Hvað er köfnunarefni? Mass köfnunarefni. köfnunarefni sameind

The non-málmi þáttur í 15 hópur [Va] Lotukerfinu - nitur atómið 2 sem sameinast til að mynda sameind - litlaust, lyktar- og bragðlaust gas sem myndar stóran hluta af andrúmsloft jarðar og sem er hluti af öllum lifandi hlutum.

Saga af uppgötvun

Köfnunarefni gas er um 5/4 af andrúmslofti jarðarinnar. Það var einangrað í byrjun Air Research. Árið 1772, sænska Himik Karl Wilhelm Scheele fyrst að sýna fram á að slík köfnunarefni. Samkvæmt honum, loftið er blanda af tveimur lofttegundum, einn sem hann kallaði "eldur loft", það er að styðja við bruna, og annað - .. "óhreina loftið" vegna þess að það er enn eftir fyrsta neytt. Þetta voru súrefni og köfnunarefni. Um sama tíma köfnunarefni hefur verið einangrað með skoska grasafræðingur Daniel Rutherford, sem fyrst birti niðurstöður sínar, auk þess sem breska efnafræðingur Henry Cavendish og breska prestur og vísindamaður Dzhozefom Pristli, sem deildi með Scheele forgang uppgötvun súrefni. Frekari rannsóknir hafa sýnt fram á að nýr gas er hluti af nítrat eða kalíum nítrati (kno _3), og því var hann nefndur af köfnunarefni ( "fæða saltpeter") eftir franska efnafræðingnum Chaptal árið 1790 Köfnunarefni var fyrst eignað efna þætti Lavoisier, Hvers skýring á hlutverki súrefnis í bruna afsannað á phlogiston kenningu - vinsæll í XVIII öld. misskilningur brennslu. Vanhæfni af þessu frumefni til að styðja líf (gríska ζωή) var ástæðan að Lavoisier heitir nitri.

Tilkomu og útbreiðslu

Hvað er köfnunarefni? Samkvæmt gnægð af frumefni, raðað hann sjötta. Lofthjúpur jarðar til 75.51% miðað við þyngd og 78.09% af rúmmáli samanstendur af frumefni og það er mikil uppspretta fyrir iðnaðinn. Andrúmsloftið inniheldur einnig lítið magn ammoníaks og ammóníumsölt, auk köfnunarefnisoxíð og saltpéturssýru, sem myndast í þrumuveðrum og í brunahreyfla. Free köfnunarefni er að finna í mörgum loftsteinum, eldgosa og minn gas og sumir ölkelduvatn, sólin, stjörnurnar og geimþokur.

Köfnunarefni er einnig að finna í námum með kalíum og natríum nítrat, heldur til að uppfylla manna þörfum fullnægjandi. Annar efni ríkur í þennan þátt er fugladrit, sem hægt er að finna í Caverns, þar sem hellingur af geggjaður, eða þurr stöðum frequented af fuglum. Einnig, köfnunarefni er að finna í rigningu og jarðvegi í formi ammoníaks og ammóníumsölt, og i sjó í formi ammóníumjónir _(NH4 ^+), nítrats (NO ₂ ^-) og nítrat (NO ₃ ^-). Að meðaltali er um 16% af flóknum lífrænum efnasamböndum eins og prótín, eru til staðar í öllum lífverum. Náttúrulega innihald í jarðskorpunni er 0,3 hlutum miðað við 1000. Algengi í rúm - frá 3 til 7 atóm á hvern sílikon atóm.

Stærstu framleiða lönd af köfnunarefni (sem ammóníak) í byrjun XXI öld, voru Indland, Rússland, Bandaríkin, Trínidad og Tóbagó, Úkraína.

Auglýsing framleiðslu og notkun

Industrial framleiðsla á köfnunarefni er byggt á þrepa-eimingu á fljótandi lofti. suðuhitastigi hennar er jafnt og -195.8 ° C, 13 ° C lægra en af súrefni, sem er þannig frá. Köfnunarefni er einnig hægt að framleiða í stórum stíl sem myndast við bruna kolefni eða kolvetnis í loftinu og aðskilja leiðir í koldíoxíð og vatn frá leifar köfnunarefni. Í litlum mæli hreint köfnunarefni er framleitt með því að hita asíði er baríum Ba _{(N3) 2.} Laboratory hvarf þarf að innihalda að hita lausn af ammóníum nitrati _(NH4 NO _2), að oxun ammoníak með vatnskenndri brómlausn eða með hituð kopar oxíð :

• _NH4 ^{+ +} NO ₂ ^- → N ₂ + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3BR ₂ → _N2 + 6NH ₄ ^{+ +} 6Br ^-.
• 2NH ₃ + 3CuO → N ₂ + 3H ₂ O + 3Cu.

