Giving s altpeter - hivi ndivyo neno Nitrojenium linavyotafsiriwa kutoka Kilatini. Hili ndilo jina la nitrojeni - kipengele cha kemikali kilicho na nambari ya atomiki 7, inayoongoza kikundi cha 15 katika toleo la muda mrefu la jedwali la mara kwa mara. Kwa namna ya dutu rahisi, inasambazwa katika shell ya hewa ya Dunia - anga. Aina mbalimbali za misombo ya nitrojeni hupatikana katika ukoko wa dunia na viumbe hai, na hutumiwa sana katika viwanda, masuala ya kijeshi, kilimo na dawa.
Kwa nini naitrojeni iliitwa "kutosheleza" na "isiyo na uhai"
Kama wanahistoria wa kemia wanavyopendekeza, Henry Cavendish (1777) alikuwa wa kwanza kupokea dutu hii rahisi. Mwanasayansi alipitisha hewa juu ya makaa ya moto, kwa kutumia alkali kunyonya bidhaa za majibu. Kama matokeo ya jaribio hilo, mtafiti aligundua gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu ambayo haikuguswa na makaa ya mawe. Cavendish aliiita "hewa ya kukatisha hewa" kwa kushindwa kustahimili kupumua pamoja na kuwaka.
Mkemia wa kisasa anaweza kueleza kuwa oksijeni ilijibu pamoja na kaboni na kuunda kaboni dioksidi. Sehemu iliyobaki ya hewa "inayokosa hewa" ilijumuisha zaidi molekuli N2. Cavendish na wanasayansi wengine wakati huo hawakujua juu ya dutu hii, ingawa misombo ya nitrojeni na chumvi ilitumiwa sana katika uchumi. Mwanasayansi huyo aliripoti gesi hiyo isiyo ya kawaida kwa mwenzake, ambaye alifanya majaribio sawa na hayo, Joseph Priestley.
Wakati huo huo, Karl Scheele aliangazia eneo bunge lisilojulikana, lakini alishindwa kueleza kwa usahihi asili yake. Daniel Rutherford pekee mnamo 1772 aligundua kuwa gesi "iliyoharibika" "iliyoharibika" iliyokuwepo kwenye majaribio ilikuwa nitrojeni. Ni mwanasayansi gani anapaswa kuzingatiwa kuwa mgunduzi wake - wanahistoria wa sayansi bado wanabishana kuhusu hili.
miaka 15 baada ya majaribio ya Rutherford, mwanakemia maarufu Antoine Lavoisier alipendekeza kubadilisha neno hewa "iliyoharibiwa", akimaanisha nitrojeni, hadi nyingine - Nitrojenium. Kufikia wakati huo, ilithibitishwa kuwa dutu hii haina kuchoma, haiunga mkono kupumua. Wakati huo huo, jina la Kirusi "nitrojeni" lilionekana, ambalo linatafsiriwa kwa njia tofauti. Neno hilo mara nyingi husemwa kumaanisha "kutokuwa na uhai". Kazi iliyofuata ilikanusha maoni yaliyoenea juu ya mali ya jambo. Misombo ya nitrojeni - protini - ni macromolecules muhimu zaidi katika muundo wa viumbe hai. Ili kuzijenga, mimea hufyonza vipengele muhimu vya lishe ya madini kutoka kwenye udongo - ioni NO32- na NH4+.
Nitrojeni ni kipengele cha kemikali
Mfumo wa mara kwa mara (PS) husaidia kuelewa muundo wa atomi na sifa zake. Kwa nafasi ya kipengele cha kemikali katika meza ya mara kwa mara, mtu anaweza kuamuamalipo ya nyuklia, idadi ya protoni na neutroni (idadi ya molekuli). Ni muhimu kulipa kipaumbele kwa thamani ya molekuli ya atomiki - hii ni moja ya sifa kuu za kipengele. Nambari ya kipindi inalingana na idadi ya viwango vya nishati. Katika toleo fupi la jedwali la upimaji, nambari ya kikundi inalingana na idadi ya elektroni katika kiwango cha nishati ya nje. Hebu tufanye muhtasari wa data zote katika sifa za jumla za nitrojeni kwa nafasi yake katika mfumo wa upimaji:
- Hiki ni kipengele kisicho cha metali, kilicho katika kona ya juu kulia ya PS.
