini di kerak bumi adalah berbagai garam amonium dan nitrat (nitrat). Rumus senyawa dan nama beberapa zat yang paling penting:
- NH3, amonia.
- NO2, nitrogen dioksida.
- NaNO3, natrium nitrat.
- (NH 4) 2 SO 4, amonium sulfat.
Valensi nitrogen dalam dua senyawa terakhir adalah IV. Batubara, tanah, organisme hidup juga mengandung atom N yang terikat. Nitrogen merupakan bagian integral dari makromolekul asam amino, nukleotida DNA dan RNA, hormon dan hemoglobin. Total kandungan suatu unsur kimia dalam tubuh manusia mencapai 2,5%.
bahan sederhana
Nitrogen dalam bentuk molekul diatomik adalah bagian terbesar dari udara atmosfer dalam hal volume dan massa. Suatu zat yang rumusnya adalah N2 tidak memiliki bau, warna atau rasa. Gas ini membentuk lebih dari 2/3 selubung udara Bumi. Dalam bentuk cair, nitrogen adalah zat tidak berwarna yang menyerupai air. Mendidih pada -195.8 °C. M (N 2) \u003d 28 g / mol. Zat sederhana nitrogen sedikit lebih ringan dari oksigen, kerapatannya di udara mendekati 1.
Atom dalam suatu molekul mengikat kuat 3 pasangan elektron bersama. Senyawa ini menunjukkan stabilitas kimia yang tinggi, yang membedakannya dari oksigen dan sejumlah zat gas lainnya. Agar molekul nitrogen terurai menjadi atom-atom penyusunnya, diperlukan energi sebesar 942,9 kJ / mol. Ikatan tiga pasang elektron sangat kuat, mulai putus ketika dipanaskan di atas 2000 ° C.
Dalam kondisi normal, disosiasi molekul menjadi atom praktis tidak terjadi. Kelambanan kimia nitrogen juga disebabkan oleh tidak adanya polaritas dalam molekulnya. Mereka berinteraksi sangat lemah satu sama lain, yang merupakan alasan keadaan materi gas pada tekanan dan suhu normal mendekati suhu kamar. Reaktivitas rendah nitrogen molekuler menemukan aplikasi dalam berbagai proses dan perangkat di mana diperlukan untuk menciptakan lingkungan yang lembam.
Disosiasi molekul N2 dapat terjadi di bawah pengaruh radiasi matahari di atmosfer bagian atas. Nitrogen atom terbentuk, yang dalam kondisi normal bereaksi dengan beberapa logam dan non-logam (fosfor, belerang, arsenik). Akibatnya, ada sintesis zat yang diperoleh secara tidak langsung di bawah kondisi duniawi.
Valensi nitrogen
Lapisan elektron terluar atom dibentuk oleh elektron 2 s dan 3 p. Partikel negatif nitrogen ini dapat menyerah ketika berinteraksi dengan elemen lain, yang sesuai dengan sifat pereduksinya. Dengan melampirkan 3 elektron yang hilang ke oktet, atom menunjukkan kemampuan pengoksidasi. Keelektronegatifan nitrogen lebih rendah, sifat non-logamnya kurang menonjol dibandingkan sifat fluor, oksigen, dan klorin. Ketika berinteraksi dengan unsur-unsur kimia ini, nitrogen melepaskan elektron (teroksidasi). Reduksi menjadi ion negatif disertai dengan reaksi dengan non-logam dan logam lainnya.
Valensi khas nitrogen adalah III. Dalam hal ini, ikatan kimia terbentuk karena tarikan elektron p eksternal dan penciptaan pasangan umum (ikatan). Nitrogen mampu membentuk ikatan donor-akseptor karena pasangan elektron bebasnya, seperti yang terjadi pada ion amonium NH 4+ .
Memperoleh di laboratorium dan industri
Salah satu metode laboratorium didasarkan pada sifat pengoksidasi, senyawa nitrogen-hidrogen digunakan - amonia NH 3. Gas berbau busuk ini bereaksi dengan bubuk oksida tembaga hitam. Sebagai hasil dari reaksi, nitrogen dilepaskan dan logam tembaga (bubuk merah) muncul. Tetesan air, produk lain dari reaksi, mengendap di dinding tabung.
Metode laboratorium lain yang menggunakan kombinasi nitrogen dengan logam adalah azida, seperti NaN 3 . Ternyata gas yang tidak perlu dimurnikan dari kotoran.
Di laboratorium, amonium nitrit didekomposisi menjadi nitrogen dan air. Agar reaksi dapat dimulai, diperlukan pemanasan, kemudian proses dilanjutkan dengan pelepasan panas (eksoterm). Nitrogen terkontaminasi dengan kotoran, sehingga dimurnikan dan dikeringkan.
Mendapatkan nitrogen dalam industri:
- distilasi fraksional udara cair - metode yang menggunakan sifat fisik nitrogen dan oksigen (titik didih berbeda);
- reaksi kimia udara dengan batubara panas;
- pemisahan gas adsorpsi.
Interaksi dengan logam dan hidrogen - sifat pengoksidasi
Kelembaman molekul kuat tidak memungkinkan memperoleh beberapa senyawa nitrogen dengan sintesis langsung. Untuk mengaktifkan atom, diperlukan pemanasan atau penyinaran zat yang kuat. Nitrogen dapat bereaksi dengan litium pada suhu kamar, dengan magnesium, kalsium, dan natrium, reaksi hanya terjadi jika dipanaskan. Nitrida logam yang sesuai terbentuk.
Interaksi nitrogen dengan hidrogen terjadi pada suhu dan tekanan tinggi. Proses ini juga membutuhkan katalis. Ternyata amonia - salah satu produk terpenting dari sintesis kimia. Nitrogen, sebagai zat pengoksidasi, menunjukkan tiga keadaan oksidasi negatif dalam senyawanya:
- -3 (amonia dan senyawa hidrogen lainnya dari nitrogen - nitrida);
- 2 (hidrazin N 2 H 4);
- 1 (hidroksilamin NH 2 OH).
Nitrida yang paling penting, amonia, diperoleh dalam jumlah besar di industri. Kelembaman kimia nitrogen tetap menjadi masalah besar untuk waktu yang lama. Sendawa adalah sumber bahan bakunya, tetapi cadangan mineral mulai menurun dengan cepat seiring dengan peningkatan produksi.
Pencapaian besar ilmu dan praktik kimia adalah penciptaan metode fiksasi nitrogen amonia pada skala industri. Sintesis langsung dilakukan dalam kolom khusus - proses reversibel antara nitrogen yang diperoleh dari udara dan hidrogen. Saat menciptakan kondisi optimal yang menggeser kesetimbangan reaksi ini ke arah produk, menggunakan katalis, hasil amonia mencapai 97%.
