Mis on lämmastiku? Mass lämmastikuga. lämmastiku molekuli

Mittemetallist element 15. rühma [Va] tabelName - lämmastikuaatomiga 2 kokku moodustavad molekuli - värvusetu lõhnatu ja maitsetu gaas välja suure osa Maa atmosfääri ja mis on osa kõigist elusolenditele.

Ajalugu avastus

Gaasilist lämmastikku on umbes 4/5 maakera atmosfääri. See eraldati alguses Air Research. 1772, Rootsi HIMIK Karl Wilhelm Scheele esimese tõestamaks, et selline lämmastik. Tema sõnul õhk on segu kahest gaase, üks mida ta nimetas "tulekahju õhk", mis on toetada põletamine ja muu - .. "Puhastamata õhu", sest see jääb pärast esimest tarbida. Need olid hapnik ja lämmastik. Umbes samal ajal on lämmastikku eraldada Šoti botaanik Daniel Rutherford, kes esimesena avaldas oma järeldused, samuti Briti keemik Henry Cavendish ja Briti vaimulik ja teadlane Dzhozefom Pristli, kes jagas Scheele ülimuslikkust avastus hapnikku. Edasised uuringud on näidanud, et uue gaasi on osa nitraatide või kaaliumnitraat _(KNO3), ja seega ta sai nimeks lämmastikku ( "sünnitama salpeeter") Prantsuse keemik Chaptal 1790 Lämmastik esmakordselt omistatud keemilisi elemente Lavoisier, kelle selgitus rolli hapniku põlemisel kummutab Flogiston - populaarne XVIII sajandil. väärarusaam põlemist. Võimetus seda keemilist elementi toetada elu (kreeka ζωή) oli põhjus, et Lavoisier nimega lämmastikuga.

Tekkimist ja levikut

Mis on lämmastiku? Vastavalt arvukus keemilised elemendid, ta järjestatud kuues. Maa atmosfääri 75,51% massist ja 78.09% mahust koosneb element ja see on peamine allikas on tööstuses. Atmosfäär sisaldab ka väikeses koguses ammoniaagi ja ammooniumisoolad, samuti lämmastikoksiidide ja lämmastikhappest käigus moodustunud äikesetormid ja sisepõlemismootorites. Tasuta lämmastik esineb paljudes meteoriite, vulkaanilise ja minu gaasi ja mõned mineraalveeallikad, päike, tähed ja udukogud.

Lämmastik on leitud ka maavaralasundi kaaliumi- ja naatriumnitraat, kuid inimeste vajadusteks piisav. Teine materjali rikas see element on Guano, mis võib leida tühimikud, kus palju nahkhiiri, või keemiline kohtades, kus linde. Ka lämmastik sisaldub vihma ja mulla vormis ammoniaagi ja ammooniumisoolad ja merevees kujul Ammooniumioonide _(NH4 ^+), nitrit _(NO2 ^-) ja nitraatide (NO ₃ ^-). Keskmine on umbes 16% keerukaid orgaanilisi ühendeid, nagu valgud, esinevad kõik elusorganismid. Looduslik sisaldus maakoores on 0,3 massiosa 1000. levimus ruumi - 3-7 aatomit per räni aatom.

Suurim tootvate riikide lämmastiku (nagu ammoniaak) alguses XXI sajandil, olid India, Venemaa, Ameerika Ühendriigid, Trinidad ja Tobago, Ukraina.

Tööstuslik tootmine ja kasutamine

Tööstustoodang lämmastiku põhineb fraktsioneerival destillatsioonil vedela õhu. Selle keemistemperatuuri võrdub -195,8 ° C, 13 ° C madalam kui hapnik, mis on seega eraldati. Lämmastik saab toota ka suuremahuliste põletamise teel süsiniku või süsivesinikud õhus ja lahutades saadud süsinikdioksiid ja vesi jääkkoest lämmastik. Väikemahulises puhta lämmastiku toodetakse kuumutades asiidi baariumi Ba _{(N3) 2.} Laboratory reaktsiooni muuhulgas kuumutamine valmistamine ammooniumi nitriti _{(NH4 NO2),} oksüdeerumist ammoniaagi vesi- broomi lahust või kuumutatud vaskoksiidi :

• _NH4 ^{+ +} _NO2 ^- → _N2 + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3Br ₂ → _N2 + 6 nH ₄ ^{+ +} 6Br ^-.
• 2NH ₃ + 3CuO → _N2 + 3H _2O + 3Cu.

