O nitrogênio é um gás pouco solúvel em água, incolor, inodoro e insípido. Na sua forma livre, o nitrogênio pode ser utilizado em diversas indústrias. Vamos considerar com mais detalhes as indústrias onde o nitrogênio é usado.

Metalurgia

• Durante o recozimento, sinterização com metal em pó.
• Com endurecimento neutro, solda dura.
• Quando a cianetação (o nitrogênio é necessário para proteger metais ferrosos e não ferrosos).
• O nitrogênio também desempenha um papel importante na operação do dispositivo de carregamento em um alto-forno, uma máquina de limpeza de metais.
• Na fábrica de coque.

Química, gás, petróleo

• O nitrogênio gasoso é usado no desenvolvimento de poços. Com sua ajuda, o nível da água nos poços é reduzido. Este método é muito promissor, caracteriza-se pela confiabilidade, bem como pela facilidade de controle e regulagem do processo em uma ampla faixa de pressões e vazões. Com a ajuda do nitrogênio gasoso, poços profundos são rapidamente esvaziados, rápidos e bruscos, ou lenta e suave diminuição da pressão no poço. O nitrogênio fornece drenagem do reservatório e reabastecimento de gás pressurizado, que é necessário para o fluxo de fluido.
• O nitrogênio é usado para criar um ambiente inerte em vários contêineres durante as operações de descarregamento e carregamento. O nitrogênio também é usado para extinguir incêndios, durante o teste e a purga de tubulações.
• O nitrogênio em sua forma pura é utilizado para a síntese de amônia, na produção de fertilizantes do tipo nitrogênio, bem como no processamento de gases associados e na conversão de metano.
• O nitrogênio é usado para reduzir depósitos em refinarias de petróleo, para processar componentes de alta octanagem para aumentar a produtividade das plantas de craqueamento de petróleo.

Combate a incêndios

• O nitrogênio possui propriedades inertes, devido às quais é possível deslocar o oxigênio e evitar a reação de oxidação. A combustão é, de fato, uma oxidação rápida, devido à presença de oxigênio na atmosfera e uma fonte de combustão, que pode ser uma faísca, um arco elétrico ou simplesmente uma reação química com grande quantidade de calor liberada. Ao usar nitrogênio, essa situação pode ser evitada. Se a concentração de nitrogênio no ambiente for de 90%, a ignição não ocorrerá.
• Tanto as plantas estacionárias de nitrogênio quanto as estações móveis de produção de nitrogênio podem efetivamente prevenir incêndios. Com a ajuda deles, a fonte de ignição também pode ser extinta com sucesso.

O remédio

• Em pesquisas em laboratórios, para análises hospitalares.

industria de mineração

• Nas minas de carvão, o nitrogênio também é necessário para o combate a incêndios.

produtos farmacêuticos

• O nitrogênio é usado para embalar, transportar e deslocar oxigênio de uma variedade de tanques de produtos.

indústria alimentícia

• O nitrogênio é necessário para o transbordo, armazenamento, embalagem de produtos alimentícios (especialmente queijos e produtos oleosos e gordurosos, que são oxidados muito rapidamente pelo oxigênio), para aumentar sua vida útil e também para preservar o sabor desses produtos.
• Uma mistura de nitrogênio e dióxido de carbono ajuda a impedir o crescimento de bactérias.
• O nitrogênio, criando um ambiente inerte, permite proteger os alimentos de insetos nocivos.
• O nitrogênio atua como um diluente para criar uma mistura gasosa.

Indústria de papel e celulose

• O nitrogênio é usado em processos de raios catódicos em papel, papelão e até mesmo alguns produtos de madeira para curar revestimentos de verniz. Este método permite reduzir o custo dos fotoiniciadores, bem como reduzir a emissão de compostos voláteis e melhorar a qualidade do processamento.

Assim, existem muitas indústrias onde o nitrogênio é usado. E tudo isso comprova sua versatilidade e relevância.

DEFINIÇÃO

Azoto- o sétimo elemento da tabela periódica. Designação - N do latim "nitrogenium". Localizado no segundo período, grupo VA. Refere-se a não metais. A carga nuclear é 7.

A maior parte do nitrogênio está no estado livre. O nitrogênio livre é o principal componente do ar, que contém 78,2% (vol.) de nitrogênio. Os compostos inorgânicos de nitrogênio não são encontrados na natureza em grandes quantidades, exceto o nitrato de sódio NaNO 3, que forma camadas espessas na costa do Pacífico no Chile. O solo contém pequenas quantidades de nitrogênio, principalmente na forma de sais de ácido nítrico. Mas na forma de compostos orgânicos complexos - proteínas - o nitrogênio faz parte de todos os organismos vivos.

Na forma de uma substância simples, o nitrogênio é um gás incolor, inodoro e muito pouco solúvel em água. É ligeiramente mais leve que o ar: a massa de 1 litro de nitrogênio é de 1,25 g.

Peso atômico e molecular do nitrogênio

A massa atômica relativa de um elemento é a razão entre a massa de um átomo de um dado elemento e 1/12 da massa de um átomo de carbono. A massa atômica relativa é adimensional e é denotada por A r (o índice “r” é a letra inicial da palavra inglesa relativa, que significa “relativa” na tradução). A massa atômica relativa do nitrogênio atômico é 14,0064 amu.

As massas das moléculas, assim como as massas dos átomos, são expressas em unidades de massa atômica. O peso molecular de uma substância é a massa de uma molécula, expressa em unidades de massa atômica. O peso molecular relativo de uma substância é a razão entre a massa de uma molécula de uma dada substância e 1/12 da massa de um átomo de carbono, cuja massa é 12 amu. Sabe-se que a molécula de nitrogênio é diatômica - N 2 . O peso molecular relativo de uma molécula de nitrogênio será igual a:

M r (N 2) \u003d 14,0064 × 2 ≈ 28.

Isótopos de nitrogênio

Na natureza, o nitrogênio existe na forma de dois isótopos estáveis ​​14 N (99,635%) e 15 N (0,365%). Seus números de massa são 14 e 15, respectivamente. O núcleo do isótopo de nitrogênio 14 N contém sete prótons e sete nêutrons, e o isótopo 15 N contém o mesmo número de prótons e seis nêutrons.

