güherçile vermek - Nitrogenium kelimesi Latince'den bu şekilde çevrilir. Bu azotun adıdır - atom numarası 7 olan, periyodik tablonun uzun versiyonunda 15. gruba giren kimyasal bir element. Basit bir madde şeklinde, Dünya'nın hava kabuğunda - atmosferde dağıtılır. Yerkabuğunda ve canlı organizmalarda çeşitli azot bileşikleri bulunur ve endüstrilerde, askeri ilişkilerde, tarımda ve tıpta yaygın olarak kullanılır.
Neden nitrojene "boğucu" ve "cansız" deniyordu
Kimya tarihçilerinin öne sürdüğü gibi, Henry Cavendish (1777) bu basit maddeyi alan ilk kişiydi. Bilim adamı, reaksiyon ürünlerini emmek için alkali kullanarak havayı sıcak kömürlerin üzerinden geçirdi. Deney sonucunda araştırmacı, kömürle reaksiyona girmeyen renksiz, kokusuz bir gaz keşfetti. Cavendish, yanmanın yanı sıra nefes almayı sürdüremediği için buna "boğucu hava" adını verdi.
Modern bir kimyager, oksijenin karbon ile reaksiyona girerek karbondioksit oluşturduğunu açıklar. Havanın geri kalan "boğucu" kısmı çoğunlukla N2 moleküllerinden oluşuyordu. O zamanlar Cavendish ve diğer bilim adamları, azot ve güherçile bileşikleri o zamanlar ekonomide yaygın olarak kullanılmasına rağmen, bu maddeyi henüz bilmiyorlardı. Bilim adamı, olağandışı gazı benzer deneyler yapan meslektaşı Joseph Priestley'e bildirdi.
Aynı zamanda, Karl Scheele havanın bilinmeyen bir bileşenine dikkat çekti, ancak kökenini doğru bir şekilde açıklayamadı. Sadece Daniel Rutherford 1772'de deneylerde bulunan "boğucu" "bozulmuş" gazın nitrojen olduğunu fark etti. Hangi bilim insanı onun kaşifi sayılmalı - bilim tarihçileri hala bu konuda tartışıyorlar.
Rutherford'un deneylerinden 15 yıl sonra, ünlü kimyager Antoine Lavoisier, nitrojene atıfta bulunan "bozulmuş" hava terimini başka bir nitrojenyum ile değiştirmeyi önerdi. O zamana kadar bu maddenin yanmadığı, nefes almayı desteklemediği kanıtlandı. Aynı zamanda, farklı şekillerde yorumlanan Rus adı "azot" ortaya çıktı. Terimin en sık "cansız" anlamına geldiği söylenir. Daha sonraki çalışmalar, maddenin özellikleri hakkındaki yaygın görüşü çürüttü. Azot bileşikleri - proteinler - canlı organizmaların bileşimindeki en önemli makromoleküllerdir. Bitkiler onları inşa etmek için gerekli mineral beslenme unsurlarını topraktan emer - iyonlar NO32- ve NH4+.
Azot kimyasal bir elementtir
Periyodik sistem (PS), atomun yapısını ve özelliklerini anlamaya yardımcı olur. Bir kimyasal elementin periyodik tablodaki konumu ile belirlenebilir.nükleer yük, proton ve nötron sayısı (kütle numarası). Atom kütlesinin değerine dikkat etmek gerekir - bu, elementin ana özelliklerinden biridir. Periyot numarası, enerji seviyelerinin sayısına karşılık gelir. Periyodik tablonun kısa versiyonunda grup numarası, dış enerji seviyesindeki elektron sayısına karşılık gelir. Azotun genel özelliklerindeki tüm verileri periyodik sistemdeki konumuna göre özetleyelim:
- Bu, PS'nin sağ üst köşesinde bulunan metalik olmayan bir öğedir.
- Kimyasal işaret: N.
- Sipariş numarası: 7.
- Bağıl atom kütlesi: 14.0067.
- Uçucu hidrojen bileşiği formülü: NH3 (amonyak).
- Nitrojen değerinin V olduğu en yüksek oksidi N2O5 üretir.
Azot atomunun yapısı:
- Temel şarj: +7.
- Proton sayısı:7; nötron sayısı: 7.
- Enerji seviyesi sayısı: 2.
- Toplam elektron sayısı: 7; elektronik formül: 1s22s22p3.
