Stikstofverbindingen. eigenschappen stikstof

De geboorte van nitraat - zoals vertaald van het Latijnse woord Nitrogenium. Deze titel stikstof - chemisch element met atoomnummer 7, hoofd 15de groep in de lange versie van het periodiek systeem. In de vorm van een enkelvoudige substantie uit de aarde verdeeld airbag - atmosfeer. Een verscheidenheid van stikstofverbindingen gevonden in de aardkorst, en levende organismen worden op grote schaal gebruikt in industrieën, militaire, landbouw en geneeskunde.

Waarom is stikstof heet "stikken" en "levenloze"

Als historici van de scheikunde stel voor het eerst kreeg deze eenvoudige stof Henry Cavendish (1777). Wetenschappelijke passeert lucht over hete kolen voor absorptie van de reactieproducten met behulp alkali. Door ervaring onderzoekers vonden kleurloos en reukloos gas omgezette kool. Cavendish noemde het "verstikkende lucht" voor het onvermogen om te ademen en verbranding te handhaven.

Moderne chemische toegelicht zuurstof laat reageren met kool wordt kooldioxide gevormd. De overblijvende "verstikkende" van de lucht voor het grootste deel van de moleculen _N2. Cavendish en andere wetenschappers ten tijde hierover is nog onbekend, hoewel stikstof en nitraat verbindingen werden vervolgens op grote schaal gebruikt in de economie. De wetenschapper verteld over de ongebruikelijke gas naar een collega om soortgelijke experimenten uit te voeren - Joseph Priestley.

Tegelijkertijd Carl Scheele vestigde de aandacht op de onbekende component van de lucht, maar niet aan zijn oorsprong, naar behoren uit te leggen. Alleen Daniel Rutherford in 1772 realiseerde zich dat de onderhavige experimenten "stikken" "bedorven" gas - stikstof. Sommige wetenschappers geloven zijn ontdekker - is het nog steeds debatteren historici van de wetenschap.

15 jaar na experimenten Rutherford de beroemde chemicus Antuan Lavuaze voorgesteld om de term lucht te vervangen "verwend" verwijst naar stikstof, aan de andere kant - Nitrogenium. Tegen de tijd dat het werd bewezen dat deze stof niet verbrandt, ondersteunt geen ademhaling. Dan waren er de Russische naam "stikstof", die wordt geïnterpreteerd op verschillende manieren. Vaak zeggen dat de term betekent "levenloze". Latere studies hebben het wijdverbreide geloof over de eigenschappen van stoffen weerlegd. Stikstofverbindingen - eiwitten - de belangrijkste macromoleculen in de samenstelling van levende organismen. Om construeren planten uit de bodem minerale voeding noodzakelijke elementen - ^2- -ionen _NO3 en NH ^4+.

Stikstof - een chemisch element

De atomaire structuur en eigenschappen te begrijpen helpt het periodiek systeem (PS). De positie van de chemische elementen in het periodiek systeem kan kernlading, aantal protonen en neutronen (massagetal) definiëren. Het is noodzakelijk om aandacht te besteden aan de waarde van de atomaire massa - dit is een van de belangrijkste kenmerken van het element. eenzelfde aantal overeenkomt met het aantal energieniveaus. De korte versie van het periodiek systeem Groep nummer correspondeert met het aantal elektronen in de externe energaticheskom niveau. Samenvatting van de gegevens in de algemene kenmerken van stikstof door zijn positie in het periodiek systeem:

• Dit is een niet-metallisch element in de rechterbovenhoek van de SS.
• Chemische symbool: N.
• nummer object: 7.
• Relatieve atoommassa: 14,0067.
• Formule vluchtige waterstofverbindingen: _NH3 (ammonia).
• Vormen een hogere oxide _{N2O 5,} die gelijk is aan de waardigheid van stikstof V is

Structuur stikstofatoom:

• kernlading +7.
• Het aantal protonen: 7; het aantal neutronen: 7.
• Aantal Energy Levels: 2.
• Het totale aantal elektronen: 7; e formule: 1s ² 2s ² 2p ^3.

Details onderzocht stabiele isotopen № element 7, de massagetallen - 14 en 15. De inhoud van lichte atomen waarvan 99,64%. De kernen van kortlevende radioactieve isotoop is 7 protonen en het aantal neutronen varieert: 4, 5, 6, 9, 10.

