"Struktur atom dan nukleus atom" - Proton dan neutron. Contoh formula elektronik atom. Imej orbital elektron. Pengiraan bilangan proton, neutron dan elektron. Atom dan nukleus. Aras, subaras dan orbital. Pilih jawapan yang betul. Matlamat. Mencari elektron dalam atom. Bahan kawalan. Tulis formula elektronik. Membuka inti.
"Struktur nukleus atom" - Atom adalah neutral, kerana. cas nukleus adalah sama dengan jumlah cas elektron. Elektron bergerak mengelilingi nukleus. 1919 Rutherford mengkaji interaksi zarah dengan nukleus atom nitrogen. Kerajang yang diperbuat daripada logam yang sedang dikaji. KANDUNGAN Modul 1 1. Struktur atom. Jumlah bilangan nukleon dalam nukleus dipanggil nombor jisim dan dilambangkan A.
"Komposisi nukleus atom" - Nukleus atom unsur kimia. Graf ikatan nukleon tertentu dalam nukleus. Caj teras. Skim eksperimen Rutherford. Dimensi nukleus atom. Penemuan proton. Bilangan neutron dalam nukleus atom. kuasa nuklear. Sifat-sifat kuasa nuklear. Proton dan neutron. Kecacatan jisim. Formula untuk mencari tenaga pengikat. Ketumpatan bahan nuklear.
"Fizik "struktur nuklear"" - Berapa banyak nukleon yang terkandung dalam nukleus. Nukleus helium. Nombor caj. Elemen baharu. Struktur nukleus atom. Ketahui tentang sejarah penemuan neutron. Isotop. Zarah yang tidak mempunyai cas. Model proton-neutron nukleus atom. Tentukan komposisi nukleon nukleus. Neutron. Seorang wira dengan lengan pendek.
"Komposisi nukleus atom" - Rancangan pengajaran. DAYA NUKLEAR – daya tarikan yang mengikat proton dan neutron dalam nukleus. Jarak pendek (r = 2.2 * 10-15 m). HARTANAH Mereka hanya daya tarikan. Nombor cas adalah sama dengan cas nukleus, dinyatakan dalam cas elektrik asas. Tidak bergantung kepada kehadiran caj. kuasa nuklear. Nombor jisim.
"Struktur nukleus atom" - M - nombor jisim - jisim nukleus, bilangan nukleon, bilangan neutron M-Z. Radioaktiviti adalah bukti struktur kompleks atom. Tindak balas rantai nuklear. Adakah Prometheus betul apabila dia memberi orang api? Pembelahan nukleus atom. kaunter Geiger ruang Wilson. Struktur nukleus atom. Mengulang dan membuat generalisasi pelajaran
Unsur nitrogen N ialah wakil pertama subkumpulan utama kumpulan V dalam jadual Berkala. Atomnya mengandungi lima elektron dalam tahap tenaga luar, di mana tiga daripadanya adalah elektron tidak berpasangan (ingat peraturan "8-N"). Ia berikutan bahawa atom unsur-unsur ini boleh menambah tiga elektron, melengkapkan tahap tenaga luaran, dan sebagai hasilnya memperoleh keadaan pengoksidaan -3, sebagai contoh, dalam sebatian dengan hidrogen - ammonia NH3 dan dengan logam - nitrida Li3N, Mg3N2, dan lain-lain.
Atom nitrogen juga boleh menyerahkan elektron luarnya kepada unsur yang lebih elektronegatif (fluorin, oksigen) dan dengan itu memperoleh keadaan pengoksidaan +3 dan +5. Atom nitrogen juga mempamerkan sifat pengurangan dalam keadaan pengoksidaan +1, +2, +4.
Nitrogen - bahan mudah. Dalam keadaan bebas, nitrogen wujud dalam bentuk molekul diatomik M2. Dalam molekul ini, dua atom N disambungkan oleh ikatan kovalen rangkap tiga yang sangat kuat:
Sambungan ini juga boleh dinyatakan seperti berikut:
N=N
Nitrogen ialah gas tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Ia kurang larut dalam air berbanding oksigen. Kekuatan molekul nitrogen adalah disebabkan oleh lengai kimianya.
Dalam keadaan biasa, nitrogen bertindak balas hanya dengan litium, membentuk nitrida Li3N:
6Li + N2 = 2Li3N
Ia berinteraksi dengan logam lain hanya pada suhu tinggi.
Juga, pada suhu dan tekanan tinggi dengan kehadiran mangkin, nitrogen bertindak balas dengan hidrogen untuk membentuk ammonia:
2N+ ZN2<->2NH3
(cirikan tindak balas ini dan pertimbangkan syarat untuk peralihan keseimbangan kimia ke kanan).
Pada suhu arka elektrik, ia bergabung dengan oksigen, membentuk nitrogen oksida (II) (cirikan tindak balas ini dan juga pertimbangkan syarat untuk peralihan keseimbangan kimia ke kanan).
Secara semula jadi, nitrogen ditemui terutamanya di atmosfera - 78.09% mengikut isipadu atau 65.6% mengikut jisim. 8 ribu tan nitrogen sentiasa "bergantung" di atas setiap hektar permukaan bumi. Daripada sebatian nitrogen bukan organik semula jadi, yang paling terkenal ialah peter garam Chile NaNO3.
Kebanyakan nitrogen tetap terdapat dalam bahan organik.
Nitrogen yang diperoleh melalui penyulingan udara cecair digunakan dalam industri untuk sintesis ammonia dan penghasilan asid nitrik. Sebelum ini, gas ini digunakan sebagai medium lengai untuk mengisi lampu elektrik. Dalam perubatan, nitrogen tulen digunakan sebagai medium lengai dalam rawatan tuberkulosis pulmonari, dan nitrogen cecair digunakan dalam rawatan penyakit tulang belakang, sendi, dll.
Kitaran nitrogen dalam alam semula jadi. Nitrogen adalah unsur penting. Semua bahagian utama sel-sel tisu badan dibina daripada molekul protein, termasuk nitrogen. Tanpa protein tiada kehidupan, dan tanpa nitrogen tiada protein. Manusia mendapat protein daripada makanan tumbuhan dan haiwan, dan haiwan, seterusnya, juga mendapatnya daripada tumbuhan. Oleh itu, tumbuhan adalah salah satu sumber penambahan nitrogen yang menyokong kehidupan.
Kandungan nitrogen tetap dalam tanah adalah sangat kecil (sehingga 1 kg setiap 1 tan), lebih-lebih lagi, kebanyakannya adalah sebahagian daripada sebatian organik dan tidak tersedia secara langsung untuk tumbuhan. Walau bagaimanapun, secara beransur-ansur, sebagai hasil daripada aktiviti bakteria, sebatian organik ditukar menjadi sebatian mineral - garam ammonium atau nitrat, yang diserap oleh tumbuhan.
Nitrogen adalah sebahagian daripada protein tumbuhan. Haiwan memperoleh bahan protein siap pakai daripada tumbuhan; Tubuh haiwan mengandungi dari 1 hingga 10% nitrogen (mengikut berat), bulu dan tanduk mengandungi kira-kira 15%. Semua bahagian sel yang paling penting (sitoplasma, nukleus, membran) dibina daripada molekul protein.
Lebih penting lagi ialah bakteria khas yang hidup dalam nodul pada akar tumbuhan kekacang (semanggi, kacang, vetch, lupin, dll.); Bakteria inilah yang mengikat nitrogen atmosfera bebas, iaitu, mereka mengubahnya menjadi sebatian yang diserap oleh tumbuhan, membentuk protein dalam badan mereka.
Sebatian nitrogen dalam tanah juga diisi semula semasa ribut petir. Seperti yang anda sedia maklum, dalam kes ini, nitrik oksida (N) terbentuk daripada nitrogen dan oksigen, yang, di bawah pengaruh oksigen atmosfera, berubah menjadi nitrik oksida (IV):
2NO + 02 = 2NO2
Yang terakhir bertindak balas dengan air (juga dengan kehadiran oksigen atmosfera), dan asid nitrik diperolehi:
4NO2 + 02 + 2H20 = 4HNO3
Asid ini, memasuki tanah, bertindak balas dengan sebatian natrium, kalsium, dan kalium yang terdapat di dalamnya dan membentuk garam - nitrat, yang diperlukan untuk tumbuhan (Rajah 27).
Penemuan nitrogen
. Pada tahun 1772, saintis Inggeris D. Rutherford dan penyelidik Sweden K. Scheele menemui dalam eksperimen mereka mengenai pembakaran bahan gas yang tidak menyokong pernafasan dan pembakaran. Kemudian, pada tahun 1787, A. Lavoisier mewujudkan kehadiran di udara gas yang tidak menyokong pernafasan dan pembakaran, dan atas cadangannya gas ini diberi nama "nitrogen", yang bermaksud "tidak bernyawa" (dari bahasa Latin a - no dan zoe - kehidupan). Satu lagi nama Latin nitrogenium, diperkenalkan pada tahun 1790 oleh J. Chaptal, bermaksud "melahirkan saltpeter."
