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Verbindungen Stickstoff. Eigenschaften des Stickstoffs

Geburt zu Nitrat zu geben – wie aus dem lateinischen Wort übersetzt Nitrogenium. Dieser Titel Stickstoff – chemisches Element mit der Ordnungszahl 7, Kopf 15. Gruppe in der langen Version des Periodensystems. In Form einer einfachen Substanz der Erde zusammengesetzt verteilten Luftsack – Atmosphäre. Eine Vielzahl von Stickstoffverbindungen in der Erdkruste gefunden und lebende Organismen sind in der Industrie, Militär, Landwirtschaft und Medizin weit verbreitet.

Warum ist Stickstoff „Ersticken“ und „leblos“ genannt

Als Historiker der Chemie empfiehlt bekam erste einfache Substanz Henry Cavendish (1777). Scientific gelangt Luft über heiße Kohlen für die Absorption der Reaktionsprodukte unter Verwendung von Alkali. Als ein Ergebnis der Erfahrung Forscher gefunden, farb- und geruchloses Gas, nicht umgesetzten Kohle. Cavendish nannte es „erstickende Luft“ für die Unfähigkeit, die Atmung und die Verbrennung aufrecht zu erhalten.

Moderne Chemical erklärt wird, dass Sauerstoff mit Kohle, Kohlendioxid umgesetzt wird, gebildet wird. Die verbleibende „stickig“ der Luft war für den größten Teil der Moleküle N 2. Cavendish und andere Wissenschaftler zur Zeit über diese Angelegenheit sind noch nicht bekannt, obwohl Stickstoff und Nitratverbindungen dann weit verbreitet in der Wirtschaft eingesetzt. Der Wissenschaftler sagte über das ungewöhnliche Gas an einen Kollegen ähnliche Experimente durchzuführen – Joseph Priestley.

Zugleich zog Carl Scheele die Aufmerksamkeit auf die unbekannte Komponente der Luft, aber nicht richtig zu seinem Ursprung erklären. Nur realisierte Daniel Rutherford im Jahr 1772, dass die vorliegenden Experimente „Ersticken“ „verdorben“ Gas – Stickstoff. Einige Wissenschaftler glauben, ihren Entdecker – es ist immer noch der Historiker der Wissenschaft zu diskutieren.

15 Jahre nach Rutherfords Experimenten berühmte Chemiker Antuan Lavuaze den Begriff Luft zu ersetzen vorgeschlagen „verdorben“ bezieht sich auf Stickstoff, auf dem anderen – Nitrogenium. Mit der Zeit wurde bewiesen, dass diese Substanz nicht brennt, nicht unterstützt Atmung. Dann gab es die russische Bezeichnung „Stickstoff“, die auf unterschiedliche Weise interpretiert wird. Oft sagen, dass der Begriff „leblos“ bedeutet. Nachfolgende Studien haben die weit verbreitete Überzeugung, über die Eigenschaften von Substanzen widerlegen. Stickstoffverbindungen – Proteine – die wichtigsten Makromoleküle in der Zusammensetzung von lebende Organismen. Um absorbiert zu konstruieren Pflanzen aus den Bodenmineralischen Ernährung notwendigen Elemente – 2- Ionen NO 3 und NH 4 +.

Stickstoff – ein chemisches Element

Um die atomare Struktur und Eigenschaften zu verstehen hilft , das periodische System (PS). Die Position des chemischen Elements im Periodensystem kann Kernladung, Zahl der Protonen und Neutronen (Massenzahl) definieren. Es ist notwendig, die Aufmerksamkeit auf den Wert der Atommasse zu zahlen – das ist eine der wichtigsten Eigenschaften des Elements ist. Periode entspricht die Anzahl der Anzahl von Energieniveaus. Die kurze Version der Periodensystem der Gruppennummer entspricht die Anzahl der Elektronen in der äußeren energaticheskom Ebene. Fasst man die Daten in den allgemeinen Eigenschaften von Stickstoff durch seine Position im Periodensystem:

  • Dies ist ein nichtmetallisches Element in der oberen rechten Ecke der SS ist.
  • Chemisches Symbol: N.
  • Objektnummer: 7.
  • Relative Atommasse: 14,0067.
  • Formel volatile Wasserstoffverbindungen: NH 3 (Ammoniak).
  • Formen ein höheres Oxid – N 2 O 5, die die Wertigkeit von Stickstoff ist gleich V.

