Salpeter gee - dit is hoe die woord Nitrogenium uit Latyn vertaal word. Dit is die naam van stikstof - 'n chemiese element met atoomnommer 7, wat op die 15de groep in die lang weergawe van die periodieke tabel staan. In die vorm van 'n eenvoudige stof word dit in die lugdop van die Aarde versprei - die atmosfeer. 'n Verskeidenheid stikstofverbindings word in die aardkors en lewende organismes aangetref, en word wyd gebruik in nywerhede, militêre aangeleenthede, landbou en medisyne.
Waarom is stikstof "verstikkend" en "leweloos" genoem
Soos geskiedkundiges van chemie voorstel, was Henry Cavendish (1777) die eerste wat hierdie eenvoudige stof ontvang het. Die wetenskaplike het lug oor warm kole gelaat en alkali gebruik om die reaksieprodukte te absorbeer. As gevolg van die eksperiment het die navorser 'n kleurlose, reuklose gas ontdek wat nie met steenkool gereageer het nie. Cavendish het dit "verstikkende lug" genoem omdat hy nie in staat is om asemhaling sowel as brand te volhou nie.
'n Moderne chemikus sal verduidelik dat suurstof met koolstof gereageer het om koolstofdioksied te vorm. Die oorblywende "verstikkende" deel van die lug het hoofsaaklik uit N2 molekules bestaan. Cavendish en ander wetenskaplikes het op daardie stadium nog nie van hierdie stof geweet nie, hoewel stikstof- en salpeterverbindings toe wyd in die ekonomie gebruik is. Die wetenskaplike het die ongewone gas aan sy kollega, wat soortgelyke eksperimente uitgevoer het, Joseph Priestley, gerapporteer.
Terselfdertyd het Karl Scheele die aandag gevestig op 'n onbekende bestanddeel van die lug, maar kon nie die oorsprong daarvan korrek verduidelik nie. Slegs Daniel Rutherford in 1772 het besef dat die "verstikkende" "bederf" gas wat in die eksperimente teenwoordig was, stikstof was. Watter wetenskaplike moet as sy ontdekker beskou word – wetenskaphistorici stry steeds hieroor
15 jaar na Rutherford se eksperimente, het die beroemde chemikus Antoine Lavoisier voorgestel dat die term "bederf" lug, wat na stikstof verwys, na 'n ander verander - Nitrogenium. Teen daardie tyd is dit bewys dat hierdie stof nie brand nie, nie asemhaling ondersteun nie. Terselfdertyd het die Russiese naam "stikstof" verskyn, wat op verskillende maniere geïnterpreteer word. Daar word meestal gesê dat die term "leweloos" beteken. Daaropvolgende werk het die wydverspreide mening oor die eienskappe van materie weerlê. Stikstofverbindings - proteïene - is die belangrikste makromolekules in die samestelling van lewende organismes. Om dit te bou, absorbeer plante die nodige elemente van minerale voeding uit die grond - ione NO32- en NH4+.
Stikstof is 'n chemiese element
Die periodieke stelsel (PS) help om die struktuur van die atoom en sy eienskappe te verstaan. Deur die posisie van 'n chemiese element in die periodieke tabel, kan 'n mens bepaalkernlading, aantal protone en neutrone (massagetal). Dit is nodig om aandag te gee aan die waarde van atoommassa - dit is een van die hoofkenmerke van die element. Die periodenommer stem ooreen met die aantal energievlakke. In die kort weergawe van die periodieke tabel stem die groepnommer ooreen met die aantal elektrone in die buitenste energievlak. Kom ons som al die data in die algemene kenmerke van stikstof op volgens sy posisie in die periodieke stelsel:
- Dit is 'n nie-metaalelement, geleë in die regter boonste hoek van die PS.
- Chemiese teken: N.
- Bestellingnommer: 7.
- Relatiewe atoommassa: 14,0067.
- Vlugtige waterstofverbindingsformule: NH3 (ammoniak).
- Produseer die hoogste oksied N2O5, waarin die stikstofvalensie V.
is
Die struktuur van die stikstofatoom:
- Kernheffing: +7.
- Aantal protone:7; aantal neutrone: 7.
- Aantal energievlakke: 2.
- Totale aantal elektrone: 7; elektroniese formule: 1s22s22p3.
