Dusík

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 20. června 2022; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Dusík

← Uhlík | Kyslík →

N
↓
P

7 N

Vzhled jednoduché látky

Kapalný dusík

Vlastnosti atomu

Jméno, symbol, číslo

Dusík / Dusík (N), 7

Skupina , období , blok

15 (zastaralé 5), 2,
p-prvek

atomová hmotnost
( molární hmotnost )

[14,00643; 14.00728] [comm 1] [1] a. e. m. ( g / mol )

Elektronická konfigurace

[ On ] 2s 2 2p 3
1s 2 2s 2 2p 3

Poloměr atomu

75 hodin

Chemické vlastnosti

kovalentní poloměr

75 hodin

Poloměr iontů

13 (+5e) 171 (-3e) odpoledne

Elektronegativita

3,04 [2] (Paulingova stupnice)

Oxidační stavy

-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5

Ionizační energie
(první elektron)

1401,5 (14,53) kJ / mol ( eV )

Termodynamické vlastnosti jednoduché látky

Hustota (v n.a. )

0,808 g/cm3 (-195,8 °C); 1,1649 kg/m³ za standardních podmínek podle GOST 2939-63; v n. y 0,001251 g/cm³

Teplota tání

63,29 K (-209,86 ° C )

Teplota varu

77,4K (-195,75 ° C )

Oud. teplo tání

(N2 ) 0,720 kJ/mol

Oud. výparné teplo

(N2 ) 5,57 kJ/ mol

Molární tepelná kapacita

29,125 [3] (plyn N 2 ) J/(K mol)

Molární objem

22,4⋅10 3 cm³ / mol

Krystalová mřížka jednoduché látky

Příhradová konstrukce

krychlový

Parametry mřížky

5,661 Å _

Další vlastnosti

Tepelná vodivost

(300 K) 0,026 W/(m K)

Číslo CAS

7727-37-9

7	Dusík
N14.007
2s 2 2p 3

Dusík ( chemická značka - N , z lat. N itrogenium ) je chemický prvek 15. skupiny (podle zastaralé klasifikace - hlavní podskupina páté skupiny, VA), druhé období periodického systému D. I. Mendělejeva , s atomovým číslem 7.

Jako jednoduchá látka (u n.a. ) je dusík dvouatomový plyn (chemický vzorec - N 2 ) bez barvy , chuti a vůně .

Jeden z nejběžnějších prvků na Zemi . Hlavní složka vzduchu : 78 % objemových.

Je chemicky velmi inertní, ale reaguje s komplexními sloučeninami přechodných kovů . Používá se jako inertní médium pro mnoho technologických procesů; kapalný dusík je chladivo .

Dusík je jedním z hlavních biogenních prvků , které tvoří proteiny a nukleové kyseliny [4] .

Historie objevů

V roce 1772 provedl Henry Cavendish experiment: opakovaně procházel vzduchem přes žhavé uhlí, poté jej zpracovával zásadou , což mělo za následek zbytek, který Cavendish nazval dusivý (nebo mephitický) vzduch. Z hlediska moderní chemie je zřejmé, že při reakci se žhavým uhlím byl vzdušný kyslík vázán na oxid uhličitý , který byl následně absorbován alkálií. Zbytek plynu byl většinou dusík. Cavendish tedy izoloval dusík, ale nepochopil, že jde o novou jednoduchou látku (chemický prvek), a popsal jej jako mefitický vzduch (z anglického mephitic - „škodlivý“ ). Ve stejném roce Cavendish oznámil tuto zkušenost Josephu Priestleymu [5] :41 .

Zajímavostí je, že se mu podařilo navázat dusík s kyslíkem pomocí elektrických výbojů a poté, co absorboval zbytek oxidů dusíku, dostal malé množství plynu, absolutně inertního, ačkoli stejně jako v případě dusíku nemohl pochopit že izoloval nový chemický prvek - inertní plyn argon .

Joseph Priestley v té době prováděl řadu experimentů, při kterých také vázal vzdušný kyslík a odstraňoval vzniklý oxid uhličitý, tedy přijímal i dusík, nicméně jako zastánce v té době převládající flogistonové teorie také špatně interpretoval výsledky - rozhodl se, že izoloval flogistický vzduch (tedy nasycený flogistonem) [5] :41 .

