Tặng muối - đây là cách từ Nitrogenium được dịch từ tiếng Latinh. Đây là tên của nitơ - một nguyên tố hóa học có số nguyên tử 7, đứng đầu nhóm thứ 15 trong phiên bản dài của bảng tuần hoàn. Ở dạng chất đơn giản, nó được phân bố trong lớp vỏ không khí của Trái đất - khí quyển. Một loạt các hợp chất nitơ được tìm thấy trong vỏ trái đất và các sinh vật sống, và được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, quân sự, nông nghiệp và y học.
Tại sao nitơ được gọi là "ngột ngạt" và "không có sự sống"
Theo các nhà sử học hóa học cho rằng, Henry Cavendish (1777) là người đầu tiên nhận được chất đơn giản này. Nhà khoa học cho không khí qua than nóng, sử dụng kiềm để hấp thụ các sản phẩm phản ứng. Kết quả của cuộc thử nghiệm, nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một loại khí không màu, không mùi, không phản ứng với than. Cavendish gọi đó là "không khí ngột ngạt" vì không thể duy trì hô hấp cũng như bỏng rát.
Một nhà hóa học hiện đại sẽ giải thích rằng oxy phản ứng với carbon để tạo thành carbon dioxide. Phần còn lại của không khí bao gồm chủ yếu là N2phân tử. Cavendish và các nhà khoa học khác vào thời điểm đó vẫn chưa biết về chất này, mặc dù các hợp chất nitơ và S altpeter sau đó đã được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế. Nhà khoa học đã báo cáo loại khí bất thường cho đồng nghiệp của mình, người đã tiến hành các thí nghiệm tương tự, Joseph Priestley.
Cùng lúc đó, Karl Scheele thu hút sự chú ý đến một thành phần chưa biết của không khí, nhưng không giải thích được chính xác nguồn gốc của nó. Chỉ có Daniel Rutherford vào năm 1772 mới nhận ra rằng khí “chết ngạt” có trong các thí nghiệm là nitơ. Nhà khoa học nào nên được coi là người phát hiện ra mình - các nhà sử học khoa học vẫn đang tranh cãi về điều này.
15 năm sau các thí nghiệm của Rutherford, nhà hóa học nổi tiếng Antoine Lavoisier đề nghị đổi thuật ngữ không khí "hư hỏng", dùng để chỉ nitơ, thành một loại khác - Nitrogenium. Đến lúc đó chứng minh chất này không cháy, không hỗ trợ hô hấp. Đồng thời, tên tiếng Nga "nitơ" xuất hiện, được hiểu theo nhiều cách khác nhau. Thuật ngữ này thường được cho là có nghĩa là "vô hồn". Công việc tiếp theo đã bác bỏ ý kiến rộng rãi về các đặc tính của vật chất. Các hợp chất nitơ - protein - là những đại phân tử quan trọng nhất trong thành phần của cơ thể sống. Để xây dựng chúng, thực vật hấp thụ các yếu tố dinh dưỡng khoáng cần thiết từ đất - các ion NO32-và NH4 +.
Nitơ là một nguyên tố hóa học
Hệ thống tuần hoàn (PS) giúp hiểu cấu trúc của nguyên tử và các tính chất của nó. Bằng vị trí của một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn, người ta có thể xác định đượcđiện tích hạt nhân, số proton và nơtron (số khối). Cần chú ý đến giá trị khối lượng nguyên tử - đây là một trong những đặc điểm chính của nguyên tố. Số chu kỳ tương ứng với số mức năng lượng. Trong phiên bản ngắn của bảng tuần hoàn, số nhóm tương ứng với số electron ở mức năng lượng ngoài cùng. Hãy tóm tắt tất cả các dữ liệu trong các đặc điểm chung của nitơ theo vị trí của nó trong hệ thống tuần hoàn:
- Đây là một nguyên tố phi kim loại, nằm ở góc trên bên phải của PS.
- Kí hiệu hoá học: N.
- Số thứ tự: 7.
- Khối lượng nguyên tử tương đối: 14,0067.
- Công thức hợp chất hydro dễ bay hơi: NH3(amoniac).
- Tạo ra oxit cao nhất N2O5, trong đó nitơ hóa trị là V.
Cấu trúc của nguyên tử nitơ:
- Phí lõi: + 7.
- Số proton: 7; số nơtron: 7.
- Số mức năng lượng: 2.
- Tổng số electron: 7; công thức điện tử: 1s22s22p3.