Die stabiele isotope van element nr. 7 is in detail bestudeer, hul massagetalle is 14 en 15. Die inhoud van atome van die ligter daarvan is 99,64%. Daar is ook 7 protone in die kerne van kortstondige radioaktiewe isotope, en die aantal neutrone verskil baie: 4, 5, 6, 9, 10.
Stikstof in die natuur
Die Aarde se lugdop bevat molekules van 'n eenvoudige stof, waarvan die formule N2 is. Die inhoud van gasvormige stikstof in die atmosfeer is volgens volumesowat 78,1%. Anorganiese verbindings van hierdie chemiese element in die aardkors is verskeie ammoniumsoute en nitrate (nitrate). Formules van verbindings en name van sommige van die belangrikste stowwe:
- NH3, ammoniak.
- NO2, stikstofdioksied.
- NaNO3, natriumnitraat.
- (NH4)2SO4, ammoniumsulfaat.
Valensie van stikstof in die laaste twee verbindings - IV. Steenkool, grond, lewende organismes bevat ook gebonde N-atome. Stikstof is 'n integrale deel van aminosuur makromolekules, DNA en RNA nukleotiede, hormone en hemoglobien. Die totale inhoud van 'n chemiese element in die menslike liggaam bereik 2,5%.
Eenvoudige stof
Stikstof in die vorm van diatomiese molekules is die grootste deel van die atmosferiese lug volgens volume en massa. 'n Stof waarvan die formule N2 is, het geen reuk, kleur of smaak nie. Hierdie gas maak meer as 2/3 van die Aarde se lugomhulsel uit. In vloeibare vorm is stikstof 'n kleurlose stof wat soos water lyk. Kook by -195.8 °C. M (N2)=28 g/mol. Die eenvoudige stof stikstof is effens ligter as suurstof, sy digtheid in lug is naby aan 1.
Atome in 'n molekule bind 3 algemene elektronpare stewig. Die verbinding vertoon hoë chemiese stabiliteit, wat dit onderskei van suurstof en 'n aantal ander gasvormige stowwe. Om 'n stikstofmolekule in sy samestellende atome te laat disintegreer, is dit nodig om 'n energie van 942,9 kJ / mol te spandeer. 'n Binding van drie pare elektrone is baie sterk.breek af wanneer dit bo 2000 °C verhit word.
Onder normale toestande vind die dissosiasie van molekules in atome feitlik nie plaas nie. Die chemiese traagheid van stikstof is ook te wyte aan die algehele afwesigheid van polariteit in sy molekules. Hulle wissel baie swak met mekaar, wat die rede is vir die gasvormige toestand van materie by normale druk en temperatuur naby kamertemperatuur. Die lae reaktiwiteit van molekulêre stikstof vind toepassing in verskeie prosesse en toestelle waar dit nodig is om 'n inerte omgewing te skep.
Dissosiasie van molekules N2 kan onder die invloed van sonstraling in die boonste atmosfeer plaasvind. Atoomstikstof word gevorm, wat onder normale toestande met sommige metale en nie-metale (fosfor, swael, arseen) reageer. As gevolg hiervan is daar 'n sintese van stowwe wat indirek onder aardse toestande verkry word.
Stikstofvalensie
Die buitenste elektronlaag van 'n atoom word gevorm deur 2 s en 3 p elektrone. Hierdie negatiewe deeltjies stikstof kan opgee wanneer hulle met ander elemente in wisselwerking tree, wat ooreenstem met die verminderende eienskappe daarvan. Deur die ontbrekende 3 elektrone aan die oktet te heg, vertoon die atoom oksiderende vermoëns. Die elektronegatiwiteit van stikstof is laer, sy nie-metaal eienskappe is minder uitgesproke as dié van fluoor, suurstof en chloor. Wanneer dit met hierdie chemiese elemente in wisselwerking tree, gee stikstof elektrone af (word geoksideer). Reduksie na negatiewe ione gaan gepaard met reaksies met ander nie-metale en metale.
Tipiese valensie van stikstof is III. In hierdie gevalchemiese bindings word gevorm as gevolg van die aantrekking van eksterne p-elektrone en die skepping van gemeenskaplike (bindings) pare. Stikstof is in staat om 'n skenker-aanvaarder-binding te vorm as gevolg van sy eensame paar elektrone, soos voorkom in die ammoniumioon NH4+.