V září 1772 publikoval skotský chemik Daniel Rutherford svou magisterskou práci „O takzvaném pevném a mephitickém vzduchu“, ve které dusík popsal jako škodlivý, jedovatý vzduch a naznačil, že jde o nový chemický prvek [5] :41 , a také popsal hlavní vlastnosti dusíku (nereaguje s alkáliemi, nepodporuje hoření, nevhodný k dýchání). Rutherford byl také zastáncem flogistonové teorie, takže také nerozuměl tomu, co vyzdvihl. Není tedy možné jednoznačně identifikovat objevitele dusíku.

Ve stejné době byl dusík izolován Karlem Scheeleem : v létě 1772 získal dusík Cavendishovou metodou a studoval jej po dobu pěti let, poté zveřejnil výsledky svého výzkumu. V této publikaci Scheele jako první popsal vzduch jako směs samostatných plynů: „ohnivý vzduch“ (kyslík) a „špinavý vzduch“ (dusík). Vzhledem k tomu, že se Scheele s uveřejněním svého výzkumu opozdil, o objeviteli dusíku se dodnes vedou spory [5] :41 .

Původ jména

Název dusík ( francouzsky azote , podle nejběžnější verze z jiného řeckého ἄζωτος „bez života“), namísto předchozích názvů ( flogistický , mefitický a „zkažený“ vzduch) navrhl v roce 1787 Antoine Lavoisier , který v té době byl součástí skupiny dalších francouzských vědců vypracoval principy chemické nomenklatury , ve stejném roce byl tento návrh publikován v práci "Metoda chemické nomenklatury" [6] [5] :41 . Jak je uvedeno výše, v té době již bylo známo, že dusík nepodporuje spalování ani dýchání. Tato vlastnost byla považována za nejdůležitější. I když se později ukázalo, že dusík je naopak nezbytný pro všechny živé bytosti, název se zachoval ve francouzštině a ruštině. Tato varianta názvu byla nakonec opravena v ruštině po vydání knihy Hermanna Hesse „Základy čisté chemie“ v roce 1831 [7] .

Samotné slovo dusík (bez spojení s plynem) je známé již od starověku a bylo používáno filozofy a alchymisty středověku k označení „primární hmoty kovů“, tzv. rtuti mezi filozofy, dvojité rtuti mezi alchymisty. Alchymisté považovali „primární hmotu kovů“ za „ alfu a omegu “ všech věcí. A slovo pro jeho označení bylo složeno z počátečních a konečných písmen abeced tří jazyků považovaných za posvátné - latiny , řečtiny a hebrejštiny : a , alfa , aleph a zet , omega , tav - AAAZOT. Iniciátor vytvoření nového chemického názvosloví Giton de Morvo zaznamenal ve své „Metodologické encyklopedii“ (1786) alchymický význam tohoto termínu [8] .

Mnoho Lavoisierových současníků považovalo jméno prvku za nešťastné, zejména Jean-Antoine Chaptal navrhl název nitrogène „zrodit ledek “ (a použil toto jméno ve své knize „Elements of Chemistry“ [9] ). Dosud se sloučeniny dusíku nazývaly dusičnany , dusitany a nitridy [5] :42 .

Ve francouzštině se název dusík neujal, ale v angličtině, španělštině, maďarštině a norštině se používá odvozenina tohoto slova. V portugalštině se používá jak název nitrogé(ê)nio , tak (zejména v Portugalsku) azoto .

Německý jazyk používá jméno Stickstoff , což znamená „dusivá látka“, podobně v holandštině; významově podobná jména se používají v některých slovanských jazycích , například chorvatština a slovinština dušik [dushik] [5] : 42 , a také v hebrejštině ‏ חנקן ‏‎ [hankan].

Název „dusík“ je kromě francouzštiny a ruštiny přijímán v italštině, turečtině a řadě slovanských jazyků, jakož i v mnoha jazycích národů bývalého SSSR .

Před přijetím symbolu v Rusku, Francii a dalších zemích se symbol používal , což lze vidět např. v článku A. M. Butlerova o aminech z roku 1864 [5] :42 [10] . $N$ $Az$

Dusík v přírodě

Izotopy

Přírodní dusík se skládá ze dvou stabilních izotopů 14 N - 99,635 % a 15 N - 0,365 %.

Uměle bylo získáno čtrnáct radioaktivních izotopů dusíku s hmotnostními čísly od 10 do 13 a od 16 do 25. Všechny jsou izotopy s velmi krátkou životností. Nejstabilnější z nich, 13 N, má poločas rozpadu 10 minut.