Existem quatorze isótopos artificiais de nitrogênio com números de massa de 10 a 13 e de 16 a 25, dos quais o isótopo mais estável é 13 N com meia-vida de 10 minutos.

Íons de nitrogênio

No nível de energia externo do átomo de nitrogênio, existem cinco elétrons que são de valência:

1s 2 2s 2 2p 3 .

A estrutura do átomo de nitrogênio é mostrada abaixo:

Como resultado da interação química, o nitrogênio pode perder seus elétrons de valência, ou seja, ser seu doador e se transformar em íons carregados positivamente ou aceitar elétrons de outro átomo, ou seja, ser seu aceptor, e se transformar em íons carregados negativamente:

N 0 -5e → N 2+;

N 0 -4e → N 4+;

N 0 -3e → N 3+;

N 0 -2e → N 2+;

N 0 -1e → N 1+;

N 0 +1e → N 1- ;

N 0 +2e → N 2- ;

N 0 +3e → N 3- .

Molécula e átomo de nitrogênio

A molécula de nitrogênio consiste em dois átomos - N 2 . Aqui estão algumas propriedades que caracterizam o átomo e a molécula de nitrogênio:

Exemplos de resolução de problemas

EXEMPLO 1

Exercício	Para a formação de cloreto de amônio, foram tomados 11,2 l (n.o.) de amônia gasosa e 11,4 l (n.o.) de cloreto de hidrogênio. Qual é a massa do produto da reação resultante?
Solução	Vamos escrever a equação da reação para obter cloreto de amônio a partir de amônia e cloreto de hidrogênio: NH3 + HCl = NH4Cl. Encontre o número de mols das substâncias iniciais: n (NH 3) \u003d V (NH 3) / V m; n (NH 3) \u003d 11,2 / 22,4 \u003d 0,5 mol. n(HCl) \u003d V (NH 3) / V m; n(HCl) = 11,4/22,4 = 0,51 mol. n(NH3) n (NH 4 Cl) \u003d n (NH 3) \u003d 0,5 mol. Então, a massa de cloreto de amônio será igual a: M (NH 4 Cl) \u003d 14 + 4 × 1 + 35,5 \u003d 53,5 g / mol. m (NH 4 Cl) \u003d n (NH 4 Cl) × M (NH 4 Cl); m (NH 4 Cl) \u003d 0,5 × 53,5 \u003d 26,75 g.
Responda	26,75g

EXEMPLO 2

Exercício	10,7 g de cloreto de amónio foram misturados com 6 g de hidróxido de cálcio e a mistura foi aquecida. Que gás e quanto dele em massa e volume foi liberado (n.o.s.)?
Solução	Vamos escrever a equação da reação para a interação do cloreto de amônio com hidróxido de cálcio: 2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2NH 3 - + 2H 2 O. Determine qual dos dois reagentes está em excesso. Para fazer isso, calculamos o número de mols: M(NH4Cl) = Ar (N) + 4×Ar (H) + Ar (Cl); M(NH 4 Cl) \u003d 14 + 4 × 1 + 35,5 \u003d 53,5 g / mol. n (NH 4 Cl) \u003d m (NH 4 Cl) / M (NH 4 Cl); n (NH 4 Cl) \u003d 10,7 / 53,5 \u003d 0,1 mol. M(Ca(OH) 2) = Ar (Ca) + 2×Ar (H) + 2×Ar (O); M (Ca (OH) 2) \u003d 40 + 2 × 1 + 2 × 16 \u003d 42 + 32 \u003d 74 g / mol. n (Ca (OH) 2) \u003d m (Ca (OH) 2) / M (Ca (OH) 2); n (Ca (OH) 2) \u003d 6/74 \u003d 0,08 mol. n(Ca(OH)2) n (NH 3) \u003d 2 × n (Ca (OH) 2) \u003d 2 × 0,08 \u003d 0,16 mol. Então, a massa de amônia será igual a: M(NH 3) \u003d A r (N) + 3 × A r (H) \u003d 14 + 3 × 1 \u003d 17 g / mol. m (NH 3) \u003d n (NH 3) × M (NH 3) \u003d 0,16 × 17 \u003d 2,72 g. O volume de amônia é: V (NH 3) \u003d n (NH 3) × V m; V (NH 3) \u003d 0,16 × 22,4 \u003d 3,584 l.
Responda	Como resultado da reação, formou-se amônia com volume de 3,584 litros e massa de 2,72 g.

O elemento não metálico do 15º grupo da tabela periódica - nitrogênio, 2 átomos dos quais, quando combinados, formam uma molécula, é um gás incolor, inodoro e insípido que compõe a maior parte da atmosfera da Terra e é parte integrante da toda a vida.

Histórico de descobertas

O gás nitrogênio compõe cerca de 4/5 da atmosfera da Terra. Foi isolado durante as primeiras pesquisas aéreas. Em 1772, o químico sueco Karl-Wilhelm Scheele foi o primeiro a demonstrar o que é o nitrogênio. Em sua opinião, o ar é uma mistura de dois gases, um dos quais ele chamou de "ar ardente", porque suportava a combustão, e o outro - "ar impuro", porque permaneceu após o consumo do primeiro. Eles eram oxigênio e nitrogênio. Na mesma época, o nitrogênio foi isolado pelo botânico escocês Daniel Rutherford, que publicou suas descobertas pela primeira vez, bem como pelo químico britânico Henry Cavendish e pelo clérigo e cientista britânico Joseph Priestley, que compartilhou com Scheele a descoberta do oxigênio. Pesquisas posteriores mostraram que o novo gás fazia parte do salitre, ou nitrato de potássio (KNO 3), e, portanto, foi nomeado nitrogênio ("produtor de nitro") pelo químico francês Chaptal em 1790. elementos químicos de Lavoisier, cuja explicação do papel do oxigênio na combustão refutou a teoria do flogisto - popular no século XVIII. equívoco sobre a combustão. A incapacidade desse elemento químico de sustentar a vida (em grego, ζωή) levou Lavoisier a chamar o gás de nitrogênio.

Emergência e distribuição

O que é nitrogênio? Em termos de prevalência de elementos químicos, ocupa o sexto lugar. A atmosfera da Terra é 75,51% em peso e 78,09% em volume é constituída por este elemento e é sua principal fonte para a indústria. A atmosfera também contém uma pequena quantidade de amônia e sais de amônio, bem como óxidos de nitrogênio e formados durante tempestades, bem como em motores de combustão interna. O nitrogênio livre é encontrado em muitos meteoritos, gases vulcânicos e de minas e algumas fontes minerais, no sol, em estrelas e nebulosas.