Struktur Stickstoffatom:

  • Kernladung +7.
  • Die Anzahl der Protonen: 7; die Anzahl der Neutronen: 7.
  • Anzahl der Energieniveaus: 2.
  • Die Gesamtzahl der Elektronen: 7; e Formel: 1s 2 2s 2 2p 3.

Details untersuchten stabile Isotopen № Element 7, die Massenzahl – 14 und 15. Der Inhalt eines leichten Atomen, von denen 99,64%. Die Kerne der kurzlebige radioaktive Isotop ist auch 7 Protonen, und die Anzahl der Neutronen stark variiert: 4, 5, 6, 9, 10.

Stickstoff in der Natur

Als Teil der Luftmoleküle vorhanden ist Erdhülle einfache Substanz, deren Formel – N 2. Der Gehalt an Stickstoffgas in der Atmosphäre beträgt etwa 78,1 Volumen-%. Anorganische Verbindungen des chemischen Elements in der Erdkruste – verschiedene Ammoniumsalze und Nitrate (Salpeter). Verbindungen der Formel und die Namen einiger der wichtigsten Substanzen:

  • NH 3, Ammoniak.
  • NO 2, Stickstoffdioxid.
  • NaNO 3 Natriumnitrat.
  • (NH 4) 2 SO 4, Ammoniumsulfat.

Die Valenz des Stickstoffs in den beiden letztgenannten Verbindungen – IV. Kohle, Erde, lebende Organismen enthalten auch N-Atome in gebundener Form. Stickstoff ist ein Bestandteil von Aminosäuren, Macromolecules, DNA und RNA-Nukleotide, Hormone und Hämoglobin. Der Gesamtgehalt des chemischen Elements in den menschlichen Körper erreicht 2,5%.

einfache Substanz

Stickstoff in Form von zweiatomigen Molekülen – das größte Volumen und das Gewicht der Atmosphäre Luft. Substanz, die Formel N 2, hat keinen Geruch, Farbe und Geschmack. Dieses Gas ist mehr als 2/3 Luft Erde Hülle. Der flüssige Stickstoff ist eine farblose Substanz, ähnlich wie Wasser. Siedet bei einer Temperatur von -195,8 ° C M (N 2) = 28 g / mol. Einfache Substanz etwas einfacher Sauerstoff, Stickstoff, Luft, seine Dichte nahe 1 ist.

Die Atome in dem Molekül binden fest 3 gemeinsame Elektronenpaare. Die Verbindung weist eine hohe chemische Beständigkeit, die es von Sauerstoff und anderen gasförmigen Substanzen unterscheidet. An ein Stickstoffmolekül ist aufgeteilt in seine konstituierenden Atome notwendige Energie 942,9 kJ / mol aufwenden. Der Kontakt der drei Paare von Elektronen sehr stark ist, beginnt nach unten zu brechen, wenn über 2000 ° C erhitzt

praktisch nicht auftritt, unter normalen Bedingungen, um die Dissoziation von Molekülen in Atom. Chemische Beständigkeit wird auch durch Stickstoff völlige Fehlen von Polarität in seinem Molekül verursacht. Sie interagieren sehr schwach miteinander, wodurch die Arbeits den gasförmigen Zustand der Materie bei Normaldruck und bei einer Temperatur nahe der Raumtemperatur. Geringe chemische Aktivität von molekularem Stickstoff wird in verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen verwendet, bei denen es notwendig ist, eine inerte Umgebung zu schaffen.

