Jaké jsou vlastnosti dusíku?

Oblasti znalostí: Obecná chemie Symbol: N Atomové číslo: 7 Skupina prvků: Nekovy Relativní atomová hmotnost: 14,00672a. e.m. Atomový poloměr: 71 pm Elektronegativita: 3,05 jednotek. podle Paulingovy stupnice Fyzikální stav: Hustota plynu při n. cu.: 0,0012506 g/cm³ Bod tání: -209,86 °C Bod varu: -195,75 °C

Chemické prvky Chemické prvky

Dusík (od . a řečtina ζωός – živý; lat. Dusík), N, chemický prvek skupiny V krátké formy (15. skupina dlouhé formy) periodické tabulky, atomové číslo 7, atomová hmotnost 14,00672. V přírodě existují dva stabilní izotopy: 14N (99,635 %) a 15N (0,365 %).

Historické informace

V roce 1772 skotský chemik D. Rutherford poprvé popsal vlastnosti plynu, který nepodporuje spalování a dýchání, a nazval jej „dusivý vzduch“. V roce 1787 A. L. de Lavoisier zjistil, že „dusivý“ plyn, který je součástí vzduchu, je jednoduchá látka a navrhl pro něj název „dusík“ (doslova neživý). V roce 1784 G. Cavendish ukázal, že dusík je součástí složení dusičnanů; v roce 1790 byl navržen latinský název dusík (z pozdně latinského nitrum – ledek a řeckého γεννάω – rodit). Do počátku 19. stol. Konečně byl vytvořen koncept chemické inertnosti dusíku ve volném stavu a byla objasněna důležitá role vázaného dusíku.

Prevalence v přírodě

V atmosféře dusíku je asi 3,9·10 t; jeho hlavní část je ve volném stavu (dusík ve vzduchu je 15 % hm., 75,6 % obj.); Existují také malá množství dusíku ve vázaném stavu ve formě amoniaku a oxidů. Celkový obsah dusíku v zemské kůře 78,09·10 až 2 % hmotnostních. Ve vázaném stavu se dusík vyskytuje především ve formě dusičnanů (ledek) a amonných sloučenin. Průmyslový význam má dusičnan sodný (chilský) NaNO₃ a dusičnan draselný (indický) KNO₃, jejichž významné koncentrace se nacházejí v oblastech se suchým pouštním klimatem. Dusík se nachází v oblacích plynu komet, v mlhovinách a v atmosféře Slunce. V malém množství se vyskytuje v uhlí (1,0–2,5 %), ropě (0,2–1,7 %) a ve vodách řek, moří a oceánů. Dusík je součástí všech živých organismů. Bílkoviny rostlin a živočichů obsahují až 17 % dusíku a lidské tělo jako celek asi 3 %.

V přírodě se cyklus dusíku vyskytuje hlavně v důsledku životně důležité činnosti mikroorganismů nitrofyzujících, denitrofyzujících a fixujících dusík. Akumulace dusíku v půdě v důsledku fixace volného dusíku je v moderním zemědělství nedostatečná, protože odstraňování dusíku z půdy plodinou převyšuje akumulaci. Problém fixace atmosférického dusíku, důležitý jak pro zemědělství, tak pro řadu průmyslových odvětví, byl vyřešen na počátku 20. století. s rozvojem průmyslové syntézy amoniaku.

Vlastnosti

Konfigurace vnějšího elektronového obalu atomu dusíku je 2s 2 2p 3; oxidační stavy od –3 do +5; Paulingova elektronegativita 3,05; poloměry (v pm): atomový 71, kovalentní (jednoduchá vazba) 70, van der Waals 154. Ve volném stavu tvoří dusík dvouatomovou molekulu N₂, ve kterém jsou atomy spojeny trojnou chemickou vazbou (délka 110 pm). Molekula dusíku je velmi stabilní (tepelná disociační energie 941,64 kJ/mol), proto k disociaci ve značné míře dochází až při vysokých teplotách; například při 3000 °C se pouze 0,1 % molekul disociuje na atomy.