O nitrogênio também é encontrado nos depósitos minerais de potássio e nitrato de sódio, mas estes não são suficientes para atender às necessidades humanas. Outro material rico nesse elemento é o guano, que pode ser encontrado em cavernas onde há muitos morcegos, ou em locais secos frequentados por pássaros. O nitrogênio também é encontrado na chuva e no solo na forma de amônia e sais de amônio, e na água do mar na forma de íons de amônio (NH 4 +), nitritos (NO 2 -) e nitratos (NO 3 -). Em média, constitui cerca de 16% dos compostos orgânicos complexos, como as proteínas, presentes em todos os organismos vivos. Seu conteúdo natural na crosta terrestre é de 0,3 partes por 1000. A prevalência no espaço é de 3 a 7 átomos por átomo de silício.

Os maiores países produtores de nitrogênio (na forma de amônia) no início do século 21 eram Índia, Rússia, EUA, Trinidad e Tobago e Ucrânia.

Produção e uso comercial

A produção industrial de nitrogênio é baseada na destilação fracionada do ar liquefeito. Seu ponto de ebulição é -195,8°C, que é 13°C inferior ao do oxigênio, que é assim separado. O nitrogênio também pode ser produzido em grande escala queimando carbono ou hidrocarbonetos no ar e separando o dióxido de carbono e a água resultantes do nitrogênio residual. Em pequena escala, o nitrogênio puro é produzido pelo aquecimento da azida de bário Ba(N 3 ) 2 . As reações de laboratório incluem o aquecimento de uma solução de nitrito de amônio (NH 4 NO 2), a oxidação da amônia com uma solução aquosa de bromo ou aquecida:

• 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.

O nitrogênio elementar pode ser usado como uma atmosfera inerte para reações que requerem a exclusão de oxigênio e umidade. Encontra aplicação e nitrogênio líquido. Hidrogênio, metano, monóxido de carbono, flúor e oxigênio são as únicas substâncias que, no ponto de ebulição do nitrogênio, não passam para um estado sólido cristalino.

Na indústria química, este produto químico é usado para evitar a oxidação do produto ou outra deterioração, como diluente de gás reativo inerte, para remover calor ou produtos químicos e como inibidor de incêndio ou explosão. Na indústria alimentícia, o nitrogênio gasoso é usado para evitar a deterioração dos alimentos, e o nitrogênio líquido é usado para liofilização e em sistemas de resfriamento. Na indústria elétrica, o gás previne a oxidação e outras reações químicas, pressuriza o revestimento do cabo e protege os motores elétricos. Na metalurgia, o nitrogênio é usado na soldagem e brasagem para evitar oxidação, carburação e descarbonetação. Como gás inativo, é utilizado na produção de espuma de borracha, plásticos e elastômeros, serve como propulsor em latas de aerossol e também pressuriza propulsores líquidos em aviões a jato. Na medicina, o congelamento rápido com nitrogênio líquido é usado para preservar sangue, medula óssea, tecidos, bactérias e sêmen. Também encontrou aplicação na pesquisa criogênica.

Conexões

A maior parte do nitrogênio é usada na produção de compostos químicos. A ligação tripla entre os átomos do elemento é tão forte (226 kcal por mol, o dobro do hidrogênio molecular) que a molécula de nitrogênio dificilmente entra em outros compostos.

O principal método industrial de fixação de um elemento é o processo Haber-Bosch para síntese de amônia, desenvolvido durante a Primeira Guerra Mundial para reduzir a dependência da Alemanha em relação a ele, que envolve a síntese direta de NH 3 - um gás incolor com odor pungente e irritante a partir de seus elementos.

A maior parte da amônia é convertida em ácido nítrico (HNO 3) e nitratos - sais e ésteres de ácido nítrico, carbonato de sódio (Na 2 CO 3), hidrazina (N 2 H 4) - um líquido incolor usado como combustível de foguete e em muitos processos industriais.

O ácido nítrico é o outro principal composto comercial deste elemento químico. Líquido incolor e altamente corrosivo utilizado na fabricação de fertilizantes, corantes, medicamentos e explosivos. O nitrato de amônio (NH 4 NO 3) - um sal de amônia e ácido nítrico - é o componente mais comum dos fertilizantes nitrogenados.

nitrogênio + oxigênio

Com o oxigênio, o nitrogênio forma uma série de óxidos, incluindo óxido nitroso (N 2 O), em que sua valência é +1, óxido (NO) (+2) e dióxido (NO 2) (+4). Muitos óxidos de nitrogênio são extremamente voláteis; são as principais fontes de poluição da atmosfera. O óxido nitroso, também conhecido como gás do riso, às vezes é usado como anestésico. Quando inalado, causa histeria leve. O óxido nítrico reage rapidamente com o oxigênio para formar dióxido marrom, um intermediário e um poderoso agente oxidante em processos químicos e combustíveis de foguetes.

Também são usados ​​alguns nitretos formados pela combinação de metais com nitrogênio em temperaturas elevadas. Os nitretos de boro, titânio, zircônio e tântalo têm aplicações especiais. Uma forma cristalina de nitreto de boro (BN), por exemplo, não é inferior ao diamante em dureza e não oxida bem, por isso é usado como abrasivo de alta temperatura.

Os cianetos inorgânicos contêm o grupo CN -. O cianeto de hidrogênio, ou HCN, é um gás altamente volátil e altamente tóxico que é usado em fumigação, concentração de minério e outros processos industriais. Cyanogen (CN) 2 é usado como intermediário químico e para fumigação.

Azidas são compostos que contêm um grupo de três átomos de nitrogênio -N 3 . A maioria deles é instável e muito sensível ao choque. Alguns deles, como a azida de chumbo Pb(N 3) 2 , são usados ​​em detonadores e primers. As azidas, como os halogênios, interagem prontamente com outras substâncias e formam muitos compostos.