Spin jader stabilních izotopů dusíku: 14 N - 1; 15 N - 1/2.

Prevalence

Dusík je jedním z nejrozšířenějších prvků na Zemi [4] . Mimo Zemi se dusík nachází v plynných mlhovinách, sluneční atmosféře, na Uranu , Neptunu , v mezihvězdném prostoru atd. Atmosféry takových satelitních planet jako Titan , Triton a také trpasličí planety Pluto se skládají převážně z dusíku. Atmosféra Venuše také obsahuje značné množství dusíku (navzdory tomu, že tvoří 3,5 % celkového složení atmosféry), čtyřikrát větší než hmotnost atmosférického dusíku Země. Dusík je čtvrtým nejrozšířenějším prvkem ve sluneční soustavě (po vodíku , heliu a kyslíku ).

Dusík ve formě dvouatomových molekul N 2 tvoří většinu zemské atmosféry, kde je jeho obsah 75,6 % (hmotnostně) nebo 78,084 % (objemově), tedy asi 3,87⋅10 15 tun.

Obsah dusíku v zemské kůře je podle různých autorů (0,7-1,5)⋅10 15 tun (navíc v humusu - asi 6⋅10 10 tun) a v zemském plášti - 1,3⋅10 16 tun . poměr hmotností naznačuje, že hlavním zdrojem dusíku je horní část pláště, odkud vstupuje do ostatních skořápek Země se sopečnými erupcemi .

Hmotnost dusíku rozpuštěného v hydrosféře, vezmeme-li v úvahu, že procesy rozpouštění atmosférického dusíku ve vodě a jeho uvolňování do atmosféry současně, je asi 2⋅10 13 tun, navíc je obsaženo asi 7⋅10 11 tun dusíku v hydrosféře ve formě sloučenin.

Biologická role

Dusík je chemický prvek nezbytný pro existenci živočichů a rostlin, je součástí bílkovin (16-18 % hm.), aminokyselin , nukleových kyselin , nukleoproteinů , chlorofylu , hemoglobinu , atd. V živých buňkách je množství dusíku atomů je asi 2%, z hlediska hmotnostního zlomku - asi 2,5% (čtvrté místo po vodíku, uhlíku a kyslíku). V tomto ohledu se značné množství vázaného dusíku nachází v živých organismech, „mrtvé organické hmotě“ a rozptýlené hmotě moří a oceánů. Toto množství se odhaduje na cca 1,9⋅10 11 t. V důsledku procesů tlení a rozkladu organických látek obsahujících dusík, za příznivých faktorů prostředí, dochází k přírodním ložiskům minerálů obsahujících dusík, např. „ ledek chilský “ ( dusičnan sodný s nečistotami jiné sloučeniny), norský, indický ledek.

Chemie hydridů dusíku při tlacích řádově 800 GPa (asi 8 milionů atmosfér) je rozmanitější než chemie uhlovodíků za normálních podmínek. Z toho vyplynula hypotéza, že dusík by mohl být základem dosud neobjeveného života na takových planetách, jako je Uran a Neptun [11] [5] :43 .

Cyklus dusíku v přírodě

Atmosférická fixace dusíku v přírodě probíhá ve dvou hlavních směrech: abiogenní a biogenní. První cesta zahrnuje především reakce dusíku s kyslíkem. Protože dusík je chemicky zcela inertní, je pro oxidaci zapotřebí velké množství energie (vysoké teploty). Těchto podmínek je dosaženo při výbojích blesku , kdy teplota dosáhne 25 000 °C nebo více. V tomto případě dochází k tvorbě různých oxidů dusíku . Existuje také možnost, že k abiotické fixaci dochází v důsledku fotokatalytických reakcí na površích polovodičů nebo širokopásmových dielektrik (pouštní písek).

Hlavní část molekulárního dusíku (asi 1,4⋅10 8 t/rok) je však fixována bioticky . Dlouho se věřilo, že jen malý počet druhů mikroorganismů (ačkoli rozšířených na zemském povrchu) dokáže vázat molekulární dusík: bakterie Azotobacter a Clostridium , nodulové bakterie luskovin Rhizobium , sinice Anabaena , Nostoc atd. je známo, že tuto schopnost mají mnohé jiné organismy ve vodě a půdě, například aktinomycety v uzlinách olší a dalších stromů (celkem 160 druhů). Všechny přeměňují molekulární dusík na amonné sloučeniny (NH 4 + ). Tento proces vyžaduje značné množství energie (k fixaci 1 g atmosférického dusíku spotřebují bakterie v uzlinách luštěnin asi 167,5 kJ, to znamená, že zoxidují asi 10 g glukózy ). Je tedy viditelný vzájemný přínos symbiózy rostlin a bakterií fixujících dusík – ty první poskytují těm druhým „místo k životu“ a dodávají „palivo“ získané jako výsledek fotosyntézy – glukózu, ty druhé poskytují dusík nezbytné pro rostliny ve formě, kterou asimilují.