Các đồng vị bền của nguyên tố số 7 đã được nghiên cứu chi tiết, số khối của chúng là 14 và 15. Hàm lượng nguyên tử của nguyên tố nhẹ hơn của chúng là 99,64%. Ngoài ra còn có 7 proton trong hạt nhân của các đồng vị phóng xạ tồn tại trong thời gian ngắn, và số lượng neutron rất khác nhau: 4, 5, 6, 9, 10.
Nitơ trong tự nhiên
Vỏ không khí của Trái đất chứa các phân tử của một chất đơn giản, công thức của chất đó là N2. Hàm lượng nitơ thể khí trong khí quyển tính theo thể tíchkhoảng 78,1%. Các hợp chất vô cơ của nguyên tố hóa học này trong vỏ trái đất là nhiều loại muối amoni và nitrat (nitrat). Công thức của các hợp chất và tên của một số chất quan trọng nhất:
- NH3,amoniac.
- KHÔNG2,nitơ đioxit.
- NaNO3,natri nitrat.
- (NH4)2SO4,amoni sunfat.
Hóa trị của nitơ trong hai hợp chất sau cùng - IV. Than, đất, cơ thể sống cũng chứa các nguyên tử N liên kết. Nitơ là một phần không thể thiếu của các đại phân tử axit amin, nucleotide DNA và RNA, hormone và hemoglobin. Tổng hàm lượng của một nguyên tố hóa học trong cơ thể con người đạt 2,5%.
Chất đơn giản
Nitơ ở dạng phân tử tảo cát là phần lớn nhất của không khí theo thể tích và khối lượng. Chất có công thức là N2không có mùi, màu hoặc vị. Khí này chiếm hơn 2/3 lớp khí bên ngoài của Trái đất. Ở dạng lỏng, nitơ là một chất không màu, giống nước. Sôi ở -195,8 ° C. M (N2)=28 g / mol. Chất đơn giản nitơ nhẹ hơn một chút so với ôxy, tỷ trọng của nó trong không khí gần bằng 1.
Các nguyên tử trong phân tử liên kết chắc chắn 3 cặp electron chung. Hợp chất thể hiện tính ổn định hóa học cao, giúp phân biệt nó với oxy và một số chất ở thể khí khác. Để một phân tử nitơ có thể phân huỷ thành các nguyên tử cấu thành của nó, thì cần phải tiêu tốn một năng lượng là 942,9 kJ / mol. Liên kết của ba cặp electron rất bền.bị phá vỡ khi đun nóng trên 2000 ° C.
Ở điều kiện bình thường, sự phân ly của các phân tử thành nguyên tử trong thực tế không xảy ra. Tính trơ về mặt hóa học của nitơ cũng là do trong phân tử của nó hoàn toàn không có cực. Chúng tương tác rất yếu với nhau, đó là lý do giải thích cho trạng thái khí của vật chất ở áp suất bình thường và nhiệt độ gần bằng nhiệt độ phòng. Khả năng phản ứng thấp của nitơ phân tử được ứng dụng trong các quy trình và thiết bị khác nhau, nơi cần tạo ra một môi trường trơ.
Sự phân ly của các phân tử N2có thể xảy ra dưới ảnh hưởng của bức xạ mặt trời ở tầng cao khí quyển. Nitơ nguyên tử được tạo thành, ở điều kiện thường phản ứng với một số kim loại và phi kim loại (phốt pho, lưu huỳnh, asen). Kết quả là, có một quá trình tổng hợp các chất thu được gián tiếp trong điều kiện trên cạn.
Hóa trị nitơ
Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử do 2 electron s và 3 p tạo thành. Các hạt nitơ âm này có thể từ bỏ khi tương tác với các nguyên tố khác, điều này tương ứng với tính chất khử của nó. Bằng cách gắn 3 electron còn thiếu vào octet, nguyên tử thể hiện khả năng oxy hóa. Độ âm điện của nitơ thấp hơn, tính phi kim của nó kém hơn so với flo, oxi và clo. Khi tương tác với các nguyên tố hóa học này, nitơ nhường electron (bị oxi hóa). Sự khử thành các ion âm kèm theo phản ứng với các phi kim và kim loại khác.
Hóa trị đặc trưng của nitơ là III. Trong trường hợp nàyliên kết hóa học được hình thành do lực hút của các electron p bên ngoài và sự tạo ra các cặp (liên kết) chung. Nitơ có khả năng hình thành liên kết cho-nhận do chỉ có một cặp electron của nó, như xảy ra trong ion amoni NH4 +.
Phòng thí nghiệm và sản xuất công nghiệp
Một trong những phương pháp phòng thí nghiệm dựa trên tính chất oxy hóa của đồng oxit. Một hợp chất nitơ-hydro được sử dụng - amoniac NH3. Khí có mùi hôi này phản ứng với bột đồng oxit màu đen. Kết quả của phản ứng, nitơ được giải phóng và đồng kim loại (bột màu đỏ) xuất hiện. Những giọt nước, một sản phẩm khác của phản ứng, đọng lại trên thành ống.