7 No'lu elementin kararlı izotopları detaylı olarak incelenmiştir, kütle numaraları 14 ve 15'tir. Daha hafif olanlarının atom içeriği %99.64'tür. Kısa ömürlü radyoaktif izotopların çekirdeklerinde de 7 proton vardır ve nötron sayısı büyük ölçüde değişir: 4, 5, 6, 9, 10.
Doğada azot
Dünya'nın hava kabuğu, formülü N2 olan basit bir maddenin moleküllerini içerir. Atmosferdeki gaz halindeki nitrojen içeriği hacimcedir.yaklaşık %78.1. Bu kimyasal elementin yerkabuğundaki inorganik bileşikleri çeşitli amonyum tuzları ve nitratlardır (nitratlar). Bileşiklerin formülleri ve en önemli maddelerin bazılarının isimleri:
- NH3, amonyak.
- NO2, nitrojen dioksit.
- NaNO3, sodyum nitrat.
- (NH4)2SO4, amonyum sülfat.
Son iki bileşikte azotun değeri - IV. Kömür, toprak, canlı organizmalar da bağlı N atomu içerir. Azot, amino asit makromoleküllerinin, DNA ve RNA nükleo titlerinin, hormonların ve hemoglobinin ayrılmaz bir parçasıdır. Bir kimyasal elementin insan vücudundaki toplam içeriği %2,5'e ulaşır.
Basit madde
Diatomik moleküller şeklindeki azot, hacim ve kütle olarak atmosferik havanın en büyük parçasıdır. Formülü N2 olan bir maddenin kokusu, rengi veya tadı yoktur. Bu gaz, Dünya'nın hava zarfının 2/3'ünden fazlasını oluşturur. Sıvı halde azot, suya benzeyen renksiz bir maddedir. -195.8 °C'de kaynar. M (N2)=28 g/mol. Basit madde nitrojen oksijenden biraz daha hafiftir, havadaki yoğunluğu 1'e yakındır.
Moleküldeki atomlar 3 ortak elektron çiftini sıkıca bağlar. Bileşik, onu oksijenden ve bir dizi başka gaz halindeki maddeden ayıran yüksek kimyasal kararlılık sergiler. Bir nitrojen molekülünün kendisini oluşturan atomlara parçalanması için 942,9 kJ/mol enerji harcaması gerekir. Üç çift elektrondan oluşan bir bağ çok güçlüdür.2000 °C'nin üzerinde ısıtıldığında bozulur.
Normal koşullar altında, moleküllerin atomlara ayrışması pratikte gerçekleşmez. Azotun kimyasal eylemsizliği, moleküllerinde polaritenin tamamen yokluğundan da kaynaklanmaktadır. Birbirleriyle çok zayıf etkileşirler, bu da normal basınç ve oda sıcaklığına yakın sıcaklıkta maddenin gaz halinde olmasının nedenidir. Moleküler nitrojenin düşük reaktivitesi, inert bir ortam yaratmanın gerekli olduğu çeşitli proseslerde ve cihazlarda uygulama bulur.
Moleküllerin ayrışması N2 üst atmosferde güneş radyasyonunun etkisi altında meydana gelebilir. Normal koşullar altında bazı metaller ve metal olmayanlarla (fosfor, kükürt, arsenik) reaksiyona giren atomik nitrojen oluşur. Sonuç olarak, karasal koşullar altında dolaylı olarak elde edilen maddelerin bir sentezi vardır.
Azot değeri
Bir atomun dış elektron tabakası 2 s ve 3 p elektrondan oluşur. Bu negatif azot parçacıkları, indirgeme özelliklerine karşılık gelen diğer elementlerle etkileşime girdiğinde vazgeçebilir. Eksik 3 elektronu oktete bağlayarak, atom oksitleme yetenekleri sergiler. Azotun elektronegatifliği daha düşüktür, metalik olmayan özellikleri flor, oksijen ve klordan daha az belirgindir. Bu kimyasal elementlerle etkileşime girdiğinde, nitrojen elektronlardan vazgeçer (oksitlenir). Negatif iyonlara indirgenmeye diğer ametaller ve metallerle reaksiyonlar eşlik eder.
Tipik azot değeri III'tür. Bu durumdakimyasal bağlar, dış p-elektronların çekimi ve ortak (bağ) çiftlerin yaratılması nedeniyle oluşur. Amonyum iyonu NH4+.
…….
Laboratuvar ve endüstriyel üretim
Laboratuvar yöntemlerinden biri bakır oksidin oksitleyici özelliklerine dayanmaktadır. Bir nitrojen-hidrojen bileşiği kullanılır - amonyak NH3. Bu kötü kokulu gaz, toz halindeki siyah bakır oksit ile reaksiyona girer. Reaksiyon sonucunda azot açığa çıkar ve metalik bakır (kırmızı toz) ortaya çıkar. Reaksiyonun bir başka ürünü olan su damlaları tüpün duvarlarına yerleşir.