Dusík ve formě amoniaku a amonných sloučenin, získaný v procesech biogenní fixace dusíku, se rychle oxiduje na dusičnany a dusitany (tento proces se nazývá nitrifikace ). Ty, které nejsou vázány rostlinnými pletivy (a dále v potravním řetězci býložravci a predátory), nezůstávají v půdě dlouho. Většina dusičnanů a dusitanů je vysoce rozpustná, proto jsou vyplavovány vodou a nakonec se dostávají do světového oceánu (tento tok se odhaduje na 2,5–8⋅10 7 t/rok).

Dusík obsažený v tkáních rostlin a zvířat po jejich smrti prochází amonifikací (rozklad komplexních sloučenin obsahujících dusík s uvolňováním amoniaku a amonných iontů) a denitrifikací , to znamená uvolňování atomového dusíku a jeho oxidů . Tyto procesy jsou zcela způsobeny aktivitou mikroorganismů v aerobních a anaerobních podmínkách.

Při absenci lidské činnosti jsou procesy fixace dusíku a nitrifikace téměř zcela vyváženy opačnými reakcemi denitrifikace. Část dusíku se do atmosféry dostává z pláště sopečnými erupcemi, část je pevně fixována v půdách a jílových minerálech, navíc dusík neustále uniká z horních vrstev atmosféry do meziplanetárního prostoru.

Toxikologie dusíku a jeho sloučenin

Atmosférický dusík je sám o sobě příliš inertní na to, aby měl přímý účinek na lidské tělo a savce. Při zvýšeném tlaku však způsobuje narkózu , intoxikaci nebo dušení (když je nedostatek kyslíku); při rychlém poklesu tlaku způsobuje dusík dekompresní nemoc .

Mnoho sloučenin dusíku je velmi aktivních a často toxických.

Získání

Rozklad dusitanu amonného

V laboratořích jej lze získat rozkladnou reakcí dusitanu amonného :

{\ce {NH4NO2 -> N2^ + 2H2O))

Reakce je exotermická, uvolňuje 80 kcal (335 kJ), proto je v jejím průběhu nutné chlazení nádoby (i když k zahájení reakce je nutný dusitan amonný).

V praxi se tato reakce provádí přidáváním nasyceného roztoku dusitanu sodného po kapkách k zahřátému nasycenému roztoku síranu amonného, přičemž se dusitan amonný vzniklý jako výsledek výměnné reakce okamžitě rozkládá.

Uvolňovaný plyn je v tomto případě kontaminován čpavkem , oxidem dusnatým (I) a kyslíkem , ze kterých se čistí postupným průchodem roztoky kyseliny sírové , síranu železnatého a přes horkou měď . Dusík se pak suší.

Zahřívání dichromanu draselného se síranem amonným

Další laboratorní metodou získávání dusíku je zahřívání směsi dichromanu draselného a síranu amonného (v hmotnostním poměru 2:1). Reakce je popsána rovnicemi:

{\ce {K2Cr2O7 + (NH4)2SO4 -> (NH4)2Cr2O7 + K2SO4))

{\ce {(NH4)2Cr2O7 -> N2^ + Cr2O3 + 4 H2O))

Rozklad azidů

Nejčistší dusík lze získat rozkladem azidů kovů :

{\ce {2NaN3 ->[t] 2Na + 3N2 ^}}

Reakce vzduchu s horkým koksem

Takzvaný "vzduch" nebo "atmosférický" dusík, tedy směs dusíku s vzácnými plyny , se získává reakcí vzduchu s horkým koksem, za vzniku tzv. " generátoru ", neboli " vzduch“, plyn – suroviny pro chemickou syntézu a palivo . V případě potřeby se z něj může dusík uvolňovat absorpcí oxidu uhelnatého .

Vzduchová destilace

Molekulární dusík se průmyslově vyrábí frakční destilací kapalného vzduchu. Tuto metodu lze také použít k získání „atmosférického dusíku“. Hojně se používají také dusíkové elektrárny a stanice , které využívají metodu adsorpce a membránové separace plynů.