Một phương pháp phòng thí nghiệm khác sử dụng sự kết hợp của nitơ với kim loại là azit, chẳng hạn như NaN3. Hóa ra là một loại khí không cần được lọc sạch tạp chất.
Amoni nitrit được phân hủy thành nitơ và nước trong phòng thí nghiệm. Để phản ứng bắt đầu, cần phải đun nóng, sau đó quá trình tiến hành toả nhiệt (tỏa nhiệt). Nitơ bị lẫn tạp chất nên được lọc sạch và sấy khô.
Sản xuất nitơ trong công nghiệp:
- chưng cất phân đoạn không khí lỏng - một phương pháp sử dụng các tính chất vật lý của nitơ và oxy (các điểm sôi khác nhau);
- phản ứng hóa học của không khí với than nóng đỏ;
- tách khí hấp phụ.
Tương tác với kim loại và hydro - tính chất oxy hóa
Tính trơ của các phân tử mạnhkhông cho phép thu được một số hợp chất nitơ bằng phương pháp tổng hợp trực tiếp. Để kích hoạt các nguyên tử, cần phải đốt nóng hoặc chiếu xạ mạnh chất đó. Nitơ có thể phản ứng với liti ở nhiệt độ thường, với magie, canxi và natri phản ứng chỉ xảy ra khi đun nóng. Các nitrua kim loại tương ứng được tạo thành.
Tương tác của nitơ với hydro xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cao. Quá trình này cũng cần một chất xúc tác. Hóa ra amoniac - một trong những sản phẩm quan trọng nhất của quá trình tổng hợp hóa học. Nitơ, như một chất oxy hóa, thể hiện ba trạng thái oxy hóa âm trong các hợp chất của nó:
- −3 (amoniac và các hợp chất hydro khác của nitơ là nitrit);
- −2 (hydrazine N2H4);
- −1 (hydroxylamine NH2OH).
Nitrua quan trọng nhất - amoniac - được sản xuất với số lượng lớn trong công nghiệp. Tính trơ hóa học của nitơ vẫn là một vấn đề lớn trong một thời gian dài. S altpeter là nguồn cung cấp nguyên liệu thô của nó, nhưng trữ lượng khoáng sản bắt đầu giảm nhanh chóng khi sản lượng tăng lên.
Một thành tựu lớn của khoa học hóa học và thực tiễn là việc tạo ra phương pháp cố định nitơ bằng amoniac trên quy mô công nghiệp. Quá trình tổng hợp trực tiếp được thực hiện trong các cột đặc biệt - một quá trình thuận nghịch giữa nitơ thu được từ không khí và hydro. Khi tạo ra các điều kiện tối ưu làm chuyển dịch cân bằng của phản ứng này về phía sản phẩm, sử dụng chất xúc tác, hiệu suất amoniac đạt 97%.
Tương tác với oxy - tính khử
Để bắt đầu phản ứng của nitơ và oxy, cần phải đun nóng mạnh. Một hồ quang điện và một sự phóng điện sét trong khí quyển có đủ năng lượng. Các hợp chất vô cơ quan trọng nhất trong đó nitơ ở trạng thái oxy hóa dương:
- + 1 (oxit nitric (I) N2O);
- + 2 (nitơ monoxit NO);
- + 3 (oxit nitric (III) N2O3; axit nitơ HNO2, muối của nó là nitrit);
- + 4 (nitơ (IV) đioxit NO2);
- + 5 (nitơ pentoxit (V) N2O5, axit nitric HNO3, nitrat).
Ý nghĩa trong tự nhiên
Thực vật hấp thụ các ion amoni và anion nitrat từ đất, sử dụng cho các phản ứng hóa học tổng hợp các phân tử hữu cơ, liên tục diễn ra trong tế bào. Nitơ trong khí quyển có thể được hấp thụ bởi vi khuẩn nốt sần - những sinh vật cực nhỏ hình thành sự phát triển trên rễ của cây họ đậu. Nhờ đó, nhóm thực vật này nhận được nguyên tố dinh dưỡng cần thiết, làm giàu chất dinh dưỡng cho đất.
Trong những trận mưa như trút nước ở nhiệt đới, phản ứng oxy hóa nitơ trong khí quyển xảy ra. Ôxít hòa tan tạo thành axit, các hợp chất nitơ này trong nước đi vào đất. Do sự tuần hoàn của nguyên tố trong tự nhiên, nguồn dự trữ của nó trong vỏ trái đất và không khí được bổ sung liên tục. Các phân tử hữu cơ phức tạp có chứa nitơ bị vi khuẩn phân hủy thành các thành phần vô cơ.
