คุณสมบัติขององค์ประกอบของกลุ่มย่อย V-A
|
องค์ประกอบ |
ไนโตรเจน |
ฟอสฟอรัส |
สารหนู |
พลวง |
บิสมัท |
|
คุณสมบัติ |
|||||
|
ลำดับองค์ประกอบ |
7 |
15 |
33 |
51 |
83 |
|
มวลอะตอมสัมพัทธ์ |
14,007 |
30,974 |
74,922 |
121,75 |
208,980 |
|
จุดหลอมเหลว С 0 |
-210 |
44,1 |
817 |
631 |
271 |
|
จุดเดือด С 0 |
-196 |
280 |
613 |
1380 |
1560 |
|
ความหนาแน่น g / cm3 |
0,96 |
1,82 |
5,72 |
6,68 |
9,80 |
|
สถานะออกซิเดชัน |
+5, +3,-3 |
+5, +3,-3 |
+5, +3,-3 |
+5, +3,-3 |
+5, +3,-3 |
1. โครงสร้างอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี
|
ชื่อ เคมี องค์ประกอบ |
ไดอะแกรมโครงสร้างอะตอม |
โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ระดับพลังงานสุดท้าย |
สูตรออกไซด์ที่สูงขึ้น R 2 O 5 |
สูตรสารประกอบไฮโดรเจนระเหยง่าย RH 3 |
|
1. ไนโตรเจน |
N + 7) 2) 5 |
… 2s 2 2p 3 |
N 2 O 5 |
NH 3 |
|
2. ฟอสฟอรัส |
พี + 15) 2) 8) 5 |
… 3s 2 3p 3 |
พี 2 โอ 5 |
PH 3 |
|
3. สารหนู |
เช่น + 33) 2) 8) 18) 5 |
… 4s 2 4p 3 |
เป็น 2 O 5 |
AsH 3 |
|
4.พลวง |
Sb + 51) 2) 8) 18) 18) 5 |
… 5s 2 5p 3 |
Sb 2 O 5 |
SbH 3 |
|
5. บิสมัท |
สอง + 83) 2) 8) 18) 32) 18) 5 |
… 6s 2 6p 3 |
ไบ 2 โอ 5 |
BiH 3 |
การปรากฏตัวของอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่สามตัวที่ระดับพลังงานภายนอกอธิบายความจริงที่ว่าในสภาวะปกติที่ไม่ถูกกระตุ้น ความจุขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยไนโตรเจนคือสาม
อะตอมของธาตุในกลุ่มย่อยไนโตรเจน (ยกเว้นไนโตรเจน - ระดับไนโตรเจนภายนอกประกอบด้วยสองระดับย่อยเท่านั้น - 2s และ 2p) ที่ระดับพลังงานภายนอกมีเซลล์ว่างของระดับ d-sub ดังนั้นพวกมันจึงสามารถระเหยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจาก s-sublevel และโอนไปยัง d-sublevel ... ดังนั้นความจุของฟอสฟอรัส สารหนู พลวงและบิสมัทเท่ากับ 5
องค์ประกอบของกลุ่มไนโตรเจนก่อให้เกิดสารประกอบขององค์ประกอบ RH 3 กับไฮโดรเจน และออกไซด์ของรูปแบบ R 2 O 3 และ R 2 O 5 กับออกซิเจน กรด HRO 2 และ HRO 3 สอดคล้องกับออกไซด์ (และกรดออร์โธ H 3 PO 4 ยกเว้นไนโตรเจน)
สถานะออกซิเดชันสูงสุดขององค์ประกอบเหล่านี้คือ +5 และต่ำสุดคือ -3
เนื่องจากประจุของนิวเคลียสของอะตอมเพิ่มขึ้น จำนวนอิเล็กตรอนที่ระดับชั้นนอกจะคงที่ จำนวนระดับพลังงานในอะตอมเพิ่มขึ้น และรัศมีของอะตอมเพิ่มขึ้นจากไนโตรเจนเป็นบิสมัท แรงดึงดูดของอิเล็กตรอนเชิงลบไปยังนิวเคลียสบวก อ่อนตัวลงและความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น ดังนั้น ในกลุ่มย่อยไนโตรเจนด้วยการเพิ่มหมายเลขซีเรียล คุณสมบัติของอโลหะก็ลดลง และองค์ประกอบที่เป็นโลหะก็เพิ่มขึ้น
ไนโตรเจนเป็นอโลหะ บิสมัทเป็นโลหะ จากไนโตรเจนเป็นบิสมัท ความแรงของสารประกอบ RH 3 จะลดลง ในขณะที่ความแรงของสารประกอบออกซิเจนจะเพิ่มขึ้น
องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในกลุ่มย่อยไนโตรเจนคือ ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส .
ไนโตรเจน สมบัติทางกายภาพและเคมี การผลิตและการใช้
1. ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมี
N +7) 2) 5
1 วินาที 2 2 วินาที 2 2 หน้า 3 ระดับนอกที่ไม่สมบูรณ์,พี -ธาตุที่ไม่ใช่โลหะ
อาร์ (N) = 14
2. สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้
เนื่องจากมีอิเล็กตรอนสามตัวที่ไม่มีการจับคู่ ไนโตรเจนจึงมีฤทธิ์มาก จึงพบได้เฉพาะในรูปของสารประกอบเท่านั้น ไนโตรเจนแสดงสถานะออกซิเดชันในสารประกอบตั้งแต่ "-3" ถึง "+5"
3.ไนโตรเจนเป็นสารธรรมดา โครงสร้างโมเลกุล คุณสมบัติทางกายภาพ
Azot (จากภาษากรีก ἀ ζωτος - ไม่มีชีวิตชีวา, lat. ไนโตรเจน) แทนที่จะเป็นชื่อก่อนหน้า (อากาศ "phlogistic", "mephitic" และ "spoiled") ที่แนะนำใน 1787 อองตวน ลาวัวซิเยร์ ... ดังที่แสดงไว้ข้างต้น ทราบอยู่แล้วในขณะนั้นว่าไนโตรเจนไม่สนับสนุนการเผาไหม้หรือการหายใจ คุณสมบัตินี้ถือเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด แม้ว่าภายหลังปรากฏว่าไนโตรเจนนั้นจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด แต่ชื่อนี้ก็ยังได้รับการเก็บรักษาไว้ในภาษาฝรั่งเศสและรัสเซีย
N 2 - พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว, ทริปเปิ้ล (σ, 2π), โมเลกุลคริสตัลแลตทิซ
บทสรุป:
1. ปฏิกิริยาต่ำที่อุณหภูมิปกติ
2. แก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น เบากว่าอากาศ
นาย ( บี อากาศ) / นาย ( นู๋ 2 ) = 29/28
4. คุณสมบัติทางเคมีของไนโตรเจน
|
นู๋ - ตัวออกซิไดซ์ (0 → -3) |
นู๋ - ตัวรีดิวซ์ (0 → +5) |
|
1.ด้วยโลหะ ไนไตรด์ก่อตัวขึ้น เอ็มx N y - เมื่อถูกความร้อนด้วย มก และดินอัลคาไลน์และอัลคาไลน์: 3C a + N 2= Ca 3 N 2 (ที่ เสื้อ) - c Li ที่อุณหภูมิห้อง ไนไตรด์ถูกย่อยสลายโดยน้ำ Ca 3 N 2 + 6H 2 O = 3Ca (OH) 2 + 2NH 3 2.ด้วยไฮโดรเจน 3 H 2 + N 2 ↔ 2 NH 3 (เงื่อนไข - T, p, kat) |
N 2 + O 2 ↔ 2 ไม่ใช่ - Q (ที่เสื้อ = 2000 C) ไนโตรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับกำมะถัน คาร์บอน ฟอสฟอรัส ซิลิกอน และอโลหะอื่นๆ |
5. การรับ:
ในอุตสาหกรรม ไนโตรเจนได้มาจากอากาศ ในการทำเช่นนี้ อากาศจะถูกทำให้เย็นลงก่อน ทำให้เป็นของเหลว และอากาศเหลวจะถูกกลั่น (กลั่น) จุดเดือดของไนโตรเจนต่ำกว่าเล็กน้อย (–195.8 ° C) ขององค์ประกอบอากาศอื่น ๆ นั่นคือออกซิเจน (–182.9 ° C) ดังนั้นไนโตรเจนจะระเหยเป็นอันดับแรกเมื่ออากาศของเหลวถูกทำให้ร้อนอย่างระมัดระวัง ก๊าซไนโตรเจนถูกส่งไปยังผู้บริโภคในรูปแบบการบีบอัด (150 atm. หรือ 15 MPa) ในกระบอกสูบสีดำที่มีคำว่า "ไนโตรเจน" ที่จารึกสีเหลือง เก็บไนโตรเจนเหลวใน Dewars