Interaksi dengan oksigen - sifat pereduksi
Untuk memulai reaksi nitrogen dan oksigen, diperlukan pemanasan yang kuat. Pelepasan petir di atmosfer juga memiliki energi yang cukup. Senyawa anorganik terpenting di mana nitrogen berada dalam keadaan oksidasi positif:
- +1 (nitrat oksida (I) N 2 O);
- +2 (nitrogen monoksida NO);
- +3 (nitrit oksida (III) N 2 O 3; asam nitrit HNO 2, garamnya adalah nitrit);
- +4 (nitrogen (IV) NO 2);
- +5 (nitrogen pentoksida (V) N 2 O 5, asam nitrat HNO 3, nitrat).
Nilai di alam
Tumbuhan menyerap ion amonium dan anion nitrat dari tanah, menggunakan sintesis molekul organik untuk reaksi kimia, yang terus berlangsung di dalam sel. Nitrogen atmosfer dapat diserap oleh bakteri bintil - makhluk mikroskopis yang membentuk pertumbuhan pada akar kacang-kacangan. Akibatnya, kelompok tanaman ini menerima unsur hara yang diperlukan, memperkaya tanah dengannya.
Selama hujan tropis, reaksi oksidasi nitrogen atmosfer terjadi. Oksida larut membentuk asam, senyawa nitrogen dalam air ini masuk ke dalam tanah. Karena sirkulasi elemen di alam, cadangannya di kerak bumi dan udara terus diisi ulang. Molekul organik kompleks yang mengandung nitrogen dalam komposisinya diuraikan oleh bakteri menjadi komponen anorganik.
Penggunaan praktis
Senyawa nitrogen yang paling penting untuk pertanian adalah garam yang sangat larut. Tanaman mengasimilasi urea, kalium, kalsium), senyawa amonium (larutan amonia, klorida, sulfat, amonium nitrat dalam air).
Sifat inert nitrogen, ketidakmampuan tanaman untuk mengasimilasinya dari udara, menyebabkan kebutuhan untuk menerapkan dosis besar nitrat setiap tahun. Bagian dari organisme tanaman mampu menyimpan makronutrien "untuk masa depan", yang memperburuk kualitas produk. Kelebihan dan buah-buahan dapat menyebabkan keracunan pada orang, pertumbuhan neoplasma ganas. Selain pertanian, senyawa nitrogen digunakan dalam industri lain:
- untuk menerima obat-obatan;
- untuk sintesis kimia senyawa makromolekul;
- dalam produksi bahan peledak dari trinitrotoluene (TNT);
- untuk produksi pewarna.
NO oksida digunakan dalam operasi, zat ini memiliki efek analgesik. Hilangnya sensasi saat menghirup gas ini diperhatikan bahkan oleh para peneliti pertama dari sifat kimia nitrogen. Ini adalah bagaimana nama sepele "gas tertawa" muncul.
Masalah nitrat dalam produk pertanian
Garam asam nitrat - nitrat - mengandung anion NO3 bermuatan tunggal. Sampai sekarang, nama lama kelompok zat ini digunakan - sendawa. Nitrat digunakan untuk menyuburkan ladang, di rumah kaca, kebun buah-buahan. Mereka diterapkan di awal musim semi sebelum disemai, di musim panas - dalam bentuk pembalut cair. Zat itu sendiri tidak menimbulkan bahaya besar bagi manusia, tetapi di dalam tubuh mereka berubah menjadi nitrit, kemudian menjadi nitrosamin. Ion nitrit NO 2- adalah partikel beracun, mereka menyebabkan oksidasi besi besi dalam molekul hemoglobin menjadi ion trivalen. Dalam keadaan ini, zat utama darah manusia dan hewan tidak mampu membawa oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida dari jaringan.
Apa bahaya kontaminasi nitrat makanan bagi kesehatan manusia:
- tumor ganas yang timbul dari konversi nitrat menjadi nitrosamin (karsinogen);
- perkembangan kolitis ulserativa
- hipotensi atau hipertensi;
- gagal jantung;
- gangguan pembekuan darah
- lesi hati, pankreas, perkembangan diabetes;
- perkembangan gagal ginjal;
- anemia, gangguan memori, perhatian, kecerdasan.
Penggunaan simultan berbagai produk dengan nitrat dosis besar menyebabkan keracunan akut. Sumbernya bisa dari tanaman, air minum, masakan daging siap saji. Berendam dalam air bersih dan memasak dapat mengurangi kandungan nitrat pada makanan. Para peneliti menemukan bahwa dosis yang lebih tinggi dari senyawa berbahaya dicatat dalam produk tanaman yang belum matang dan rumah kaca.
Fosfor adalah elemen dari subkelompok nitrogen
Atom-atom unsur kimia yang berada dalam kolom vertikal yang sama dari sistem periodik menunjukkan sifat-sifat yang sama. Fosfor terletak di periode ketiga, termasuk dalam kelompok ke-15, seperti nitrogen. Struktur atom-atom unsur serupa, tetapi ada perbedaan sifat. Nitrogen dan fosfor menunjukkan keadaan oksidasi negatif dan valensi III dalam senyawanya dengan logam dan hidrogen.
Banyak reaksi fosfor berlangsung pada suhu biasa; itu adalah unsur kimia aktif. Berinteraksi dengan oksigen untuk membentuk oksida yang lebih tinggi P 2 O 5 . Larutan berair dari zat ini memiliki sifat asam (metafosfat). Ketika dipanaskan, asam ortofosfat diperoleh. Ini membentuk beberapa jenis garam, banyak di antaranya berfungsi sebagai pupuk mineral, seperti superfosfat. Senyawa nitrogen dan fosfor adalah bagian penting dari siklus zat dan energi di planet kita, mereka digunakan dalam bidang industri, pertanian, dan kegiatan lainnya.
(menurut Pauling)
| N | 7 |
| 14,00674 | |
| 2s 2 2p 3 | |
| Nitrogen | |
Nitrogen, dalam bentuk molekul N 2 diatomik, menyusun sebagian besar atmosfer, di mana kandungannya 75,6% (berdasarkan massa) atau 78,084% (berdasarkan volume), yaitu sekitar 3,87 10 15 ton.
Massa nitrogen terlarut dalam hidrosfer, mengingat bahwa proses melarutkan nitrogen atmosfer dalam air dan melepaskannya ke atmosfer secara bersamaan, adalah sekitar 2 10 13 ton, di samping itu, sekitar 7 10 11 ton nitrogen terkandung dalam hidrosfer di bentuk senyawa.
Peran biologis
Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk keberadaan hewan dan tumbuhan, itu adalah bagian dari protein (16-18% berat), asam amino, asam nukleat, nukleoprotein, klorofil, hemoglobin, dll. Dalam sel hidup, jumlah atom nitrogen adalah sekitar 2%, dengan fraksi massa - sekitar 2,5% (tempat keempat setelah hidrogen, karbon dan oksigen). Dalam hal ini, sejumlah besar nitrogen terikat ditemukan dalam organisme hidup, "bahan organik mati" dan materi yang tersebar di laut dan samudera. Jumlah ini diperkirakan sekitar 1,9 10 11 ton Sebagai hasil dari proses pembusukan dan dekomposisi bahan organik yang mengandung nitrogen, tergantung pada faktor lingkungan yang menguntungkan, endapan alami mineral yang mengandung nitrogen, misalnya, "Chile nitrat" (natrium nitrat dengan senyawa pengotor lainnya), sendawa Norwegia, India.
