Dusík: vlastnosti, chemické vlastnosti, fyzikální vlastnosti, sloučeniny, místo v přírodě.

Přítomnost tří nepárových elektronů na vnější energetické hladině vysvětluje, proč je v normálním, neexcitovaném stavu valence prvků podskupiny dusíku rovna třem.

Atomy prvků podskupiny dusíku (kromě dusíku – vnější hladina dusíku se skládá pouze ze dvou podhladin – 2s a 2p) mají na vnějších energetických hladinách volné buňky podhladiny d, takže mohou oddělit jeden elektron od podhladiny s a přenést ho na podhladinu d. Valence fosforu, arsenu, antimonu a bizmutu je tedy 5.

Prvky skupiny dusíku tvoří sloučeniny s vodíkem o složení RH₃a s oxidy kyslíku typu – R₂O₃ a R.₂O₅Oxidy odpovídají kyselinám HRO₂ a HRO₃ (a ortokyseliny H₃PO₄, s výjimkou dusíku).

Nejvyšší oxidační stav těchto prvků je +5 a nejnižší -3.

Protože se náboj atomového jádra zvyšuje, počet elektronů na vnější úrovni je konstantní, počet energetických hladin v atomech se zvyšuje a poloměr atomu se zvyšuje od dusíku k bismutu, přitažlivost negativních elektronů k kladnému jádru se oslabuje a schopnost darovat elektrony se zvyšuje, a proto se v podskupině dusíku se zvyšujícím se atomovým číslem snižují nekovové vlastnosti a kovové vlastnosti se zvyšují.

Dusík je nekov, vizmut je kov. Od dusíku po vizmut je síla sloučenin relativní vlhkosti (RH).₃ snižuje se a síla kyslíkatých sloučenin se zvyšuje.

Nejdůležitějšími prvky podskupiny dusíku jsou dusík a fosfor .

Dusík, fyzikální a chemické vlastnosti, výroba a použití

1. Dusík je chemický prvek

1s 2 2s 2 2p 3 neúplná vnější hladina, p-prvek, nekov

2. Možné oxidační stavy

Vzhledem k přítomnosti tří nepárových elektronů je dusík velmi aktivní a vyskytuje se pouze ve formě sloučenin. Dusík vykazuje oxidační stavy ve sloučeninách od „-3“ do „+5“.

3. Dusík je jednoduchá látka, struktura molekuly, fyzikální vlastnosti

Dusík (z řeckého ἀζωτος – bez života, lat. nitrogenium), místo předchozích názvů („flogisticovaný“, „mefitický“ a „zkažený“ vzduch) navrhl v roce 1787 Antoine Lavoisier. Jak je uvedeno výše, v té době se již vědělo, že dusík nepodporuje ani spalování, ani dýchání. Tato vlastnost byla považována za nejdůležitější. Ačkoli se později zjistilo, že dusík je naopak pro všechny živé bytosti nesmírně nezbytný, název se zachoval ve francouzštině a ruštině.

N₂ – kovalentní nepolární vazba, trojná (σ, 2π), molekulární krystalová mřížka

1. Nízká reaktivita při normální teplotě

2. Plyn, bezbarvý, bez zápachu, lehčí než vzduch

Pan(Vzduch)/Pan(N) ₂ ) = 29/28

4. Chemické vlastnosti dusíku

N – oxidační činidlo (0 → -3)

1. S kovy jsou vytvořeny nitridy M _x N _y

– při zahřátí s Mg a alkalickými zeminami a alkalickými kovy:

3Ca + N ₂ t = Ca ₃ N ₂

– c Li při pokojové teplotě

Nitridy se rozkládají vodou

Ca ₃ N ₂ + 6H ₂ O = 3Ca(OH) ₂ + 2nh ₃

2. S vodíkem

3H ₂ +N ₂ ↔2NH ₃

(podmínky – T, p, kat)

Dusík nereaguje se sírou, uhlíkem, fosforem, křemíkem a některými dalšími nekovy.

5. Účtenka:

V průmyslu Dusík se získává ze vzduchu. Za tímto účelem se vzduch nejprve ochladí, zkapalní a kapalný vzduch se destiluje. Bod varu dusíku je o něco nižší (–195,8 °C) než bod varu další složky vzduchu, kyslíku (–182,9 °C), takže při opatrném zahřívání kapalného vzduchu se dusík nejprve odpaří. Spotřebitelům se dodává stlačený plynný dusík (150 atm. nebo 15 MPa) v černých lahvích se žlutým nápisem „dusík“. Kapalný dusík se skladuje v Dewarových nádobách.