ในห้องปฏิบัติการไนโตรเจนบริสุทธิ์ ("เคมี") ได้มาจากการเติมเมื่อถูกความร้อน สารละลายอิ่มตัวของแอมโมเนียมคลอไรด์ NH 4 Cl กับโซเดียมไนไตรต์ที่เป็นของแข็ง NaNO 2:
NaNO 2 + NH 4 Cl = NaCl + N 2 + 2H 2 O
คุณยังสามารถให้ความร้อนแก่ของแข็งแอมโมเนียมไนไตรต์:
NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O. ประสบการณ์
6. การสมัคร:
ในอุตสาหกรรม ก๊าซไนโตรเจนส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตแอมโมเนีย ในฐานะที่เป็นก๊าซเฉื่อยทางเคมี ไนโตรเจนถูกใช้เพื่อให้มีสภาพแวดล้อมเฉื่อยในกระบวนการทางเคมีและโลหะวิทยาต่างๆ เมื่อสูบของเหลวที่ติดไฟได้ ไนโตรเจนเหลวใช้เป็นสารทำความเย็นอย่างแพร่หลาย ใช้ในทางการแพทย์ โดยเฉพาะในด้านความงาม ปุ๋ยไนโตรเจนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาความอุดมสมบูรณ์ของดิน
7. บทบาททางชีวภาพ
ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของสัตว์และพืช เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีน (16-18% โดยน้ำหนัก), กรดอะมิโน, กรดนิวคลีอิก, นิวคลีโอโปรตีน,คลอโรฟิลล์ เฮโมโกลบิน และอื่น ๆ ในองค์ประกอบของเซลล์ที่มีชีวิตตามจำนวนอะตอมไนโตรเจนประมาณ 2% โดยเศษส่วนมวล - ประมาณ 2.5% (ที่สี่หลังไฮโดรเจนคาร์บอนและออกซิเจน) ในเรื่องนี้ ไนโตรเจนที่จับได้จำนวนมากมีอยู่ในสิ่งมีชีวิต "อินทรียวัตถุที่ตายแล้ว" และสสารกระจายตัวของทะเลและมหาสมุทร ปริมาณนี้ประมาณ 1.9 · 10 11 ตัน อันเป็นผลมาจากกระบวนการของการสลายตัวและการสลายตัวของอินทรียวัตถุที่มีไนโตรเจนขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่เอื้ออำนวยการสะสมของแร่ธาตุธรรมชาติที่มีไนโตรเจนสามารถเกิดขึ้นได้เช่น "ชิลีดินประสิวN 2 → Li 3 N → NH 3
# 2 เขียนสมการปฏิกิริยาของปฏิกิริยาระหว่างไนโตรเจนกับออกซิเจน แมกนีเซียม และไฮโดรเจน สำหรับแต่ละปฏิกิริยา ให้สร้างสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์ ระบุตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์
ลำดับที่ 3 หนึ่งถังบรรจุก๊าซไนโตรเจน อีกถังหนึ่งประกอบด้วยออกซิเจน และถังที่สามประกอบด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซเหล่านี้สามารถแยกแยะได้อย่างไร?
ลำดับที่ 4 ก๊าซที่ติดไฟได้บางชนิดมีไนโตรเจนอิสระเป็นสิ่งเจือปน สามารถเกิดไนโตรเจนออกไซด์ (II) ระหว่างการเผาไหม้ของก๊าซดังกล่าวในเตาแก๊สธรรมดาได้หรือไม่ ทำไม?
MOBUSOSH # 2
บทคัดย่อในวิชาเคมีในหัวข้อ:
"ลักษณะขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยไนโตรเจน"
จัดทำโดย: K.