Siklus nitrogen di alam
Siklus nitrogen di alam
Fiksasi nitrogen atmosfer di alam terjadi dalam dua arah utama - abiogenik dan biogenik. Rute pertama terutama melibatkan reaksi nitrogen dengan oksigen. Karena nitrogen secara kimiawi cukup lembam, sejumlah besar energi (suhu tinggi) diperlukan untuk oksidasi. Kondisi ini dicapai selama pelepasan petir, ketika suhu mencapai 25.000 °C atau lebih. Dalam hal ini, pembentukan berbagai nitrogen oksida terjadi. Ada juga kemungkinan bahwa fiksasi abiotik terjadi sebagai akibat dari reaksi fotokatalitik pada permukaan semikonduktor atau dielektrik broadband (pasir gurun).
Namun, bagian utama dari molekul nitrogen (sekitar 1,4·10 8 t/tahun) difiksasi secara biotik. Untuk waktu yang lama diyakini bahwa hanya sejumlah kecil spesies mikroorganisme (walaupun tersebar luas di permukaan bumi) yang dapat mengikat molekul nitrogen: bakteri Azotobacter dan Klostridium, bakteri bintil tanaman polong-polongan Rhizobium, cyanobacteria anabaena, Nostoc dan lain-lain Sekarang diketahui bahwa banyak organisme lain di air dan tanah memiliki kemampuan ini, misalnya actinomycetes pada umbi alder dan pohon lainnya (total 160 spesies). Semuanya mengubah molekul nitrogen menjadi senyawa amonium (NH 4 +). Proses ini membutuhkan sejumlah besar energi (untuk memperbaiki 1 g nitrogen atmosfer, bakteri dalam bintil polong menghabiskan sekitar 167,5 kJ, yaitu, mereka mengoksidasi sekitar 10 g glukosa). Dengan demikian, saling menguntungkan dari simbiosis tanaman dan bakteri pengikat nitrogen terlihat - yang pertama memberi yang terakhir "tempat tinggal" dan memasok "bahan bakar" yang diperoleh sebagai hasil fotosintesis - glukosa, yang terakhir menyediakan nitrogen diperlukan untuk tanaman dalam bentuk yang mereka asimilasi.
Nitrogen dalam bentuk senyawa amonia dan amonium, diperoleh dalam proses fiksasi nitrogen biogenik, dengan cepat dioksidasi menjadi nitrat dan nitrit (proses ini disebut nitrifikasi). Yang terakhir, tidak terikat oleh jaringan tanaman (dan selanjutnya di sepanjang rantai makanan oleh herbivora dan predator), tidak tinggal lama di tanah. Kebanyakan nitrat dan nitrit sangat larut, oleh karena itu, mereka tersapu oleh air dan akhirnya memasuki lautan dunia (aliran ini diperkirakan 2,5-8·10 7 t/tahun).
Nitrogen yang termasuk dalam jaringan tumbuhan dan hewan, setelah kematiannya, mengalami amonifikasi (penguraian senyawa kompleks yang mengandung nitrogen dengan pelepasan ion amonia dan amonium) dan denitrifikasi, yaitu pelepasan atom nitrogen, serta oksidanya. . Proses ini sepenuhnya disebabkan oleh aktivitas mikroorganisme dalam kondisi aerob dan anaerob.
Dengan tidak adanya aktivitas manusia, proses fiksasi nitrogen dan nitrifikasi hampir sepenuhnya seimbang dengan reaksi denitrifikasi yang berlawanan. Sebagian dari nitrogen memasuki atmosfer dari mantel dengan letusan gunung berapi, sebagian menempel kuat di tanah dan mineral tanah liat, di samping itu, nitrogen terus-menerus bocor dari lapisan atas atmosfer ke ruang antarplanet.
Toksikologi nitrogen dan senyawanya
Dengan sendirinya, nitrogen atmosfer cukup lembam untuk memiliki efek langsung pada tubuh manusia dan mamalia. Namun, pada tekanan tinggi, itu menyebabkan anestesi, keracunan atau mati lemas (dengan kekurangan oksigen); dengan penurunan tekanan yang cepat, nitrogen menyebabkan penyakit dekompresi.
Banyak senyawa nitrogen sangat aktif dan seringkali beracun.
Resi
Di laboratorium, dapat diperoleh dengan reaksi dekomposisi amonium nitrit:
NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O
Reaksinya eksotermis, melepaskan 80 kkal (335 kJ), sehingga pendinginan bejana diperlukan selama berlangsungnya (walaupun amonium nitrit harus dipanaskan untuk memulai reaksi).
Dalam prakteknya, reaksi ini dilakukan dengan menambahkan tetes demi tetes larutan jenuh natrium nitrit ke dalam larutan jenuh amonium sulfat yang dipanaskan, sedangkan amonium nitrit yang terbentuk sebagai hasil reaksi pertukaran langsung terurai.
Gas yang dilepaskan dalam kasus ini terkontaminasi dengan amonia, oksida nitrat (I) dan oksigen, yang darinya dimurnikan dengan melewati larutan asam sulfat, besi (II) sulfat, dan di atas tembaga panas secara berurutan. Nitrogen kemudian dikeringkan.
Metode laboratorium lain untuk memperoleh nitrogen adalah dengan memanaskan campuran kalium dikromat dan amonium sulfat (dengan perbandingan 2:1 berat). Reaksi berjalan sesuai dengan persamaan:
K 2 Cr 2 O 7 + (NH 4) 2 SO 4 = (NH 4) 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 → (t) Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O
Nitrogen paling murni dapat diperoleh dengan dekomposisi azida logam:
2NaN 3 →(t) 2Na + 3N 2
Apa yang disebut nitrogen "udara", atau "atmosfer", yaitu campuran nitrogen dengan gas mulia, diperoleh dengan mereaksikan udara dengan kokas panas:
O 2 + 4N 2 + 2C → 2CO + 4N 2
Dalam hal ini, apa yang disebut "generator", atau "udara" gas diperoleh - bahan baku untuk sintesis kimia dan bahan bakar. Jika perlu, nitrogen dapat dipisahkan darinya dengan menyerap karbon monoksida.
Nitrogen molekuler diproduksi secara industri dengan distilasi fraksional udara cair. Metode ini juga dapat digunakan untuk mendapatkan "nitrogen atmosfer". Tanaman nitrogen juga banyak digunakan, yang menggunakan metode adsorpsi dan pemisahan gas membran.