V laboratoři čistý („chemický“) dusík se získává přidáním nasyceného roztoku chloridu amonného NH3 během zahřívání₄Cl na pevný dusitan sodný NaNO₂:

Starší bratr ₂ +NH ₄ Cl = NaCl + N ₂ + 2H ₂ O.

Pevný dusitan amonný lze také zahřívat:

NH ₄ NE ₂ = N ₂ + 2H ₂ O ZKUŠENOSTI

6. Aplikace:

V průmyslu se plynný dusík používá hlavně k získávání amoniaku. Jako chemicky inertní plyn se dusík používá k zajištění inertního prostředí v různých chemických a metalurgických procesech, při čerpání hořlavých kapalin. Kapalný dusík se široce používá jako chladivo, používá se v lékařství, zejména v kosmetologii. Dusíkatá minerální hnojiva mají velký význam pro udržení úrodnosti půdy.

7. Biologická role

Dusík je prvek nezbytný pro existenci živočichů a rostlin, je součástí bílkovin (16-18 % hmotnostních), aminokyselin, nukleových kyselin, nukleoproteinů, chlorofylu, hemoglobinu atd. Ve složení živých buněk tvoří podle počtu atomů dusíku asi 2 %, podle hmotnostního podílu asi 2,5 % (čtvrté místo po vodíku, uhlíku a kyslíku). V tomto ohledu je v živých organismech obsaženo značné množství vázaného dusíku, „mrtvé organické hmotě“ a rozptýlené hmotě moří a oceánů. Toto množství se odhaduje na přibližně 1,9 x 10^11 tun. V důsledku procesů hniloby a rozkladu organické hmoty obsahující dusík, za předpokladu příznivých faktorů prostředí, mohou vznikat přírodní ložiska minerálů obsahujících dusík, například „chilský ledek“ (dusičnan sodný s nečistotami jiných sloučenin), norský, indický ledek.

Úkoly pro konsolidaci

č. 1. Proveďte transformace podle schématu:

2. Napište reakční rovnice interakce dusíku s kyslíkem, hořčíkem a vodíkem. Pro každou reakci napište elektronovou bilanci, uveďte oxidační činidlo a redukční činidlo.

č. 3. Jedna láhev obsahuje dusík, druhá kyslík a třetí oxid uhličitý. Jak lze tyto plyny rozlišit?

№4. Některé hořlavé plyny obsahují volný dusík jako nečistotu. Může se při spalování takových plynů v běžných plynových sporácích tvořit oxid dusnatý (II)? Proč?

DUSÍK, N (latinsky: Nitrogenium * a. nitrogen; jm. Stickstoff; f. azote, nitrogene; iv. nitrogeno), je chemický prvek V. skupiny periodické tabulky Mendělejeva, atomové číslo 7, atomová hmotnost 14,0067. Objeven v roce 1772 anglickým badatelem D. Rutherfordem.

• Fyzikální vlastnosti a charakteristiky
• Propojení a interakce
• Být v přírodě
• Aplikace a použití

Vlastnosti dusíku

Za normálních podmínek je dusík bezbarvý plyn bez zápachu. Přírodní dusík se skládá ze dvou stabilních izotopů: 14N (99,635 %) a 15N (0,365 %). Molekula dusíku je dvouatomová; atomy jsou spojeny kovalentní trojnou vazbou N-N. Průměr molekuly dusíku, stanovený různými způsoby, je 3,15-3,53 Å. Molekula dusíku je velmi stabilní – disociační energie je 942,9 kJ/mol.

Molekulární dusík

Konstanty molekulárního dusíku: f bod tání – 209,86 °C, f bod varu – 195,8 °C; hustota plynného dusíku 1,25 kg/m3, kapalného – 808 kg/m3.

Charakteristika dusíku

V pevném stavu existuje dusík ve dvou modifikacích: kubická a-forma s hustotou 1026,5 kg/m3 a hexagonální b-forma s hustotou 879,2 kg/m3. Teplo tání je 25,5 kJ/kg, teplo odpařování je 200 kJ/kg. Povrchové napětí kapalného dusíku ve styku se vzduchem je 8,5•10⁻³ N/m; dielektrická konstanta je 3. Rozpustnost dusíku ve vodě (cm1,000538 na 3 ml H₂₂O): 2,33 (0 °C), 1,42 (25 °C) a 1,32 (60 °C). Vnější elektronový obal atomu dusíku se skládá z 5 elektronů. Oxidační stavy dusíku se pohybují od 5 (v N₂О₅) až -3 (v New Hampshire₃).

