Các hợp chất nitơ. tính chất của nitơ

Sinh ra nitrat - như dịch từ chữ Latinh Nitrogenium. nguyên tố hóa học với một số nguyên tử của 7, nhóm thứ trưởng 15 trong phiên bản dài của bảng tuần hoàn - nitơ này tiêu đề. Trong hình thức của một chất đơn giản bao gồm đất được phân phối túi khí - khí quyển. Một loạt các hợp chất nitơ được tìm thấy trong lớp vỏ của trái đất, và các sinh vật sống được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, quân sự, nông nghiệp và y tế.

Tại sao nitơ gọi là "nghẹt thở" và "vô hồn"

Như nhà sử học hóa học đề nghị đầu tiên có chất này đơn giản Henry Cavendish (1777). Khoa học trôi qua không khí trên than nóng cho sự hấp thụ của các sản phẩm phản ứng bằng kiềm. Theo kết quả của nghiên cứu kinh nghiệm phát hiện khí không màu và không mùi, than không phản ứng. Cavendish gọi nó là "ngột ngạt không khí" cho sự bất lực để duy trì hơi thở và đốt.

Hóa học hiện đại được giải thích rằng oxy phản ứng với than đá, carbon dioxide được hình thành. Còn lại "ngột ngạt" của không khí được cho hầu hết các phần của các phân tử N _2. Cavendish và các nhà khoa học khác tại thời điểm về vấn đề này vẫn chưa được biết, mặc dù các hợp chất nitơ và nitrat sau đó đã được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế. Các nhà khoa học cho biết về khí bất thường để một đồng nghiệp để tiến hành các thí nghiệm tương tự - Joseph Priestley.

Đồng thời Carl Scheele đã thu hút sự chú ý đến thành phần chưa biết của không khí, nhưng thất bại trong việc giải thích đúng nguồn gốc của nó. Chỉ Daniel Rutherford vào năm 1772 đã nhận ra rằng các thí nghiệm hiện tại "nghẹt thở" "tha hồ" khí - nitơ. Một số nhà khoa học tin rằng đã tìm ra nó - nó vẫn là tranh luận lịch sử khoa học.

15 năm sau khi thí nghiệm Rutherford của nhà hóa học nổi tiếng Antuan Lavuaze đề xuất để thay thế không khí thuật ngữ "hư hỏng" là nitơ, mặt khác - Nitrogenium. Vào thời điểm đó đã được chứng minh rằng chất này không cháy, không hỗ trợ hô hấp. Sau đó đã có tên Nga "nitơ", được giải thích theo nhiều cách khác nhau. Thường nói rằng thuật ngữ có nghĩa là "vô hồn". nghiên cứu tiếp theo đã bác bỏ niềm tin rộng rãi về tính chất của chất. các hợp chất nitơ - protein - các đại phân tử quan trọng trong thành phần của các sinh vật sống. Bên cạnh kiến trúc thực vật hấp thụ từ chế độ dinh dưỡng khoáng sản đất yếu tố cần thiết - ^2- ion NO ₃ và NH ^4+.

Nitơ - một nguyên tố hóa học

Để hiểu được cấu trúc nguyên tử và tính chất giúp hệ thống tuần hoàn (PS). Vị trí của các nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có thể xác định điện tích hạt nhân, số proton và neutron (số khối). Nó là cần thiết phải chú ý đến giá trị của khối lượng nguyên tử - đây là một trong những đặc điểm chính của phần tử. thời gian, số lượng tương ứng với số mức năng lượng. Các phiên bản ngắn của số bảng Nhóm tuần hoàn tương ứng với số electron ở mức energaticheskom bên ngoài. Tóm tắt các dữ liệu trong các đặc điểm chung của nitơ bởi vị trí của nó trong hệ thống tuần hoàn:

• Đây là một yếu tố phi kim loại nằm ở góc trên bên phải của SS.
• Ký hiệu hóa học: N.
• số tài sản: 7.
• khối lượng nguyên tử tương đối: 14,0067.
• Công thức hợp chất hydro không ổn định: NH ₃ (amoniac).
• Hình thức một oxit cao N ₂ O _5, đó là tương đương với hóa trị của V. nitơ

nguyên tử nitơ cấu trúc:

• điện tích hạt nhân +7.
• Số proton: 7; số lượng neutron: 7.
• Số tầng năng lượng: 2.
• Tổng số electron: 7; e công thức: 1s ² 2s ² 2p ^3.

Thông tin chi tiết nghiên cứu đồng vị ổn định № yếu tố 7, số khối lượng của chúng - 14 và 15. Nội dung của một nguyên tử ánh sáng trong số đó là 99,64%. Các hạt nhân của đồng vị phóng xạ trong thời gian ngắn cũng là 7 proton và số neutron khác nhau rất nhiều: 4, 5, 6, 9, 10.