Azot ile metallerin bir kombinasyonunu kullanan başka bir laboratuvar yöntemi, NaN3 gibi aziddir. Safsızlıklardan arındırılması gerekmeyen bir gaz çıkıyor.
Amonyum nitrit laboratuvarda azot ve suya ayrışır. Reaksiyonun başlaması için ısıtma gereklidir, ardından işlem ısı salınımı (ekzotermik) ile devam eder. Azot yabancı maddelerle kirlenir, bu nedenle saflaştırılır ve kurutulur.
Endüstride azot üretimi:
- Sıvı havanın fraksiyonel damıtılması - nitrojen ve oksijenin fiziksel özelliklerini kullanan bir yöntem (farklı kaynama noktaları);
- havanın kızgın kömürle kimyasal reaksiyonu;
- adsorpsiyon gazı ayırma.
Metaller ve hidrojen ile etkileşim - oksitleyici özellikler
Güçlü moleküllerin eylemsizliğidoğrudan sentez yoluyla bazı azot bileşiklerinin elde edilmesine izin vermez. Atomları aktive etmek için maddenin kuvvetli bir şekilde ısıtılması veya ışınlanması gereklidir. Azot, oda sıcaklığında lityum ile reaksiyona girebilir, magnezyum, kalsiyum ve sodyum ile reaksiyon sadece ısıtıldığında meydana gelir. Karşılık gelen metal nitrürler oluşur.
Azotun hidrojen ile etkileşimi yüksek sıcaklık ve basınçlarda gerçekleşir. Bu işlem ayrıca bir katalizör gerektirir. Kimyasal sentezin en önemli ürünlerinden biri olan amonyak ortaya çıkıyor. Oksitleyici bir ajan olarak azot, bileşiklerinde üç negatif oksidasyon durumu sergiler:
- −3 (amonyak ve nitrojenin diğer hidrojen bileşikleri nitrürlerdir);
- −2 (hidrazin N2H4);
- −1 (hidroksilamin NH2OH).
En önemli nitrür - amonyak - endüstride büyük miktarlarda üretilir. Azotun kimyasal eylemsizliği uzun süre büyük bir problem olarak kaldı. Hammadde kaynağı güherçileydi, ancak üretim arttıkça maden rezervleri hızla azalmaya başladı.
Kimya biliminin ve uygulamasının büyük bir başarısı, endüstriyel ölçekte amonyak azot fiksasyonu yönteminin yaratılmasıydı. Doğrudan sentez, özel sütunlarda gerçekleştirilir - havadan elde edilen nitrojen ve hidrojen arasında tersinir bir işlem. Bir katalizör kullanarak bu reaksiyonun dengesini ürüne kaydıran optimal koşullar yaratıldığında, amonyak verimi %97'ye ulaşır.
Oksijenle etkileşim - az altıcı özellikler
Azot ve oksijenin reaksiyonunu başlatmak için güçlü ısıtma gereklidir. Atmosferdeki bir elektrik arkı ve yıldırım deşarjı yeterli enerjiye sahiptir. Azotun pozitif oksidasyon durumlarında olduğu en önemli inorganik bileşikler:
- +1 (nitrik oksit (I) N2O);
- +2 (azot monoksit NO);
- +3 (nitrik oksit (III) N2O3; nitröz asit HNO2, tuzları nitrittir);
- +4 (azot (IV) dioksit NO2);
- +5 (azot pentoksit (V) N2O5, nitrik asit HNO3, nitratlar).
Doğadaki anlam
Bitkiler topraktan amonyum iyonlarını ve nitrat anyonlarını emer, kimyasal reaksiyonlar için hücrelerde sürekli devam eden organik moleküllerin sentezini kullanır. Atmosferik nitrojen, baklagillerin köklerinde büyüme oluşturan mikroskobik canlılar olan nodül bakterileri tarafından emilebilir. Sonuç olarak bu bitki grubu gerekli besin elementini alır, onunla toprağı zenginleştirir.
Tropik sağanaklar sırasında, atmosferik nitrojen oksidasyon reaksiyonları meydana gelir. Oksitler asit oluşturmak üzere çözünürler, sudaki bu azot bileşikleri toprağa girer. Elementin doğadaki dolaşımı nedeniyle yerkabuğundaki ve havadaki rezervleri sürekli olarak yenilenir. Azot içeren karmaşık organik moleküller, bakteriler tarafından inorganik bileşenlere ayrıştırılır.