- Alama ya kemikali: N.
- Nambari ya agizo: 7.
- Uzito wa atomiki jamaa: 14.0067.
- Mchanganyiko wa hidrojeni tete: NH3 (amonia).
- Hutoa oksidi ya juu zaidi N2O5, ambapo valency ya nitrojeni ni V.
Muundo wa atomi ya nitrojeni:
- Chaji msingi: +7.
- Idadi ya protoni:7; idadi ya neutroni: 7.
- Idadi ya viwango vya nishati: 2.
- Jumla ya idadi ya elektroni: 7; fomula ya kielektroniki: 1s2222p3.
Isotopu thabiti za kipengele nambari 7 zimesomwa kwa undani, nambari zao za wingi ni 14 na 15. Maudhui ya atomi ya nyepesi yao ni 99.64%. Pia kuna protoni 7 kwenye viini vya isotopu za mionzi za muda mfupi, na idadi ya neutroni inatofautiana sana: 4, 5, 6, 9, 10.
Naitrojeni asilia
Ganda la hewa la Dunia lina molekuli za dutu rahisi, fomula yake ni N2. Maudhui ya nitrojeni ya gesi katika angahewa ni kwa kiasitakriban 78.1%. Misombo ya isokaboni ya kipengele hiki cha kemikali katika ukoko wa dunia ni chumvi mbalimbali za amonia na nitrati (nitrati). Michanganyiko ya misombo na majina ya baadhi ya vitu muhimu zaidi:
- NH3, amonia.
- HAPANA2, dioksidi ya nitrojeni.
- NaNO3, nitrati ya sodiamu.
- (NH4)2SO4, ammonium sulfate.
Valence ya nitrojeni katika misombo miwili ya mwisho - IV. Makaa ya mawe, udongo, viumbe hai pia vina atomi za N. Nitrojeni ni sehemu muhimu ya macromolecules ya amino asidi, DNA na RNA nucleotides, homoni na hemoglobin. Jumla ya maudhui ya kipengele cha kemikali katika mwili wa binadamu hufikia 2.5%.
Dutu rahisi
Nitrojeni katika umbo la molekuli za diatomiki ndiyo sehemu kubwa zaidi ya hewa ya angahewa kwa ujazo na uzito. Dutu ambayo fomula yake ni N2 haina harufu, rangi au ladha. Gesi hii hufanya zaidi ya 2/3 ya bahasha ya hewa ya Dunia. Katika hali ya kioevu, nitrojeni ni dutu isiyo na rangi inayofanana na maji. Inachemka kwa -195.8 °C. M (N2)=28 g/mol. Dutu hii nitrojeni ni nyepesi kidogo kuliko oksijeni, msongamano wake katika hewa ni karibu 1.
Atomi katika molekuli hufunga jozi 3 za kawaida za elektroni. Kiwanja kinaonyesha utulivu wa juu wa kemikali, ambayo huitofautisha na oksijeni na idadi ya vitu vingine vya gesi. Ili molekuli ya nitrojeni itengane ndani ya atomi zake za kawaida, ni muhimu kutumia nishati ya 942.9 kJ / mol. Kifungo cha jozi tatu za elektroni ni nguvu sana.huvunjika inapokanzwa zaidi ya 2000 °C.
Katika hali ya kawaida, mtengano wa molekuli kuwa atomi haufanyiki. Ajizi ya kemikali ya nitrojeni pia ni kutokana na kutokuwepo kabisa kwa polarity katika molekuli zake. Wanaingiliana dhaifu sana kwa kila mmoja, ambayo ndiyo sababu ya hali ya gesi ya suala kwa shinikizo la kawaida na joto karibu na joto la kawaida. Utendaji wa chini wa nitrojeni ya molekuli hupata matumizi katika michakato na vifaa mbalimbali ambapo ni muhimu kuunda mazingira ajizi.