Dissoziation der Moleküle N 2 kann unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung in der oberen Atmosphäre auftreten. Atomarer Stickstoff gebildet wird, die mit bestimmten Metallen und Nichtmetallen unter normalen Bedingungen reagiert (Phosphor, Schwefel, Arsen). Das Ergebnis ist die Synthese der Substanzen Bodenbedingungen indirekt erhalten.

Stickstoff Valenz

Der äußere Elektronenschale des Atoms eine elektronen 2 S 3 und P bilden. Dieser negativer Stickstoff kann Teilchen ergeben, wenn sie mit anderen Elementen in Wechselwirkung, die zu seinen reduzierenden Eigenschaften entsprechen. Angrenzend an die fehlende Oktett bis 3 Elektronenatom aufweist oxidative Fähigkeit. Elektronegativität Stickstoff unter seinen metallischen Eigenschaften weniger stark ausgeprägt ist als die von Fluor, Sauerstoff und Chlor. Wenn mit diesen chemischen Elementen in Wechselwirkung Stickstoff gibt Elektronen (oxidize). Reduktion auf negative Ionen, gefolgt von der Reaktion mit anderen Metallen und Nichtmetallen.

Typische Stickstoff Valenz – III. In diesem Fall werden die chemischen Bindungen durch die äußere P-Anziehung der Elektronen und der Schaffung von gemeinsamen (Bindung) Paar gebildet. Stickstoff ist in der Lage zur Bildung von Bindungs Donor-Akzeptor aufgrund seines freien Elektronenpaares, wie das Ammoniumion NH 4 +.

Erste Schritte in Labor und Industrie

Ein Laborverfahren , die auf oxidativen Eigenschaften von Kupferoxid. Verwenden Stickstoffverbindung mit Wasserstoff – Ammoniak NH 3. Dieses unangenehme riechendes Gas mit pulverisiertem vzaimoddeystvuet Kupferoxid schwarz. Die sich ergebende Reaktion erzeugt Stickstoff und erscheint metallisches Kupfer (rotes Pulver). Abgeschieden auf den Rohrwänden Wassertropfen – ein weiteres Reaktionsprodukt.

Ein weiteres Laborverfahren , die eine Stickstoffverbindung mit Metallen verwendet – Azid, beispielsweise NaN 3. Erhalten durch ein Gas, das nicht von Verunreinigungen gereinigt werden muss.

Das Labor ist die Zersetzung von Ammoniumnitrit zu Stickstoff und Wasser erfolgt. Um die Reaktion zu starten, Heizung erforderlich ist, dann geht der Prozess unter Wärmeentwicklung (exotherm). Stickstoff wird mit Verunreinigungen kontaminiert ist, so wird es gereinigt und getrocknet.

Herstellung des Stickstoffs in der Branche:

  • fraktionierte Destillation der flüssigen Luft – eine Methode, die die physikalischen Eigenschaften von Stickstoff und Sauerstoff (unterschiedliche Siedepunkt) verwendet;
  • chemische Reaktion der Luft mit einer heißen Kohle;
  • adsorptive Gastrennung.

Wechselwirkung mit Metallen und Wasserstoff – Oxidationseigenschaften

Inertia dauerhaft Moleküle nicht einige direkte Synthese von Stickstoffverbindungen ermöglichen. Zur Aktivierung der Atome, die zur starken Erwärmung oder Bestrahlung Substanz. Stickstoff kann mit Lithium bei Raumtemperatur reagieren, mit Magnesium, Calcium und Natrium, schreitet die Reaktion nur durch Erhitzen. Entsprechende Metallnitriden gebildet werden.

Die Wechselwirkung von Stickstoff mit Wasserstoff erfolgt bei hohen Temperatur und Druck. Auch dieses Verfahren erfordert den Katalysator. Ammoniak – eine der wichtigsten chemischen Synthese. Stickstoff, als Oxidationsmittel, zeigt in ihrer Tri negativer Oxidationsstufen:

  • 3 (Ammoniak und andere Stickstoffverbindungen, Wasserstoff – Nitride);
  • -2 (hydrazin N 2 H 4);
  • -1 (Hydroxylamin NH 2 OH).