Ammonia
Pertama sekali, mari kita lihat struktur molekul ammonia NH3. Seperti yang anda sedia maklum, pada tahap tenaga luar, atom nitrogen mengandungi lima elektron, di mana tiga daripadanya adalah elektron tidak berpasangan. Merekalah yang mengambil bahagian dalam pembentukan tiga ikatan kovalen dengan tiga atom hidrogen semasa pembentukan molekul ammonia NH3: 
Tiga pasangan elektron sepunya dialihkan ke arah atom nitrogen yang lebih elektronegatif, dan oleh kerana molekul ammonia mempunyai bentuk piramid segi tiga (Rajah 28), akibat daripada anjakan pasangan elektron, dipol muncul, iaitu sistem dengan dua tiang. 
Ikatan hidrogen-
Ini adalah ikatan kimia antara atom hidrogen satu molekul dan atom unsur sangat elektronegatif (fluorin, oksigen, nitrogen) yang telah berkongsi pasangan elektron molekul lain.
Ini adalah ikatan yang sangat lemah - kira-kira 15-20 kali lebih lemah daripada ikatan kovalen. Terima kasih kepadanya, beberapa bahan molekul rendah (iaitu, mempunyai berat molekul yang kecil) membentuk bersekutu, yang membawa kepada peningkatan dalam takat lebur dan takat didih bahan. Ikatan hidrogen terbentuk antara molekul air, alkohol, dan hidrogen fluorida.
Ikatan hidrogen memainkan peranan yang sangat penting dalam molekul sebatian yang paling penting untuk makhluk hidup - protein dan asid nukleik.
Ammonia -
gas tidak berwarna dengan bau pedas, hampir dua kali lebih ringan daripada udara. Ammonia tidak boleh disedut untuk jangka masa yang lama kerana ia beracun. Gas ini mudah cair pada tekanan normal dan suhu -33.4 ° C, dan apabila ammonia cecair menyejat dari persekitaran, banyak haba diserap, itulah sebabnya ammonia digunakan dalam unit penyejukan.
Ammonia sangat larut dalam air: pada 20 °C, kira-kira 710 isipadu ammonia dilarutkan dalam 1 isipadu air (Rajah 29). Larutan ammonia berair pekat (25% mengikut berat) dipanggil ammonia berair, atau air ammonia, dan larutan ammonia yang digunakan dalam perubatan dikenali sebagai ammonia. Ammonia yang terdapat dalam kabinet ubat rumah anda mengandungi 10% ammonia.
Jika anda menambah beberapa titis fenolftalein ke dalam larutan ammonia, ia akan bertukar menjadi merah, iaitu ia akan menunjukkan persekitaran beralkali:
NH3 + H20<->NH3 H20 -> NH4 + OH-
Kehadiran ion hidroksida OH- menerangkan tindak balas alkali larutan ammonia berair. Jika larutan ammonia berwarna dengan fenolftalein dipanaskan, warna tersebut akan hilang (mengapa?). 
Ammonia bertindak balas dengan asid untuk membentuk garam ammonium. Interaksi ini jelas diperhatikan dalam eksperimen berikut: jika rod kaca atau kaca yang dibasahkan dengan larutan ammonia dibawa ke rod atau kaca lain yang dibasahkan dengan larutan asid hidroklorik, asap putih tebal akan muncul (Rajah 30). Maka percayalah selepas pepatah ini bahawa tiada asap tanpa api:
NH3 + HCl = NH4Сl
Ammonium klorida
Kedua-dua larutan akueus ammonia dan garam ammonium mengandungi ion khas - kation ammonium NH4, yang memainkan peranan sebagai kation logam. Ia diperolehi sebagai hasil daripada fakta bahawa atom nitrogen mempunyai pasangan elektron bebas (bersendirian), kerana ikatan kovalen lain terbentuk dengan kation hidrogen, yang dipindahkan ke ammonia dari molekul asid atau air: 
Mekanisme pembentukan ikatan kovalen ini, yang timbul bukan sebagai hasil perkongsian elektron yang tidak berpasangan, tetapi disebabkan oleh pasangan elektron bebas yang terdapat dalam salah satu atom, disebut penderma-penerima.
Dalam kes ini, penderma pasangan elektron bebas ini ialah atom nitrogen dalam ammonia, dan penerima ialah kation hidrogen asid atau air.
Anda boleh meramalkan sendiri sifat kimia ammonia jika anda memberi perhatian kepada keadaan pengoksidaan atom nitrogen di dalamnya, iaitu -3. Sudah tentu, ammonia adalah agen penurunan terkuat, iaitu, atom nitrogennya hanya boleh melepaskan elektron, tetapi tidak menerimanya. Oleh itu, ammonia boleh dioksidakan sama ada kepada nitrogen bebas (tanpa penyertaan mangkin):
4NН3 + 302 = 2N2 + 6Н20
atau kepada nitrogen oksida(II) (dengan kehadiran mangkin):
4NН3 + 502 = 4N + 6Н20
Anda sudah tahu bagaimana ammonia dihasilkan dalam industri - melalui sintesis daripada nitrogen dan hidrogen. Di makmal, ammonia diperolehi dengan tindakan kapur slaked Ca(OH)2 pada garam ammonium, selalunya ammonium klorida:
Ca(OH)2 + 2NH4C1 = CaCl2 + 2NH3 + 2H20
Gas terkumpul di dalam bekas yang terbalik, dan dikenali sama ada melalui bau, atau dengan kebiruan kertas litmus merah basah, atau dengan rupa asap putih apabila kayu yang dibasahi dengan asid hidroklorik diperkenalkan. Ammonia dan garamnya digunakan secara meluas dalam industri dan teknologi, pertanian, dan kehidupan seharian. Aplikasi utama mereka ditunjukkan dalam Rajah 31. 
nasi. 31. Penggunaan ammonia dan garam ammonium:
1-5 - pengeluaran baja mineral; 6 - pengeluaran asid nitrik; 7 - pengeluaran bahan letupan; 8 - untuk pematerian; 9 - dalam unit penyejukan; 10 - dalam perubatan dan kehidupan seharian (ammonia)
6. Asid, persamaan ion
Anda telah pun mengenali salah satu wakil bahan kelas ini apabila anda menganggap sebatian hidrogen meruap menggunakan contoh hidrogen klorida HCl. Larutannya dalam air ialah asid hidroklorik. Mereka mempunyai formula HCl yang sama. Begitu juga, apabila sebatian hidrogen meruap lain, hidrogen sulfida H2S, dilarutkan dalam air, larutan asid hidrosulfida lemah dengan formula H2S terbentuk.
Molekul asid ini terdiri daripada dua unsur, iaitu sebatian binari. Walau bagaimanapun, kelas asid juga termasuk sebatian yang terdiri daripada bilangan unsur kimia yang lebih besar. Kick, unsur ketiga yang termasuk dalam komposisi asid ialah oksigen. Oleh itu, asid tersebut dipanggil mengandungi oksigen, berbeza dengan HCl dan H2S, yang dipanggil bebas oksigen. Mari kita senaraikan beberapa asid yang mengandungi oksigen.
Sila ambil perhatian bahawa semua asid (mengandungi oksigen dan bebas oksigen) semestinya mengandungi hidrogen, yang ditulis di tempat pertama dalam formula. Selebihnya formula dipanggil residu asid. Sebagai contoh, dalam HCl sisa berasid ialah Cl-.
Asid ialah bahan kompleks yang molekulnya terdiri daripada atom hidrogen dan sisa asid.
Sebagai peraturan, sisa berasid membentuk unsur bukan logam.
Dengan menggunakan formula asid, anda boleh menentukan keadaan pengoksidaan atom unsur kimia yang membentuk asid.
Untuk asid binari ini mudah dilakukan. Oleh kerana hidrogen mempunyai keadaan pengoksidaan +1. maka dalam sebatian H+1Cl-1, klorin mempunyai keadaan pengoksidaan -1, dan dalam sebatian H2+1S-2, sulfur mempunyai keadaan pengoksidaan -2.
Tidak sukar untuk mengira keadaan pengoksidaan atom unsur bukan logam yang membentuk sisa berasid asid yang mengandungi oksigen. Anda hanya perlu ingat bahawa jumlah keadaan pengoksidaan atom semua unsur dalam sebatian adalah sifar, dan keadaan pengoksidaan hidrogen ialah +1 dan oksigen ialah -2.
Mengetahui keadaan pengoksidaan unsur bukan logam yang membentuk sisa berasid asid yang mengandungi oksigen, adalah mungkin untuk menentukan oksida yang sepadan dengannya. Sebagai contoh, asid sulfurik HgSO, di mana sulfur mempunyai keadaan pengoksidaan +6, sepadan dengan sulfur oksida (VI) S03; asid nitrik HN03, di mana keadaan pengoksidaan nitrogen ialah +5, sepadan dengan nitrogen oksil (V) NzOu.