Elemental köfnunarefni má nota sem þrýstingi andrúmsloftsins til að viðbragða sem þurfa útilokun af súrefni og raka. Er notað og fljótandi köfnunarefni. Hydrogen, metan, kolmónoxíð, súrefni, flúor, og - eina efnið sem, þegar suðumark köfnunarefni er ekki í kristölluðu ástandi.

Í efnaiðnaði, þetta frumefnið er notað til að koma í veg fyrir oxun eða öðrum vama skemmdum, og óvirkt þynningarefni, hvarfgjarnt gas til að fjarlægja hitann eða sterk efni, auk eldi eða sprengingu hemill. Í matvælaiðnaði, köfnunarefni gas er notað til að koma í veg fyrir skemmdir, og er fljótandi - fyrir frostþurrkun með því að og kælikerfum. Í rafmagns iðnaður gas kemur í veg fyrir oxun og öðrum efnahvarfa, þrýstir snúruna slíðrinu og verndar mótora. Til bræðslu, köfnunarefni er notað í suðu og lóðun stendur, koma í veg fyrir oxun, carburization, og decarburization. Sem óvirk gas og það er notað í framleiðslu á porous gúmmí, plasti og teygjuefni, þjónar það sem drifefni í úðabrúsum, og einnig skapar þrýsting í fljótandi Reykjavik eldsneyti. Í læknisfræði, hraður frysting með fljótandi köfnunarefni er notað til að geyma blóð, beinmergs, vefs, bakteríur og sæði. Hann hefur fundið forritið í lághita rannsóknum.

tengingar

Flest af köfnunarefni er notað við framleiðslu efnasambanda. The þrefalt tengi myndast milli atómum frumefni er svo sterk (226 kkal á hvert mól af tvisvar sinnum hærri en þessi af vetnis), getur það köfnunarefni sameindin varla fer í önnur efnasambönd.

Helstu iðnaðar aðferð upptaka þáttur er Haber-Bosch aðferð fyrir myndun ammoníaks þróað í síðari heimsstyrjöldinni, Þýskalandi til að draga úr ósjálfstæði á Chile nítrat. Það felur í sér beinni efnasmíði af _NH3 - litlaus gas með pungent, pirrandi lykt - beint frá rununni.

Flest af ammoníak er breytt í saltpéturssýru (HNO _3), og nítrat - sölt og esterar af saltpéturssýru, gos aska (Na ₂ CO _3), hýdrasíni (N ₂ H ₄₎ - litlaus vökvi notað sem drifefni, og í mörgum iðnaði ferli.

Nitric acid er önnur meiri háttar auglýsing megi efnasamband frumefni. Litlaus, mjög ætandi vökvi er notaður í framleiðslu á áburði, litarefni, lyf og sprengiefni. Ammoníumnítrati _(NH4 NO ₃₎ - af ammóníaki og saltpéturssýru - er algengasta köfnunarefni áburður hluti.

Súrefni + köfnunarefni

C myndar röð af súrefni, köfnunarefnisoxíð, r. H. Tvínituroxíð (N ₂ O), þar sem það er jafn Valence of +1 oxíð (NO) (2) og díoxíð (NO ₂₎ (4). Mörgum mjög rokgjöm oxíð nitur; þeir eru helstu uppsprettur mengunar í andrúmsloftinu. Nitur oxíð, einnig þekktur sem hlæjandi gas, er stundum notað sem svæfingarlyf. Við innöndun veldur það væg móðursýki. Nituroxíð hvarfast fljótt við súrefni til að mynda brúna díoxíð Intermediate vara í framleiðslu á saltpéturssýru og sterka oxari í efna ferli og drifefni.

Einnig notað eru nokkrar nítríð sem mynduð eru með málma leið og köfhunarefhi efnasamband við hækkuð hitastig. Nítríð af bór, títan, sirkon og Tantal hafa sérstaka umsókn. Einn kristallað form af bórnítríð (BN), til dæmis, er ekki óæðri demantur í hörku og oxast slæmt því notuð sem hár-svarfefni.

Ólífrænum sýaníðum innihalda CN hóp ^-. Blásýra eða blásýra HCN, er mjög óstöðugt og mjög eitrað gas sem er notað við styrkleika á svæling málmgrýti í öðrum iðnaðarferlum. Cyanogen (CN) ₂ er notað sem milliefni og fyrir Fumigation.