O nitrogênio faz parte de vários milhares de compostos orgânicos. A maioria deles são derivados de amônia, cianeto de hidrogênio, cianeto, ácido nitroso ou nítrico. Aminas, aminoácidos, amidas, por exemplo, são derivados ou intimamente relacionados com a amônia. A nitroglicerina e a nitrocelulose são ésteres de ácido nítrico. Os nitritos são obtidos a partir do ácido nitroso (HNO 2). Purinas e alcalóides são compostos heterocíclicos em que o nitrogênio substitui um ou mais átomos de carbono.

Propriedades e reações

O que é nitrogênio? É um gás incolor e inodoro que se condensa a -195,8°C em um líquido incolor e de baixa viscosidade. O elemento existe na forma de moléculas de N 2, representadas como: N::: N:, em que a energia de ligação de 226 kcal por mol fica atrás apenas do monóxido de carbono (256 kcal por mol). Por esta razão, a energia de ativação do nitrogênio molecular é muito alta, então em condições normais o elemento é relativamente inerte. Além disso, uma molécula de nitrogênio altamente estável contribui em grande medida para a instabilidade termodinâmica de muitos compostos contendo nitrogênio, nos quais as ligações, embora bastante fortes, são inferiores às ligações do nitrogênio molecular.

Relativamente recentemente e inesperadamente, foi descoberta a capacidade das moléculas de nitrogênio servirem como ligantes em compostos complexos. A observação de que algumas soluções de complexos de rutênio podem absorver nitrogênio atmosférico levou ao fato de que uma maneira mais fácil e melhor de fixar esse elemento pode ser encontrada em breve.

O nitrogênio ativo pode ser obtido passando um gás de baixa pressão através de uma descarga elétrica de alta tensão. O produto brilha em amarelo e reage muito mais prontamente do que produtos moleculares com hidrogênio atômico, enxofre, fósforo e vários metais, e também é capaz de decompor NO em N 2 e O 2 .

Uma ideia mais clara do que é o nitrogênio pode ser obtida a partir de sua estrutura eletrônica, que tem a forma 1s 2 2s 2 2p 3 . Os cinco elétrons das camadas externas blindam fracamente a carga, como resultado da qual a carga nuclear efetiva é sentida a uma distância do raio covalente. Os átomos de nitrogênio são relativamente pequenos e altamente eletronegativos, localizados entre o carbono e o oxigênio. A configuração eletrônica inclui três orbitais externos semipreenchidos, permitindo a formação de três ligações covalentes. Portanto, o átomo de nitrogênio deve ser extremamente reativo, formando compostos binários estáveis ​​com a maioria dos outros elementos, especialmente quando o outro elemento é significativamente diferente em eletronegatividade, dando polaridade significativa às ligações. Quando a eletronegatividade de outro elemento é menor, a polaridade dá ao átomo de nitrogênio uma carga parcial negativa, que libera seus elétrons não compartilhados para participar de ligações de coordenação. Quando o outro elemento é mais eletronegativo, a carga parcialmente positiva do nitrogênio limita severamente as propriedades doadoras da molécula. Com uma baixa polaridade da ligação, devido à eletronegatividade igual do outro elemento, as ligações múltiplas prevalecem sobre as simples. Se uma incompatibilidade de tamanho atômico impedir a formação de ligações múltiplas, então a ligação simples formada provavelmente será relativamente fraca e a ligação será instável.

Química Analítica

Freqüentemente, a porcentagem de nitrogênio em uma mistura gasosa pode ser determinada medindo seu volume após os outros componentes terem sido absorvidos pelos produtos químicos. A decomposição de nitratos com ácido sulfúrico na presença de mercúrio libera óxido nítrico, que pode ser medido como um gás. O nitrogênio é liberado dos compostos orgânicos quando eles são queimados sobre o óxido de cobre, e o nitrogênio livre pode ser medido como um gás depois que outros produtos de combustão foram consumidos. O conhecido método Kjeldahl para determinar o conteúdo da substância que estamos considerando em compostos orgânicos consiste na decomposição do composto com ácido sulfúrico concentrado (se necessário, contendo mercúrio ou seu óxido, bem como vários sais). Assim, o nitrogênio é convertido em sulfato de amônio. A adição de hidróxido de sódio libera amônia, que é coletada com ácido normal; a quantidade residual de ácido que não reagiu é então determinada por titulação.

Significado biológico e fisiológico

O papel do nitrogênio na matéria viva confirma a atividade fisiológica de seus compostos orgânicos. A maioria dos organismos vivos não pode usar esse elemento químico diretamente e deve ter acesso aos seus compostos. Portanto, a fixação de nitrogênio é de grande importância. Na natureza, isso ocorre como resultado de dois processos principais. Uma delas é a ação da energia elétrica na atmosfera, devido a que as moléculas de nitrogênio e oxigênio se dissociam, o que permite que átomos livres formem NO e NO 2. O dióxido então reage com a água: 3NO 2 +H 2 O→2HNO 3 +NO.

O HNO 3 se dissolve e chega à Terra com a chuva como solução fraca. Com o tempo, o ácido torna-se parte do nitrogênio combinado do solo, onde é neutralizado, formando nitritos e nitratos. O teor de N em solos cultivados geralmente é restaurado pela aplicação de fertilizantes contendo nitratos e sais de amônio. As excreções de animais e plantas e sua decomposição devolvem compostos de nitrogênio ao solo e ao ar.

O outro processo principal de fixação natural é a atividade vital das leguminosas. Através da simbiose com bactérias, essas culturas são capazes de converter o nitrogênio atmosférico diretamente em seus compostos. Alguns microrganismos, como Azotobacter Chroococcum e Clostridium pasteurianum, são capazes de fixar N por conta própria.

O gás em si, sendo inerte, é inofensivo, exceto quando respirado sob pressão, e se dissolve no sangue e outros fluidos corporais em concentrações mais altas. Isso causa um efeito narcótico e, se a pressão for reduzida muito rapidamente, o excesso de nitrogênio é liberado na forma de bolhas de gás em vários lugares do corpo. Isso pode causar dores musculares e articulares, desmaios, paralisia parcial e até mesmo a morte. Esses sintomas são chamados de doença descompressiva. Portanto, aqueles que são forçados a respirar ar nessas condições devem reduzir muito lentamente a pressão ao normal, para que o excesso de nitrogênio possa ser expelido pelos pulmões sem a formação de bolhas. A melhor alternativa é usar uma mistura de oxigênio e hélio para respirar. O hélio é muito menos solúvel em fluidos corporais e o perigo é reduzido.

isótopos

O nitrogênio existe na forma de dois isótopos estáveis: 14N (99,63%) e 15N (0,37%). Eles podem ser separados por troca química ou por difusão térmica. A massa de nitrogênio na forma de isótopos radioativos artificiais está na faixa de 10-13 e 16-24. A meia-vida mais estável é de 10 minutos. A primeira transmutação nuclear induzida artificialmente foi realizada em 1919 por um físico britânico que, bombardeando nitrogênio-14 com partículas alfa, produziu núcleos e prótons de oxigênio-17.