Die wichtigste Nitrid – Ammoniak – hergestellt in großen Mengen in der Industrie. Das große Problem für eine lange Zeit blieb die chemische Beständigkeit von Stickstoff. Seine Rohstoffquellen waren Nitrat, aber Mineralreserven begannen schnell mit dem Wachstum der Produktion zu sinken.

Die große Leistung der chemischen Wissenschaft und Praxis hat sich im industriellen Maßstab die Schaffung von Ammoniak Stickstoff-Fixierung Technik gewesen. In speziellen Spalten ist durch direkte Synthese – ein reversibler Prozess zwischen Stickstoff aus der Luft und Wasserstoff erhalten. Wenn optimale Bedingungen zu schaffen, wird das Gleichgewicht dieser Reaktion auf das Nebenprodukt, die Katalysatorammoniakausbeute unter Verwendung von 97%.

Wechselwirkung mit Sauerstoff – reduzierenden Eigenschaften

Um die Reaktion von Stickstoff und Sauerstoff zu starten, muss eine starke Erwärmung sein. Besitzt eine ausreichende Energie elektrische Lichtbogen und eine Blitzentladung zur Atmosphäre. Die wichtigsten anorganischen Verbindungen, in denen der Stickstoff in seinen positiven Oxidationszuständen ist:

  • 1 (Stickstoffoxid (I) N 2 O);
  • +2 (NO Stickstoffmonoxid);
  • 3 (Stickstoffoxid (III) N 2 O 3, HNO 2 salpetrige Säure, Nitritsalze davon);
  • 4 (Stickstoffdioxid (IV) NO 2);
  • 5 (Distickstoffpentoxid (V) N 2 O 5, HNO3 Salpetersäure, Nitrate).

Der Wert von natürlich vorkommenden

Pflanzen absorbieren Ammoniumionen und Nitratanionen aus dem Boden für die Synthese von chemischen Reaktionen von organischen Molekülen in den Zellen verwendet ständig läuft. Atmosphärische Bakterien Stickstoff Knötchen können assimilieren – Mikroskopische Entitäten Knötchen an den Wurzeln von Leguminosen bilden. Als Ergebnis erhielt diese Gruppe von Pflanzen, die die erforderliche Batterie, es den Boden anreichert.

Während tropische Stürme auftreten Oxidationsreaktion von Luftstickstoff. Die Oxide werden gelöste Säuren zu bilden, ist diese Verbindungen von Stickstoff geben, den Boden im Wasser. Durch den Kreislauf der Elemente in der Natur sind ihre Reserven in der Erdkruste, die Luft immer wieder aufgefüllt. Komplexes organisches Molekül Stickstoff in seiner Zusammensetzung enthält, wird durch Bakterien auf anorganische Komponenten abgebaut.

die praktische Anwendung

Die wichtigsten Stickstoffverbindungen für die Landwirtschaft – ein hochlösliches Salz. Absorbiert von Pflanzen Harnstoffnitrat (Natrium, Kalium, Calcium), Ammoniumverbindungen (Ammoniak , Wasser, Chlorid, Sulfat, Ammoniumnitrat).
Inert Eigenschaften Stickstoffanlagen Unfähigkeit von außen führen zu der Notwendigkeit zu absorbieren große Dosen jährlich Nitrate zu machen. Teile des pflanzlichen Organismus in der Lage, Makrozelle Energie speichern „für die Zukunft“, die die Qualität des Produkts verschlechtert. Überschüssiges Nitrat in Gemüse und Obst kann Vergiftungen beim Menschen verursacht, um das Wachstum von bösartigen Tumoren. Neben der Landwirtschaft sind Stickstoffverbindungen in anderen Branchen eingesetzt:

  • zur Herstellung von Arzneimitteln;
  • für die chemische Synthese von hochmolekularen Verbindungen;
  • bei der Herstellung von Explosivstoffen aus Trinitrotoluol (TNT);
  • zur Herstellung von Farbstoffen.