Mtengano wa molekuli N2 kunaweza kutokea kwa kuathiriwa na mionzi ya jua katika anga ya juu. Nitrojeni ya atomiki huundwa, ambayo chini ya hali ya kawaida humenyuka na baadhi ya metali na zisizo za metali (fosforasi, sulfuri, arseniki). Kwa hivyo, kuna mchanganyiko wa dutu ambazo hupatikana kwa njia isiyo ya moja kwa moja chini ya hali ya nchi kavu.
Valency ya nitrojeni
Safu ya elektroni ya nje ya atomi huundwa na elektroni 2 na 3 p. Chembe hizi hasi za nitrojeni zinaweza kuacha wakati wa kuingiliana na vipengele vingine, ambavyo vinafanana na mali zake za kupunguza. Kwa kuunganisha elektroni 3 zilizokosekana kwenye pweza, atomi huonyesha uwezo wa kuongeza vioksidishaji. Electronegativity ya nitrojeni ni ya chini, mali zake zisizo za metali hazijulikani zaidi kuliko zile za fluorine, oksijeni na klorini. Wakati wa kuingiliana na vipengele hivi vya kemikali, nitrojeni hutoa elektroni (ni iliyooksidishwa). Kupunguza hadi ioni hasi huambatana na miitikio na metali nyingine zisizo na metali.
Thamani ya kawaida ya nitrojeni ni III. Kwa kesi hiivifungo vya kemikali vinaundwa kutokana na mvuto wa p-elektroni za nje na kuundwa kwa jozi za kawaida (bonding). Nitrojeni ina uwezo wa kutengeneza dhamana ya kipokezi cha wafadhili kutokana na jozi yake pekee ya elektroni, kama inavyotokea katika ioni ya amonia NH4+.
..
Uzalishaji wa maabara na viwandani
Moja ya mbinu za maabara inategemea sifa za vioksidishaji za oksidi ya shaba. Mchanganyiko wa nitrojeni-hidrojeni hutumika - amonia NH3. Gesi hii yenye harufu mbaya humenyuka ikiwa na unga wa oksidi ya shaba nyeusi. Kama matokeo ya mmenyuko, nitrojeni hutolewa na shaba ya metali (poda nyekundu) inaonekana. Matone ya maji, bidhaa nyingine ya mmenyuko, hutua kwenye kuta za bomba.
Mbinu nyingine ya maabara inayotumia mchanganyiko wa nitrojeni na metali ni azide, kama vile NaN3. Inageuka kuwa gesi ambayo haihitaji kusafishwa kutokana na uchafu.
Nitriti ya ammonium hutenganishwa na kuwa nitrojeni na maji kwenye maabara. Ili mmenyuko kuanza, inapokanzwa inahitajika, basi mchakato unaendelea na kutolewa kwa joto (exothermic). Nitrojeni imechafuliwa na uchafu, hivyo husafishwa na kukaushwa.
Uzalishaji wa nitrojeni katika sekta:
- kuchemsha kwa sehemu kwa hewa kioevu - mbinu inayotumia sifa halisi za nitrojeni na oksijeni (viini tofauti vya mchemko);
- mwitikio wa kemikali ya hewa na makaa ya mawe nyekundu-moto;
- kutenganisha gesi ya adsorption.
Muingiliano na metali na hidrojeni - sifa za vioksidishaji
Uzembe wa molekuli kalihairuhusu kupata baadhi ya misombo ya nitrojeni kwa usanisi wa moja kwa moja. Ili kuamilisha atomi, inapokanzwa au mnururisho wa dutu hii ni muhimu. Nitrojeni inaweza kuguswa na lithiamu kwenye joto la kawaida, na magnesiamu, kalsiamu na sodiamu majibu hutokea tu wakati wa joto. Nitridi za chuma zinazolingana huundwa.