Laboratorium- en industriële produksie
Een van die laboratoriummetodes is gebaseer op die oksiderende eienskappe van koperoksied. 'n Stikstof-waterstofverbinding word gebruik - ammoniak NH3. Hierdie onwelriekende gas reageer met gepoeierde swart koperoksied. As gevolg van die reaksie word stikstof vrygestel en metaalkoper (rooi poeier) verskyn. Druppels water, nog 'n produk van die reaksie, sit op die mure van die buis neer.
'n Ander laboratoriummetode wat 'n kombinasie van stikstof met metale gebruik, is asied, soos NaN3. Dit blyk 'n gas wat nie van onsuiwerhede gesuiwer hoef te word nie.
Ammoniumnitriet word in die laboratorium in stikstof en water ontbind. Om die reaksie te laat begin, is verhitting nodig, dan gaan die proses voort met die vrystelling van hitte (eksotermies). Stikstof is met onsuiwerhede besmet, dus word dit gesuiwer en gedroog.
Produksie van stikstof in die industrie:
- fraksionele distillasie van vloeibare lug - 'n metode wat die fisiese eienskappe van stikstof en suurstof (verskillende kookpunte) gebruik;
- chemiese reaksie van lug met rooiwarm steenkool;
- adsorpsiegasskeiding.
Interaksie met metale en waterstof - oksiderende eienskappe
Traagheid van sterk molekuleslaat nie toe dat sommige stikstofverbindings deur direkte sintese verkry word nie. Om atome te aktiveer, is sterk verhitting of bestraling van die stof nodig. Stikstof kan by kamertemperatuur met litium reageer, met magnesium, kalsium en natrium vind die reaksie slegs plaas wanneer dit verhit word. Die ooreenstemmende metaalnitriede word gevorm.
Die interaksie van stikstof met waterstof vind plaas by hoë temperature en druk. Hierdie proses vereis ook 'n katalisator. Dit blyk ammoniak - een van die belangrikste produkte van chemiese sintese. Stikstof, as 'n oksideermiddel, vertoon drie negatiewe oksidasietoestande in sy verbindings:
- −3 (ammoniak en ander waterstofverbindings van stikstof is nitriede);
- −2 (hidrasien N2H4);
- −1 (hidroksielamien NH2OH).
Die belangrikste nitried - ammoniak - word in groot hoeveelhede in die industrie geproduseer. Die chemiese traagheid van stikstof het vir 'n lang tyd 'n groot probleem gebly. Salpeter was sy bron van grondstowwe, maar mineraalreserwes het vinnig begin afneem namate produksie toegeneem het.
'n Groot prestasie van chemiese wetenskap en praktyk was die skepping van die ammoniakmetode van stikstofbinding op 'n industriële skaal. Direkte sintese word in spesiale kolomme uitgevoer - 'n omkeerbare proses tussen stikstof wat uit lug en waterstof verkry word. Wanneer optimale toestande geskep word wat die ewewig van hierdie reaksie na die produk verskuif, met behulp van 'n katalisator, bereik die ammoniakopbrengs 97%.
Interaksie met suurstof - verminderende eienskappe
Om die reaksie van stikstof en suurstof te begin, is sterk verhitting nodig. 'n Elektriese boog en 'n weerligontlading in die atmosfeer het voldoende energie. Die belangrikste anorganiese verbindings waarin stikstof in sy positiewe oksidasietoestande is:
- +1 (stikstofoksied (I) N2O);
- +2 (stikstofmonoksied NO);
- +3 (stikstofoksied (III) N2O3; salpetersuur HNO2, die soute daarvan is nitriete);
- +4 (stikstof (IV) dioksied NO2);
- +5 (stikstofpentoksied (V) N2O5, salpetersuur HNO3, nitrate).
Betekenis in die natuur
Plante absorbeer ammoniumione en nitraatanione uit die grond, gebruik vir chemiese reaksies die sintese van organiese molekules, wat voortdurend in selle aan die gang is. Atmosferiese stikstof kan deur knopbakterieë geabsorbeer word – mikroskopiese wesens wat groeisels op die wortels van peulplante vorm. Gevolglik ontvang hierdie groep plante die nodige voedingselement, verryk die grond daarmee.
Tydens tropiese stortreën vind atmosferiese stikstofoksidasiereaksies plaas. Oksiede los op om sure te vorm, hierdie stikstofverbindings in water kom die grond binne. As gevolg van die sirkulasie van die element in die natuur, word sy reserwes in die aardkors en lug voortdurend aangevul. Komplekse organiese molekules wat stikstof bevat, word deur bakterieë in anorganiese komponente ontbind.