Menggunakan formula asid, anda juga boleh menentukan jumlah cas yang ada pada sisa asid. Caj bagi sisa asid sentiasa negatif dan sama dengan bilangan atom hidrogen dalam asid. Bilangan atom hidrogen dalam asid dipanggil keasaman. Bagi asid monobes yang mengandungi satu atom hidrogen, contohnya HCl dan HN08, cas bagi sisa asid ialah 1-. Bagi asid dibasic, seperti H2SO4 dan H2S, cas sisa asid ialah 2-, iaitu
SO4 2- dan S 2-.
Terdapat banyak asid yang terdapat dalam alam semula jadi: asid sitrik dalam lemon, asid malik dalam epal, asid oksalik dalam daun coklat. Semut melindungi diri daripada musuh dengan menyembur titisan kaustik asid formik. Ia juga terdapat dalam racun lebah dan rambut jelatang yang menyengat.
Apabila jus anggur masam, asid asetik diperoleh, dan apabila susu masam, asid laktik diperoleh. Asid laktik yang sama terbentuk semasa sauerkraut dan semasa pengikatan makanan ternakan. Kami sangat mengetahui tentang asid sitrik dan asetik, yang sering digunakan dalam kehidupan seharian. Cuka yang digunakan untuk makanan adalah larutan asid asetik Banyak asid diperlukan dalam ekonomi negara dalam kuantiti yang besar. Ini termasuk asid sulfurik dan hidroklorik.
Asid sulfurik S2SO4 - cecair tidak berwarna, likat, seperti minyak, tidak berbau, hampir dua kali lebih berat daripada air. Asid sulfurik menyerap lembapan daripada udara dan gas lain. Sifat asid sulfurik ini digunakan untuk mengeringkan beberapa gas.
Apabila asid sulfurik dicampur dengan air, sejumlah besar haba dibebaskan. Jika air dituang ke dalam asid sulfurik, maka air itu, tidak sempat bercampur dengan asid, boleh mendidih dan memercikkan percikan asid sulfurik ke muka dan tangan pekerja. Untuk mengelakkan ini daripada berlaku, apabila melarutkan asid sulfurik, anda perlu menuangkannya ke dalam air dalam aliran nipis dan campurkan.
Asid sulfurik mengarang kayu, kulit dan fabrik. Jika anda memasukkan serpihan ke dalam tabung uji dengan asid sulfurik, tindak balas kimia berlaku - serpihan menjadi hangus. Kini jelas betapa bahayanya percikan asid sulfurik bersentuhan dengan kulit dan pakaian manusia. 
Penyelesaian semua asid adalah berasid, tetapi tidak seorang pun ahli kimia berani mengenali asid pekat mengikut rasa - ini berbahaya. Terdapat cara yang lebih berkesan dan selamat untuk mengesan asid. Mereka, seperti alkali, diiktiraf menggunakan penunjuk.
Tambahkan beberapa titis larutan litmus ungu ke dalam larutan asid. Lakmus akan bertukar menjadi merah. Jingga metil, apabila terdedah kepada asid, menukar warnanya daripada oren kepada merah-merah jambu.
Tetapi asid silicic, kerana ia tidak larut dalam air, tidak boleh dikenali dengan cara ini.
Dalam keadaan biasa, asid boleh menjadi pepejal (fosforik H3P04, silikon H2SiO2) dan cecair (dalam bentuk tulennya, asid sulfurik H2SO4 akan menjadi cecair).
Gas seperti hidrogen klorida HCl, hidrogen bromida HBr, hidrogen sulfida H2S membentuk asid yang sepadan dalam larutan akueus.
Anda sudah tahu bahawa asid H2CO3 karbonik dan H2SO3 sulfur hanya wujud dalam larutan akueus, kerana ia lemah dan tidak stabil. Mereka mudah terurai menjadi karbon (IV) dan sulfur (IV) oksida - CO2 dan SO2, masing-masing, dan air. Oleh itu, adalah mustahil untuk mengasingkan asid ini dalam bentuk tulennya Konsep kemeruapan dan kestabilan (kestabilan) sering dikelirukan. Asid meruap ialah asid yang molekulnya mudah masuk ke dalam keadaan gas, iaitu sejat. Sebagai contoh, asid hidroklorik adalah asid yang tidak menentu, tetapi stabil, stabil. Adalah mustahil untuk menilai kemeruapan asid yang tidak stabil. Sebagai contoh, asid silisik tidak larut tidak meruap, apabila berdiri, terurai menjadi air u SiO2 Larutan akueus hidroklorik, nitrik, sulfurik, fosforik dan beberapa asid lain tidak berwarna. Larutan akueus asid kromik H2CrJ2 berwarna kuning, dan asid mangan HMnO4 berwarna merah lembayung. Walau bagaimanapun, tidak kira betapa berbezanya asid, semuanya membentuk kation hidrogen apabila tercerai, yang menentukan beberapa sifat biasa: rasa masam, perubahan warna penunjuk (litmus dan metil jingga), interaksi dengan bahan lain. Pembahagian asid kepada kumpulan mengikut pelbagai ciri dibentangkan dalam Jadual 10.
Proses pengoksidaan ion ammonium dengan ion nitrit adalah sangat mudah:Kaedah lain juga diketahui: penguraian azida apabila dipanaskan, penguraian ammonia dengan kuprum(II) oksida, interaksi nitrit dengan asid sulfamik atau urea:
Penguraian katalitik ammonia pada suhu tinggi juga boleh menghasilkan nitrogen:
Ciri-ciri fizikal.
Beberapa sifat fizikal nitrogen diberikan dalam jadual. 1. |
Jadual 1. BEBERAPA SIFAT FIZIKAL NITROGEN |
|
| Ketumpatan, g/cm 3 | 0.808 (cecair) |
| Takat lebur, °C | –209,96 |
| Takat didih, °C | –195,8 |
| Suhu kritikal, °C | –147,1 |
| Tekanan kritikal, atm a | 33,5 |
| Ketumpatan kritikal, g/cm 3 a | 0,311 |
| Muatan haba tentu, J/(mol K) | 14.56 (15° C) |
| Keelektronegatifan menurut Pauling | 3 |
| jejari kovalen, | 0,74 |
| Jejari kristal, | 1.4 (M 3–) |
| Keupayaan pengionan, V b | |
| pertama | 14,54 |
| kedua | 29,60 |
| A Suhu dan tekanan di mana ketumpatanKeadaan cecair dan gas nitrogen adalah sama. b Jumlah tenaga yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron terluar pertama dan seterusnya, setiap 1 mol nitrogen atom. |
|
|
Jadual 2. KEADAAN PENGOKSIDAAN NITROGEN DAN SEBATIAN SESUAI |
|
|
Keadaan pengoksidaan |
Contoh sambungan |
| Ammonia NH 3, ion ammonium NH 4 +, nitrida M 3 N 2 | |
| Hidrazin N2H4 | |
| Hidroksilamin NH 2 OH | |
| Natrium hiponitrit Na 2 N 2 O 2 , nitrik oksida (I) N 2 O | |
| Nitrogen(II) oksida NO | |
| Nitrogen(III) oksida N 2 O 3, natrium nitrit NaNO 2 | |
| Nitrik oksida (IV) NO 2, dimer N 2 O 4 | |
| Nitrik oksida(V) N 2 O 5 , Asid nitrik HNO3 dan garamnya (nitrat) | |
|
Jadual 3. BEBERAPA SIFAT FIZIKAL AMMONIA DAN AIR |
||
|
Harta benda |
||
| Ketumpatan, g/cm 3 | 0.65 (–10° C) | 1.00 (4.0° C) |
| Takat lebur, °C | –77,7 | 0 |
| Takat didih, °C | –33,35 | 100 |
| Suhu kritikal, °C | 132 | 374 |
| Tekanan kritikal, atm | 112 | 218 |
| Entalpi pengewapan, J/g | 1368 (–33° C) | 2264 (100° C) |
| Entalpi lebur, J/g | 351 (–77° C) | 334 (0° C) |
| Kekonduksian elektrik | 5H 10 –11 (–33° C) | 4H 10 –8 (18° C) |
serupa dengan proses yang berlaku di dalam air:
Beberapa sifat kimia kedua-dua sistem dibandingkan dalam Jadual. 4. Ammonia cecair sebagai pelarut mempunyai kelebihan dalam beberapa kes di mana tidak mungkin untuk menjalankan tindak balas dalam air disebabkan oleh interaksi pesat komponen dengan air (contohnya, pengoksidaan dan pengurangan). Sebagai contoh, dalam ammonia cecair, kalsium bertindak balas dengan KCl untuk membentuk CaCl 2 dan K, kerana CaCl 2 tidak larut dalam ammonia cecair, dan K larut, dan tindak balas berjalan sepenuhnya. Dalam air, tindak balas sedemikian adalah mustahil kerana interaksi pesat Ca dengan air.