Sloučenina dusíku

Za normálních podmínek může dusík reagovat se sloučeninami přechodných kovů (Ti, V, Mo atd.) za vzniku komplexů nebo redukcí za vzniku amoniaku a hydrazinu. Dusík interaguje s aktivními kovy, jako je lithium, vápník a hořčík, při zahřátí na relativně nízké teploty. Dusík reaguje s většinou ostatních prvků při vysokých teplotách a za přítomnosti katalyzátorů. Sloučeniny dusíku s kyslíkem byly dobře prozkoumány: N₂Ach, NE, N₂О₅Dusík se s vodíkem slučuje pouze za vysokých teplot a za přítomnosti katalyzátorů; v tomto případě vzniká amoniak NH.₃Dusík nereaguje přímo s halogeny, proto se všechny halogenidy dusíku získávají pouze nepřímo, například fluorid dusíku NF₃ — když fluor reaguje s amoniakem. Dusík se také přímo neslučuje se sírou. Když horký koks reaguje s dusíkem, vzniká kyanogen (CN).₂Když je běžný dusík vystaven elektrickým výbojům, stejně jako elektrickým výbojům ve vzduchu, může se vytvořit aktivní dusík, což je směs molekul a atomů dusíku se zvýšenou energetickou rezervou. Aktivní dusík velmi energicky interaguje s kyslíkem, vodíkem, parami síry, fosforem a některými kovy.

reklama

Dusík je jedním z nejrozšířenějších prvků na Zemi, přičemž jeho převážná část (asi 4•10⁶ t) je koncentrována ve volném stavu v atmosféře. Každý rok se během sopečné činnosti uvolní do atmosféry 15•2⁶ t dusíku. Nevýznamná část dusíku je koncentrována v litosféře (průměrný obsah v litosféře je 10•6⁻⁹ %). Přírodními sloučeninami dusíku jsou chlorid amonný a různé dusičnany (ledek). Nitridy dusíku se mohou tvořit pouze za vysokých teplot a tlaků, k čemuž zřejmě došlo v nejranějších fázích vývoje Země. Velké akumulace ledku se nacházejí pouze v suchém pouštním podnebí (Chile, Indie, Egypt, Španělsko atd.). Malé množství vázaného dusíku se nachází v uhlí (1,9–10 %) a ropě (3–1 %), stejně jako ve vodách řek, moří a oceánů. Dusík se hromadí v půdách (2,5 %) a živých organismech (0,02 %). Dusík je součástí molekul bílkovin a mnoha přírodních organických sloučenin.

Koloběh dusíku v přírodě

V přírodě existuje koloběh dusíku, který zahrnuje koloběh molekulárního atmosférického dusíku v biosféře, koloběh chemicky vázaného dusíku v atmosféře, koloběh povrchového dusíku uloženého s organickou hmotou v litosféře s jeho návratem zpět do atmosféry. Dusík pro průmysl se dříve těžil výhradně z ložisek přírodních dusičnanů, jejichž počet je na světě velmi omezený. Obzvláště velká ložiska dusíku ve formě dusičnanu sodného se nacházejí v Chile; těžba dusičnanů v některých letech činila více než 3 miliony tun.

Aplikace dusíku

Dusík se získává převážně separací předzkapalněného vzduchu, který se následně destiluje. Většina získaného dusíku se používá k výrobě amoniaku, který se dále zpracovává na kyselinu dusičnou, hnojiva a výbušniny. Volný dusík se používá v mnoha průmyslových odvětvích jako inertní médium v různých chemických a metalurgických procesech. Kapalný dusík se používá v různých chladicích jednotkách. Probíhají práce na použití kapalného dusíku k zmrazování nestabilních hornin (hlavně jílu) při hloubení důlních šachet, jako bezpečného zdroje energie pro důlní stroje a k hašení důlních požárů, kde použití dusíku může prudce snížit obsah kyslíku v požáru. Při těžbě ropných polí čerpání dusíku do ropných formací účinně vytlačuje ropu po zaplavení. Dusík se také používá k udržení tlaku ve vrtech během vrtání.