NO Oxid findet Verwendung in der Chirurgie, die Substanz eine analgetische Wirkung hat. Verlust der Empfindung beim Einatmen Gas festgestellt, dass auch die ersten Forscher Stickstoffchemie Eigenschaften. So gab es einen gemeinsamen Namen „Lachgas“.

Das Problem von Nitraten in landwirtschaftlichen Erzeugnissen

Die Salze der Salpetersäure – Nitrat – enthielt ein einzeln NO 3- geladenes Anion. Noch verwendet, um den alten Namen der Gruppe von Substanzen – Ammoniumnitrat. Nitrate werden verwendet, um Felder zu befruchten, in Gewächshäusern, Gärten. Bringt sie im zeitigen Frühjahr vor dem Einpflanzen im Sommer – in Form von flüssigen Fütterungen. Für sich allein ist der Stoff nicht eine große Gefahr für Menschen darstellen, sondern im Körper, werden sie in Nitrite umgewandelt, dann in Nitros. Nitrit NO 2- -Ionen – toxische Partikel, die sie verursachen Oxidation von zweiwertigem Eisen in den Hämoglobin – Molekülen in der dreiwertigen Ionen. In diesem Zustand ist die Hauptsubstanz von menschlichem und tierischem Blut nicht in der Lage, Sauerstoff zu transportieren und Kohlendioxid aus dem Gewebe zu entfernen.

Je gefährliche Nitratbelastung von Lebensmitteln für die menschliche Gesundheit:

  • maligne Tumoren bei der Umwandlung von Nitraten Nitros (karzinogenen) ergeben;
  • die Entwicklung von Colitis ulcerosa,
  • Hypotension oder Hypertension;
  • Herzversagen;
  • Blutungsstörungen
  • Läsionen der Leber, der Bauchspeicheldrüse und der Entwicklung von Diabetes;
  • Entwicklung von Nierenversagen;
  • Anämie, Gedächtnisstörungen, Aufmerksamkeit und Intelligenz.

Die gleichzeitige Verwendung von unterschiedlichen Produkten mit hohen Dosen von Nitraten führt zu akuten Vergiftungen. Die Quellen können Pflanzen sein, Wasser, fertige Fleischgerichte zu trinken. Einweichen in klaren Wasser und Kochen kann den Nährstoffgehalt von Nitrat Produkten reduzieren. Die Forscher fanden heraus, dass höhere Dosen gefährlicher Stoffe in unreifer und Gewächshauspflanzenproduktion beobachtet.

Phosphor – Element Pnictogen

Atome der chemischen Elemente, die in der gleichen vertikalen Spalte des Periodensystems sind, weisen gemeinsame Eigenschaften. Phosphor in der dritten Periode befindet, bezieht er sich auf die Gruppe 15 als auch Stickstoff. Strukturelemente ähnliche Atome, aber es gibt Unterschiede in den Eigenschaften. Stickstoff und Phosphor aufweisen negative Wertigkeit und Oxidationsstufe III in den Verbindungen mit Metallen und Wasserstoff.

Viele Phosphor Reaktionen verlaufen bei gewöhnlichen Temperaturen ein chemisch aktives Element. Mit Sauerstoff zur Reaktion gebracht P 2 O 5 höher Oxid zu bilden. Die wässrige Lösung aus diesem Material hat die Eigenschaften von Säure (Metaphosphorsäure). Während Orthophosphorsäure Erhitzen erhalten wird. Es definiert eine Vielzahl von Arten von Salzen, von denen viele die Mineraldünger, beispielsweise Superphosphate. Stickstoff- und Phosphorverbindungen bilden einen wichtigen Teil des Zyklus von Materie und Energie auf unserem Planeten verwendet, in der Industrie, der Landwirtschaft und anderen Bereichen.