Stikstof in de natuur

In het kader van de luchtmoleculen aanwezig aardmantel enkelvoudige substantie, waarvan de formule - _N2. Het gehalte aan stikstof in de atmosfeer ongeveer 78,1 vol%. Anorganische verbindingen met de chemische element in de aardkorst - diverse ammoniumzouten en nitraten (salpeter). Verbindingen met de formule en de namen van enkele van de meest belangrijke stoffen:

• NH _3, ammoniak.
• _NO2, stikstofdioxide.
• _NaNO3 natriumnitraat.
• _{(NH4) 2 SO4,} ammoniumsulfaat.

De valentie van het stikstof in de laatste twee verbindingen - IV. Kolen, bodem, levende organismen bevatten ook N-atomen in gebonden vorm. Stikstof is een onderdeel van aminozuren macromoleculen, DNA- en RNA-nucleotiden, hormonen en hemoglobine. Het totale gehalte van het chemische element in het menselijk lichaam bereikt 2,5%.

eenvoudige stof

Stikstof in de vorm van atomen molecules - het grootste volume en het gewicht van de atmosfeer lucht. Stof, waarvan de formule is _N2, geen geur, kleur en smaak. Dit gas is meer dan 2/3 lucht aardmantel. De vloeibare stikstof een kleurloze stof, die lijkt op water. Kookt bij een temperatuur van -195,8 ° C M _(N2) = 28 g / mol. Enkelvoudige substantie wat gemakkelijker zuurstof, stikstof, lucht, de dichtheid nabij 1.

De atomen in het molecuul bindt stevig 3 gedeelde elektronenparen. De verbinding vertoont een hoge chemische bestendigheid, waardoor het zich van zuurstof en andere gasvormige stoffen. Een stikstof molecuul wordt gesplitst in zijn samenstellende atomen noodzakelijk om energie 942,9 kJ / mol besteden. Contact van de drie paren elektronen is zeer sterk, begint af te breken wanneer boven 2000 ° C verwarmd

praktisch niet optreedt onder normale omstandigheden, de dissociatie van moleculen in atomen. Chemische inertie wordt ook veroorzaakt door stikstof volledige afwezigheid van polariteit in het molecuul. Ze interageren zeer zwak met elkaar, waardoor de gasvormige aggregatietoestand werken bij normale druk en bij een temperatuur dichtbij kamertemperatuur. Lage chemische activiteit van moleculaire stikstof wordt gebruikt in verschillende processen en inrichtingen waarbij het nodig is om een inerte atmosfeer te creëren.

Dissociatie van moleculen _N2 kan optreden onder invloed van zonnestraling in de bovenste atmosfeer. Atomair stikstof wordt gevormd, dat reageert met bepaalde metalen en niet-metalen onder normale omstandigheden (fosfor, zwavel, arsenicum). Het resultaat is de synthese van de stoffen die bodemomstandigheden indirect verkregen.

stikstof valentie

De buitenste elektronen schil van het atoom een 2 s 3 en p elektronen. Deze negatieve stikstof deeltjes geven bij interactie met andere elementen die overeenkomen met het reducerende eigenschappen. Grenzend aan de ontbrekende octet 3 electron atoom vertoont oxidatieve vermogen. Elektronegativiteit stikstof onder zijn metallische eigenschappen minder uitgesproken dan fluor, zuurstof en chloor. Wanneer interactie met deze chemische elementen stikstof geeft elektronen (oxideren). Reductie negatieve ionen, gevolgd door reactie met andere metalen en niet-metalen.

Typische stikstof valence - III. In dit geval worden de chemische bindingen gevormd door de buitenste p-aantrekking van elektronen en het creëren van gemeenschappelijke (binding) paar. Stikstof kan vormen donor-acceptor binding door zijn eenzaam elektronenpaar, zoals het ammoniumion NH ^4+.

Het krijgen in het laboratorium en de industrie

Een laboratoriummethoden gebaseerd op oxidatieve eigenschappen van koperoxide. Gebruik stikstofverbinding met waterstof - ammoniak _NH3. Deze onplezierige ruikende gas vzaimoddeystvuet met poedervormig koperoxide zwart. De resulterende reactie produceert stikstof en verschijnt metallisch koper (rood poeder). Afgezet op de buiswanden waterdruppels - een reactieproduct.