Propriedades

Por fim, listamos as principais propriedades do nitrogênio:

• Número atômico: 7.
• Massa atômica de nitrogênio: 14,0067.
• Ponto de fusão: -209,86 °C.
• Ponto de ebulição: -195,8 °C.
• Densidade (1 atm, 0 °C): 1,2506 g de nitrogênio por litro.
• Estados de oxidação comuns: -3, +3, +5.
• Configuração eletrônica: 1s 2 2s 2 2p 3 .

O nitrogênio é um elemento do subgrupo principal do quinto grupo do segundo período do sistema periódico de elementos químicos, com número atômico 7. É denotado pelo símbolo N (lat. Nitrogênio). A substância simples nitrogênio (número CAS: 7727-37-9) é um gás diatômico incolor, insípido e inodoro que é bastante inerte em condições normais (fórmula N 2), do qual consiste três quartos da atmosfera terrestre.

Histórico de descobertas

Em 1772, Henry Cavendish realizou o seguinte experimento: ele passou repetidamente ar sobre carvão quente, depois o processou com álcali, resultando em um resíduo que Cavendish chamou de ar sufocante (ou mefítico). Do ponto de vista da química moderna, é claro que na reação com carvão quente, o oxigênio do ar foi ligado ao dióxido de carbono, que foi então absorvido pelo álcali. O restante do gás era principalmente nitrogênio. Assim, Cavendish isolou o nitrogênio, mas não conseguiu entender que se trata de uma nova substância simples (elemento químico). Nesse mesmo ano, Cavendish relatou a experiência a Joseph Priestley.
Priestley na época realizou uma série de experimentos em que ele também ligou o oxigênio do ar e removeu o dióxido de carbono resultante, ou seja, ele também recebeu nitrogênio, no entanto, sendo um defensor da teoria do flogisto prevalecente na época, ele completamente interpretou mal os resultados obtidos (em sua opinião, o processo foi o oposto - não o oxigênio foi removido da mistura de gases, mas, pelo contrário, como resultado da queima, o ar ficou saturado com flogisto; ele chamou o ar restante (nitrogênio ) saturado de flogisto, isto é, flogístico). É óbvio que Priestley, embora tenha conseguido isolar o nitrogênio, não conseguiu entender a essência de sua descoberta e, portanto, não é considerado o descobridor do nitrogênio.
Simultaneamente, experimentos semelhantes com o mesmo resultado foram realizados por Karl Scheele.
Em 1772, o nitrogênio (sob o nome de “ar estragado”) como uma substância simples foi descrito por Daniel Rutherford, ele publicou sua tese de mestrado, onde indicou as principais propriedades do nitrogênio (não reage com álcalis, não suporta combustão, inadequado para respirar). É Daniel Rutherford que é considerado o descobridor do nitrogênio. No entanto, Rutherford também era um defensor da teoria do flogisto, então ele também não conseguia entender o que ele destacava. Assim, é impossível identificar claramente o descobridor do nitrogênio.
Mais tarde, o nitrogênio foi estudado por Henry Cavendish (um fato interessante é que ele conseguiu ligar o nitrogênio ao oxigênio por meio de descargas de corrente elétrica e, após absorver óxidos de nitrogênio no resíduo, recebeu uma pequena quantidade de gás, absolutamente inerte, embora, como em no caso do nitrogênio, não consegui entender que havia isolado um novo elemento químico - o gás inerte argônio).

origem do nome

Nitrogênio (de outro grego ἄζωτος - sem vida, lat. nitrogenium), em vez dos nomes anteriores ("flogistic", "mephitic" e "ar estragado") foi proposto em 1787 por Antoine Lavoisier, que na época fazia parte de um grupo de outros cientistas franceses desenvolveram os princípios da nomenclatura química. Como mostrado acima, naquela época já se sabia que o nitrogênio não suporta a combustão ou a respiração. Esta propriedade foi considerada a mais importante. Embora mais tarde se tenha descoberto que o nitrogênio, pelo contrário, é essencial para todos os seres vivos, o nome foi preservado em francês e russo.
Existe outra versão. A palavra "nitrogênio" não foi cunhada por Lavoisier ou seus colegas da comissão de nomenclatura; entrou na literatura alquímica já no início da Idade Média e foi usado para denotar a "matéria primária dos metais", que era considerada o "alfa e ômega" de todas as coisas. Esta expressão é emprestada do Apocalipse: "Eu sou o Alfa e o Ômega, o princípio e o fim" (Ap 1:8-10). A palavra é composta pelas letras iniciais e finais dos alfabetos de três idiomas - latim, grego e hebraico - considerados "sagrados", pois, segundo os Evangelhos, foi feita a inscrição na cruz na crucificação de Cristo. nessas línguas (a, alpha, aleph e zet, omega, tav - AAAZOTH). Os compiladores da nova nomenclatura química estavam bem cientes da existência dessa palavra; o iniciador de sua criação Guiton de Morvo observou em sua "Enciclopédia Metodológica" (1786) o significado alquímico do termo.
Talvez a palavra "nitrogênio" tenha vindo de uma das duas palavras árabes - ou da palavra "az-zat" ("essência" ou "realidade interior"), ou da palavra "zibak" ("mercúrio").
Em latim, o nitrogênio é chamado de "nitrogênio", isto é, "dando à luz o salitre"; o nome inglês é derivado do latim. Em alemão, o nome Stickstoff é usado, que significa "substância sufocante".