Elementaarse lämmastik olla kasutatakse inertse atmosfääri reaktsioonid vajavad välistades hapniku ja niiskuse eest. Kasutatakse ja vedela lämmastikuga. Vesinik, metaan, süsinikoksiid, hapnik, fluor, ja - ainus aine, mis pärast keemistemperatuuri ei ole lämmastiku tahkes kristalses olekus.

Keemiatööstuses, seda keemilist elementi kasutatakse oksüdeerumise vältimiseks või muu riknemise, nagu inertse lahjendi, reaktiivne gaasi eemaldamiseks kuumuse või kemikaalide, samuti tulekahju või plahvatuse inhibiitor. Toiduainetööstuses gaasilist lämmastikku kasutatakse vältida riknemist ning vedel - Külmkuivatuseks ja jahutussüsteemid. Elektritööstuses gaasi takistab oksüdeerumist ja muude keemiliste reaktsioonide survestab Kaabliümbris ja kaitseb mootorid. Metallurgias kasutatakse lämmastikku keevitamisel kõvajoodisega, takistades oksüdatsiooni carburization ja süsinikutustamiseks. Kuna mitteaktiivsete gaasi seda kasutatakse tootmises poorse kummi, plasti ja elastomeerid, toimib see propellendina mahutiga ning loob ka rõhk vedelkütuse joad. Meditsiinis kiirkülmutusriiul vedela lämmastikuga kasutatakse säilitada veres, luuüdis, koe, bakterite ja sperme. Ta on leidnud rakendust krüogeeni uuringud.

sidemed

Enamik kasutatud lämmastik keemiliste ühendite tootmiseks. Kolmikside aatomite vahel elemendi on nii tugev (226 kcal mooli kaks korda kõrgem kui molekulaarsest vesinikust), siis see lämmastik molekuli vaevalt sõlmib teiste ühenditega.

Peamine tööstuslik meetod fikseerimiselemendile on Haber-Bosch protsess sünteesi ammoniaagi arenenud II maailmasõja ajal, Saksamaa vähendada sõltuvust Tšiili nitraat. See sisaldab otsesünteesil _NH3 - värvusetu gaas terava ärritava lõhna - otse selle osi.

Suurema osa ammoniaagi muundatakse lämmastikhapet _{(HNO3) ja} nitraadid - soolad ja estrid lämmastikhapet, sooda _{(Na2CC 3),} hüdrasiini _{(N2 H4)} - värvitu vedelik on mootorikütusena kasutatava ja paljudes tööstuslikes protsesse.

Lämmastikhappe Teine suur kaubandusliku keemilist ühendit element. Värvusetud väga korrodeeriv vedelik tootmisel kasutatavate väetiste, värvained, ravimid ja lõhkeainete. Ammooniumnitraat _(NH4 NO ₃₎ - soola ammoniaagist ja lämmastikhappest - on kõige levinum lämmastikväetist komponenti.

Hapnik + lämmastiku

C moodustab rea hapniku, lämmastikoksiidide, r. H. Dilämmastikoksiidil (N _2O), milles ta on võrdne valents 1 oksiidi (NO) (2) ja süsinikdioksiidi (NO ₂₎ (4). Paljud väga kõikuv lämmastikoksiidide; nad on peamised saasteallikad atmosfääris. Lämmastikoksiid, mida tuntakse ka naerugaasi, kasutatakse mõnikord anesteetikumi. Sissehingamisel põhjustab see kerge hüsteeria. Lämmastikoksiid reageerib kiiresti hapniku moodustamiseks pruuni dioksiid vahesaaduseks lämmastikhappe tootmise ja tugev oksüdeerija keemilistes protsessides ja raketikütus.

Samuti kasutatakse mõnede nitriidid moodustunud metallide suhtes lämmastikuühend kõrgendatud temperatuuridel. Nitriidid boori, titaani, tsirkooniumi ja tantaal on erilised rakendus. Üks kristalse vormi boornitriidil (BN), näiteks ei ole halvem teemant kõvaduse ja oksüdeeritud halb seetõttu kasutatakse suure abrasiivse.

Anorgaanilised tsüaniidid sisaldada CN rühma ^-. Vesiniktsüaniidi või Vesiniktsüaniidhappe HCN, on kergesti lenduv ja väga mürgine gaas, mida kasutatakse fumigeerimisnõudest kontsentratsioonid maaki teistes tööstusprotsessides. Tsüanohalogeniidid (CN) ₂ kasutatakse keemilisi vahe- ja fumigeerimismeetodites.