Praktiese gebruik
Die belangrikste verbindingsstikstof vir landbou is hoogs oplosbare soute. Ureum, salpeter (natrium, kalium, kalsium), ammoniumverbindings ('n waterige oplossing van ammoniak, chloried, sulfaat, ammoniumnitraat) word geassimileer deur plante, nitrate. Dele van die plantorganisme is in staat om makrovoedingstowwe "vir die toekoms" te stoor, wat die kwaliteit van produkte vererger. 'n Oormaat nitrate in groente en vrugte kan vergiftiging by mense veroorsaak, die groei van kwaadaardige neoplasmas. Benewens die landbou, word stikstofverbindings in ander bedrywe gebruik:
- om medisyne te ontvang;
- vir die chemiese sintese van makromolekulêre verbindings;
- in die vervaardiging van plofstof uit trinitrotolueen (TNT);
- vir die vervaardiging van kleurstowwe.
GEEN oksied word in chirurgie gebruik nie, die stof het 'n pynstillende effek. Die verlies aan sensasies wanneer hierdie gas ingeasem word, is selfs deur die eerste navorsers van die chemiese eienskappe van stikstof opgemerk. Dit is hoe die onbenullige naam "laggas" verskyn het.
Probleem van nitrate in landbouprodukte
Salpetersuursoute - nitrate - bevat 'n enkelgelaaide anioon NO3-. Tot nou toe word die ou naam van hierdie groep stowwe gebruik - salpeter. Nitrate word gebruik om landerye, in kweekhuise, boorde te bemes. Hulle word vroeg in die lente voor saai toegedien, in die somer - in die vorm van vloeibare verbande. Die stowwe self hou nie 'n groot gevaar vir mense in nie, maarin die liggaam verander dit in nitriete, dan in nitrosamiene. Nitrietione NO2- is giftige deeltjies, hulle veroorsaak die oksidasie van ysterhoudende yster in hemoglobienmolekules in driewaardige ione. In hierdie toestand is die hoofstof van die bloed van mense en diere nie in staat om suurstof te dra en koolstofdioksied uit weefsels te verwyder nie.
Wat is die gevaar van nitraatbesoedeling van voedsel vir menslike gesondheid:
- kwaadaardige gewasse wat voorkom wanneer nitrate na nitrosamiene (karsinogene) omgeskakel word;
- ontwikkeling van ulseratiewe kolitis,
- hipotensie of hipertensie;
- hartversaking;
- bloedstollingsversteuring
- lewer, pankreas, diabetes ontwikkeling;
- ontwikkeling van nierversaking;
- anemie, verswakte geheue, aandag, intelligensie.
Gelyktydige verbruik van verskillende kosse met hoë dosisse nitrate lei tot akute vergiftiging. Bronne kan plante, drinkwater, voorbereide vleisgeregte wees. Week in skoon water en kook kan die nitraatinhoud van voedsel verminder. Die navorsers het gevind dat hoër dosisse gevaarlike verbindings in onvolwasse en kweekhuisplantprodukte gevind is.
Fosfor is 'n element van die stikstofsubgroep
Atome van chemiese elemente wat in dieselfde vertikale kolom van die periodieke stelsel is, vertoon algemene eienskappe. Fosfor is geleë in die derde tydperk, behoort aan die 15de groep, soos stikstof. Die struktuur van atomeelemente is soortgelyk, maar daar is verskille in eienskappe. Stikstof en fosfor vertoon 'n negatiewe oksidasietoestand en valensie III in hul verbindings met metale en waterstof.
Baie reaksies van fosfor vind by gewone temperature plaas, dit is 'n chemies aktiewe element. Dit tree in wisselwerking met suurstof om 'n hoër oksied P2O5 te vorm. 'n Waterige oplossing van hierdie stof het die eienskappe van 'n suur (metafosfor). Wanneer dit verhit word, word ortofosforsuur verkry. Dit vorm verskeie soorte soute, waarvan baie as minerale kunsmis dien, soos superfosfate. Verbindings van stikstof en fosfor is 'n belangrike deel van die siklus van stowwe en energie op ons planeet, hulle word gebruik in industriële, landbou en ander aktiwiteitsvelde.