Een andere laboratoriummethode een stikstofverbinding met metalen gebruikt - azide, bijvoorbeeld _NaN3. Verkregen met een gas dat niet hoeft te worden gereinigd van verontreinigingen.

Het laboratorium wordt uitgevoerd afbraak van ammonium nitriet in stikstof en water. Om de reactie te starten, wordt verwarming vereist, gaat het proces onder warmteontwikkeling (exotherm). Stikstof is verontreinigd met verontreinigingen, zodat het gereinigd en gedroogd.

Bereiding van de stikstof in de industrie:

• gefractioneerde distillatie van vloeibare lucht - een werkwijze die de fysische eigenschappen van stikstof en zuurstof (verschillende kookpunt) gebruikt;
• chemische reactie van de lucht met een gloeiende kool;
• adsorptieve gasscheiding.

Interactie met metalen en waterstof - oxiderende eigenschappen

Inertie duurzame moleculen niet toelaten dat sommige directe synthese van stikstofverbindingen. De nodige atomen sterke verhitting of bestraling stof activeert. Stikstof kan reageren met lithium bij kamertemperatuur met magnesium, calcium en natrium, verloopt de reactie alleen door verwarmen. Overeenkomstige metaal nitriden worden gevormd.

De interactie van stikstof met waterstof vindt plaats bij hoge temperatuur en druk. Ook vereist deze werkwijze de katalysator. Ammoniak verkregen - een van de belangrijkste chemische synthese. Stikstof als oxidatiemiddel, toont in hun tri negatieve oxidatietoestanden:

• 3 (ammoniak en andere stikstofverbindingen, waterstof - nitriden);
• -2 (hydrazine _{N2 H4);}
• -1 (hydroxylamine _NH2 OH).

De belangrijkste nitride - Ammoniak - bereid in grote hoeveelheden in de industrie. Het grote probleem voor een lange tijd bleef de chemische inertie van stikstof. De bronnen van grondstoffen waren nitraat, maar minerale reserves begon snel te dalen met de groei van de productie.

Het grote succes van de chemische wetenschap en praktijk is het creëren van ammoniakstikstof fixatietechniek is op industriële schaal. In speciale kolommen door directe synthese - een reversibel proces tussen stikstof verkregen uit de lucht en waterstof. Bij het maken van optimale omstandigheden, verschuift het evenwicht van deze reactie naar de productzijde toepassing van de katalysator ammoniak opbrengst 97%.

Interactie met zuurstof - reducerende eigenschappen

Om de reactie van stikstof en zuurstof starten moet sterke verhitting. Over voldoende energie elektrische boog en bliksem atmosfeer afblazen. De belangrijkste anorganische verbindingen waarin het stikstofatoom in zijn positieve oxidatietoestanden:

• 1 (stikstofoxide (I) _N2O);
• 2 (NO stikstofmonoxide);
• 3 (stikstofoxide (III) N ₂ O _3, HNO ₂ salpeterigzuur, nitriet zouten daarvan);
• 4 (stikstofdioxide (IV) NO _2);
• 5 (stikstof pentoxide (V) _{N2O 5, HNO3} salpeterzuur, nitraten).

De waarde van natuurlijk voorkomende

Planten nemen ammoniumionen en nitraat anionen uit de bodem gebruikt voor de synthese van chemische reacties van organische moleculen in de cellen constant lopende. Stikstof uit de lucht knobbel bacteriën kunnen assimileren - microscopisch entiteiten vormen knobbeltjes op de wortels van peulvruchten. Als gevolg daarvan, deze groep van planten ontving de vereiste batterij, het verrijkt de bodem.