Salah satu metode laboratorium adalah melewatkan amonia di atas tembaga (II) oksida pada suhu ~700 °C:
2NH 3 + 3CuO → N 2 + 3H 2 O + 3Cu
Amonia diambil dari larutan jenuhnya dengan pemanasan. Jumlah CuO adalah 2 kali lebih banyak dari yang dihitung. Segera sebelum digunakan, nitrogen dimurnikan dari pengotor oksigen dan amonia dengan melewatkan tembaga dan oksidanya (II) (juga ~700 °C), kemudian dikeringkan dengan asam sulfat pekat dan alkali kering. Prosesnya agak lambat, tetapi sepadan: gasnya sangat murni.
Properti
Properti fisik
Spektrum emisi garis optik nitrogen
Dalam kondisi normal, nitrogen adalah gas tidak berwarna, tidak berbau, sedikit larut dalam air (2,3 ml/100g pada 0 °C, 0,8 ml/100g pada 80 °C).
Dalam keadaan cair (titik didih -195.8 ° C) - tidak berwarna, bergerak, seperti air, cair. Setelah kontak dengan udara, ia menyerap oksigen darinya.
Pada -209,86 °C, nitrogen membeku sebagai massa seperti salju atau kristal putih salju besar. Setelah kontak dengan udara, ia menyerap oksigen darinya, sambil meleleh, membentuk larutan oksigen dalam nitrogen.
Tiga modifikasi kristal nitrogen padat telah diketahui. Pada rentang 36,61 - 63,29 K, terdapat fasa -N 2 dengan kemasan rapat heksagonal, grup ruang P6 3 /mmc, parameter kisi a=3,93 dan c=6,50 . Pada suhu di bawah 36,61 K, fase -N 2 dengan kisi kubik stabil, memiliki grup ruang Pa3 atau P2 1 3 dan periode a=5,660 . Di bawah tekanan lebih dari 3500 atmosfer dan suhu di bawah 83 K, fase heksagonal -N 2 terbentuk.
Sifat kimia, struktur molekul
Nitrogen dalam keadaan bebas ada dalam bentuk molekul diatomik N 2, konfigurasi elektroniknya dijelaskan oleh rumus s ²σ s *2 x, y 4 z ², yang sesuai dengan ikatan rangkap tiga antara molekul nitrogen N N (panjang ikatan d N≡N = 0.1095 nm). Akibatnya, molekul nitrogen sangat kuat, untuk reaksi disosiasi N2 2N entalpi spesifik pembentukan H° 298 =945 kJ, konstanta laju reaksi K 298 =10 -120, yaitu, disosiasi molekul nitrogen dalam kondisi normal praktis tidak terjadi (keseimbangan hampir sepenuhnya bergeser ke kiri). Molekul nitrogen adalah non-polar dan terpolarisasi lemah, gaya interaksi antar molekul sangat lemah, oleh karena itu, dalam kondisi normal, nitrogen berbentuk gas.
Bahkan pada 3000 °C, derajat disosiasi termal N2 hanya 0,1%, dan hanya pada suhu sekitar 5000 °C mencapai beberapa persen (pada tekanan normal). Di lapisan atmosfer yang tinggi, terjadi disosiasi fotokimia dari molekul N2. Di bawah kondisi laboratorium, atom nitrogen dapat diperoleh dengan melewatkan gas N 2 di bawah vakum kuat melalui medan pelepasan listrik frekuensi tinggi. Nitrogen atomik jauh lebih aktif daripada nitrogen molekuler: khususnya, pada suhu biasa ia bereaksi dengan belerang, fosfor, arsenik dan sejumlah logam, misalnya, co.
Karena kekuatan molekul nitrogen yang tinggi, banyak senyawanya bersifat endotermik, entalpi pembentukannya negatif, dan senyawa nitrogen tidak stabil secara termal dan agak mudah terurai ketika dipanaskan. Itulah sebabnya nitrogen di Bumi sebagian besar dalam keadaan bebas.
Karena kelembamannya yang signifikan, nitrogen dalam kondisi normal hanya bereaksi dengan litium:
6Li + N 2 → 2Li 3 N,
ketika dipanaskan, ia bereaksi dengan beberapa logam dan non-logam lain, juga membentuk nitrida:
3Mg + N 2 → Mg 3 N 2,
Hidrogen nitrida (amonia) memiliki kepentingan praktis terbesar:
Fiksasi industri nitrogen atmosfer
Senyawa nitrogen sangat banyak digunakan dalam kimia, bahkan tidak mungkin untuk membuat daftar semua area di mana zat yang mengandung nitrogen digunakan: ini adalah industri pupuk, bahan peledak, pewarna, obat-obatan, dan sebagainya. Meskipun sejumlah besar nitrogen tersedia dalam arti harfiah dari kata "dari udara", karena kekuatan molekul nitrogen N2 yang dijelaskan di atas, masalah memperoleh senyawa yang mengandung nitrogen dari udara tetap tidak terpecahkan untuk waktu yang lama; sebagian besar senyawa nitrogen diekstraksi dari mineralnya, seperti sendawa Chili. Namun, pengurangan cadangan mineral ini, serta pertumbuhan permintaan senyawa nitrogen, membuatnya perlu untuk mempercepat pekerjaan fiksasi industri nitrogen atmosfer.
Metode amonia yang paling umum untuk mengikat nitrogen atmosfer. Reaksi sintesis amonia reversibel:
3H 2 + N 2 2NH 3
eksotermik (efek termal 92 kJ) dan berjalan dengan penurunan volume, oleh karena itu, untuk menggeser kesetimbangan ke kanan, sesuai dengan prinsip Le Chatelier-Brown, perlu untuk mendinginkan campuran dan tekanan tinggi. Namun, dari sudut pandang kinetik, menurunkan suhu tidak menguntungkan, karena ini sangat mengurangi laju reaksi - bahkan pada 700 °C, laju reaksi terlalu rendah untuk penggunaan praktisnya.
Dalam kasus seperti itu, katalisis digunakan, karena katalis yang sesuai memungkinkan laju reaksi ditingkatkan tanpa menggeser kesetimbangan. Dalam mencari katalis yang cocok, sekitar dua puluh ribu senyawa yang berbeda dicoba. Dalam hal kombinasi sifat (aktivitas katalitik, ketahanan terhadap keracunan, biaya rendah), katalis berdasarkan besi logam dengan pengotor aluminium dan kalium oksida telah menerima penggunaan terbesar. Proses ini dilakukan pada suhu 400-600°C dan tekanan 10-1000 atmosfer.
Perlu dicatat bahwa pada tekanan di atas 2000 atmosfer, sintesis amonia dari campuran hidrogen dan nitrogen berlangsung dengan kecepatan tinggi dan tanpa katalis. Misalnya, pada 850 °C dan 4500 atmosfer, hasil produk adalah 97%.
Ada metode lain yang kurang umum untuk pengikatan industri nitrogen atmosfer - metode sianamida, berdasarkan reaksi kalsium karbida dengan nitrogen pada 1000 ° C. Reaksi terjadi menurut persamaan:
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C.