Pengeluaran ammonia. Gas NH 3 dibebaskan daripada garam ammonium di bawah tindakan bes yang kuat, contohnya, NaOH:Kaedah ini terpakai dalam keadaan makmal. Pengeluaran ammonia kecil juga berdasarkan hidrolisis nitrida, seperti Mg 3 N 2 , air. Kalsium sianamida CaCN 2 Apabila berinteraksi dengan air, ia juga membentuk ammonia. Kaedah perindustrian utama untuk menghasilkan ammonia ialah sintesis pemangkinnya daripada nitrogen atmosfera dan hidrogen pada suhu dan tekanan tinggi:
Hidrogen untuk sintesis ini diperoleh melalui keretakan haba hidrokarbon, tindakan wap air pada arang batu atau besi, penguraian alkohol dengan wap air, atau elektrolisis air. Banyak paten telah diperoleh untuk sintesis ammonia, berbeza dalam keadaan proses (suhu, tekanan, pemangkin). Terdapat kaedah pengeluaran perindustrian melalui penyulingan haba arang batu. Nama F. Haber dan K. Bosch dikaitkan dengan perkembangan teknologi sintesis ammonia. |
Jadual 4. PERBANDINGAN TINDAK BALAS DALAM PERSEKITARAN AIR DAN AMMONIA |
|
|
Persekitaran air |
Persekitaran ammonia |
|
Peneutralan |
|
| OH – + H 3 O + ® 2H 2 O |
NH 2 – + NH 4 + ® 2NH 3 |
|
Hidrolisis (protolisis) |
|
 |
|
| PCl 5 + 3H 2 O POCl 3 + 2H 3 O + + 2Cl – |
PCl 5 + 4NH 3 PNCl 2 + 3NH 4 + + 3Cl – |
|
Penggantian |
|
| Zn + 2H 3 O + ® Zn 2+ + 2H 2 O + H 2 |
Zn + 2NH 4 + ® Zn 2+ + 2NH 3 + H 2 |
|
Penyelesaian (kerumitan ) |
|
| Al 2 Cl 6 + 12H 2 O 2 3+ + 6Cl – |
Al 2 Cl 6 + 12NH 3 2 3+ + 6Cl – |
|
Amfoterisiti |
|
| Zn 2+ + 2OH – Zn(OH) 2 |
Zn 2+ + 2NH 2 – Zn(NH 2) 2 |
| Zn(OH) 2 + 2H 3 O + Zn 2+ + 4H 2 O |
Zn(NH 2) 2 + 2NH 4 + Zn 2+ + 4NH 3 |
| Zn(OH) 2 + 2OH – Zn(OH) 4 2– |
Zn(NH 2) 2 + 2NH 2 – Zn(NH 2) 4 2– |
Simbol M
n+ mewakili ion logam peralihan (subkumpulan B jadual berkala, cth. Cu 2+ , Mn 2+ dandan lain-lain.). Mana-mana asid protik (iaitu mengandungi H) bertindak balas dengan ammonia dalam larutan akueus untuk membentuk garam ammonium, seperti ammonium nitrat NH 4 NO 3 , ammonium klorida NH 4
Cl, ammonium sulfat (NH 4) 2 JADI 4 , ammonium fosfat (NH 4) 3PO 4 . Garam ini digunakan secara meluas dalam pertanian sebagai baja untuk memasukkan nitrogen ke dalam tanah. Ammonium nitrat juga digunakan sebagai bahan letupan yang murah; ia pertama kali digunakan dengan bahan api petroleum (minyak diesel). Larutan berair ammonia digunakan secara langsung untuk dimasukkan ke dalam tanah atau dengan air pengairan. Urea NH 2 CONH 2 , yang diperoleh melalui sintesis daripada ammonia dan karbon dioksida, juga merupakan baja. Gas ammonia bertindak balas dengan logam seperti Na dan K untuk membentuk amida:Ammonia juga bertindak balas dengan hidrida dan nitrida untuk membentuk amida:
Amida logam alkali (cth. NaNH 2) bertindak balas dengan N 2 O apabila dipanaskan, membentuk azida: Gas NH 3 mengurangkan oksida logam berat kepada logam pada suhu tinggi, nampaknya disebabkan oleh hidrogen yang dihasilkan daripada penguraian ammonia menjadi N 2 dan H 2: Atom hidrogen dalam molekul NH 3
boleh digantikan dengan halogen. Iodin bertindak balas dengan larutan NH pekat 3
, membentuk campuran bahan yang mengandungi N saya 3 . Bahan ini sangat tidak stabil dan meletup pada kesan mekanikal yang sedikit. Apabila bertindak balas NH 3 c Cl 2 kloramina NCl 3, NHCl 2 dan NH 2 Cl terbentuk. Apabila ammonia terdedah kepada natrium hipoklorit NaOCl (terbentuk daripada NaOH dan Cl2 ) produk akhir ialah hidrazin:
Hidrazin. Tindak balas di atas adalah kaedah untuk menyediakan hidrazin monohidrat komposisi N 2 H 4 H H 2 O. Hidrazin kontang dibentuk melalui penyulingan khas monohidrat dengan BaO atau bahan penyingkiran air yang lain. Sifat hidrazin sedikit serupa dengan hidrogen peroksida H 2 O 2 . Hidrazin Kontang Tulen
cecair higroskopik tidak berwarna, mendidih pada 113.5°C ; larut dengan baik dalam air, membentuk asas yang lemah Dalam persekitaran berasid (H+ ) hidrazin membentuk garam hidrazonium larut daripada jenis + X . Kemudahan hidrazin dan beberapa derivatifnya (seperti metilhidrazin) bertindak balas dengan oksigen membolehkan ia digunakan sebagai komponen bahan api roket cecair. Hidrazin dan semua derivatifnya adalah sangat toksik.Nitrogen oksida. Dalam sebatian dengan oksigen, nitrogen mempamerkan semua keadaan pengoksidaan, membentuk oksida: N2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 (N 2 O 4), N 2 O 5. Terdapat sedikit maklumat mengenai pembentukan nitrogen peroksida (NO 3, NO 4). Nitrik oksida (I) N 2 O (dianitrogen monoksida) diperoleh daripada pemisahan haba ammonium nitrat:Molekul mempunyai struktur linearO agak lengai pada suhu bilik, tetapi pada suhu tinggi ia boleh menyokong pembakaran bahan mudah teroksida. N 2
O, dikenali sebagai gas ketawa, digunakan untuk anestesia ringan dalam perubatan.Nitrik oksida(II) TIADA gas tidak berwarna, adalah salah satu produk penceraian haba pemangkin ammonia dengan kehadiran oksigen:
NO juga terbentuk semasa penguraian haba asid nitrik atau semasa tindak balas kuprum dengan asid nitrik cair:NO boleh didapati melalui sintesis daripada bahan ringkas (N 2 dan O 2 ) pada suhu yang sangat tinggi, contohnya dalam nyahcas elektrik. Struktur molekul NO mempunyai satu elektron tidak berpasangan. Sebatian dengan struktur ini berinteraksi dengan medan elektrik dan magnet. Dalam keadaan cecair atau pepejal, oksida berwarna biru kerana elektron tidak berpasangan menyebabkan perkaitan separa dalam keadaan cecair dan dimerisasi lemah dalam keadaan pepejal: 2NO N2O2. Nitrik oksida (III) N2O3 (nitrogen trioksida) nitrous anhidrida: N2O3 + H2O2HNO2. N2O3 tulen°
boleh didapati sebagai cecair biru pada suhu rendah (20 C) daripada campuran equimolecular NO dan NO 2. N2O3°
stabil hanya dalam keadaan pepejal pada suhu rendah (mp 102.3 2 .
C), dalam keadaan cecair dan gas ia sekali lagi terurai menjadi NO dan NO Nitrik oksida (IV) NO 2 (nitrogen dioksida) juga mempunyai elektron tidak berpasangan dalam molekul ( lihat di atas
nitrik oksida (II)). Struktur molekul mengandaikan ikatan tiga elektron, dan molekul mempamerkan sifat radikal bebas (satu garis sepadan dengan dua elektron berpasangan):
diperolehi oleh pengoksidaan pemangkin ammonia dalam oksigen berlebihan atau pengoksidaan NO dalam udara:
dan juga dengan tindak balas: 2
Pada suhu bilik NO Gas berwarna coklat gelap dan mempunyai sifat magnetik kerana kehadiran elektron yang tidak berpasangan. Pada suhu di bawah 0 °C NO 2 molekul°
dimerisasi menjadi dinitrogen tetroksida, dan pada 9.3 C dimerisasi berjalan sepenuhnya: 2NO2N2O4. Dalam keadaan cair, hanya 1% NO tidak termerisasi 2, dan pada 100 ° C kekal sebagai dimer 10% N 2 O 4 .(atau N2O4 ) bertindak balas dalam air suam untuk membentuk asid nitrik:
3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO. teknologi NO 2oleh itu sangat penting sebagai peringkat pertengahan dalam mendapatkan produk yang penting dalam industri asid nitrik. (Nitrik oksida (V). nitrik anhidrida) bahan kristal putih, diperoleh melalui dehidrasi asid nitrik dengan kehadiran fosforus oksida P 4 O 10: 
N2O5 mudah larut dalam kelembapan udara, sekali lagi terbentuk HNO3. Sifat N2O5 ditentukan oleh keseimbangan
N 2 O 5 ialah agen pengoksidaan yang baik, ia bertindak balas dengan mudah, kadangkala ganas, dengan logam dan sebatian organik dan, dalam keadaan tulen, meletup apabila dipanaskan. Struktur berkemungkinan. Apabila larutan tersejat, bahan letupan putih terbentuk dengan struktur yang dijangkakan HON=NOH. Asid nitrus
HNO2 bukan wujud dalam bentuk tulennya, tetapi larutan berair dengan kepekatan rendahnya terbentuk dengan menambahkan asid sulfurik kepada barium nitrit:Asid nitrus juga terbentuk apabila campuran ekuimolar NO dan NO dilarutkan 2 (atau N 2 O 3 ) dalam air. Asid nitrus lebih kuat sedikit daripada asid asetik. Keadaan pengoksidaan nitrogen di dalamnya ialah +3 (strukturnya HON=O), mereka. ia boleh menjadi kedua-dua agen pengoksidaan dan agen penurunan. Di bawah pengaruh agen pengurangan, ia biasanya dipulihkan kepada TIDAK , dan apabila berinteraksi dengan agen pengoksidaan, ia dioksidakan kepada asid nitrik. Kadar pelarutan beberapa bahan, seperti logam atau ion iodida, dalam asid nitrik bergantung kepada kepekatan asid nitrus yang hadir sebagai bendasing. Garam asid nitrit nitrit sangat larut dalam air, kecuali nitrit perak.