Muingiliano wa nitrojeni na hidrojeni hutokea kwa viwango vya juu vya joto na shinikizo. Utaratibu huu pia unahitaji kichocheo. Inageuka amonia - moja ya bidhaa muhimu zaidi za awali ya kemikali. Nitrojeni, kama kioksidishaji, huonyesha hali tatu hasi za uoksidishaji katika misombo yake:
- −3 (amonia na misombo mingine ya hidrojeni ya nitrojeni ni nitridi);
- −2 (hydrazine N2H4);
- −1 (hydroxylamine NH2OH).
Nitridi muhimu zaidi - amonia - huzalishwa kwa wingi viwandani. Ajizi ya kemikali ya nitrojeni ilibaki kuwa tatizo kubwa kwa muda mrefu. S altpeter kilikuwa chanzo chake cha malighafi, lakini akiba ya madini ilianza kupungua kwa kasi kadiri uzalishaji ulivyoongezeka.
Mafanikio makubwa ya sayansi ya kemikali na mazoezi yalikuwa uundaji wa mbinu ya amonia ya urekebishaji wa nitrojeni katika kiwango cha viwanda. Mchanganyiko wa moja kwa moja unafanywa katika safu maalum - mchakato unaoweza kubadilishwa kati ya nitrojeni iliyopatikana kutoka kwa hewa na hidrojeni. Wakati wa kuunda hali bora zaidi ambazo hubadilisha usawa wa mmenyuko huu kuelekea bidhaa, kwa kutumia kichocheo, mavuno ya amonia hufikia 97%.
Muingiliano na oksijeni - sifa za kupunguza
Ili kuanza mmenyuko wa nitrojeni na oksijeni, upashaji joto mwingi ni muhimu. Arc ya umeme na kutokwa kwa umeme katika angahewa ina nishati ya kutosha. Misombo muhimu zaidi ya isokaboni ambayo nitrojeni iko katika hali yake ya oksidi chanya:
- +1 (nitriki oksidi (I) N2O);
- +2 (monoxide ya nitrojeni NO);
- +3 (nitriki oksidi (III) N2O3; asidi ya nitrojeni HNO2, chumvi zake ni nitriti);
- +4 (nitrogen (IV) dioksidi NO2);
- +5 (pentoksidi ya nitrojeni (V) N2O5, asidi ya nitriki HNO3, nitrati).
Maana katika asili
Mimea hufyonza ioni za ammoniamu na anitrati kutoka kwenye udongo, tumia kwa athari za kemikali usanisi wa molekuli za kikaboni, zikiendelea kila mara kwenye seli. Nitrojeni ya anga inaweza kufyonzwa na bakteria ya nodule - viumbe vidogo ambavyo huunda ukuaji kwenye mizizi ya kunde. Matokeo yake, kundi hili la mimea hupokea kipengele muhimu cha virutubisho, kurutubisha udongo nacho.
Wakati wa mvua za kitropiki, athari za oksidi ya nitrojeni ya anga hutokea. Oksidi huyeyuka kutengeneza asidi, misombo hii ya nitrojeni katika maji huingia kwenye udongo. Kwa sababu ya mzunguko wa kitu katika maumbile, akiba yake kwenye ukoko wa dunia na hewa hujazwa tena. Molekuli changamano za kikaboni zilizo na nitrojeni hutenganishwa na bakteria kuwa viambajengo isokaboni.
Matumizi ya vitendo
Miunganisho muhimu zaidinitrojeni kwa kilimo ni chumvi mumunyifu sana. Urea, s altpeter (sodiamu, potasiamu, kalsiamu), misombo ya amonia (suluhisho la maji la amonia, kloridi, sulfate, nitrati ya ammoniamu) huchukuliwa na mimea. Sehemu za viumbe vya mmea zinaweza kuhifadhi macronutrients "kwa siku zijazo", ambayo inazidisha ubora wa bidhaa. Ziada ya nitrati katika mboga na matunda inaweza kusababisha sumu kwa watu, ukuaji wa neoplasms mbaya. Mbali na kilimo, misombo ya nitrojeni inatumika katika viwanda vingine:
- kupokea dawa;
- kwa usanisi wa kemikali wa misombo ya macromolecular;
- katika utengenezaji wa vilipuzi kutoka trinitrotoluene (TNT);
- kwa ajili ya utengenezaji wa rangi.