Reaksinya eksotermik, efek termalnya adalah 293 kJ.
Sekitar 1·10 6 ton nitrogen diambil dari atmosfer bumi setiap tahun dengan cara industri. Proses mendapatkan nitrogen dijelaskan secara rinci di sini GRASYS
Senyawa nitrogen
Bilangan oksidasi nitrogen dalam senyawa 3, 2, 1, +1, +2, +3, +4, +5.Senyawa nitrogen dalam keadaan oksidasi 3 diwakili oleh nitrida, di mana amonia praktis paling penting;
Senyawa nitrogen dalam keadaan oksidasi -2 kurang khas, diwakili oleh pernitrida, di mana hidrogen pernitrida yang paling penting adalah N2H4 atau hidrazin (ada juga hidrogen pernitrida yang sangat tidak stabil N2H2, diimida);
Senyawa nitrogen dalam keadaan oksidasi -1 NH2OH (hidroksilamina) - basa tidak stabil yang digunakan, bersama dengan garam hidroksilamonium, dalam sintesis organik;
Senyawa nitrogen dalam keadaan oksidasi +1 nitric oxide (I) N2O (nitrous oxide, gas tertawa);
Senyawa nitrogen dalam keadaan oksidasi +2 oksida nitrat (II) NO (nitrogen monoksida);
Senyawa nitrogen dalam keadaan oksidasi +3 oksida nitrat (III) N2O3, asam nitrat, turunan dari anion NO2-, nitrogen trifluorida NF3;
Senyawa nitrogen dalam keadaan oksidasi +4 oksida nitrat (IV) NO2 (nitrogen dioksida, gas coklat);
Senyawa nitrogen dalam keadaan oksidasi +5 - oksida nitrat (V) N2O5, asam nitrat dan garamnya - nitrat, dll.
Penggunaan dan aplikasi
Nitrogen cair dengan titik didih rendah dalam gelas logam.
Nitrogen cair digunakan sebagai pendingin dan untuk cryotherapy.
Aplikasi industri gas nitrogen adalah karena sifat inertnya. Nitrogen gas tahan api dan ledakan, mencegah oksidasi, pembusukan. Dalam industri petrokimia, nitrogen digunakan untuk membersihkan tangki dan saluran pipa, menguji pengoperasian saluran pipa di bawah tekanan, dan meningkatkan produksi endapan. Dalam pertambangan, nitrogen dapat digunakan untuk menciptakan lingkungan yang tahan ledakan di tambang, untuk memecahkan lapisan batuan. Dalam manufaktur elektronik, nitrogen digunakan untuk membersihkan area di mana oksigen pengoksidasi tidak dapat hadir. Jika oksidasi atau pembusukan merupakan faktor negatif dalam proses yang secara tradisional menggunakan udara, nitrogen dapat berhasil menggantikan udara.
Bidang penting penerapan nitrogen adalah penggunaannya untuk sintesis lebih lanjut dari berbagai macam senyawa yang mengandung nitrogen, seperti amonia, pupuk nitrogen, bahan peledak, pewarna, dll. Sejumlah besar nitrogen digunakan dalam produksi kokas ("pendinginan kokas kering ”) selama pembongkaran kokas dari baterai oven kokas, serta untuk "memeras" bahan bakar dalam roket dari tangki ke pompa atau mesin.
Dalam industri makanan, nitrogen terdaftar sebagai bahan tambahan makanan. E941, sebagai media gas untuk pengemasan dan penyimpanan, zat pendingin, dan nitrogen cair digunakan saat pembotolan minyak dan minuman non-karbonasi untuk menciptakan tekanan berlebih dan atmosfer lembam dalam wadah lunak.
Nitrogen cair sering ditampilkan dalam film sebagai zat yang mampu membekukan benda yang cukup besar secara instan. Ini adalah kesalahan yang tersebar luas. Bahkan membekukan bunga membutuhkan waktu lama. Hal ini sebagian disebabkan oleh kapasitas panas nitrogen yang sangat rendah. Untuk alasan yang sama, sangat sulit untuk mendinginkan, katakanlah, mengunci hingga -196 ° C dan memecahkannya dengan satu pukulan.
Satu liter nitrogen cair, menguap dan memanas hingga 20 ° C, membentuk sekitar 700 liter gas. Untuk alasan ini, nitrogen cair disimpan dalam Dewar berisolasi vakum tipe terbuka khusus atau bejana tekan kriogenik. Prinsip memadamkan api dengan nitrogen cair didasarkan pada fakta yang sama. Menguap, nitrogen menggantikan oksigen yang diperlukan untuk pembakaran, dan api berhenti. Karena nitrogen, tidak seperti air, busa atau bubuk, hanya menguap dan hilang, pemadam api nitrogen adalah mekanisme pemadam kebakaran yang paling efektif dalam hal pelestarian barang berharga.
Membekukan nitrogen cair makhluk hidup dengan kemungkinan pencairan berikutnya adalah masalah. Masalahnya terletak pada ketidakmampuan untuk membekukan (dan mencairkan) makhluk itu cukup cepat sehingga heterogenitas pembekuan tidak mempengaruhi fungsi vitalnya. Stanislav Lem, berfantasi tentang topik ini dalam buku "Fiasco", muncul dengan sistem pembekuan nitrogen darurat, di mana selang nitrogen, merobohkan gigi, menempel di mulut astronot dan aliran nitrogen yang berlimpah disuplai ke dalamnya.
Penandaan silinder
Silinder nitrogen dicat hitam, harus memiliki tulisan kuning dan garis coklat (norma
Salju belum sepenuhnya mencair, dan pemilik daerah pinggiran kota yang gelisah sudah terburu-buru untuk menilai ruang lingkup pekerjaan di kebun. Dan benar-benar ada banyak yang harus dilakukan di sini. Dan, mungkin, hal terpenting untuk dipikirkan di awal musim semi adalah bagaimana melindungi taman Anda dari penyakit dan hama. Tukang kebun yang berpengalaman tahu bahwa proses ini tidak dapat dibiarkan begitu saja, dan menunda serta menunda waktu pemrosesan untuk nanti dapat secara signifikan mengurangi hasil dan kualitas buah.
Pai ikan dan keju kalengan adalah ide makan siang atau makan malam sederhana untuk menu harian atau Minggu. Pai ini dirancang untuk keluarga kecil yang terdiri dari 4-5 orang dengan nafsu makan sedang. Kue ini memiliki semuanya sekaligus - ikan, kentang, keju, dan kerak adonan yang renyah, secara umum, hampir seperti pizza calzone tertutup, hanya lebih enak dan lebih sederhana. Ikan kalengan bisa apa saja - makarel, saury, salmon merah muda atau sarden, pilih sesuai selera Anda. Pai ini juga disiapkan dengan ikan rebus.