Nitơ trong tự nhiên

Là một phần của các phân tử không khí có mặt trái đất vỏ chất đơn giản, có công thức - N _2. Nội dung của khí nitơ trong khí quyển là khoảng 78,1% khối lượng. hợp chất vô cơ của các nguyên tố hóa học trong lớp vỏ của trái đất - muối amoni khác nhau và nitrat (chất ni tơ). Các hợp chất của công thức và tên của một số các chất quan trọng nhất:

• NH _3, amoniac.
• NO _2, nitơ dioxide.
• NaNO ₃ Natri nitrat.
• (NH _{4) 2} SO _4, ammonium sulfate.

Các hóa trị của nitơ trong hai hợp chất sau - IV. Than, đất, sinh vật cũng chứa các nguyên tử N ở dạng ràng buộc. Nitơ là một thành phần của amino axit phân tử, DNA và RNA nucleotide, hormon và hemoglobin. tổng nội dung của các nguyên tố hóa học trong cơ thể con người đạt 2,5%.

chất đơn giản

Nitơ dưới dạng phân tử hai nguyên - khối lượng lớn nhất và trọng lượng của không khí khí quyển. Chất, có công thức là N _2, không có mùi, màu sắc và hương vị. Khí này là hơn 2/3 đất không khí vỏ. Nitơ lỏng là một chất không màu, giống như nước. Sôi ở nhiệt độ là -195,8 ° C. M (N ₂₎ = 28 g / mol. Đơn giản chút chất dễ dàng hơn oxy, nitơ, không khí, mật độ của nó là gần 1.

Các nguyên tử trong phân tử ràng buộc chặt 3 chia sẻ cặp electron. Hợp chất này thể hiện một sức đề kháng hóa học cao, mà phân biệt nó với oxy và các chất khí khác. Với một phân tử nitơ được chia thành các nguyên tử cấu thành của nó cần thiết để rộng năng lượng 942,9 kJ / mol. Liên hệ trong ba cặp electron là rất mạnh mẽ, bắt đầu phân hủy khi đun nóng trên 2000 ° C.

thực tế không xảy ra trong điều kiện bình thường, phân ly của các phân tử thành các nguyên tử. trơ hóa học cũng là do nitơ vắng mặt hoàn toàn của phân cực trong phân tử của nó. Họ tương tác rất yếu với nhau, do đó làm việc trạng thái khí của vật chất ở áp suất bình thường và ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng. hoạt động hóa học thấp của nitơ phân tử được sử dụng trong các quá trình khác nhau và các thiết bị, nơi nó là cần thiết để tạo ra một môi trường trơ.

Phân ly của các phân tử N ₂ có thể xảy ra dưới ảnh hưởng của bức xạ mặt trời trong khí quyển trên. nitơ nguyên tử được hình thành, trong đó phản ứng với kim loại nhất định và phi kim trong điều kiện bình thường (phốt pho, lưu huỳnh, asen). Kết quả là sự tổng hợp của các điều kiện mặt đất chất là thu được một cách gián tiếp.

hóa trị nitơ

Vỏ electron ngoài cùng của nguyên tử tạo thành một electron 2 s 3 và p. Những nitơ tiêu cực có thể cung cấp cho các hạt khi tương tác với các yếu tố khác tương ứng với các thuộc tính giảm của nó. Liền kề octet thiếu đến 3 nguyên tử electron thể hiện khả năng oxy hóa. Độ âm điện nitơ dưới đây thuộc tính kim loại của nó là ít rõ rệt hơn so với flo, oxi và clo. Khi tương tác với các nguyên tố hóa học nitơ cung cấp cho electron (oxy hóa). Giảm tới các ion âm sau đó phản ứng với các kim loại và phi kim loại khác.

hóa trị nitơ điển hình - III. Trong trường hợp này, các liên kết hóa học được hình thành bởi các bên ngoài p-hấp dẫn của các electron và sự sáng tạo của chung (bắt buộc) cặp. Nitơ có khả năng hình thành trái phiếu tài chấp nhận do cặp duy nhất của electron, như là ammonium ion NH ^4+.

Bắt trong phòng thí nghiệm và công nghiệp

phương pháp Một phòng thí nghiệm dựa trên đặc tính oxy hóa của oxit đồng. Sử dụng hợp chất nitơ với hydro - amoniac NH _3. Đây mùi vzaimoddeystvuet khí khó chịu với bột oxit đồng đen. Phản ứng kết quả sản xuất nitơ và dường như đồng kim loại (bột màu đỏ). Lắng đọng trên các bức tường ống giọt nước - sản phẩm phản ứng khác.