HAKUNA oksidi hutumika katika upasuaji, dutu hii ina athari ya kutuliza maumivu. Hasara ya hisia wakati wa kuvuta gesi hii ilionekana hata na watafiti wa kwanza wa mali ya kemikali ya nitrojeni. Hivi ndivyo jina dogo "gesi inayocheka" lilivyoonekana.
Tatizo la nitrati katika bidhaa za kilimo
Chumvi ya asidi ya nitriki - nitrati - ina anioni iliyojaa moja NO3-. Hadi sasa, jina la zamani la kundi hili la vitu hutumiwa - s altpeter. Nitrati hutumiwa kurutubisha mashamba, katika greenhouses, bustani. Wao hutumiwa katika spring mapema kabla ya kupanda, katika majira ya joto - kwa namna ya mavazi ya kioevu. Dutu zenyewe hazina hatari kubwa kwa wanadamu, lakinikatika mwili, hubadilika kuwa nitriti, kisha kuwa nitrosamines. Ioni za nitriti NO2- ni chembe chembe zenye sumu, husababisha uoksidishaji wa chuma chenye feri katika molekuli za himoglobini kuwa ayoni tatu. Katika hali hii, dutu kuu ya damu ya binadamu na wanyama haiwezi kubeba oksijeni na kuondoa kaboni dioksidi kutoka kwa tishu.
Ni nini hatari ya uchafuzi wa nitrate ya chakula kwa afya ya binadamu:
- vivimbe mbaya vinavyotokea nitrati inapobadilishwa kuwa nitrosamines (carcinojeni);
- maendeleo ya ugonjwa wa kidonda cha tumbo,
- shinikizo la damu au presha;
- kushindwa kwa moyo;
- ugonjwa wa kuganda kwa damu
- ini, kongosho, ukuaji wa kisukari;
- maendeleo ya figo kushindwa kufanya kazi;
- anemia, kumbukumbu iliyoharibika, umakini, akili.
Ulaji wa wakati huo huo wa vyakula tofauti na viwango vya juu vya nitrati husababisha sumu kali. Vyanzo vinaweza kuwa mimea, maji ya kunywa, sahani za nyama tayari. Kuloweka kwenye maji safi na kupika kunaweza kupunguza kiwango cha nitrate katika vyakula. Watafiti waligundua kuwa viwango vya juu vya misombo ya hatari vilipatikana katika bidhaa ambazo hazijakomaa na mimea chafu.
Phosphorus ni kipengele cha kikundi kidogo cha nitrojeni
Atomu za elementi za kemikali zilizo katika safu wima sawa za mfumo wa muda huonyesha sifa zinazofanana. Phosphorus iko katika kipindi cha tatu, ni ya kundi la 15, kama nitrojeni. Muundo wa atomivipengele ni sawa, lakini kuna tofauti katika mali. Nitrojeni na fosforasi huonyesha hali hasi ya oxidation na valency III katika misombo yao yenye metali na hidrojeni.
Miitikio mingi ya fosforasi hufanyika kwa halijoto ya kawaida, ni kipengele amilifu kemikali. Hutangamana na oksijeni kuunda oksidi ya juu zaidi P2O5. Suluhisho la maji ya dutu hii ina mali ya asidi (metaphosphoric). Wakati inapokanzwa, asidi ya orthophosphoric hupatikana. Inaunda aina kadhaa za chumvi, ambazo nyingi hutumika kama mbolea ya madini, kama vile superphosphates. Michanganyiko ya nitrojeni na fosforasi ni sehemu muhimu ya mzunguko wa dutu na nishati kwenye sayari yetu, hutumiwa katika nyanja za viwanda, kilimo na shughuli zingine.