Ara, ara, pohon ara - ini semua adalah nama dari tanaman yang sama, yang sangat kami kaitkan dengan kehidupan Mediterania. Siapa pun yang pernah mencicipi buah ara pasti tahu betapa lezatnya itu. Tapi, selain rasa manis yang lembut, mereka juga sangat sehat. Dan inilah detail yang menarik: ternyata buah ara adalah tanaman yang benar-benar bersahaja. Selain itu, dapat berhasil ditanam di plot di jalur tengah atau di rumah - dalam wadah.
Sup krim lezat dengan makanan laut disiapkan hanya dalam waktu kurang dari satu jam, ternyata empuk dan lembut. Pilih seafood sesuai selera dan dompet, bisa sea cocktail, king prawn, dan cumi-cumi. Saya memasak sup dengan udang besar dan kerang dalam cangkang. Pertama, sangat enak, dan kedua, indah. Jika Anda memasak untuk makan malam atau makan siang yang meriah, maka kerang dalam cangkang dan udang besar yang tidak dikupas terlihat menggugah selera dan cantik di piring.
Cukup sering, bahkan penghuni musim panas yang berpengalaman menghadapi kesulitan dalam menanam bibit tomat. Untuk beberapa, semua bibit menjadi memanjang dan lemah, untuk yang lain, mereka tiba-tiba mulai jatuh dan mati. Masalahnya adalah sulit untuk mempertahankan kondisi ideal untuk menanam bibit di apartemen. Bibit tanaman apa pun perlu menyediakan banyak cahaya, kelembaban yang cukup, dan suhu optimal. Apa lagi yang perlu Anda ketahui dan amati saat menanam bibit tomat di apartemen?
Varietas tomat dari seri Altai sangat populer di kalangan tukang kebun karena rasanya yang manis dan lembut, lebih mengingatkan pada rasa buah daripada sayuran. Ini adalah tomat besar, berat setiap buah rata-rata 300 gram. Tapi ini bukan batasnya, ada tomat yang lebih besar. Bubur tomat ini dicirikan oleh rasa juicy dan daging dengan sedikit sifat manis mulut yang menyenangkan. Anda dapat menanam tomat yang sangat baik dari seri Altai dari biji Agrosuccess.
Selama bertahun-tahun, lidah buaya telah menjadi tanaman hias yang paling diremehkan. Dan ini tidak mengherankan, karena penyebaran luas lidah buaya pada abad terakhir telah menyebabkan fakta bahwa semua orang telah melupakan jenis lain dari sukulen yang menakjubkan ini. Lidah buaya terutama merupakan tanaman hias. Dan dengan pilihan jenis dan variasi yang tepat, ia dapat mengungguli pesaing mana pun. Dalam florarium yang modis dan dalam pot biasa, lidah buaya adalah tanaman yang kuat, indah, dan berumur panjang.
Vinaigrette lezat dengan apel dan asinan kubis - salad vegetarian dari sayuran dan buah-buahan yang direbus dan didinginkan, mentah, diasinkan, diasinkan. Namanya berasal dari saus Perancis yang terbuat dari cuka, minyak zaitun dan mustard (vinaigrette). Vinaigrette muncul dalam masakan Rusia belum lama ini, sekitar awal abad ke-19, mungkin resepnya dipinjam dari masakan Austria atau Jerman, karena bahan untuk salad herring Austria sangat mirip.
Ketika kita melamun menyentuh kantong benih cerah di tangan kita, kadang-kadang kita secara tidak sadar yakin bahwa kita memiliki prototipe tanaman masa depan. Kami secara mental mengalokasikan tempat untuknya di taman bunga dan menantikan hari yang berharga dari kemunculan kuncup pertama. Namun, membeli benih tidak selalu menjamin bahwa Anda pada akhirnya akan mendapatkan bunga yang diinginkan. Saya ingin menarik perhatian pada alasan mengapa benih tidak bertunas atau mati pada awal perkecambahan.
Musim semi akan datang dan penghuni musim panas memiliki kekhawatiran tentang bagaimana menanam bibit yang baik. Banyak menanam bibit tomat, lada, mentimun. Apa yang perlu dilakukan agar bibit berkualitas tinggi dengan sistem akar dan bagian udara yang berkembang? Pertama-tama, pilih varietas atau hibrida yang tepat untuk ditanam di lapangan terbuka atau rumah kaca. Baca baik-baik informasi pada kemasan benih, perhatikan tanggal kadaluarsa, apakah benih sudah diberi disinfektan atau belum.
Musim semi akan datang, dan tukang kebun memiliki lebih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, dan dengan timbulnya panas, perubahan di taman terjadi dengan cepat. Tunas sudah mulai membengkak pada tanaman yang masih tidur kemarin, semuanya benar-benar hidup di depan mata kita. Setelah musim dingin yang panjang, ini tidak bisa tidak bersukacita. Tetapi seiring dengan taman, masalahnya menjadi hidup - hama dan patogen. Kumbang, kumbang bunga, kutu daun, clasterosporiasis, maniliasis, keropeng, embun tepung - Anda dapat membuat daftar untuk waktu yang sangat lama.
Sarapan roti panggang dengan alpukat dan salad telur adalah awal yang baik untuk hari ini. Salad telur dalam resep ini berfungsi sebagai saus kental yang dibumbui dengan sayuran segar dan udang. Salad telur saya sangat tidak biasa, ini adalah versi diet dari camilan favorit semua orang - dengan keju Feta, yogurt Yunani, dan kaviar merah. Jika Anda punya waktu di pagi hari, jangan pernah menyangkal kenikmatan memasak sesuatu yang enak dan sehat. Hari harus dimulai dengan emosi positif!
Mungkin setiap wanita setidaknya pernah menerima bunga anggrek yang sedang mekar sebagai hadiah. Tidak mengherankan, karena karangan bunga yang semarak itu terlihat luar biasa dan mekar untuk waktu yang lama. Anggrek tidak bisa disebut tanaman dalam ruangan yang sangat sulit untuk tumbuh, tetapi tidak memenuhi persyaratan utama untuk pemeliharaannya sering menyebabkan hilangnya bunga. Jika Anda baru mulai berkenalan dengan anggrek dalam ruangan, Anda harus menemukan jawaban yang tepat untuk pertanyaan utama tentang menanam tanaman cantik ini di rumah.
Kue keju yang subur dengan biji poppy dan kismis, disiapkan sesuai resep ini, dimakan di keluarga saya dalam sekejap mata. Cukup manis, montok, empuk, dengan kerak yang menggugah selera, tanpa minyak berlebih, singkatnya, persis sama dengan ibu atau nenek yang digoreng di masa kecil. Jika kismisnya sangat manis, maka gula pasir tidak bisa ditambahkan sama sekali, tanpa gula, kue keju akan lebih enak digoreng dan tidak akan pernah gosong. Masak dalam wajan yang dipanaskan dengan baik, diolesi minyak, di atas api kecil dan tanpa penutup!