Recibo

Em laboratórios, pode ser obtido pela reação de decomposição do nitrito de amônio:
NH 4 NO 2 → N2 + 2H 2 O

A reação é exotérmica, liberando 80 kcal (335 kJ), de modo que o resfriamento do recipiente é necessário durante seu curso (embora seja necessário nitrito de amônio para iniciar a reação).
Na prática, esta reação é realizada adicionando gota a gota uma solução saturada de nitrito de sódio a uma solução saturada aquecida de sulfato de amônio, enquanto o nitrito de amônio formado como resultado da reação de troca se decompõe instantaneamente.
O gás liberado neste caso é contaminado com amônia, óxido nítrico (I) e oxigênio, dos quais é purificado passando sucessivamente por soluções de ácido sulfúrico, sulfato de ferro (II) e cobre quente. O nitrogênio é então seco.
Outro método laboratorial para obtenção de nitrogênio é o aquecimento de uma mistura de dicromato de potássio e sulfato de amônio (na proporção de 2:1 em peso). A reação ocorre de acordo com as equações:
K 2 Cr 2 O 7 + (NH 4) 2 SO 4 \u003d (NH 4) 2 Cr 2 O 4 + K 2 SO 4 (NH 4) 2 Cr 2 O 7 → (t) Cr 2 O 3 + N 2 + 4H2O

O nitrogênio mais puro pode ser obtido pela decomposição de azidas metálicas:
2NaN 3 →(t) 2Na + 3N 2

O chamado "ar", ou nitrogênio "atmosférico", ou seja, uma mistura de nitrogênio com gases nobres, é obtido pela reação do ar com coque quente:
O 2 + 4N 2 + 2C → 2CO + 4N 2

Neste caso, é obtido o chamado "gerador", ou gás "ar" - matérias-primas para síntese química e combustível. Se necessário, o nitrogênio pode ser separado dele pela absorção de monóxido de carbono.
O nitrogênio molecular é produzido industrialmente por destilação fracionada de ar líquido. Este método também pode ser usado para obter "nitrogênio atmosférico". Plantas e estações de nitrogênio que utilizam o método de adsorção e separação de gás por membrana também são amplamente utilizadas.
Um dos métodos de laboratório é passar amônia sobre óxido de cobre (II) a uma temperatura de ~700 °C:
2NH 3 + 3CuO → N 2 + 3H 2 O + 3Cu

A amônia é retirada de sua solução saturada por aquecimento. A quantidade de CuO é 2 vezes maior que a calculada. Imediatamente antes do uso, o nitrogênio é purificado das impurezas de oxigênio e amônia passando sobre o cobre e seu óxido (II) (também ~700 °C), depois seco com ácido sulfúrico concentrado e álcali seco. O processo é bastante lento, mas vale a pena: o gás é muito puro.

Propriedades físicas

Em condições normais, o nitrogênio é um gás incolor, inodoro, levemente solúvel em água (2,3 ml/100 g a 0 °C, 0,8 ml/100 g a 80 °C), densidade 1,2506 kg/m³ (no poço).
Em estado líquido (ponto de ebulição -195,8 ° C) - um líquido incolor, móvel, como a água. A densidade do nitrogênio líquido é 808 kg/m³. Ao entrar em contato com o ar, absorve oxigênio dele.
A -209,86 °C, o nitrogênio solidifica como uma massa semelhante à neve ou grandes cristais brancos como a neve. Em contato com o ar, absorve oxigênio dele, enquanto derrete, formando uma solução de oxigênio em nitrogênio.

Salitre - é assim que a palavra Nitrogenium é traduzida do latim. Este é o nome do nitrogênio, um elemento químico de número atômico 7, que lidera o 15º grupo na versão longa da tabela periódica. Na forma de uma substância simples, é distribuído no envelope aéreo da Terra - a atmosfera. Uma variedade de compostos de nitrogênio são encontrados na crosta terrestre e nos organismos vivos, e são amplamente utilizados nas indústrias, assuntos militares, agricultura e medicina.

Por que o nitrogênio foi chamado de "sufocante" e "sem vida"

Como sugerem os historiadores da química, Henry Cavendish (1777) foi o primeiro a receber essa substância simples. O cientista passou ar sobre carvões quentes, usando álcalis para absorver os produtos da reação. Como resultado do experimento, o pesquisador descobriu um gás incolor e inodoro que não reagia com o carvão. Cavendish o chamou de "ar sufocante" por sua incapacidade de sustentar a respiração e a combustão.

Um químico moderno explicaria que o oxigênio reagiu com o carbono para formar dióxido de carbono. A parte "sufocante" restante do ar consistia principalmente de moléculas de N 2 . Cavendish e outros cientistas da época ainda não conheciam essa substância, embora os compostos de nitrogênio e salitre fossem amplamente utilizados na economia. O cientista relatou sobre um gás incomum para seu colega, que realizou experimentos semelhantes, Joseph Priestley.

Ao mesmo tempo, Karl Scheele chamou a atenção para um componente desconhecido do ar, mas não conseguiu explicar corretamente sua origem. Somente Daniel Rutherford em 1772 percebeu que o gás “sufocante” “estragado” presente nos experimentos era o nitrogênio. Qual cientista considerar como seu descobridor ainda é contestado pelos historiadores da ciência.

Quinze anos após os experimentos de Rutherford, o famoso químico Antoine Lavoisier propôs mudar o termo ar "estragado", referindo-se ao nitrogênio, para outro - Nitrogênio. Naquela época, ficou provado que esta substância não queima, não suporta a respiração. Ao mesmo tempo, apareceu o nome russo "nitrogênio", que é interpretado de maneiras diferentes. O termo é mais frequentemente dito para significar "sem vida". Trabalhos subsequentes refutaram a opinião generalizada sobre as propriedades da matéria. Os compostos nitrogenados - proteínas - são as macromoléculas mais importantes na composição dos organismos vivos. Para construí-los, as plantas absorvem os elementos necessários de nutrição mineral do solo - íons NO 3 2- e NH 4+.

O nitrogênio é um elemento químico

Ajuda a entender a estrutura do átomo e suas propriedades (PS). De acordo com a posição na tabela periódica, pode-se determinar a carga nuclear, o número de prótons e nêutrons (número de massa). É necessário prestar atenção ao valor da massa atômica - essa é uma das principais características do elemento. O número do período corresponde ao número de níveis de energia. Na versão curta da tabela periódica, o número do grupo corresponde ao número de elétrons no nível de energia mais externo. Vamos resumir todos os dados nas características gerais do nitrogênio de acordo com sua posição no sistema periódico:

• Este é um elemento não metálico, localizado no canto superior direito do PS.
• Sinal químico: N.
• Número ordinal: 7.
• Massa atômica relativa: 14,0067.
• Fórmula de um composto de hidrogênio volátil: NH 3 (amônia).
• Forma o óxido mais alto N 2 O 5, no qual a valência do nitrogênio é V.