Pratik kullanım
En önemli bağlantılartarım için azot, yüksek oranda çözünür tuzlardır. Üre, güherçile (sodyum, potasyum, kalsiyum), amonyum bileşikleri (sulu bir amonyak, klorür, sülfat, amonyum nitrat çözeltisi) bitkiler tarafından özümlenir, nitratlar. Bitki organizmasının parçaları, ürünlerin kalitesini kötüleştiren "gelecek için" makro besinleri depolayabilir. Sebze ve meyvelerde aşırı miktarda nitrat, insanlarda zehirlenmeye, malign neoplazmların büyümesine neden olabilir. Tarıma ek olarak, diğer endüstrilerde azot bileşikleri kullanılmaktadır:
- ilaç almak;
- makromoleküler bileşiklerin kimyasal sentezi için;
- trinitrotoluenden (TNT) patlayıcıların üretiminde;
- boya üretimi için.
NO oksit ameliyatta kullanılır, madde analjezik etkiye sahiptir. Bu gazı solurken duyu kaybı, azotun kimyasal özelliklerinin ilk araştırmacıları tarafından bile fark edildi. "Gülme gazı" gibi önemsiz bir isim böyle ortaya çıktı.
Tarım ürünlerinde nitrat sorunu
Nitrik asit tuzları - nitratlar - tek yüklü bir anyon NO3- içerir. Şimdiye kadar, bu madde grubunun eski adı kullanılmıştır - güherçile. Nitratlar tarlalarda, seralarda, meyve bahçelerinde gübreleme yapmak için kullanılır. İlkbaharda ekimden önce, yazın - sıvı pansuman şeklinde uygulanırlar. Maddelerin kendileri insanlar için büyük bir tehlike oluşturmazlar, ancakvücutta nitritlere, sonra nitrozaminlere dönüşürler. Nitrit iyonları NO2- toksik parçacıklardır, hemoglobin moleküllerindeki demirli demirin üç değerlikli iyonlara oksidasyonuna neden olurlar. Bu durumda insan ve hayvanların kanının ana maddesi oksijen taşıyamaz ve dokulardan karbondioksiti uzaklaştıramaz.
Gıdalara nitrat bulaşmasının insan sağlığı için tehlikesi nedir:
- Nitratlar nitrozaminlere (kanserojenler) dönüştürüldüğünde oluşan kötü huylu tümörler;
- ülseratif kolit gelişimi,
- hipotansiyon veya hipertansiyon;
- kalp yetmezliği;
- kan pıhtılaşma bozukluğu
- karaciğer, pankreas, diyabet gelişimi;
- böbrek yetmezliği gelişimi;
- anemi, bozulmuş hafıza, dikkat, zeka.
Farklı gıdaların yüksek doz nitratlarla aynı anda tüketilmesi akut zehirlenmelere yol açar. Kaynaklar bitkiler, içme suyu, hazır et yemekleri olabilir. Temiz suda bekletmek ve pişirmek gıdaların nitrat içeriğini az altabilir. Araştırmacılar, olgunlaşmamış ve sera bitkisi ürünlerinde daha yüksek dozlarda tehlikeli bileşikler bulunduğunu buldular.
Fosfor, nitrojen alt grubunun bir elementidir
Periyodik sistemin aynı dikey sütununda bulunan kimyasal elementlerin atomları ortak özellikler gösterir. Fosfor üçüncü periyotta yer alır, nitrojen gibi 15. gruba aittir. atomların yapısıelementler benzerdir, ancak özelliklerde farklılıklar vardır. Azot ve fosfor, metaller ve hidrojen içeren bileşiklerinde negatif oksidasyon durumu ve III değeri sergiler.
Fosforun birçok reaksiyonu normal sıcaklıklarda gerçekleşir, kimyasal olarak aktif bir elementtir. Daha yüksek bir oksit P2O5 oluşturmak için oksijen ile etkileşime girer. Bu maddenin sulu bir çözeltisi, bir asit (metafosforik) özelliklerine sahiptir. Isıtıldığında ortofosforik asit elde edilir. Birçoğu süperfosfatlar gibi mineral gübre görevi gören çeşitli tuz türleri oluşturur. Azot ve fosfor bileşikleri gezegenimizdeki madde ve enerji döngüsünün önemli bir parçasıdır, endüstriyel, tarımsal ve diğer faaliyet alanlarında kullanılırlar.