Azíðum eru efnasambönd sem innihalda hóp af þremur köfnunarefnisatómum _-N3. Flest af þeim eru óstöðug og mjög viðkvæm fyrir áföllum. Sumir þeirra, eins og blý asíð, Pb _{(N3) 2,} sem notuð eru í hvellhettur og grunnur. Azíðum, eins og halógenum, greiðlega hafa samskipti við önnur efni til að mynda fjölda af efnasamböndum.

Köfnunarefni er hluti af nokkrum þúsundum lífrænna efnasambanda. Flest af þeim eru fengnar frá ammoníaki, blásýra, Cyanogen, nitur eða saltpéturssýru. Og amínum, amínósýrur, amfð, til dæmis, unnið var með ammóniak eða nátengd honum. Nítróglýseríni og nitrocellulose - nítrat- esterar. Nitrite var framleitt úr saltpéturssýrling (HNO _2). Purines, alkalóíðar eru heterósýkliskum efnasambönd þar sem köfnunarefnið, kemur í stað einnar eða fleiri af kolefnisatómum.

Eiginleikar og viðbrögð

Hvað er köfnunarefni? Það er litlaus, lyktarlaust gas sem þéttist við -195,8 ° C, litlaus með lítilli seigju vökva. Element er í formi N ₂ sameindum, sem eru í formi: N ::: N:, þar sem tengið orkan jafnt og 226 kkal í hverjum mól, second eini til kolmónoxíði (256 Kkal á hvert mól). Af þessum sökum, virkjun orka sameinda köfnunarefni er mjög hár, svo í venjulegar aðstæður er þátturinn er tiltölulega óhvarfgjarn. Einnig, mjög stöðugur köfnunarefni sameindir mjög stuðlar að vaimafræðilegs óstöðugleika margra efnasambanda köfnunarefnis, þar sem tenging, jafnvel þótt nógu sterkt, en óæðri samskiptum sameinda köfnunarefni.

Tiltölulega nýlega, og getu af köfnunarefnisatómunum sem sameindaættinni óvænt, komist að þjóna sem tenglar fyrir flókaefnasamböndum. Athugun að sumir lausnir af ruthenium fléttur geta tekið á sig köfnunarefni úr andrúmsloftinu leitt til hvað má fljótlega finna einfaldari og betri leið til að ákveða þáttur.

Active köfnunarefni er hægt að nálgast með því að láta lágþrýstigufu gas í gegnum hár-spennu rafmagns útskrift. Varan er gulbrún og miklu móttækilegra hvarfast en sameindastærð, lotukerfinu vetni, brennisteini, fosfór og ýmsum málmum, og einnig er fær um að rotna NO til _N2 og O _2.

A skýrari skilning á því hvað köfnunarefni, er hægt að fá að hámarki samkvæmt rafrænu uppbyggingu þess sem hefur formið 1S 2s ^{2 2 3} 2p. Fimm ytri rafeinda skeljar skjá örlítið gjald, sem leiðir í virkri kjarnann fannst á svæðinu á Atómradíus. Nitur atóm eru tiltölulega lítil og eru með hátt rafdrægni, sem staðsett er á milli kolefni og súrefni. E stellingunni felur í sér þrjár utanaðkomandi hálf-svigrúm,, sem gerir að mynda þremur samgildum tengjum. Þess vegna, the nltrogen atom verður að hafa mjög hár viðbragðshæfni, sem myndar ásamt flestar öðrum þáttum stöðugra tvígildum efnasamböndum, sérstaklega þegar annar þátturinn er verulega frábrugðið Rafdrægni, miðlar verulegar polartty tengingar. Þegar annar þáttur Rafdrægni lægri er skautaðra fest við köfnunarefnisatómið á hluta til neikvæða hleðslu, sem frjáls unshared rafeindir til þess að taka þátt í samhæfingu skuldabréfum. Þegar annar þátturinn meira rafeindadrægri köfnunarefni jákvæða hluthleðslu takmarkar verulega úr gjafa sem eiginleikar sameindarinnar. Á lágu skautun vegna vegna Rafdrægni jöfn annar þáttur, heila- samskipti framar einn. Ef Stærð atóma misræmi kemur í veg fyrir myndun margföldu tengi sem mynda einfalt tengi er líklegt til að vera tiltölulega veik, og tengingin er óstöðug.