A estrutura do átomo de nitrogênio:

• Carga do núcleo: +7.
• Número de prótons: 7; número de nêutrons: 7.
• Número de níveis de energia: 2.
• Número total de elétrons: 7; fórmula eletrônica: 1s 2 2s 2 2p 3.

Os isótopos estáveis ​​do elemento nº 7 foram estudados em detalhes, seus números de massa são 14 e 15. O conteúdo de átomos do mais leve deles é de 99,64%. Os núcleos de isótopos radioativos de vida curta também contêm 7 prótons, e o número de nêutrons varia muito: 4, 5, 6, 9, 10.

nitrogênio na natureza

A concha de ar da Terra contém moléculas de uma substância simples, cuja fórmula é N 2. O teor de nitrogênio gasoso na atmosfera é de aproximadamente 78,1% em volume. Compostos inorgânicos deste elemento químico na crosta terrestre são vários sais de amônio e nitratos (nitratos). Fórmulas de compostos e nomes de algumas das substâncias mais importantes:

• NH3, amônia.
• NO2, dióxido de nitrogênio.
• NaNO3, nitrato de sódio.
• (NH4)2SO4, sulfato de amónio.

A valência do nitrogênio nos dois últimos compostos é IV. Carvão, solo, organismos vivos também contêm átomos de N ligados. O nitrogênio é parte integrante das macromoléculas de aminoácidos, nucleotídeos de DNA e RNA, hormônios e hemoglobina. O conteúdo total de um elemento químico no corpo humano chega a 2,5%.

substância simples

O nitrogênio na forma de moléculas diatômicas é a maior parte do ar atmosférico em termos de volume e massa. Uma substância cuja fórmula é N 2 não tem cheiro, cor ou sabor. Este gás compõe mais de 2/3 do envelope de ar da Terra. Na forma líquida, o nitrogênio é uma substância incolor semelhante à água. Ferve a -195,8°C. M (N 2) \u003d 28 g / mol. A substância simples nitrogênio é ligeiramente mais leve que o oxigênio, sua densidade no ar é próxima de 1.

Os átomos de uma molécula se ligam fortemente a 3 pares de elétrons compartilhados. O composto apresenta alta estabilidade química, o que o distingue do oxigênio e de várias outras substâncias gasosas. Para que uma molécula de nitrogênio se desintegre em seus átomos constituintes, é necessário gastar uma energia de 942,9 kJ/mol. A ligação de três pares de elétrons é muito forte, começa a quebrar quando aquecido acima de 2000 ° C.

Em condições normais, a dissociação de moléculas em átomos praticamente não ocorre. A inércia química do nitrogênio também se deve à completa ausência de polaridade em suas moléculas. Eles interagem muito fracamente uns com os outros, o que é a razão para o estado gasoso da matéria à pressão normal e temperatura próxima à temperatura ambiente. A baixa reatividade do nitrogênio molecular encontra aplicação em diversos processos e dispositivos onde é necessário criar um ambiente inerte.

A dissociação de moléculas de N 2 pode ocorrer sob a influência da radiação solar na alta atmosfera. O nitrogênio atômico é formado, que em condições normais reage com alguns metais e não metais (fósforo, enxofre, arsênico). Como resultado, há uma síntese de substâncias que são obtidas indiretamente em condições terrenas.

Valência de nitrogênio

A camada eletrônica externa do átomo é formada por 2 s e 3 p elétrons. Essas partículas negativas de nitrogênio podem desistir ao interagir com outros elementos, o que corresponde às suas propriedades redutoras. Ao anexar os 3 elétrons ausentes ao octeto, o átomo exibe habilidades oxidantes. A eletronegatividade do nitrogênio é menor, suas propriedades não metálicas são menos pronunciadas do que as do flúor, oxigênio e cloro. Ao interagir com esses elementos químicos, o nitrogênio cede elétrons (é oxidado). A redução a íons negativos é acompanhada por reações com outros não metais e metais.

A valência típica do nitrogênio é III. Nesse caso, as ligações químicas são formadas devido à atração de elétrons p externos e à criação de pares comuns (ligantes). O nitrogênio é capaz de formar uma ligação doador-aceptor devido ao seu par solitário de elétrons, como ocorre no íon amônio NH 4+ .

Obtenção em laboratório e indústria

Um dos métodos de laboratório é baseado em propriedades oxidantes.Um composto de nitrogênio-hidrogênio é usado - amônia NH 3. Este gás fétido reage com óxido de cobre preto em pó. Como resultado da reação, o nitrogênio é liberado e cobre metálico (pó vermelho) aparece. Gotas de água, outro produto da reação, se depositam nas paredes do tubo.

Outro método laboratorial que utiliza a combinação de nitrogênio com metais é uma azida, como NaN 3 . Acontece um gás que não precisa ser purificado de impurezas.

No laboratório, o nitrito de amônio é decomposto em nitrogênio e água. Para que a reação comece, é necessário aquecimento, então o processo prossegue com a liberação de calor (exotérmico). O nitrogênio está contaminado com impurezas, por isso é purificado e seco.

Obtenção de nitrogênio na indústria:

• destilação fracionada do ar líquido - um método que usa as propriedades físicas do nitrogênio e do oxigênio (diferentes pontos de ebulição);
• reação química do ar com carvão quente;
• separação de gás de adsorção.

Interação com metais e hidrogênio - propriedades oxidantes

A inércia das moléculas fortes não permite a obtenção de alguns compostos nitrogenados por síntese direta. Para ativar os átomos, é necessário um forte aquecimento ou irradiação da substância. O nitrogênio pode reagir com o lítio à temperatura ambiente, com o magnésio, cálcio e sódio a reação ocorre apenas quando aquecido. Os nitretos metálicos correspondentes são formados.

A interação do nitrogênio com o hidrogênio ocorre em altas temperaturas e pressões. Este processo também requer um catalisador. Acontece amônia - um dos produtos mais importantes da síntese química. O nitrogênio, como agente oxidante, apresenta três estados de oxidação negativos em seus compostos:

• -3 (amônia e outros compostos de hidrogênio de nitrogênio - nitretos);
• −2 (hidrazina N 2 H 4);
• −1 (hidroxilamina NH 2 OH).