Tijdens tropische stormen oxidatiereactie atmosferische stikstof. De oxiden worden opgelost met zuren, deze stikstof- voert de bodem in het water. Als gevolg van de cyclus van de elementen in de natuur worden voortdurend bijgevuld haar reserves in de aardkorst, de lucht. Complexe organische moleculen die stikstof in de samenstelling, worden afgebroken door bacteriën op anorganische bestanddelen.

praktisch gebruik

De belangrijkste stikstofverbindingen voor landbouw - een sterk oplosbaar zout. Opgenomen door planten ureum nitraat (natrium, kalium, calcium), ammoniumverbindingen (ammoniakwater, chloride, sulfaat, ammoniumnitraat).
Inerte eigenschappen stikstof planten onvermogen om het absorberen van buitenaf leiden tot de noodzaak om grote doses per jaar nitraten te maken. Delen van de plant organisme in staat zijn om macrocel de macht op te slaan "voor de toekomst", die de kwaliteit van het product degradeert. Overtollige nitraten in groenten en fruit kan vergiftiging bij de mens, de groei van kwaadaardige tumoren veroorzaken. Naast de landbouw worden stikstofverbindingen toegepast in andere industrieën:

• voor de bereiding van medicamenten;
• voor de chemische synthese van hoogmoleculaire verbindingen;
• bij de bereiding van springstoffen van trinitrotolueen (TNT);
• voor de productie van kleurstoffen.

NO oxide vindt gebruik in de chirurgie, de stof heeft een analgetisch effect. Verlies van gevoel bij inhalatie gas merkte dat zelfs de eerste onderzoekers stikstof gespoeld chemische eigenschappen. Zo was er een gemeenschappelijke naam "lachgas".

Het probleem van de nitraten in landbouwproducten

De zouten van salpeterzuur - Nitraat - bevatte een enkelvoudig geladen anion NO ^3-. Nog steeds gebruikt de oude naam van de groep van stoffen - ammoniumnitraat. Nitraten worden gebruikt om velden te bemesten, in kassen, tuinen. Breng ze in het vroege voorjaar voor het planten, in de zomer - in de vorm van vloeibare voedingen. Op zichzelf, is de stof niet een groot gevaar voor mensen vormen, maar in het lichaam, worden ze omgezet in nitrieten, vervolgens in nitrosaminen. Nitriet NO ^2- ionen - giftige deeltjes, ze veroorzaken oxidatie van ferro-ijzer in de hemoglobine moleculen in de driewaardige ionen. In deze toestand, het hoofdbestanddeel van humaan en dierlijk bloed niet in staat is om zuurstof te transporteren en verwijderen van kooldioxide uit de weefsels.

Hoe gevaarlijker nitraat besmetting van voedsel voor de menselijke gezondheid:

• kwaadaardige tumoren die ontstaan bij de omzetting van nitraat nitrosaminen (kankerverwekkende);
• de ontwikkeling van colitis ulcerosa,
• hypotensie of hypertensie;
• hartfalen;
• bloedingsstoornissen
• laesies van de lever, de alvleesklier en de ontwikkeling van diabetes;
• ontwikkeling van nierfalen;
• bloedarmoede, verminderd geheugen, aandacht en intelligentie.

Het gelijktijdig gebruik van verschillende producten met een grote doses nitraten leidt tot acute vergiftiging. De bronnen kunnen planten, drinkwater, kant-en-klare vleesgerechten. Onderdompelen in schoon water en koken kan de voedingswaarde van nitraat producten te verminderen. De onderzoekers vinden dat hogere doses van gevaarlijke stoffen waargenomen in onvolwassen en de uitstoot van plantaardige productie.

Fosfor - element stikstofgroep

Atomen van chemische elementen die in hetzelfde verticale kolom van het periodiek systeem, bezitten gemeenschappelijke eigenschappen. Fosfor is gelegen in de derde periode, betrekking op de groep 15, en stikstof. Structuurelementen soortgelijke atomen, maar er zijn verschillen in eigenschappen. Stikstof en fosfor vertonen negatieve valentietoestand en oxidatietoestand III in hun verbindingen met metalen en waterstof.

Veel fosfor reacties verlopen bij normale temperaturen een chemisch actief element. Laat reageren met zuurstof P vormen ₂ O ₅ hoger oxide. De waterige oplossing van het materiaal de eigenschappen van zuur (metafosforzuur). Onder verwarming orthofosforzuur wordt verkregen. Het definieert een aantal typen zouten, waarvan vele de minerale meststoffen, bijvoorbeeld superfosfaten. Stikstof- en fosforverbindingen vormen een belangrijk deel van de cyclus van materie en energie op onze planeet die in industriële, landbouw en andere gebieden.