Nitrogen (N 2) ditemukan oleh J. Priestley pada tahun 1774. Nama "nitrogen" dalam bahasa Yunani berarti "tak bernyawa". Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa nitrogen tidak mendukung proses pembakaran dan respirasi. Tetapi untuk semua proses kehidupan dasar tumbuhan dan organisme hidup, nitrogen sangat penting.
Karakteristik elemen
7 N 1s 2 2s 2 2p 3
Isotop: 14 N (99,635%); 15 N (0,365%)
Clark di kerak bumi 0,01% berat. Di atmosfer, 78,09% volume (75,6% massa). Nitrogen merupakan bagian dari makhluk hidup (protein, asam nukleat, dan bahan organik lainnya). Di hidrosfer, nitrogen hadir dalam bentuk nitrat (NO 3). Atom nitrogen adalah yang ke-5 paling melimpah di alam semesta.
Zat anorganik yang paling penting mengandung N.
Nitrogen (molekul) gratis
Atom nitrogen saling berhubungan oleh tiga ikatan kovalen non-polar: salah satunya adalah ikatan sigma, 2 adalah ikatan pi. Energi putusnya sangat tinggi.
Properti fisik
Pada suhu dan tekanan atmosfer normal, N2 adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, sedikit lebih ringan dari udara, sangat sukar larut dalam air. Ini dipindahkan ke keadaan cair dengan kesulitan besar (Tbp -196 "C). Nitrogen cair memiliki panas penguapan yang tinggi dan digunakan untuk membuat suhu rendah (refrigeran).
Bagaimana untuk mendapatkan
Nitrogen terdapat di udara dalam keadaan bebas, sehingga cara industri untuk memperolehnya adalah dengan memisahkan campuran udara (rektifikasi udara cair).
Dalam kondisi laboratorium, sejumlah kecil nitrogen dapat diperoleh dengan cara berikut:
1. Melewati udara di atas tembaga panas, yang menyerap oksigen karena reaksi: 2Cu + O 2 \u003d 2CiO. Yang tersisa adalah nitrogen dengan pengotor gas inert.
2. Dekomposisi redoks beberapa garam amonium:
NH 4 NO 2 \u003d N 2 + 2H 2 O
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O
3. Oksidasi amonia dan garam amonium:
4NH 3 + 3O 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O
8NH 3 + ZBr 2 = N 2 + 6NH 4 Br
NH 4 Cl + NaNO 2 \u003d N 2 + NaCl + 2H 2 O
Sifat kimia
Nitrogen molekuler adalah zat inert secara kimia karena stabilitas molekul N2 yang sangat tinggi. Hanya reaksi kombinasi dengan logam yang berjalan lebih atau kurang mudah. Dalam semua kasus lain, untuk memulai dan mempercepat reaksi, perlu menggunakan suhu tinggi, percikan pelepasan listrik, radiasi pengion, katalis (Fe, Cr, V, Ti dan senyawanya).
Reaksi dengan zat pereduksi (N 2 - zat pengoksidasi)
1. Interaksi dengan logam:
Reaksi pembentukan alkali dan alkali tanah nitrida Me berlangsung baik dengan nitrogen murni dan selama pembakaran logam di udara
N 2 + 6Li = 2Li 3 N
N 2 + 6Cs = 2Cs 3 N
N 2 + 3Mg \u003d Mg 3 N 2
2. Interaksi dengan hidrogen (reaksi ini sangat penting secara praktis):
N 2 + ZN 2 \u003d 2NH 3 amonia
3. Interaksi dengan silikon dan karbon
2N 2 + 3Si \u003d Si 3 N 4 silikon (IV) nitrida
N 2 + 2C \u003d (CN) 2 dicyano
2N 2 + 5C + 2Na 2 CO 3 \u003d 4NaCN + 3CO 2 natrium sianida
Reaksi dengan zat pengoksidasi (N 2 - zat pereduksi)
Reaksi-reaksi ini tidak berlangsung dalam kondisi normal. Nitrogen tidak berinteraksi langsung dengan fluor dan halogen lainnya, tetapi reaksi dengan oksigen terjadi pada suhu pelepasan percikan listrik:
N 2 + O 2 \u003d 2NO
Reaksinya sangat reversibel; garis lurus mengalir dengan penyerapan panas (endotermik).
Nitrogen (English Nitrogen, French Azote, German Stickstoff) ditemukan hampir bersamaan oleh beberapa peneliti. Cavendish memperoleh nitrogen dari udara (1772), melewati yang terakhir melalui batubara panas, dan kemudian melalui larutan alkali untuk menyerap karbon dioksida. Cavendish tidak memberikan nama khusus untuk gas baru, menyebutnya sebagai udara mephitic (lat. - mephitis - mencekik atau penguapan berbahaya dari bumi). Secara resmi, penemuan nitrogen biasanya dikaitkan dengan Rutherford, yang pada tahun 1772 menerbitkan disertasinya "Pada udara tetap, atau disebut mencekik", di mana beberapa sifat kimia nitrogen pertama kali dijelaskan. Pada tahun yang sama, Scheele menerima nitrogen dari udara atmosfer dengan cara yang sama seperti Cavendish. Dia menyebut gas baru udara rusak (Verdorbene Luft). Priestley (1775) menyebut udara berphlogisticated nitrogen (Air phlogisticated). Lavoisier pada tahun 1776-1777 mempelajari secara rinci komposisi udara atmosfer dan menemukan bahwa 4/5 volumenya terdiri dari gas yang menyebabkan sesak napas (Air mofette).
Lavoisier mengusulkan untuk memberi nama unsur "nitrogen" dari awalan negatif Yunani "a" dan kata untuk kehidupan "zoe", menekankan ketidakmampuannya untuk mempertahankan respirasi. Pada tahun 1790, nama "nitrogen" (nitrogen - "pembentuk sendawa") diusulkan untuk nitrogen, yang kemudian menjadi dasar untuk nama internasional elemen (Nitrogenium) dan simbol untuk nitrogen - N.
Berada di alam, mendapatkan:
Nitrogen terjadi di alam terutama dalam keadaan bebas. Di udara, fraksi volumenya adalah 78,09%, dan fraksi massanya adalah 75,6%. Senyawa nitrogen ditemukan dalam jumlah kecil di tanah. Nitrogen merupakan penyusun protein dan banyak senyawa organik alami. Kandungan nitrogen total di kerak bumi adalah 0,01%.
Atmosfer mengandung sekitar 4 kuadriliun (4 10 15) ton nitrogen, dan sekitar 20 triliun (20 10 12) ton di lautan. Bagian yang tidak signifikan dari jumlah ini - sekitar 100 miliar ton - setiap tahun terikat dan termasuk dalam komposisi organisme hidup. Dari 100 miliar ton nitrogen terikat ini, hanya 4 miliar ton yang ditemukan di jaringan tumbuhan dan hewan - sisanya terakumulasi dalam mikroorganisme pengurai dan akhirnya kembali ke atmosfer.