O nitreto mais importante, a amônia, é obtido em grandes quantidades na indústria. A inércia química do nitrogênio permaneceu um grande problema por muito tempo. O salitre era sua fonte de matérias-primas, mas as reservas minerais começaram a diminuir rapidamente à medida que a produção aumentava.

Uma grande conquista da ciência e prática química foi a criação do método de fixação de amônia de nitrogênio em escala industrial. A síntese direta é realizada em colunas especiais - um processo reversível entre nitrogênio obtido do ar e hidrogênio. Ao criar condições ótimas que desloquem o equilíbrio desta reação para o produto, usando um catalisador, o rendimento de amônia chega a 97%.

Interação com propriedades redutoras de oxigênio

Para iniciar a reação de nitrogênio e oxigênio, é necessário um forte aquecimento. A descarga de raios na atmosfera também tem energia suficiente. Os compostos inorgânicos mais importantes em que o nitrogênio está em seus estados de oxidação positivos:

• +1 (óxido nítrico (I) N2O);
• +2 (monóxido de nitrogênio NO);
• +3 (óxido nítrico (III) N 2 O 3; ácido nitroso HNO 2, seus sais são nitritos);
• +4 (azoto (IV) NO2);
• +5 (pentóxido de nitrogênio (V) N 2 O 5, ácido nítrico HNO 3, nitratos).

Valor na natureza

As plantas absorvem íons de amônio e ânions de nitrato do solo, usam para reações químicas a síntese de moléculas orgânicas, que está constantemente acontecendo nas células. O nitrogênio atmosférico pode ser absorvido pelas bactérias do nódulo - criaturas microscópicas que formam crescimentos nas raízes das leguminosas. Como resultado, esse grupo de plantas recebe o elemento nutriente necessário, enriquece o solo com ele.

Durante as chuvas tropicais, ocorrem reações de oxidação do nitrogênio atmosférico. Os óxidos se dissolvem para formar ácidos, esses compostos de nitrogênio na água entram no solo. Devido à circulação do elemento na natureza, suas reservas na crosta terrestre e no ar são constantemente reabastecidas. Moléculas orgânicas complexas contendo nitrogênio em sua composição são decompostas por bactérias em componentes inorgânicos.

Uso pratico

Os compostos nitrogenados mais importantes para a agricultura são os sais altamente solúveis. As plantas assimilam uréia, potássio, cálcio), compostos de amônio (uma solução aquosa de amônia, cloreto, sulfato, nitrato de amônio).
As propriedades inertes do nitrogênio, a incapacidade das plantas de assimilá-lo do ar, levam à necessidade de aplicar anualmente grandes doses de nitratos. Partes do organismo vegetal são capazes de armazenar macronutrientes “para o futuro”, o que piora a qualidade dos produtos. Excesso e frutas podem causar intoxicação nas pessoas, o crescimento de neoplasias malignas. Além da agricultura, os compostos de nitrogênio são usados ​​em outras indústrias:

• receber medicamentos;
• para síntese química de compostos macromoleculares;
• na produção de explosivos a partir de trinitrotolueno (TNT);
• para a produção de corantes.

NO óxido é usado em cirurgias, a substância tem efeito analgésico. A perda de sensações ao inalar esse gás foi notada até mesmo pelos primeiros pesquisadores das propriedades químicas do nitrogênio. Foi assim que surgiu o nome trivial "gás hilariante".

O problema dos nitratos nos produtos agrícolas

Os sais de ácido nítrico - nitratos - contêm um ânion de carga única NO 3-. Até agora, o antigo nome desse grupo de substâncias é usado - salitre. Os nitratos são usados ​​para fertilizar campos, em estufas, pomares. Eles são aplicados no início da primavera antes da semeadura, no verão - na forma de curativos líquidos. As substâncias em si não representam um grande perigo para os seres humanos, mas no corpo elas se transformam em nitritos e depois em nitrosaminas. Os íons nitrito NO 2- são partículas tóxicas, que causam a oxidação do ferro ferroso nas moléculas de hemoglobina em íons trivalentes. Nesse estado, a principal substância do sangue de humanos e animais não é capaz de transportar oxigênio e remover dióxido de carbono dos tecidos.

Qual é o perigo de contaminação dos alimentos por nitrato para a saúde humana:

• tumores malignos decorrentes da conversão de nitratos em nitrosaminas (cancerígenos);
• desenvolvimento de colite ulcerativa
• hipotensão ou hipertensão;
• insuficiência cardíaca;
• distúrbio de coagulação do sangue
• lesões do fígado, pâncreas, desenvolvimento de diabetes;
• o desenvolvimento de insuficiência renal;
• anemia, memória prejudicada, atenção, inteligência.

O uso simultâneo de diferentes produtos com grandes doses de nitratos leva à intoxicação aguda. As fontes podem ser plantas, água potável, pratos de carne preparados. A imersão em água limpa e o cozimento podem reduzir o teor de nitrato dos alimentos. Os pesquisadores descobriram que doses mais altas de compostos perigosos foram observadas em produtos vegetais imaturos e de efeito estufa.

O fósforo é um elemento do subgrupo nitrogênio

Átomos de elementos químicos que estão na mesma coluna vertical do sistema periódico exibem propriedades comuns. O fósforo está localizado no terceiro período, pertence ao 15º grupo, como o nitrogênio. A estrutura dos átomos dos elementos é semelhante, mas existem diferenças nas propriedades. Nitrogênio e fósforo apresentam estado de oxidação negativo e valência III em seus compostos com metais e hidrogênio.

Muitas reações do fósforo ocorrem em temperaturas normais; é um elemento quimicamente ativo. Interage com o oxigênio para formar um óxido superior P 2 O 5 . Uma solução aquosa desta substância tem as propriedades de um ácido (metafosfórico). Quando é aquecido, o ácido ortofosfórico é obtido. Forma vários tipos de sais, muitos dos quais servem como fertilizantes minerais, como os superfosfatos. Compostos de nitrogênio e fósforo são uma parte importante do ciclo de substâncias e energia em nosso planeta, eles são usados ​​​​na indústria, agricultura e outros campos de atividade.