Průchod amoniaku oxidem měďnatým

Jednou z laboratorních metod je průchod amoniaku přes oxid měďnatý při teplotě ~700 °C:

{\ce {3CuO + 2NH3 ->[t] N2 ^ + 3Cu v + 3H2O))

Amoniak se odebírá z nasyceného roztoku zahříváním. Množství CuO je 2x větší než vypočtené. Bezprostředně před použitím se dusík čistí od kyslíku a nečistot amoniaku průchodem přes měď a její oxid (II) (~700 °C), poté se suší koncentrovanou kyselinou sírovou a suchou alkálií. Proces je poměrně pomalý, ale stojí za to: plyn je velmi čistý.

Vlastnosti

Fyzikální vlastnosti

Za normálních podmínek je dusík bezbarvý plyn, bez zápachu, mírně rozpustný ve vodě (2,3 ml/100 g při 0 °C, 1,5 ml/100 g při 20 °C, 1,1 ml/100 g při 40 °C, 0,5 ml/ 100 g při 80 °C [12] ), hustota 1,2506 kg/m³ (v n.a.).

V kapalném stavu (bod varu -195,8 ° C) - bezbarvá, pohyblivá, jako voda, kapalina. Hustota kapalného dusíku je 808 kg/m³. Při kontaktu se vzduchem z něj absorbuje kyslík.

Při −209,86 °C dusík tuhne jako sněhová hmota nebo velké sněhově bílé krystaly. Při kontaktu se vzduchem z něj absorbuje kyslík, přičemž taje a vytváří roztok kyslíku v dusíku.

Jsou známy tři krystalické modifikace pevného dusíku. V rozsahu 36,61–63,29 K se nachází fáze β-N 2 s hexagonálním uzavřeným obalem, prostorová grupa P6 3 /mmc , mřížkové parametry a=3,93 Å a c=6,50 Å. Při teplotách pod 36,61 K je fáze α-N 2 s kubickou mřížkou stabilní, mající prostorovou grupu Pa3 nebo P2 1 3 a periodu a=5,660 Á. Pod tlakem více než 3500 atmosfér a teplotou pod 83 K vzniká hexagonální fáze γ-N 2 .

Fázový diagram

Fázový diagram dusíku je znázorněn na obrázku.

Chemické vlastnosti, molekulární struktura

Dusík ve volném stavu existuje ve formě dvouatomových molekul N 2 , jejichž elektronová konfigurace je popsána vzorcem σ s ²σ s *2 π x, y 4 σ z ², což odpovídá trojné vazbě mezi atomy dusíku N ≡N (délka vazby dN≡N = 0,1095 nm). V důsledku toho je molekula dusíku extrémně silná, pro disociační reakci N 2 ↔ 2 N , změna entalpie v reakci Δ H ° 298 = 945 kJ / mol [13] , rychlostní konstanta reakce K 298 = 10 −120 , tedy k disociaci molekul dusíku za normálních podmínek prakticky nedochází (rovnováha je téměř úplně posunuta doleva). Molekula dusíku je nepolární a slabě polarizovaná, interakční síly mezi molekulami jsou velmi slabé, proto je za normálních podmínek dusík plynný.

I při 3000 °C je stupeň tepelné disociace N 2 pouze 0,1 % a teprve při teplotě kolem 5000 °C dosahuje několika procent (za normálního tlaku). Ve vysokých vrstvách atmosféry dochází k fotochemické disociaci molekul N 2 . V laboratorních podmínkách lze atomární dusík získat průchodem plynného N 2 za silného zředění polem vysokofrekvenčního elektrického výboje. Atomový dusík je mnohem aktivnější než molekulární dusík: zejména při běžné teplotě reaguje se sírou , fosforem , arsenem a řadou kovů , například se rtutí .

Vzhledem k vysoké pevnosti molekuly dusíku jsou některé jeho sloučeniny endotermní (mnoho halogenidů, azidů, oxidů), to znamená, že entalpie jejich vzniku je kladná a sloučeniny dusíku jsou tepelně nestabilní a při zahřívání se poměrně snadno rozkládají. Proto je dusík na Zemi většinou ve volném stavu.