NaNO2 digunakan dalam penghasilan pewarna.Asid nitrik HNO3 salah satu produk bukan organik terpenting dalam industri kimia utama. Ia digunakan dalam teknologi banyak bahan bukan organik dan organik lain, seperti bahan letupan, baja, polimer dan gentian, pewarna, farmaseutikal, dll. lihat juga UNSUR KIMIA.KESUSASTERAAN Direktori Nitrogenist. M., 1969Nekrasov B.V. Asas kimia am. M., 1973
Masalah penetapan nitrogen. Kimia tak organik dan fizikal. M., 1982
NITROGEN
N (nitrogenium),
unsur kimia (pada. nombor 7) subkumpulan VA bagi jadual berkala unsur. Atmosfera bumi mengandungi 78% (vol.) nitrogen. Untuk menunjukkan betapa besarnya rizab nitrogen ini, kita perhatikan bahawa di atmosfera di atas setiap kilometer persegi permukaan bumi terdapat begitu banyak nitrogen sehingga 50 juta tan natrium nitrat atau 10 juta tan ammonia (sebatian nitrogen dengan hidrogen) boleh diperoleh daripadanya ini merupakan sebahagian kecil daripada nitrogen yang terkandung dalam kerak bumi. Kewujudan nitrogen bebas menunjukkan sifat lengainya dan kesukaran berinteraksi dengan unsur lain pada suhu biasa. Nitrogen tetap adalah sebahagian daripada bahan organik dan bukan organik. Hidupan tumbuhan dan haiwan mengandungi nitrogen yang terikat kepada karbon dan oksigen dalam protein. Selain itu, sebatian tak organik yang mengandungi nitrogen seperti nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), sianida (CN-), nitrida (N3-) dan azida (N3-) diketahui dan boleh diperolehi dalam kuantiti yang banyak.
Rujukan sejarah. Eksperimen A. Lavoisier, yang dikhaskan untuk mengkaji peranan atmosfera dalam mengekalkan kehidupan dan proses pembakaran, mengesahkan kewujudan bahan yang agak lengai di atmosfera. Tanpa menetapkan sifat unsur gas yang tinggal selepas pembakaran, Lavoisier memanggilnya azote, yang dalam bahasa Yunani kuno bermaksud "tidak bernyawa." Pada tahun 1772, D. Rutherford dari Edinburgh menetapkan bahawa gas ini adalah unsur dan memanggilnya "udara beracun." Nama Latin untuk nitrogen berasal dari perkataan Yunani nitron dan gen, yang bermaksud "pembentuk garam."
Penetapan nitrogen dan kitaran nitrogen. Istilah "penetapan nitrogen" merujuk kepada proses penetapan nitrogen N2 atmosfera. Secara semula jadi, ini boleh berlaku dalam dua cara: sama ada kekacang, seperti kacang, semanggi dan kacang soya, mengumpul nodul pada akarnya, di mana bakteria pengikat nitrogen menukarnya menjadi nitrat, atau nitrogen atmosfera dioksidakan oleh oksigen dalam keadaan kilat. S. Arrhenius mendapati bahawa sehingga 400 juta tan nitrogen ditetapkan setiap tahun dengan cara ini.
Struktur nukleus dan kulit elektron. Di atmosfera, nitrogen oksida bergabung dengan air hujan untuk membentuk asid nitrik dan nitrus. Di samping itu, telah ditetapkan bahawa dengan hujan dan salji, lebih kurang. 6700 g nitrogen; mencapai tanah, mereka bertukar menjadi nitrit dan nitrat. Tumbuhan menggunakan nitrat untuk membentuk protein tumbuhan. Haiwan, memakan tumbuhan ini, mengasimilasikan bahan protein tumbuhan dan menukarnya menjadi protein haiwan. Selepas kematian haiwan dan tumbuhan, mereka terurai dan sebatian nitrogen bertukar menjadi ammonia. Ammonia digunakan dalam dua cara: bakteria yang tidak membentuk nitrat memecahkannya kepada unsur, membebaskan nitrogen dan hidrogen, dan bakteria lain membentuk nitrit daripadanya, yang dioksidakan oleh bakteria lain kepada nitrat. Ini adalah bagaimana kitaran nitrogen berlaku di alam semula jadi, atau kitaran nitrogen.
Terdapat dua isotop nitrogen yang stabil: dengan jisim nombor 14 (N mengandungi 7 proton dan 7 neutron) dan dengan nombor jisim 15 (mengandungi 7 proton dan 8 neutron). Nisbah mereka ialah 99.635:0.365, jadi jisim atom nitrogen ialah 14.008. Isotop nitrogen tidak stabil 12N, 13N, 16N, 17N diperolehi secara buatan. Secara skematik, struktur elektronik atom nitrogen adalah seperti berikut: 1s22s22px12py12pz1. Akibatnya, kulit elektron luar (kedua) mengandungi 5 elektron yang boleh mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan kimia; Orbital nitrogen juga boleh menerima elektron, i.e. pembentukan sebatian dengan keadaan pengoksidaan dari (-III) hingga (V) adalah mungkin, dan ia diketahui.
Nitrogen molekul. Daripada penentuan ketumpatan gas telah ditetapkan bahawa molekul nitrogen adalah diatomik, i.e. formula molekul nitrogen ialah NєN (atau N2). Untuk dua atom nitrogen, tiga elektron 2p luar setiap atom membentuk ikatan rangkap tiga:N:::N:, membentuk pasangan elektron. Jarak interatomik N-N yang diukur ialah 1.095. Seperti dalam kes hidrogen (lihat HIDROGEN), terdapat molekul nitrogen dengan putaran nuklear berbeza - simetri dan antisimetri. Pada suhu biasa, nisbah bentuk simetri dan antisimetri ialah 2:1. Dalam keadaan pepejal, dua pengubahsuaian nitrogen diketahui: a - padu dan b - heksagon dengan suhu peralihan a (r) b -237.39 ° C. Pengubahsuaian b cair pada -209.96 ° C dan mendidih pada -195.78 ° C pada 1 atm (lihat jadual 1). Tenaga penceraian mol (28.016 g atau 6.023 * 10 23 molekul) nitrogen molekul kepada atom (N2 2N) adalah lebih kurang -225 kcal. Oleh itu, nitrogen atom boleh terbentuk semasa nyahcas elektrik yang tenang dan secara kimia lebih aktif daripada nitrogen molekul.
Resit dan permohonan. Kaedah mendapatkan unsur nitrogen bergantung kepada ketulenan yang diperlukan. Nitrogen diperolehi dalam kuantiti yang banyak untuk sintesis ammonia, manakala campuran kecil gas mulia boleh diterima.
Nitrogen daripada atmosfera. Dari segi ekonomi, pembebasan nitrogen dari atmosfera adalah disebabkan oleh kos rendah kaedah mencairkan udara yang disucikan (wap air, CO2, habuk, dan kekotoran lain dikeluarkan). Kitaran pemampatan, penyejukan dan pengembangan udara sedemikian yang berturut-turut membawa kepada pencairannya. Udara cecair tertakluk kepada penyulingan pecahan dengan kenaikan suhu yang perlahan. Gas mulia dibebaskan dahulu, kemudian nitrogen, dan oksigen cecair kekal. Pemurnian dicapai dengan proses pecahan berulang. Kaedah ini menghasilkan berjuta-juta tan nitrogen setiap tahun, terutamanya untuk sintesis ammonia, yang merupakan bahan mentah dalam teknologi pengeluaran pelbagai sebatian yang mengandungi nitrogen untuk industri dan pertanian. Di samping itu, suasana nitrogen yang disucikan sering digunakan apabila kehadiran oksigen tidak boleh diterima.