Công dụng thực tế
Những kết nối quan trọng nhấtnitơ dùng cho nông nghiệp là những muối có khả năng hòa tan cao. Các hợp chất urê, muối (natri, kali, canxi), amoni (dung dịch nước của amoniac, clorua, sunfat, amoni nitrat) được thực vật đồng hóa thành nitrat. Các bộ phận của cơ thể thực vật có thể dự trữ các chất dinh dưỡng đa lượng "cho tương lai", điều này làm xấu đi chất lượng của sản phẩm. Lượng nitrat dư thừa trong rau và trái cây có thể gây ngộ độc cho người, phát triển thành các khối u ác tính. Ngoài nông nghiệp, các hợp chất nitơ được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác:
- để nhận thuốc;
- để tổng hợp hóa học các hợp chất cao phân tử;
- trong sản xuất chất nổ từ trinitrotoluene (TNT);
- để sản xuất thuốc nhuộm.
KHÔNG oxit được dùng trong phẫu thuật, chất có tác dụng giảm đau. Sự mất cảm giác khi hít phải khí này đã được các nhà nghiên cứu đầu tiên về tính chất hóa học của nitơ chú ý đến. Đây là cách mà cái tên tầm thường "khí cười" xuất hiện.
Vấn đề nitrat trong nông sản
Muối axit nitric - nitrat - chứa anion mang điện tích đơn NO3-. Cho đến nay, người ta vẫn sử dụng tên cũ của nhóm chất này - S altpeter. Nitrat được dùng để bón ruộng, trong nhà kính, vườn cây ăn trái. Chúng được áp dụng vào đầu mùa xuân trước khi gieo hạt, vào mùa hè - dưới dạng băng lỏng. Bản thân các chất này không gây nguy hiểm lớn cho con người, nhưngtrong cơ thể, chúng biến thành nitrit, sau đó thành nitrosamine. Các ion nitrit NO2-là các hạt độc hại, chúng gây ra quá trình oxy hóa sắt đen trong phân tử hemoglobin thành các ion hóa trị ba. Ở trạng thái này, chất chính trong máu của người và động vật không thể vận chuyển oxy và loại bỏ carbon dioxide khỏi các mô.
Thực phẩm nhiễm nitrat gây nguy hiểm gì cho sức khỏe con người:
- khối u ác tính xảy ra khi nitrat được chuyển đổi thành nitrosamine (chất gây ung thư);
- phát triển của viêm loét đại tràng,
- tụt huyết áp hoặc tăng huyết áp;
- suy tim;
- rối loạn đông máu
- phát triển gan, tuyến tụy, bệnh tiểu đường;
- phát triển của suy thận;
- thiếu máu, suy giảm trí nhớ, giảm chú ý, thông minh.
Tiêu thụ đồng thời các loại thực phẩm khác nhau có hàm lượng nitrat cao dẫn đến ngộ độc cấp tính. Nguồn có thể là thực vật, nước uống, các món thịt chế biến sẵn. Ngâm trong nước sạch và nấu ăn có thể làm giảm hàm lượng nitrat trong thực phẩm. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng liều lượng cao hơn của các hợp chất nguy hiểm được tìm thấy trong các sản phẩm thực vật chưa trưởng thành và nhà kính.
Phốt pho là một nguyên tố thuộc phân nhóm nitơ
Nguyên tử của các nguyên tố hóa học nằm trong cùng một cột dọc của hệ thống tuần hoàn thể hiện những tính chất chung. Photpho nằm ở kì 3, thuộc nhóm 15, giống nitơ. Cấu trúc của nguyên tửcác phần tử tương tự nhau, nhưng có sự khác biệt về thuộc tính. Nitơ và photpho thể hiện trạng thái oxi hóa âm và hóa trị III trong các hợp chất của chúng với kim loại và hiđro.
Nhiều phản ứng của phốt pho diễn ra ở nhiệt độ thường, nó là một nguyên tố hoạt động hóa học. Nó tương tác với oxy để tạo thành oxit cao hơn P2O5. Một dung dịch nước của chất này có các tính chất của một axit (ẩn dụ). Khi nó được đun nóng, axit orthophosphoric thu được. Nó tạo thành một số loại muối, nhiều loại trong số đó dùng làm phân bón khoáng, chẳng hạn như superphosphat. Các hợp chất của nitơ và phốt pho là một phần quan trọng của chu trình các chất và năng lượng trên hành tinh của chúng ta, chúng được sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và các lĩnh vực hoạt động khác.