Asiidid on ühendid, mis sisaldavad rühma kolme lämmastiku aatomit _-N3. Enamik neist on ebastabiilne ja väga põrutus-. Mõned neist, näiteks pliiasiidi Pb _{(N3) 2,} mida kasutatakse detonaatorite ja krundid. Asiidid nagu halogeenid, kergesti suhtlema teiste ainete saamaks paljusid ühendeid.

Lämmastik on osa mitu tuhat orgaanilisi ühendeid. Enamik neist on saadud ammoniaagist, vesiniktsüaniid, tsüanohalogeniidid, lämmastikushape või lämmastikhappega. Amiinid, aminohapped, amiidid näiteks saadud ammoniaagist või sellega lähedalt seotud. Nitroglütseriini ja nitrotselluloos - lämmastikhape estrid. Nitriti valmistati lämmastikushape (HNO _2). Puriine ja alkaloidid on heterotsüklilised ühendid, milles lämmastiku asendab üks või mitu süsinikuaatomit.

Omadused ja reaktsioonid

Mis on lämmastiku? See on värvitu, lõhnatu gaas, mis kondenseerub temperatuuril -195,8 ° C, värvitu, madala viskoossusega vedelik. Element vormiks _N2 molekulide esindatud kujul: N ::: N:, milles side energia on võrdne 226 Kcal ühe mooli, teine ainult süsinikmonooksiidi (256 kilokalorit mool). Sel põhjusel aktivatsioonienergia molekulaar lämmastik on väga kõrge, nii et tavaolukorras element on suhteliselt inertsed. Samuti väga stabiilne lämmastiku molekuli suure panuse termodünaamiline ebastabiilsuse paljude lämmastikuühendid, millega seoses, isegi kui piisavalt tugev, kuid halvema suhted molekulaarse lämmastiku.

Suhteliselt hiljuti ja võime lämmastikuga molekulide Ootamatult avastati olla ligandid kompleksühendid. Tähelepanek, et mõned lahendused ruteenium komplekse neelavad õhulämmastikku viinud mida võib peagi leida lihtsam ja parem viis, millega määratakse kindlaks element.

Aktiivne lämmastiku saab sooritades madalrõhu gaasi läbi kõrgepinge elektrilahenduslamp. Toode on kollane ja palju kergemini reageerib kui molekulaarsed aatomi vesinik, väävel, fosfor ja erinevate metallide, samuti on võimeline lagundama NO _N2 ja _O2.

Selgemalt mõista, mis on lämmastik, võib saada tänu oma elektroonilise struktuuriga, mis on vormistatud 1s 2s ^{2 2 3} 2p. Viis välise Elektronkiht veidi sõeluda eest, mis tooks tuumaenergia eest tunda piirkonna Kovalentsiraadius. Lämmastiku aatomid on suhteliselt väike ja on kõrge elektronegatiivsus vahel paiknevad süsiniku ja hapniku. E-konfiguratsioonis sisaldab kolme välise poole orbitaalidest, võimaldades moodustamaks kolme kovalentseid sidemeid. Seetõttu lämmastiku aatomiga peab olema eriti suur reaktiivsus, moodustades enamiku teiste elementide stabiilsete binaarsed ühendid, eriti kui teisel elemendil on oluliselt erinev elektronegatiivsus ilmutab märkimisväärset polaarsuse ühendusi. Kui mõni teine element elektronegatiivsus väiksema polaarsusega külge lämmastikuaatom osalise negatiivse laengu, mis vabastab selle unshared elektronid osaleda koordineerimise sidemetega. Kui mõni teine element elektronegatiivsem lämmastiku osalise positiivse laenguga piirab suurel doonori omadusi molekulis. Madalatel polaarsuse tõttu, sest elektronegatiivsust võrdne teise elemendi, mitu kommunikatsioon ülimuslikud ühe. Kui aatomi suuruse erinevuse takistab teket polüsidemetele mis moodustavad üksiksideme on tõenäoliselt suhteliselt nõrk ja ühendus on ebastabiilne.