Kaedah makmal. Nitrogen boleh diperolehi dalam kuantiti yang kecil di makmal dengan pelbagai cara dengan mengoksidakan ammonia atau ion ammonium, contohnya:
Proses pengoksidaan ion ammonium dengan ion nitrit adalah sangat mudah:
Kaedah lain juga diketahui - penguraian azida apabila dipanaskan, penguraian ammonia dengan kuprum(II) oksida, interaksi nitrit dengan asid sulfamik atau urea:
Penguraian katalitik ammonia pada suhu tinggi juga boleh menghasilkan nitrogen:
Ciri-ciri fizikal. Beberapa sifat fizikal nitrogen diberikan dalam jadual. 1.
Jadual 1. BEBERAPA SIFAT FIZIKAL NITROGEN
Ketumpatan, g/cm3 0.808 (cecair) Takat lebur, °C -209.96 Takat didih, °C -195.8 Suhu kritikal, °C -147.1 Tekanan kritikal, atma 33.5 Ketumpatan kritikal, g/cm3 a 0.311 Haba tentu, J/(mol ) 14.56 (15° C) Keelektronegatifan Pauling 3 Jejari kovalen, 0.74 Jejari kristal, 1.4 (M3-) Keupayaan pengionan, Wb
pertama 14.54 saat 29.60
A Suhu dan tekanan di mana ketumpatan nitrogen cecair dan gas adalah sama.
b Jumlah tenaga yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron terluar pertama dan seterusnya, setiap 1 mol nitrogen atom.
Sifat kimia. Seperti yang telah dinyatakan, sifat utama nitrogen di bawah keadaan suhu dan tekanan yang normal ialah lengainya, atau aktiviti kimia yang rendah. Struktur elektronik nitrogen mengandungi pasangan elektron pada tahap 2s dan tiga orbital 2p separuh terisi, jadi satu atom nitrogen boleh mengikat tidak lebih daripada empat atom lain, i.e. nombor koordinasinya ialah empat. Saiz atom yang kecil juga mengehadkan bilangan atom atau kumpulan atom yang boleh dikaitkan dengannya. Oleh itu, banyak sebatian ahli subkumpulan VA yang lain sama ada tidak mempunyai analog di antara sebatian nitrogen sama sekali, atau sebatian nitrogen yang serupa ternyata tidak stabil. Jadi, PCl5 ialah sebatian yang stabil, tetapi NCl5 tidak wujud. Atom nitrogen mampu berikatan dengan atom nitrogen yang lain, membentuk beberapa sebatian yang agak stabil, seperti hidrazin N2H4 dan logam azida MN3. Jenis ikatan ini adalah luar biasa untuk unsur kimia (kecuali karbon dan silikon). Pada suhu tinggi, nitrogen bertindak balas dengan banyak logam untuk membentuk separa nitrida ionik MxNy. Dalam sebatian ini, nitrogen bercas negatif. Dalam jadual Jadual 2 menunjukkan keadaan pengoksidaan dan contoh sebatian yang sepadan.
Jadual 2. KEADAAN PENGOKSIDAAN NITROGEN DAN SEBATIAN SESUAI
Keadaan pengoksidaan Contoh sebatian
-III Ammonia NH3, ion ammonium NH4+, nitrida M3N2 -II Hidrazin N2H4 -I Hidroksilamin NH2OH I Natrium hiponitrit Na2N2O2, nitrik oksida(I) N2O II Nitrik oksida(II) NO III Nitrogen oksida N2O3, natrium nitrit NaNO2 IV ) NO2, dimer N2O4 V Nitrogen oksida (V) N2O5, asid nitrik HNO3 dan garamnya (nitrat) Nitrida. Sebatian nitrogen dengan lebih banyak unsur elektropositif, logam dan bukan logam - nitrida - adalah serupa dengan karbida dan hidrida. Ia boleh dibahagikan bergantung kepada sifat ikatan M-N kepada ion, kovalen dan dengan jenis ikatan pertengahan. Sebagai peraturan, ini adalah bahan kristal.
Nitrida ionik. Ikatan dalam sebatian ini melibatkan pemindahan elektron daripada logam kepada nitrogen untuk membentuk ion N3-. Nitrida tersebut termasuk Li3N, Mg3N2, Zn3N2 dan Cu3N2. Selain litium, logam alkali lain tidak membentuk subkumpulan IA nitrida. Nitrida ionik mempunyai takat lebur yang tinggi dan bertindak balas dengan air untuk membentuk NH3 dan logam hidroksida.
Nitrida kovalen. Apabila elektron nitrogen mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan bersama-sama dengan elektron unsur lain tanpa memindahkannya dari nitrogen ke atom lain, nitrida dengan ikatan kovalen terbentuk. Hidrogen nitrida (seperti ammonia dan hidrazin) adalah kovalen sepenuhnya, seperti halida nitrogen (NF3 dan NCl3). Nitrida kovalen termasuk, sebagai contoh, Si3N4, P3N5 dan BN - bahan putih yang sangat stabil, dan BN mempunyai dua pengubahsuaian alotropik: heksagon dan seperti berlian. Yang terakhir ini terbentuk pada tekanan dan suhu tinggi dan mempunyai kekerasan yang hampir dengan berlian.
Nitrida dengan jenis ikatan pertengahan. Unsur peralihan bertindak balas dengan NH3 pada suhu tinggi untuk membentuk kelas sebatian yang luar biasa di mana atom nitrogen diagihkan di antara atom logam yang dijarakkan secara tetap. Tiada anjakan elektron yang jelas dalam sebatian ini. Contoh nitrida tersebut ialah Fe4N, W2N, Mo2N, Mn3N2. Sebatian ini biasanya lengai sepenuhnya dan mempunyai kekonduksian elektrik yang baik.
Sebatian hidrogen nitrogen. Nitrogen dan hidrogen berinteraksi untuk membentuk sebatian yang samar-samar menyerupai hidrokarbon (lihat juga KIMIA ORGANIK). Kestabilan hidrogen nitrat berkurangan dengan peningkatan bilangan atom nitrogen dalam rantai, berbeza dengan hidrokarbon, yang stabil dalam rantai panjang. Hidrogen nitrida yang paling penting ialah ammonia NH3 dan hidrazin N2H4. Ini juga termasuk asid hidronitrik HNNN (HN3).
Ammonia NH3. Ammonia adalah salah satu produk industri terpenting dalam ekonomi moden. Pada akhir abad ke-20. Amerika Syarikat menghasilkan lebih kurang. 13 juta tan ammonia setiap tahun (dari segi ammonia kontang).
Struktur molekul. Molekul NH3 mempunyai struktur hampir piramid. Sudut ikatan H-N-H ialah 107°, iaitu hampir dengan sudut tetrahedral 109°. Pasangan elektron tunggal adalah bersamaan dengan kumpulan terikat, menghasilkan nombor koordinasi nitrogen ialah 4 dan nitrogen terletak di tengah tetrahedron.
Sifat ammonia. Beberapa sifat fizikal ammonia berbanding dengan air diberikan dalam jadual. 3.
Jadual 3. BEBERAPA SIFAT FIZIKAL AMMONIA DAN AIR
Takat didih dan lebur ammonia jauh lebih rendah daripada air, walaupun terdapat persamaan berat molekul dan persamaan struktur molekul. Ini dijelaskan oleh kekuatan ikatan antara molekul yang agak besar dalam air berbanding ammonia (ikatan antara molekul sedemikian dipanggil ikatan hidrogen).