Một phương pháp phòng thí nghiệm có sử dụng một hợp chất nitơ với các kim loại - azit, ví dụ NaN _3. Thu được bằng một loại khí mà không cần phải được làm sạch từ chất gây ô nhiễm.

Các phòng thí nghiệm được tiến hành phân hủy của amoni nitrit để nitơ và nước. Để bắt đầu phản ứng, nóng là cần thiết, sau đó quá trình tiến hành với sự phát triển của nhiệt (tỏa nhiệt). Nitơ bị ô nhiễm với các tạp chất, vì vậy nó được làm sạch và sấy khô.

Chuẩn bị của nitơ trong ngành công nghiệp:

• chưng cất phân đoạn không khí lỏng - một phương pháp, trong đó sử dụng các tính chất vật lý của nitơ và oxy (điểm sôi khác nhau);
• phản ứng hóa học của không khí với than nóng;
• tách khí hút bám.

Tương tác với các kim loại và hydro - Thuộc tính oxy hóa

Quán tính phân tử bền không cho phép một số tổng hợp trực tiếp các hợp chất nitơ. Để kích hoạt các nguyên tử cần thiết để sưởi ấm mạnh hay chất chiếu xạ. Nitơ có thể phản ứng với lithium ở nhiệt độ phòng, với magiê, canxi và natri, phản ứng tiến hành chỉ bằng cách nung nóng. Tương ứng nitrit kim loại được hình thành.

Sự tương tác của nitơ với hydro diễn ra ở nhiệt độ cao và áp suất. Ngoài ra quá trình này đòi hỏi phải có chất xúc tác. Amoniac thu được - một trong những quá trình tổng hợp hóa học quan trọng nhất. Nitơ, như là một tác nhân oxy hóa, cho thấy trong tri âm trạng thái ôxi hóa của họ:

• 3 (các hợp chất amoniac và nitơ khác, hydro - nitrit);
• -2 (hydrazine N ₂ H _4);
• -1 (hydroxylamine NH ₂ OH).

Các nitride quan trọng nhất - Amoniac - chuẩn bị với số lượng lớn trong ngành công nghiệp. Các vấn đề lớn trong một thời gian dài vẫn là tính trơ hóa học của nitơ. nguồn của nguyên liệu là nitrat, nhưng trữ lượng khoáng sản bắt đầu giảm nhanh chóng với sự phát triển của sản xuất.

Thành tựu vĩ đại của khoa học hóa học và thực hành đã tạo ra các kỹ thuật định hình ammonia nitơ trên một quy mô công nghiệp. Trong cột đặc biệt là bởi sự tổng hợp trực tiếp - một quá trình thuận nghịch giữa nitơ thu được từ không khí và hydro. Khi tạo điều kiện tối ưu, thay đổi các trạng thái cân bằng của phản ứng này sang phía bên sản phẩm, sử dụng năng suất chất xúc tác amoniac là 97%.

Tương tác với oxy - giảm tính

Để bắt đầu phản ứng của nitơ và oxy, phải sưởi ấm mạnh mẽ. Có đủ năng lượng hồ quang điện và xả sét đến bầu khí quyển. Các hợp chất vô cơ quan trọng nhất trong đó nitơ là trong trạng thái ôxi hóa tích cực của nó:

• 1 (nitơ oxit (I) N ₂ O);
• +2 (NO nitơ monoxit);
• 3 (nitơ oxit (III) N ₂ O _3, HNO ₂ axit nitơ, muối nitrit của chúng);
• 4 (nitơ dioxide (IV) NO _2);
• 5 (pentôxít nitơ (V) N ₂ O _5, HNO ₃ axit nitric, nitrat).

Giá trị của tự nhiên

Thực vật hấp thụ các ion amoni và anion nitrat từ đất sử dụng cho quá trình tổng hợp các phản ứng hóa học của phân tử hữu cơ trong các tế bào liên tục chạy. vi khuẩn nốt nitơ trong khí quyển có thể đồng hóa - đơn vị vi hình thành nốt sần trên rễ của cây họ đậu. Kết quả là, nhóm này các nhà máy nhận pin cần thiết, nó làm phong phú thêm đất.