Kvůli své značné inertnosti reaguje dusík za normálních podmínek pouze s lithiem :

{\ce {6Li + N2 -> 2Li3N}}

při zahřátí reaguje s některými jinými kovy a nekovy a také tvoří nitridy :

{\ce {3Mg + N2 -> Mg3N2}}

( nitrid hořečnatý )

{\ce {2B + N2 -> 2BN}}

( nitrid boru )

Největší praktický význam má nitrid vodíku (amoniak) NH 3 získaný interakcí vodíku s dusíkem (viz dále).

Při elektrickém výboji reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu dusnatého (II) NO :

{\ce {N2 + O2 <->[{2000 ℃}] 2NO - Q))

Bylo popsáno několik desítek komplexů s molekulárním dusíkem.

Průmyslová fixace atmosférického dusíku

Sloučeniny dusíku se v chemii používají extrémně široce, není možné ani vyjmenovat všechny oblasti, kde se látky obsahující dusík používají: jedná se o průmysl hnojiv, výbušnin, barviv, léků atd. Ačkoli jsou k dispozici kolosální množství dusíku v doslovném smyslu slova „ze vzduchu“, kvůli síle molekuly dusíku N 2 popsané výše zůstal problém získávání sloučenin obsahujících dusík ze vzduchu dlouho nevyřešen; většina sloučenin dusíku byla extrahována z jeho minerálů, jako je ledek chilský. Snížení zásob těchto nerostů a také růst poptávky po sloučeninách dusíku si však vyžádaly urychlení prací na průmyslové fixaci atmosférického dusíku.

Nejběžnější čpavková metoda vázání atmosférického dusíku. Reverzibilní reakce syntézy amoniaku:

{\ce {N2 + 3H2 <=> 2NH3}}

Je exotermický (tepelný efekt 92 kJ) a jde s úbytkem objemu, proto je pro posunutí rovnováhy doprava v souladu s Le Chatelier-Brownovým principem nutné chlazení směsi a vysoké tlaky. Z kinetického hlediska je však snižování teploty nepříznivé, neboť se tím značně snižuje reakční rychlost - i při 700 °C je reakční rychlost příliš nízká pro praktické využití.

V takových případech se používá katalýza , protože vhodný katalyzátor umožňuje zvýšit rychlost reakce bez posunutí rovnováhy. Při hledání vhodného katalyzátoru bylo vyzkoušeno asi dvacet tisíc různých sloučenin. Z hlediska kombinace vlastností (katalytická aktivita, odolnost proti otravám, nízká cena) našel největší uplatnění katalyzátor na bázi kovového železa s nečistotami oxidů hliníku a draslíku . Proces se provádí při teplotě 400-600 °C a tlacích 10-1000 atmosfér.

Při tlacích nad 2000 atmosfér probíhá syntéza amoniaku ze směsi vodíku a dusíku vysokou rychlostí a bez katalyzátoru. Například při 850 °C a 4500 atmosférách je výtěžek produktu 97 %.

Existuje další, méně obvyklý způsob průmyslové vazby atmosférického dusíku - kyanamidová metoda, založená na reakci karbidu vápníku s dusíkem při 1000 °C. Reakce probíhá podle rovnice:

{\ce {CaC2 + N2 -> CaCN2 + C))

Reakce je exotermická, její tepelný účinek je 293 kJ.

Průmyslovými prostředky se z atmosféry Země ročně odebere přibližně 1⋅10 6 tun dusíku.

Sloučeniny dusíku

Oxidační stavy dusíku ve sloučeninách −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

Sloučeniny dusíku v oxidačním stavu −3 jsou reprezentovány nitridy, z nichž je prakticky nejvýznamnější amoniak;
Méně typické jsou sloučeniny dusíku v oxidačním stupni -2 , reprezentované pernitridy , z nichž nejvýznamnější pernitrid vodíku je N 2 H 4 , případně hydrazin (existuje také extrémně nestabilní pernitrid vodíku N 2 H 2 , diimid );
Sloučeniny dusíku v oxidačním stupni -1: NH 2 OH ( hydroxylamin ) - nestabilní báze používaná spolu s hydroxylamoniovými solemi v organické syntéze;
Sloučeniny dusíku v oxidačním stavu +1: oxid dusnatý (I) N 2 O (oxid dusný, rajský plyn), kyselina dusitá ;
Sloučeniny dusíku v oxidačním stupni +2: oxid dusnatý (II) NO (oxid dusnatý), kyselina dusičná ;
Sloučeniny dusíku v oxidačním stupni +3: oxid dusnatý (III) N 2 O 3 (oxid dusnatý, oxid dusný), kyselina dusitá , deriváty aniontu NO 2 - , fluorid dusitý (NF 3 );
Sloučeniny dusíku v oxidačním stupni +4: oxid dusnatý (IV) NO 2 (oxid dusičitý, hnědý plyn);
Sloučeniny dusíku v oxidačním stupni +5: oxid dusnatý (V) N 2 O 5 (oxid dusičitý), kyselina dusičná , její soli - dusičnany a další deriváty, dále tetrafluoramonium NF 4 + a jeho soli.