Ammonia sebagai pelarut. Pemalar dielektrik yang tinggi dan momen dipol ammonia cecair memungkinkan untuk menggunakannya sebagai pelarut untuk bahan tak organik polar atau ionik. Pelarut ammonia menempati kedudukan pertengahan antara air dan pelarut organik seperti etil alkohol. Logam alkali dan alkali tanah larut dalam ammonia, membentuk larutan biru tua. Ia boleh diandaikan bahawa pelarutan dan pengionan elektron valens berlaku dalam larutan mengikut skema
Warna biru dikaitkan dengan pelarutan dan pergerakan elektron atau mobiliti "lubang" dalam cecair. Pada kepekatan tinggi natrium dalam ammonia cecair, larutan mengambil warna gangsa dan sangat konduktif elektrik. Logam alkali yang tidak terikat boleh diasingkan daripada larutan tersebut dengan penyejatan ammonia atau penambahan natrium klorida. Larutan logam dalam ammonia adalah agen penurunan yang baik. Autoionisasi berlaku dalam ammonia cecair
serupa dengan proses yang berlaku di dalam air
Beberapa sifat kimia kedua-dua sistem dibandingkan dalam Jadual. 4. Cecair ammonia sebagai pelarut mempunyai kelebihan dalam beberapa kes di mana adalah mustahil untuk menjalankan tindak balas dalam air disebabkan oleh interaksi pesat komponen dengan air (contohnya, pengoksidaan dan pengurangan). Sebagai contoh, dalam ammonia cecair, kalsium bertindak balas dengan KCl untuk membentuk CaCl2 dan K, kerana CaCl2 tidak larut dalam ammonia cecair dan K larut, dan tindak balas berlaku sepenuhnya. Dalam air, tindak balas sedemikian adalah mustahil kerana interaksi pesat Ca dengan air. Pengeluaran ammonia. Gas NH3 dibebaskan daripada garam ammonium di bawah tindakan bes yang kuat, contohnya, NaOH:
Kaedah ini terpakai dalam keadaan makmal. Pengeluaran ammonia berskala kecil juga berdasarkan hidrolisis nitrida, seperti Mg3N2, dengan air. Kalsium cyanamide CaCN2 juga membentuk ammonia apabila berinteraksi dengan air. Kaedah perindustrian utama untuk menghasilkan ammonia ialah sintesis pemangkinnya daripada nitrogen atmosfera dan hidrogen pada suhu dan tekanan tinggi:
Hidrogen untuk sintesis ini diperoleh melalui keretakan haba hidrokarbon, tindakan wap air pada arang batu atau besi, penguraian alkohol dengan wap air, atau elektrolisis air. Banyak paten telah diperoleh untuk sintesis ammonia, berbeza dalam keadaan proses (suhu, tekanan, pemangkin). Terdapat kaedah pengeluaran perindustrian melalui penyulingan haba arang batu. Nama F. Haber dan K. Bosch dikaitkan dengan perkembangan teknologi sintesis ammonia.
Sifat kimia ammonia. Sebagai tambahan kepada tindak balas yang dinyatakan dalam jadual. 4, ammonia bertindak balas dengan air untuk membentuk sebatian NH3НH2O, yang sering tersilap dianggap sebagai ammonium hidroksida NH4OH; sebenarnya, kewujudan NH4OH dalam larutan belum dibuktikan. Larutan akueus ammonia (“ammonia”) kebanyakannya terdiri daripada NH3, H2O dan kepekatan kecil ion NH4+ dan OH- yang terbentuk semasa penceraian
Sifat asas ammonia dijelaskan oleh kehadiran pasangan elektron tunggal nitrogen:NH3. Oleh itu, NH3 ialah bes Lewis, yang mempunyai aktiviti nukleofilik tertinggi, dimanifestasikan dalam bentuk perkaitan dengan proton, atau nukleus atom hidrogen:
Mana-mana ion atau molekul yang mampu menerima pasangan elektron (sebatian elektrofilik) akan bertindak balas dengan NH3 untuk membentuk sebatian koordinasi. Sebagai contoh:
Simbol Mn+ mewakili ion logam peralihan (subkumpulan B bagi jadual berkala, contohnya, Cu2+, Mn2+, dsb.). Mana-mana asid protik (iaitu mengandungi H) bertindak balas dengan ammonia dalam larutan akueus untuk membentuk garam ammonium, seperti ammonium nitrat NH4NO3, ammonium klorida NH4Cl, ammonium sulfat (NH4)2SO4, ammonium fosfat (NH4)3PO4. Garam ini digunakan secara meluas dalam pertanian sebagai baja untuk memasukkan nitrogen ke dalam tanah. Ammonium nitrat juga digunakan sebagai bahan letupan yang murah; ia pertama kali digunakan dengan bahan api petroleum (minyak diesel). Larutan berair ammonia digunakan secara langsung untuk dimasukkan ke dalam tanah atau dengan air pengairan. Urea NH2CONH2, yang diperoleh melalui sintesis daripada ammonia dan karbon dioksida, juga merupakan baja. Gas ammonia bertindak balas dengan logam seperti Na dan K untuk membentuk amida:
Ammonia juga bertindak balas dengan hidrida dan nitrida untuk membentuk amida:
Amida logam alkali (contohnya, NaNH2) bertindak balas dengan N2O apabila dipanaskan, membentuk azida:
NH3 bergas mengurangkan oksida logam berat kepada logam pada suhu tinggi, nampaknya disebabkan oleh hidrogen yang dihasilkan oleh penguraian ammonia kepada N2 dan H2:
Atom hidrogen dalam molekul NH3 boleh digantikan dengan halogen. Iodin bertindak balas dengan larutan pekat NH3, membentuk campuran bahan yang mengandungi NI3. Bahan ini sangat tidak stabil dan meletup pada kesan mekanikal yang sedikit. Tindak balas NH3 dengan Cl2 menghasilkan chloramines NCl3, NHCl2 dan NH2Cl. Apabila ammonia terdedah kepada natrium hipoklorit NaOCl (terbentuk daripada NaOH dan Cl2), hasil akhir ialah hidrazin:
Hidrazin. Tindak balas di atas mewakili kaedah untuk menghasilkan hidrazin monohidrat dengan komposisi N2H4ЧH2O. Hidrazin kontang dibentuk melalui penyulingan khas monohidrat dengan BaO atau bahan penyingkiran air yang lain. Sifat hidrazin sedikit serupa dengan hidrogen peroksida H2O2. Hidrazin kontang tulen ialah cecair tidak berwarna, higroskopik, mendidih pada 113.5° C; larut dengan baik dalam air, membentuk asas yang lemah
Dalam persekitaran berasid (H+), hidrazin membentuk garam hidrazonium larut daripada jenis []+X-. Kemudahan hidrazin dan beberapa derivatifnya (seperti metilhidrazin) bertindak balas dengan oksigen membolehkan ia digunakan sebagai komponen bahan api roket cecair. Hidrazin dan semua derivatifnya adalah sangat toksik. Nitrogen oksida. Dalam sebatian dengan oksigen, nitrogen mempamerkan semua keadaan pengoksidaan, membentuk oksida: N2O, NO, N2O3, NO2 (N2O4), N2O5. Terdapat sedikit maklumat mengenai pembentukan nitrogen peroksida (NO3, NO4). Nitrogen(I) oksida N2O (dianitrogen monoksida) diperoleh daripada penceraian haba ammonium nitrat:
Molekul mempunyai struktur linear
N2O agak lengai pada suhu bilik, tetapi pada suhu tinggi ia boleh menyokong pembakaran bahan mudah teroksida. N2O, dikenali sebagai gas ketawa, digunakan untuk anestesia ringan dalam perubatan. Nitrogen oksida (II) NO ialah gas tidak berwarna, salah satu produk penceraian haba pemangkin ammonia dengan kehadiran oksigen:
NO juga terbentuk semasa penguraian haba asid nitrik atau semasa tindak balas kuprum dengan asid nitrik cair:
NO boleh dihasilkan melalui sintesis daripada bahan ringkas (N2 dan O2) pada suhu yang sangat tinggi, contohnya, dalam nyahcas elektrik. Struktur molekul NO mempunyai satu elektron tidak berpasangan. Sebatian dengan struktur ini berinteraksi dengan medan elektrik dan magnet. Dalam keadaan cecair atau pepejal, oksida berwarna biru kerana elektron tidak berpasangan menyebabkan perkaitan separa dalam keadaan cecair dan dimerisasi lemah dalam keadaan pepejal: 2NO N2O2. Nitrik oksida (III) N2O3 (nitrogen trioksida) - asid nitrus anhidrida: N2O3 + H2O 2HNO2. N2O3 tulen boleh didapati sebagai cecair biru pada suhu rendah (-20° C) daripada campuran equimolecular NO dan NO2. N2O3 stabil hanya dalam keadaan pepejal pada suhu rendah (mp -102.3 ° C); dalam keadaan cecair dan gas ia sekali lagi terurai menjadi NO dan NO2. Nitrik oksida (IV) NO2 (nitrogen dioksida) juga mempunyai elektron tidak berpasangan dalam molekul (lihat nitrik oksida (II) di atas). Struktur molekul mengandaikan ikatan tiga elektron, dan molekul mempamerkan sifat radikal bebas (satu garis sepadan dengan dua elektron berpasangan):
NO2 diperoleh melalui pengoksidaan pemangkin ammonia dalam oksigen berlebihan atau pengoksidaan NO dalam udara:
dan juga dengan tindak balas:
Pada suhu bilik, NO2 ialah gas perang gelap yang mempunyai sifat magnetik kerana kehadiran elektron tidak berpasangan. Pada suhu di bawah 0° C, molekul NO2 dimerisasi menjadi dinitrogen tetroksida, dan pada -9.3° C, dimerisasi berlaku sepenuhnya: 2NO2 N2O4. Dalam keadaan cecair, hanya 1% NO2 tidak termerisasi, dan pada 100° C 10% N2O4 kekal dalam bentuk dimer. NO2 (atau N2O4) bertindak balas dalam air suam untuk membentuk asid nitrik: 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO. Oleh itu, teknologi NO2 adalah sangat penting sebagai peringkat pertengahan dalam pengeluaran produk penting industri - asid nitrik. Nitrik oksida (V) N2O5 (anhidrida nitrik usang) ialah bahan kristal putih yang diperoleh dengan menyahhidrat asid nitrik dengan kehadiran fosforus oksida P4O10:
N2O5 mudah larut dalam kelembapan udara, sekali lagi membentuk HNO3. Sifat N2O5 ditentukan oleh keseimbangan
N2O5 ialah agen pengoksidaan yang baik; ia bertindak balas dengan mudah, kadangkala kuat, dengan logam dan sebatian organik dan, dalam keadaan tulen, meletup apabila dipanaskan. Struktur kemungkinan N2O5 boleh diwakili sebagai
Nitrogen oksoasid. Untuk nitrogen, tiga asid okso diketahui: H2N2O2 hiponitrogen, HNO2 nitrogen dan HNO3 asid nitrik. Asid hiponitrous H2N2O2 adalah sebatian yang sangat tidak stabil, terbentuk dalam medium bukan akueus daripada garam logam berat - hiponitrit, di bawah tindakan asid lain: M2N2O2 + 2HX 2MX + H2N2O2. Apabila larutan tersejat, bahan letupan putih terbentuk dengan struktur dijangka H-O-N=N-O-H.