Dusík je nekovový plyn bez barvy a zápachu; t_pl –209,86 °C, t_žok –195,75 °C, hustota pevné látky 1026 kg/m 3 (při –252,15 °C), kapalina 808 kg/m 3 (–195,75 °C), plynná 1,2506 kg/m 3 (0 °C); kritická teplota –146,95 °C, kritický tlak 3,9 MPa, kritická hustota 304 kg/m3. V pevném stavu za normálního tlaku a teplotách pod –238,15 °C je α-forma s kubickou mřížkou (hustota 1026,5 kg/m3) stabilní nad –238,15 °C, β-forma s hexagonální mřížkou (hustota 879,2; 3 kg/m 350); při tlacích nad 0,0291 MPa dochází ke třetí modifikaci s tetragonální krystalovou mřížkou. Rozpustnost dusíku ve vodě je 1 kg na 3 m 0 (při XNUMX °C). V některých uhlovodících (například hexan, heptan) je dusík rozpustnější než ve vodě.

Za normálních podmínek je molekulární dusík chemicky inertní. Dusík reaguje s většinou jednoduchých látek za vysoké teploty, tlaku a v přítomnosti katalyzátorů. Při teplotách 400–500 °C reaguje dusík s alkalickými kovy a kovy alkalických zemin. Při vysokých teplotách dusík oxiduje mnoho kovů a nekovů a tvoří nitridy. Dusík reaguje s vodíkem při vysoké teplotě a tlaku v přítomnosti kovového železného katalyzátoru za vzniku amoniaku. Kromě amoniaku jsou známy četné další sloučeniny dusíku s vodíkem, například hydrazin, kyselina dusitá (ta tvoří s kovy azidy kovů). Halogen a nitridy síry se získávají pouze nepřímými metodami, například NF₃ při interakci fluoru s amoniakem, N₂S₄ když kapalná síra interaguje s amoniakem. Ve většině případů jsou tyto sloučeniny nestabilní a často výbušné; stabilnější jsou oxohalogenidy, dioxohalogenidy dusíku (například NOCl, NO₂Cl). Při vysokých teplotách dusík reaguje s uhlíkem (s horkým koksem) za vzniku kyanogenu (CN)₂. Zahříváním dusíku s acetylenem na 1500 °C se získá kyanovodík HCN. Dusík je oxidován kyslíkem za vzniku oxidů; přímou interakcí s kyslíkem při teplotách nad 2000 °C lze získat pouze NO, který se dále oxiduje na NO₂. Sloučeniny dusíku obsahující kyslík také zahrnují kyselinu dusitou HNO₂ a kyselina dusičná (a jejich soli, dusitany a dusičnany, v daném pořadí).

Reaktivitu molekuly dusíku lze výrazně zvýšit vazbou do komplexů se sloučeninami přechodných kovů (Ti, V, Cr, Mo, Fe); v tomto případě molekula N₂ se za normální teploty a tlaku poměrně snadno aktivuje a reaguje za vzniku amoniaku, hydrazinu nebo aromatických aminů. Vlivem elektrického výboje o tlaku 130–260 Pa nebo při výbuchu směsi kyslíku a oxidu uhelnatého za přítomnosti dusíku vzniká aktivní dusík (směs atomů dusíku a molekul se zvýšenou energií), který při pokojové teplotě interaguje s atomárním kyslíkem, vodíkem, sirnými parami, fosforem, některými kovy. Dusík je součástí mnoha organických sloučenin – amidů, aminů, nitrilů, nitrosloučenin atd.

Příjem a použití

Práce s kapalným dusíkem. Práce s kapalným dusíkem. Dusík v laboratoři lze získat zahřátím vodného roztoku dusitanu amonného: NH₄NE₂ = N₂+ 2H₂O. V průmyslu se dusík získává ze vzduchu hlubokým ochlazením do kapalného stavu s následnou separací, například rektifikací. Hlavní oblastí využití dusíku je syntéza čpavku s následnou výrobou kyseliny dusičné, hnojiv a mnoha dalších látek obsahujících vázaný dusík. Volný dusík se používá jako inertní médium v ​​chemických a metalurgických procesech, při čerpání hořlavých kapalin apod.; kapalný dusík je chladivo. Plynný dusík je skladován a přepravován ve stlačené formě v ocelových lahvích, kapalný dusík – v Dewarových nádobách.

Michailičenko Anatolij Ignatijevič. První publikace: Velká ruská encyklopedie, 2005.

Publikováno 3. září 2022 v 17:49 (GMT+3). Poslední aktualizace 20. října 2022 v 15:25 (GMT+3). Kontaktujte redakci