Aplikace

Plynný dusík

Průmyslové využití plynného dusíku je způsobeno jeho inertními vlastnostmi. Plynný dusík je odolný proti ohni a výbuchu, zabraňuje oxidaci, rozkladu. V ropném průmyslu se plynný dusík používá k zajištění bezpečného vrtání a používá se v procesu práce a údržby vrtů. Kromě toho se plynný dusík pod vysokým tlakem používá v plynných metodách pro lepší regeneraci ropy . V petrochemickém průmyslu se dusík používá k proplachování nádrží a potrubí, testování provozu potrubí pod tlakem a ke zvýšení produkce usazenin. V hornictví lze dusík použít k vytvoření prostředí odolného proti výbuchu v dolech, k roztržení vrstev hornin a k hašení endogenních požárů. Při výrobě elektroniky se dusík používá k čištění oblastí, kde nemůže být přítomen oxidační kyslík. Pokud je oxidace nebo rozpad negativním faktorem v tradičním vzduchovém procesu, dusík může vzduch úspěšně nahradit.

Dusík naplňuje komory pneumatik podvozků letadel . Plnění pneumatik dusíkem se navíc v poslední době stalo populární mezi automobilovými nadšenci, i když neexistují jednoznačné důkazy o účinnosti použití dusíku místo vzduchu k plnění pneumatik automobilů.

Kapalný dusík

Kapalný dusík se používá jako chladivo a pro kryoterapii .

Důležitou oblastí použití dusíku je jeho využití pro další syntézu široké škály sloučenin obsahujících dusík, jako je čpavek , dusíkatá hnojiva , výbušniny , barviva atd. Více než 3/4 průmyslového dusíku se využívá pro syntéza amoniaku [4] .

Velké množství dusíku se používá při výrobě koksu („suché hašení koksu“) při vykládání koksu z koksárenských baterií a také při „ždímání“ paliva v raketách z nádrží do čerpadel nebo motorů.

V potravinářském průmyslu je dusík registrován jako potravinářská přísada E941 , jako plynné médium pro balení a skladování, chladivo a kapalný dusík se používá při stáčení olejů a nesycených nápojů k vytvoření přetlaku a inertní atmosféry v měkkých nádobách.

Kapalný dusík je ve filmech často zobrazován jako látka, která dokáže okamžitě zmrazit dostatečně velké předměty. To je rozšířená mylná představa. I zmrazení květiny trvá dlouho. To je částečně způsobeno velmi nízkou tepelnou kapacitou dusíku. Ze stejného důvodu je velmi obtížné vychladit řekněme zámky na -196 °C a rozlousknout je jednou ranou.

Z litru kapalného dusíku, který se odpaří a zahřeje na 20 °C, vznikne přibližně 700 litrů plynu. Z tohoto důvodu je kapalný dusík skladován ve speciálních otevřených vakuově izolovaných Dewarových nebo kryogenních tlakových nádobách. Princip hašení požárů kapalným dusíkem je založen na stejné skutečnosti. Dusík se odpařuje a vytlačuje kyslík nezbytný pro spalování a oheň se zastaví. Protože se dusík, na rozdíl od vody, pěny nebo prášku, jednoduše vypaří a zmizí, je dusíkové hašení nejúčinnějším hasicím mechanismem z hlediska uchování cenností.

Problematické je zamrzání kapalného dusíku živých bytostí s možností jejich následného rozmrazování. Problém spočívá v neschopnosti zmrazit (a rozmrazit) tvora dostatečně rychle, aby heterogenita zmrazení neovlivnila jeho životní funkce. Stanislav Lem fantazírující o tomto tématu v knize „Fiasko“ přišel s nouzovým systémem zmrazování dusíku, kdy se do úst astronauta zapíchla hadice s dusíkem vyrážející zuby a do ní byl přiváděn vydatný proud dusíku.

Jako legující přísada do křemíku tvoří vysokopevnostní sloučeninu (keramický) nitrid křemíku , který má vysokou viskozitu a pevnost.