Asid nitrus HNO2 tidak wujud dalam bentuk tulen, walau bagaimanapun, larutan akueus dengan kepekatan rendahnya terbentuk dengan menambahkan asid sulfurik kepada barium nitrit:
Asid nitrus juga terbentuk apabila campuran equimolar NO dan NO2 (atau N2O3) dilarutkan dalam air. Asid nitrus lebih kuat sedikit daripada asid asetik. Keadaan pengoksidaan nitrogen di dalamnya ialah +3 (strukturnya ialah H-O-N=O), i.e. ia boleh menjadi kedua-dua agen pengoksidaan dan agen penurunan. Di bawah pengaruh agen penurunan ia biasanya dikurangkan kepada NO, dan apabila berinteraksi dengan agen pengoksidaan ia dioksidakan kepada asid nitrik. Kadar pelarutan beberapa bahan, seperti logam atau ion iodida, dalam asid nitrik bergantung kepada kepekatan asid nitrus yang hadir sebagai bendasing. Garam asid nitrus - nitrit - larut dengan baik dalam air, kecuali nitrit perak. NaNO2 digunakan dalam penghasilan pewarna. Asid nitrik HNO3 adalah salah satu produk bukan organik terpenting dalam industri kimia asas. Ia digunakan dalam teknologi banyak bahan bukan organik dan organik lain, seperti bahan letupan, baja, polimer dan gentian, pewarna, farmaseutikal, dll.
lihat juga UNSUR KIMIA.
KESUSASTERAAN
Buku Panduan Nitrogenist. M., 1969 Nekrasov B.V. Asas kimia am. M., 1973 Masalah penetapan nitrogen. Kimia tak organik dan fizikal. M., 1982
Ensiklopedia Collier. - Masyarakat Terbuka. 2000 .
sinonim:Lihat apa "NITROGEN" dalam kamus lain:
- (N) unsur kimia, gas, tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau; membentuk 4/5 (79%) udara; pukul berat 0.972; berat atom 14; terpeluwap menjadi cecair pada 140 °C. dan tekanan 200 atmosfera; penyusun banyak bahan tumbuhan dan haiwan. Kamus… … Kamus perkataan asing bahasa Rusia
NITROGEN- NITROGEN, kimia. unsur, simbol N (French AZ), nombor siri 7, di. V. 14.008; takat didih 195.7°; 1 l A. pada tekanan 0° dan 760 mm. berat 1.2508 g [lat. Nitrogenium ("menjana saltpeter"), Jerman. Stickstoff (“mencekik… … Ensiklopedia Perubatan Hebat
- (lat. Nitrogenium) N, unsur kimia kumpulan V jadual berkala, nombor atom 7, jisim atom 14.0067. Nama itu berasal dari bahasa Yunani awalan negatif dan zoe life (tidak menyokong pernafasan atau pembakaran). Nitrogen bebas terdiri daripada 2 atom... ... Kamus Ensiklopedia Besar
nitrogen- a m. Arab. 1787. Lexis.1. ahli alkimia Perkara pertama logam ialah merkuri logam. Sl. 18. Paracelsus berangkat ke akhir dunia, menawarkan kepada setiap orang Laudanum dan Azothnya dengan harga yang sangat berpatutan, untuk penyembuhan semua yang mungkin... ... Kamus Sejarah Gallicisms Bahasa Rusia
- (Nitrogenium), N, unsur kimia kumpulan V sistem berkala, nombor atom 7, jisim atom 14.0067; gas, takat didih 195.80 shs. Nitrogen ialah komponen utama udara (78.09% mengikut isipadu), merupakan sebahagian daripada semua organisma hidup (dalam badan manusia... ... Ensiklopedia moden
Nitrogen- (Nitrogenium), N, unsur kimia kumpulan V sistem berkala, nombor atom 7, jisim atom 14.0067; gas, takat didih 195.80 °C. Nitrogen ialah komponen utama udara (78.09% mengikut isipadu), merupakan sebahagian daripada semua organisma hidup (dalam badan manusia... ... Kamus Ensiklopedia Bergambar
Nitrogen (N) ialah gas yang kandungannya di atmosfera kira-kira 78%. Nitrogen adalah sebahagian daripada asid amino dan nukleotida. Struktur atom nitrogen menentukan sifat fizikal dan kimia unsur tersebut.
Struktur
Nitrogen ialah unsur ketujuh dalam jadual berkala, terletak dalam kumpulan kelima dan tempoh kedua. Jisim atom relatif ialah 14. Dalam keadaan semula jadi, dua isotop nitrogen ditemui - 14 N dan 15 N.
nasi. 1. Nitrogen dalam jadual berkala.
Nitrogen terdiri daripada nukleus dengan cas +7 dan tujuh elektron yang diedarkan ke atas dua tahap tenaga. Kehadiran unsur dalam kumpulan kelima menunjukkan bilangan elektron di aras luar dan valens tertinggi. Dalam keadaan tidak teruja, terdapat tiga elektron pada tahap tenaga luar, jadi nitrogen boleh mempamerkan dua valens - III dan V.
Merekod struktur elektronik atom nitrogen ialah 1s 2 2s 2 2p 3 atau +7 N) 2) 5.
Ciri-ciri fizikal
Nitrogen ialah gas diatomik (N 2), tidak berbau dan tidak berasa, kurang larut dalam air. Nitrogen boleh berada dalam keadaan gas, cecair dan pepejal. Dalam bentuk cecair, nitrogen mempunyai takat didih -196°C. Pada -209.86°C, nitrogen menjadi pepejal. Di bawah pengaruh suhu yang berbeza, kekisi kristal nitrogen pepejal boleh berubah, mewujudkan pengubahsuaian unsur.
nasi. 2. Nitrogen cecair dan pepejal.
Sifat kimia
Atom nitrogen disambungkan oleh ikatan rangkap tiga (N ≡ N), yang memberikan kekuatan maksimum. Walaupun nitrogen dipanaskan hingga 3000°C, sedikit penguraian molekul diperhatikan (sehingga 0.1% daripada jumlah gas yang diambil). Itulah sebabnya nitrogen adalah unsur kimia yang tidak aktif. Dalam sebatian apabila dipanaskan, nitrogen mudah terpisah daripada unsur lain.
Sifat kimia utama nitrogen diberikan dalam jadual.
Sebatian nitrogen dengan logam dan bukan logam dipanggil nitrida.
Nitrogen tidak bertindak balas dengan asid, air dan bes. Interaksi langsung molekul nitrogen dengan sulfur dan halogen adalah mustahil. Nitrogen atom bertindak balas dengan lebih aktif dengan bahan-bahan ini dalam keadaan normal.
Permohonan
Walaupun kepasifan nitrogen, unsur ini digunakan secara meluas dalam industri. Di samping itu, nitrogen adalah sebahagian daripada sel, pembinaan protein dan DNA adalah mustahil.
nasi. 3. Nitrogen dalam DNA.
Nitrogen digunakan dalam penghasilan:
- baja;
- bahan letupan;
- ubat-ubatan;
- pewarna;
- plastik;
- gentian tiruan;
- ammonia.
Nitrogen cecair digunakan untuk penyejukan, pembekuan, dan pengoksidaan enjin roket. Nitrik oksida digunakan sebagai anestetik dan untuk penghasilan aerosol.
Apa yang telah kita pelajari?
Kami meneliti struktur nitrogen, sifat fizikal dan kimianya, dan aplikasinya. Nitrogen terdiri daripada nukleus bercas positif dan dua kulit elektron yang mengandungi tujuh elektron. Nitrogen ialah gas aktif rendah. Molekul nitrogen terdiri daripada dua atom unsur yang disambungkan oleh ikatan rangkap tiga. Nitrogen boleh berada dalam tiga keadaan pengagregatan. Unsur tersebut bertindak balas dengan beberapa logam, bukan logam dan oksigen. Nitrogen digunakan dalam industri, perubatan, dan pertanian. Selain itu, nitrogen adalah sebahagian daripada organisma hidup.