Trong cơn bão nhiệt đới xảy ra phản ứng oxi hóa của nitơ trong khí quyển. Các oxit được hòa tan để tạo thành axit, các hợp chất của nitơ nhập đất trong nước. Do chu kỳ của các yếu tố trong tự nhiên không ngừng được bổ sung dự trữ của nó trong lớp vỏ của trái đất, không khí. phân tử hữu cơ phức tạp có chứa nitơ trong thành phần của nó, bị phân hủy bởi vi khuẩn trên các thành phần vô cơ.

sử dụng thực tế

Các hợp chất nitơ quan trọng nhất đối với sản xuất nông nghiệp - một muối hòa tan cao. Hấp thụ bởi các nhà máy urê nitrat (natri, kali, canxi), các hợp chất amoni (nước amoniac, clorua, sulfat, amoni nitrat).
Trơ tính nitơ thực vật không có khả năng hấp thụ nó từ khách hàng tiềm ngoài sự cần thiết phải làm liều lớn hàng năm nitrat. Các bộ phận của cơ thể thực vật có khả năng lưu trữ năng lượng macrocell "cho tương lai", mà làm giảm chất lượng của sản phẩm. Dư thừa nitrat trong rau và hoa quả có thể gây ngộ độc ở người, sự phát triển của các khối u ác tính. Ngoài nông nghiệp, các hợp chất nitơ được sử dụng trong ngành công nghiệp khác:

• cho việc chuẩn bị dược phẩm;
• để tổng hợp hóa học của các hợp chất cao phân tử;
• trong sản xuất thuốc nổ từ trinitrotoluene (TNT);
• để sản xuất thuốc nhuộm.

NO oxit thấy sử dụng trong phẫu thuật, các chất có tác dụng giảm đau. Mất cảm giác khi khí hít nhận thấy rằng ngay cả những nhà nghiên cứu đầu tiên nitơ tính chất hóa học. Vì vậy, đã có một tên gọi chung "khí gây cười".

Các vấn đề của nitrat trong các sản phẩm nông nghiệp

Các muối của axit nitric - Nitrate - chứa một anion đơn lẻ sạc ^NO3-. Vẫn sử dụng tên cũ của nhóm các chất - amoni nitrat. Nitrat được sử dụng để bón ruộng, trong nhà kính, vườn. Mang lại cho họ vào đầu mùa xuân trước khi trồng, vào mùa hè - theo hình thức cho ăn lỏng. Tự, các chất không gây nguy hiểm lớn cho người dân, nhưng trong cơ thể, chúng được chuyển đổi thành nitrit, sau đó vào nitrosamine. Nitrit ^NO2- ion - hạt độc, chúng gây ra quá trình oxy hóa của sắt II trong các phân tử hemoglobin trong các ion hóa trị ba. Trong trạng thái này, các chất chủ yếu của máu người và động vật không có khả năng vận chuyển oxy và loại bỏ carbon dioxide từ các mô.

Các nitrat ô nhiễm nguy hiểm hơn của thực phẩm đối với sức khỏe con người:

• các khối u ác tính phát sinh trong việc chuyển đổi nitrat để nitrosamine (gây ung thư);
• sự phát triển của viêm loét đại tràng,
• hạ huyết áp hoặc tăng huyết áp;
• suy tim;
• chảy máu rối loạn
• tổn thương của gan, tuyến tụy và sự phát triển của bệnh tiểu đường;
• phát triển của suy thận;
• thiếu máu, trí nhớ suy giảm, sự chú ý và trí thông minh.

Việc sử dụng đồng thời các sản phẩm khác nhau với liều lượng lớn nitrat dẫn đến ngộ độc cấp tính. Các nguồn có thể thực vật, nước uống, các món thịt làm sẵn. Ngâm trong nước sạch và nấu ăn có thể làm giảm hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm nitrat. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng liều cao hơn các hợp chất nguy hiểm được quan sát trong sản xuất còn non nớt và cây nhà kính.

Phốt pho - yếu tố nhóm nitơ

Nguyên tử của nguyên tố hóa học có trong cột dọc cùng của hệ thống tuần hoàn, triển lãm tài sản chung. Phốt pho nằm trong giai đoạn thứ ba, nó đề cập đến nhóm 15, cũng như nitơ. các yếu tố cấu trúc nguyên tử tương tự, nhưng có sự khác biệt về tính chất. Nitơ và phốt pho triển lãm tiêu cực hóa trị và trạng thái ôxi hóa III trong hợp chất của chúng với các kim loại và hydro.

Nhiều photpho phản ứng tiến hành ở nhiệt độ bình thường, một yếu tố tích cực về mặt hóa học. Phản ứng với oxy để tạo thành P ₂ O ₅ cao hơn oxit. Các dung dịch nước của các tài liệu này có các tính chất của axit (metaphosphoric). Trong khi đun nóng axit orthophosphoric thu được. Nó định nghĩa được đa số các loại muối, nhiều trong số đó là những phân khoáng, ví dụ superphosphates. Nitơ và phốt pho hợp chất tạo thành một phần quan trọng trong chu kỳ của vật chất và năng lượng trên hành tinh của chúng ta, được sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và các lĩnh vực khác.