Označení válců

Dusíkové lahve vyrobené v Rusku podle požadavků PB 03-576-03 musí být natřeny černou barvou s hnědým pruhem a žlutým nápisem [14] . GOST 26460-85 nevyžaduje proužek, ale nápis musí obsahovat informace o čistotě dusíku (zvláštní čistota, vysoká čistota, vysoká čistota) .

Zdravotní nebezpečí

NFPA 704

0 3 0

Za normálních podmínek není dusík toxický, ale při zvýšeném atmosférickém tlaku může způsobit otravu dusíkem . Většina sloučenin dusíku představuje silné zdravotní riziko. Dusík patří do 3. třídy nebezpečnosti.

Komentáře

↑ Rozsah hodnot atomové hmotnosti je indikován kvůli heterogenitě distribuce izotopů v přírodě.

Poznámky

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ Dusík : elektronegativity . WebElements. Získáno 5. srpna 2010. Archivováno z originálu dne 29. března 2016.
↑ Knunyants I. L. (šéfredaktor). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích - Moskva: Sovětská encyklopedie, 1988. - T. 1. - S. 58. - 623 s. — 100 000 výtisků.
↑ 1 2 3 Azot // Kazachstán. Národní encyklopedie . - Almaty: Kazašské encyklopedie , 2004. - T. I. - ISBN 9965-9389-9-7 . (Ruština) (CC BY SA 3.0)
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Rulev, Alexander. Paradoxní triviální dusík // Věda a život . - 2019. - č. 3. - S. 40-43.
↑ Guyton de Morveau LB, Lavoisier AL, Berthollet CL, de Fourcroy AF Méthode de nomenclature chimique (francouzsky) . - Paříž, 1787. - S. 36.
↑ Malina, I.K. Je dusík bez života? // Čítanka o anorganické chemii: Průvodce pro studenty - M. : Education , 1975. - Část II. - S. 42-52.
↑ Figurovsky, N. A. Azot, Nitrogenium, N (7) // Objev prvků a původ jejich názvů. — M .: Nauka, 1970. — 207 s.
↑ Chaptal, J. A. Élémens de chimie (francouzsky) . - 1790. - T. 1. - S. 126.
↑ Sur les explications différentes de quelques cas d'Isomérie, par MA Boutlerow (francouzsky) // Bulletin de la Société chimique de Paris, Nouvelle Série. - 1864. - Sv. I. - S. 112.
↑ Qian, G.-R. a kol. Různorodá chemie stabilních vodíkových dusíků a důsledky pro planetární a materiálové vědy // Vědecké zprávy : deník. - 2016. - Sv. 6 . - doi : 10.1038/srep25947 .
↑ Příručka rozpustnosti / Resp. vyd. Kafarov V. V .. - M-L: Nakladatelství Akademie věd SSSR, 1961. - T. 1 Kniha. 1. - 960 s.
↑ Atom dusíku .
↑ Tab. 17. Zbarvení a nápisy na lahvích // PB 03-576-03 : Pravidla pro konstrukci a bezpečný provoz tlakových nádob: Federální služba pro environmentální, technologický a jaderný dozor. - M. : NTC "Průmyslová bezpečnost", 2008. - S. 103. - 186 s. - (Řada 03. Meziodvětvové dokumenty o průmyslové bezpečnosti a ochraně podloží; vydání 24).

Literatura

Nekrasov BV Základy obecné chemie. T. 1. - M.: Chemistry, 1973;
Chemie: Ref. vyd. / W. Schroeter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak a kol.; Za. s ním. - 2. vyd., stereotyp. - M .: Chemie, 2000. - ISBN 5-7245-0360-3 (ruština), ISBN 3-343-00208-9 (německy);
Achmetov N. S. Obecná a anorganická chemie. - 5. vydání, Rev. - M .: Vyšší škola, 2003. - ISBN 5-06-003363-5 ;
Gusakova NV Chemie životního prostředí. - Rostov n / D: Phoenix, 2004. - ISBN 5-222-05386-5 . - (Vysoké vzdělání).
Isidorov V.A. Ekologická chemie. - Petrohrad: Himizdat, 2001. - ISBN 5-7245-1068-5 ;
Trifonov D. N., Trifonov V. D. Jak byly objeveny chemické prvky. - M .: Vzdělávání, 1980;
Příručka chemika. - 2. vyd. - T. 1. - M .: Chemie, 1966.