efnagreining

Oft Hundraðshluti köfnunarefnis í gasblöndunni er hægt að ákvarða með því að mæla rúmmál sína eftir að frásog öðrum efnisþáttum í efna hvarfefni. The niðurbrot af brennisteinssýru í nærveru kvikasilfurs nítrat losar nituroxíð, sem hægt er að mæla eins og a gas. Köfnunarefni er losuð frá lífrænna lyfja þegar þau eru sviðin yfir kopar oxíð, og frjálsa getur köfnunarefninu mögulega verið mæld til gasinu eftir frásog annarra afurða brennslu. Vel þekkt Kjeldahl aðferð til að ákvarða á efnum til greina hér í lífrænum efnasamböndum felst í að sundra efnasambandið með óblandaðri brennisteinssýru (sem mögulega inniheldur kvikasilfur eða oxíðs þess, og mismunandi salta). Þannig köfnunarefni er umbreytt í súlfat ammóníum. Því að bæta natríum hýdroxíð hleypir ammóníak, sem er safnað með hefðbundnum sýru; leifar magn af óhvörfuðu sýru er síðan ákvarðað með títrun.

Líffræðileg og lífeðlisfræðileg þýðingu

Hlutverk köfnunarefnis í lifandi efni staðfestir lífeðlislhEðilega Virkni þess lífrænna efnasambanda. Flestir lífverur geta ekki notað þetta frumefni sjálft ætti að hafa aðgang að efnasambönd þess. Því köfnunarefni upptaka er grundvallaratriði. Í náttúrunni, þetta gerist vegna tveggja helstu ferlum. Einn er um áhrif af raforku út í andrúmsloftið, þannig að köfnunarefni og súrefni sameindir dissociate, leyfa frjálsa atóm til að mynda NO og NO _2. Dioxide hvarfast því næst með vatni: 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO ₃ er leyst upp og kemur til jarðar úr rigningunni í formi veikburða áfengi. Að lokum sýru verður hluti af samanlögðu jarðvegs köfnunarefni sem er hlutleyst til að mynda köfnunarefni og nítrat. Innihald N í ræktað jarðvegi yfirleitt endurheimtir I gegnum frjóvgun sem inniheldur nítrötum og ammóníumsölt. Spin dýr og plöntur og niðurbrot þeirra skilar köfnunarefnissamband í jarðvegi og lofti.

Annar stór náttúrulega ákvörðun ferli er mikilvægt virkni belgjurt. Vegna sambýli með bakteríum, eru þessar menningarheimar fær um að umbreyta köfnunarefni úr andrúmsloftinu beint inn í efnasamböndum þess. Sumir örverur, svo sem Azotobacter Chroococcum og Clostridium pasteurianum, eru fær um að festa eigin N. þeirra

gas sjálft, að vera óvirk, skaðlaus, nema þegar þeir anda undir þrýstingi, og það er leyst upp í blóði og annan líkamsvökva við hærri styrk. Þetta veldur því að eiturlyf áhrif, og ef þrýstingurinn er minnkaður of hratt, umfram köfnunarefni er sleppt eins og loftbóla á mismunandi stöðum í líkamanum. Þetta getur valdið verkjum í vöðvum og liðum, yfirlið, lömun að hluta og jafnvel dauða. Þessi einkenni eru kallaðir kafaraveiki. Því þeir sem eru neydd til að anda lofti í slíkum tilvikum verður að vera mjög seinn til að draga úr þrýstingi í eðlilegt við umfram köfnunarefni út í gegnum lungun án myndunar kúla. A betri valkostur er að nota sem hleypir í blöndu af súrefni og helíum. Helium er miklu minna leysanlegt í líkamsvessum, og áhættan minnkar.

samsætur

Köfnunarefni er til staðar sem tveir stöðugar samsætum ¹⁴ N (99,63%) og ¹⁵ N (0,37%). Þau er hægt að aðskilja með efna-skiptum eða varmaaðferð flæði. köfnunarefni Mass í formi gervi fyrir geislavirkar samsætur er á bilinu sem 10-13 og 16-24. The stöðugur Helmingunartími 10 mínútur. First framkölluð Nuclear transmutation var gerð árið 1919 af breska eðlisfræðingur Ernest Rutherford, sem dynja köfnunarefnis-14 alfa-stærð og dreifing agnanna kjarni-17 súrefni og róteindum.

eiginleikar

Loks telja upp helstu eiginleika köfnunarefni:

• Atomic númer: 7.
• Atómmasi köfnunarefni: 14,0067.
• Melting point: -209,86 ° C.
• Suðumark: -195,8 ° C.
• Density (1 loftþyngd, 0 ° C): 1.2506 grömm af köfnunarefni á lítra.
• Hefðbundnar oxunar ástand á -3, +3, +5.
• Electron stillingar: 1S 2s ^{2 2 3} 2p.