Dalam teknologi, nitrogen diperoleh dari udara. Untuk mendapatkan nitrogen, udara dipindahkan ke keadaan cair, dan kemudian nitrogen dipisahkan dari oksigen yang kurang mudah menguap dengan penguapan (t bale N 2 \u003d -195.8 ° , t bale O 2 \u003d -183 ° )
Dalam kondisi laboratorium, nitrogen murni dapat diperoleh dengan menguraikan amonium nitrit atau dengan mencampurkan larutan amonium klorida dan natrium nitrit saat dipanaskan:
NH 4 NO 2 N 2 + 2H 2 O; NH 4 Cl + NaNO 2 NaCl + N 2 + 2H 2 O.
Properti fisik:
Nitrogen alami terdiri dari dua isotop: 14 N dan 15 N. Dalam kondisi normal, nitrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, sedikit lebih ringan dari udara, sukar larut dalam air (15,4 ml nitrogen larut dalam 1 liter air, oksigen - 31ml). Pada -195.8°C, nitrogen berubah menjadi cairan tidak berwarna, dan pada -210.0°C, menjadi padatan putih. Dalam keadaan padat, itu ada dalam bentuk dua modifikasi polimorfik: di bawah -237,54 ° C, bentuk stabil dengan kisi kubik, di atas - dengan heksagonal.
Energi ikat atom dalam molekul nitrogen sangat tinggi dan berjumlah 941,6 kJ/mol. Jarak antara pusat atom dalam suatu molekul adalah 0,110 nm. Molekul N2 bersifat diamagnetik. Hal ini menunjukkan bahwa ikatan antara atom nitrogen adalah rangkap tiga.
Densitas gas nitrogen pada 0°C 1.25046 g/dm 3
Sifat kimia:
Dalam kondisi normal, nitrogen adalah zat kimia yang tidak aktif karena ikatan kovalen yang kuat. Dalam kondisi normal, ia hanya bereaksi dengan litium, membentuk nitrida: 6Li + N 2 = 2Li 3 N
Dengan peningkatan suhu, aktivitas nitrogen molekul meningkat, sementara itu dapat menjadi zat pengoksidasi (dengan hidrogen, logam) dan zat pereduksi (dengan oksigen, fluor). Ketika dipanaskan, pada tekanan tinggi dan dengan adanya katalis, nitrogen bereaksi dengan hidrogen membentuk amonia: N 2 + 3H 2 = 2NH 3
Nitrogen bergabung dengan oksigen hanya dalam busur listrik untuk membentuk oksida nitrat (II): N 2 + O 2 \u003d 2NO
Dalam pelepasan listrik, reaksi dengan fluor juga dimungkinkan: N 2 + 3F 2 \u003d 2NF 3
Koneksi yang paling penting:
Nitrogen mampu membentuk senyawa kimia, berada di semua keadaan oksidasi dari +5 hingga -3. Nitrogen membentuk senyawa dalam keadaan oksidasi positif dengan fluor dan oksigen, dan dalam keadaan oksidasi lebih besar dari +3, nitrogen hanya dapat ditemukan dalam senyawa dengan oksigen.
Amonia, NH 3 - gas tidak berwarna dengan bau menyengat, mudah larut dalam air ("amonia"). Amonia memiliki sifat dasar, berinteraksi dengan air, hidrogen halida, asam:
NH 3 + H 2 O NH 3 * H 2 O NH 4 + + OH - ; NH 3 + HCl = NH 4 Cl
Salah satu ligan khas dalam senyawa kompleks: Cu(OH) 2 + 4NH 3 = (OH) 2 (ungu, p-rim)
Reduktor: 2NH 3 + 3CuO 3Cu + N 2 + 3H 2 O.
Hidrazin- N 2 H 4 (hidrogen pernitrida), ...
Hidroksilamina- NH2OH, ...
Oksida nitrat (I), N 2 O (nitrogen oksida, gas tertawa). ...
Oksida nitrat(II), NO adalah gas tidak berwarna, tidak berbau, sedikit larut dalam air, tidak membentuk garam. Di laboratorium, mereka diperoleh dengan mereaksikan tembaga dan asam nitrat encer:
3Cu + 8HNO 3 \u003d 3Cu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.
Dalam industri, itu diperoleh dengan oksidasi katalitik amonia dalam produksi asam nitrat:
4NH 3 + 5O 2 4NO + 6 H 2 O
Mudah teroksidasi menjadi oksida nitrat (IV): 2NO + O 2 = 2NO 2
Oksida nitrat(III), ??? ...
...
asam nitrat, ??? ...
...
Nitrit, ??? ...
...
Oksida nitrat (IV), NO 2 - gas coklat beracun, memiliki bau khas, larut dengan baik dalam air, sambil memberikan dua asam, nitrat dan nitrat: H 2 O + NO 2 \u003d HNO 2 + HNO 3
Setelah pendinginan, berubah menjadi dimer tidak berwarna: 2NO 2 N 2 O 4
Oksida nitrat (V), ??? ...
...
Asam sendawa, HNO 3 - cairan tidak berwarna dengan bau menyengat, t bp = 83°C. Asam kuat, garam - nitrat. Salah satu oksidator terkuat, yang disebabkan oleh adanya atom nitrogen dalam komposisi residu asam dalam keadaan oksidasi tertinggi N +5. Ketika asam nitrat berinteraksi dengan logam, bukan hidrogen yang dilepaskan sebagai produk utama, tetapi berbagai produk reduksi ion nitrat:
Cu + 4HNO 3 (conc) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O;
4Mg + 10HNO 3 (cerdas) = 4Mg (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 5H 2 O.
Nitrat, ??? ...
...
Aplikasi:
Ini banyak digunakan untuk menciptakan lingkungan lembam - mengisi lampu pijar listrik dan ruang kosong dalam termometer merkuri, saat memompa cairan, dalam industri makanan sebagai gas pengemasan. Mereka nitrida permukaan produk baja, nitrida besi terbentuk di lapisan permukaan, yang memberikan baja kekerasan yang lebih besar. Nitrogen cair sering digunakan untuk pendinginan dalam berbagai zat.
Nitrogen penting bagi kehidupan tumbuhan dan hewan, karena merupakan bagian dari zat protein. Nitrogen digunakan dalam jumlah besar untuk menghasilkan amonia. Senyawa nitrogen digunakan dalam produksi pupuk mineral, bahan peledak dan di banyak industri.
L.V. Cherkashin
Universitas Negeri KhF Tyumen, gr. 542 (saya)
Sumber:
- G.P. Khomchenko. Sebuah manual tentang kimia untuk mahasiswa. M., Gelombang baru, 2002.
- SEBAGAI. Egorov, Kimia. Tunjangan-tutor untuk masuk universitas. Rostov-on-Don, Phoenix, 2003.
- Penemuan unsur-unsur dan asal usul nama mereka /