analüütilise keemia

Sageli protsenti lämmastikku gaasisegus saab määrata, mõõtes selle maht pärast imendumist muud osad keemilise reaktiive. Lagunemisel väävelhapet kohalolekul elavhõbeda nitraati vabastab lämmastikoksiidi, mida saab mõõta kui gaas. Lämmastik on vabanenud orgaanilisi ühendeid kui neid põletati üle vaskoksiidi ja vaba lämmastik olla mõõdetakse gaasi pärast imendumist teiste põlemissaadused. Tuntud Kjeldahli meetodiga määramise aineid, mida peetakse siin orgaaniliste ühendite seisneb lagunevatest ühendi kontsentreeritud väävelhappega (valikuliselt sisaldab elavhõbedat või selle oksiid, samuti erinevate soolade). Seega lämmastikku muundatakse ammooniumsulfaati. Naatriumhüdroksiidi lisades väljaanded ammoniaak, mis koguti tavapäraste aminohape; jääkväärtuse reageerimata hapet Seejärel määratakse tiitrimisel.

Bioloogilised ja füsioloogilised tähendus

Roll lämmastiku elusaine kinnitab oma füsioloogilise aktiivsuse orgaanilisi ühendeid. Enamik elusorganisme ei saa kasutada seda keemilise elemendi enda peaks olema juurdepääs selle ühendid. Seetõttu lämmastiku sidumine on oluline. Looduses see juhtub tulemusena kaks põhiprotsesse. Üks on toime elektrienergiat atmosfääri, mistõttu lämmastiku ja hapniku molekulid lagunevad, võimaldab tasuta aatomitega moodustavad NO ja _NO2. Dioksiid seejärel reageerib veega: 3NO ₂ + _H2O → 2HNO ₃ + NO.

_HNO3 lahustatakse ja tuleb Maa vihma kujul nõrk likööri. Lõpuks happe muutub osaks Ühendatud mullalämmastiku neutraliseeritud moodustamaks nitritid ja nitraadid. N sisalduse kultuurseentega mullad tavaliselt kaudu tagasi viljastamist sisaldab nitraate ja ammooniumisoolad. Spin loomade ja taimede ning nende lagunemisel tagastab lämmastikuühend mulda ja õhku.

Teine suur looduslik kinnistamisprotsess elutegevuseks kaunviljad. Tänu sümbioosis bakterid, need kultuurid on võimeline muundama õhulämmastikku otse selle ühendid. Mõned mikroorganismid nagu Azotobacter Chroococcum ja Clostridium pasteurianum, on võimalik määrata oma N.

gaasi ennast kui inertne kahjutu, välja arvatud juhul, kui nad hingata surve all, ja see on lahustunud vere ja teiste kehavedelikega kõrgematel kontsentratsioonidel. See põhjustab ravimi toimet, ja kui rõhu vähendamisel liiga kiiresti, üleliigne lämmastik vabaneb gaasimullid erinevatesse kohtadesse kehas. See võib põhjustada valu lihastes ja liigestes, minestamine, osaline halvatus ja isegi surma. Need sümptomid on kutsutud dekompressioonihaigusega. Seega need, kes on sunnitud õhku hingata sellises olukorras peab olema väga aeglane, et vähendada survet normaalse üleliigse lämmastiku läbi kopsude kaudu ilma mullide moodustumise. Kasulikum on kasutada hingavat segu hapniku ja heelium. Heeliumi on palju vähem lahustuvad kehavedelikes ja riski vähenedes.

isotoobid

Lämmastik esineb kaks stabiilset isotoopi ^14N (99,63%) ja ¹⁵ N (0,37%). Nad võivad olla eraldatud keemilise vahetuse või termilise difusiooni. lämmastiku mass vormis tehislikud radioaktiivsed isotoobid on vahemikus 10-13 ja 16-24. Kõige stabiilsem poolväärtusaeg 10 minutit. Esimese kunstlikul tuuma transmutatsiooniseadmete tehti 1919 Briti füüsik Ernest Rutherford, mis pommitab lämmastikku 14 alfa-osakesi, mis saadakse tuuma-17 hapnik ja prootonid.

omadused

Lõpuks nimekirja põhiomadused lämmastiku:

• Atomic number: 7.
• Aatommass lämmastiku: 14,0067.
• Sulamistemperatuur: -209,86 ° C
• Keemistemperatuur: -195,8 ° C.
• Tihedus (1 atm, 0 ° C): 1,2506 lämmastiku grammides liitri kohta.
• Tavalised oksüdatsiooniastmega -3, 3, 5.
• Elektronstruktuur: 1s 2s ^{2 2 3} 2p.