ตรวจสอบแล้ว:
Agidel-2008
2.1.1 คุณสมบัติของไนโตรเจน
2.1.2 การใช้ไนโตรเจน
2.2 แอมโมเนีย
2.2.1 คุณสมบัติของแอมโมเนีย
2.2.2 การใช้แอมโมเนีย
2.2.3 ไนโตรเจนออกไซด์
2.3 กรดไนตริก
2.3.3 การใช้กรดไนตริกและเกลือของกรดไนตริก
2.4 ฟอสฟอรัส
2.4.1 สารประกอบฟอสฟอรัส
2.4.2 การใช้ฟอสฟอรัสและสารประกอบของฟอสฟอรัส
2.5 ปุ๋ยแร่
วรรณกรรม
1. ลักษณะขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยไนโตรเจน
ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของบรรยากาศ (78% ของปริมาตร) มันเกิดขึ้นตามธรรมชาติในโปรตีนในเงินฝากโซเดียมไนเตรต ไนโตรเจนตามธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปสองชนิด: 14 นิวตัน (99.635% โดยน้ำหนัก) และ 15 นิวตัน (0.365 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก)
ฟอสฟอรัสเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปของแร่ธาตุ ฟอสฟอรัสใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์ การเกษตร การบิน และการสกัดโลหะมีค่า
สารหนู พลวง และบิสมัทเป็นที่แพร่หลาย ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของแร่ซัลไฟด์ สารหนูเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของชีวิตที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตของเส้นผม สารหนูเป็นพิษ แต่ในปริมาณน้อยก็สามารถมีสรรพคุณทางยาได้ สารหนูใช้ในมนุษย์และสัตวแพทยศาสตร์
2. โครงสร้างและลักษณะของอะตอม
สมาชิกกลุ่มย่อยบนชั้นไฟฟ้าชั้นนอกมีอิเล็กตรอนห้าตัว พวกมันสามารถปล่อยพวกมันออกไป และพวกมันสามารถดึงดูดอิเล็กตรอนอีกสามตัวจากอะตอมอื่นมาสู่ตัวมันเอง ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของพวกมันคือตั้งแต่ - 3 ถึง +5 ไฮโดรเจนที่ระเหยได้และสารประกอบออกซิเจนที่สูงขึ้นมีลักษณะเป็นกรดและถูกกำหนดโดยสูตรทั่วไป: RH 3 และ R 2 O 5
องค์ประกอบของกลุ่มย่อยมีคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะ และในขณะเดียวกัน ความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนก็น้อยกว่าองค์ประกอบของกลุ่มย่อยของฮาโลเจนและออกซิเจน
ในกลุ่มย่อยไนโตรเจนในตารางธาตุ เมื่อธาตุเคลื่อนจากบนลงล่าง คุณสมบัติของโลหะจะเพิ่มขึ้น
ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นอโลหะ สารหนู และพลวงมีคุณสมบัติเป็นโลหะ บิสมัทเป็นโลหะ
ชื่อสาร |
สูตรโมเลกุล | โครงสร้าง | คุณสมบัติทางกายภาพ | ความหนาแน่น g / cm3 | Tempera tura, o C | ||
| ไนโตรเจน | N 2 | โมเลกุล | ก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ละลายในน้ำ | 0.81 (ญ) | plv | เบล | |
| -210 | -195,8 | ||||||
| ฟอสฟอรัสขาว | พี4 | โมเลกุลเตตระฮีดรัล ตาข่ายคริสตัลโมเลกุล | สารอ่อนแข็ง ไม่มีสี ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ ละลายได้ในคาร์บอนซัลเฟอร์ | 1,82 | 44 (ใต้น้ำ) | 257 | |
| สารหนูสีเทา | เป็น 4 | อีกด้วย. | สารผลึกเปราะด้วยโลหะ เปล่งประกายบนรอยแตกสด ไม่ละลายในน้ำ ตัวนำไฟฟ้าอ่อนมาก | 5,72 | ระเหิดผ่านจากสถานะของแข็งไปเป็นสถานะก๊าซ (ไอ) ที่ 615 ® С | ||
| พลวง | SB4 | -- | สารผลึกสีขาวเงิน เปราะบาง ตัวนำความร้อนและไฟฟ้าไม่ดี | 6,68 | 630,5 | 1634 | |
| บิสมัท | บีน | ผลึกโมเลกุลซึ่งแต่ละอะตอมถูกผูกมัดกับอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงกันสามตัว | สีขาวอมชมพู สารผลึกเปราะที่ดูเหมือนโลหะ ค่าการนำไฟฟ้าน้อยมาก | 9,8 | 271,3 | 1550 | |
ตารางคุณสมบัติของสารอย่างง่ายขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยไนโตรเจน
2.1 ไนโตรเจน
ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบเริ่มต้นและสำคัญที่สุดของกลุ่มย่อย ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะทั่วไป ไนโตรเจนไม่สามารถเพิ่มความจุได้ไม่เหมือนกับองค์ประกอบอื่นๆ ในกลุ่มย่อย โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์แสดงด้วยอิเล็กตรอนเจ็ดตัวซึ่งมีระดับพลังงานสองระดับ สูตรอิเล็กทรอนิกส์: 1s 2 2s 2 2p 3 สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจน: - 3, + 5, -2, -1, + 1, + 2, + 3, + 4 อะตอมไนโตรเจนมีกิจกรรมทางเคมีสูง โดยจะจับอิเล็กตรอนได้ดีกว่าอะตอมของกำมะถันและฟอสฟอรัส
2.1.1 คุณสมบัติของไนโตรเจน
ไนโตรเจนภายใต้สภาวะปกติคือโมเลกุล ก๊าซ สารที่ไม่ใช้งาน โมเลกุลประกอบด้วยสองอะตอม ก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ เบากว่าอากาศเล็กน้อย ไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ที่ - 196 ® С มันบีบอัด ที่ - 210 ® С มันจะกลายเป็นมวลเหมือนหิมะ
ไนโตรเจนไม่ใช้งานทางเคมี ไม่รองรับการหายใจหรือการเผาไหม้ ที่อุณหภูมิห้องจะทำปฏิกิริยากับลิเธียมเท่านั้นซึ่งสร้าง Li 3 N ในการทำลายโมเลกุลไนโตรเจนควรใช้พลังงาน 942 kJ / mol ปฏิกิริยาที่ไนโตรเจนเข้าไปเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยที่ไนโตรเจนแสดงคุณสมบัติของทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์
ที่อุณหภูมิสูง ไนโตรเจนจะรวมตัวกับโลหะหลายชนิด ที่อุณหภูมิห้อง - กับลิเธียมเท่านั้น ไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับอโลหะที่อุณหภูมิสูงขึ้นไปอีก ด้วยเหตุนี้ ชีวิตบนโลกของเราจึงเป็นไปได้ เนื่องจากถ้าไนโตรเจนทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำ มันก็จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ประกอบกับมันเป็นส่วนหนึ่งของอากาศ และสิ่งมีชีวิตจะไม่สามารถหายใจเอาส่วนผสมของก๊าซนี้เข้าไปได้
2.1.2 การใช้ไนโตรเจน
ไนโตรเจนในอุตสาหกรรมได้มาจากอากาศโดยใช้ความแตกต่างระหว่างจุดเดือดของไนโตรเจนและออกซิเจน
ไนโตรเจนใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเพื่อผลิตแอมโมเนีย ยูเรีย ฯลฯ ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าเมื่อสร้างหลอดไฟฟ้า สูบของเหลวไวไฟ วัตถุระเบิดที่ทำให้แห้ง ฯลฯ
2.2 แอมโมเนีย
แอมโมเนียเป็นหนึ่งในสารประกอบไฮโดรเจนไนโตรเจนที่สำคัญที่สุด มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมาก สิ่งมีชีวิตบนโลกเป็นหนี้แบคทีเรียบางชนิด ซึ่งสามารถแปลงไนโตรเจนในอากาศให้เป็นแอมโมเนียได้
2.2.1 คุณสมบัติของแอมโมเนีย
โมเลกุลแอมโมเนียเกิดขึ้นจากการจับคู่อิเล็กตรอน p สามอะตอมของอะตอมไนโตรเจนกับอิเล็กตรอนสามอะตอมของไฮโดรเจน สถานะออกซิเดชัน: - 3. โมเลกุลแอมโมเนียมีขั้วอย่างแรง
แอมโมเนียเป็นก๊าซไม่มีสี มีกลิ่นฉุน เบากว่าอากาศเกือบสองเท่า เมื่อเย็นตัวลงถึง - 33 ° C จะหดตัว แอมโมเนียสามารถละลายได้ดีในน้ำ
แอมโมเนียเป็นสารประกอบทางเคมีที่ทำปฏิกิริยากับสารหลายชนิด ส่วนใหญ่มักเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันและสารประกอบ ในปฏิกิริยารีดอกซ์ แอมโมเนียทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์เท่านั้น แอมโมเนียเผาไหม้ในออกซิเจน รวมกับน้ำและกรดอย่างแข็งขัน
2.2.2 การใช้แอมโมเนีย
แอมโมเนียใช้สำหรับการผลิตกรดไนตริกและปุ๋ยแร่ธาตุ เกลือ และโซดาที่มีไนโตรเจน ในรูปของเหลวใช้ในเครื่องทำความเย็น แอมโมเนียใช้ในยาเพื่อสร้างแอมโมเนีย ในชีวิตประจำวันโดยเป็นส่วนหนึ่งของน้ำยาขจัดคราบ เช่นเดียวกับในห้องปฏิบัติการเคมี เกลือแอมโมเนียมใช้ในการผลิตวัตถุระเบิด ปุ๋ย แบตเตอรี่ไฟฟ้า สำหรับการแปรรูปและการเชื่อมโลหะ
2.2.3 ไนโตรเจนออกไซด์
สำหรับไนโตรเจน ออกไซด์เป็นที่รู้จักกันว่าสอดคล้องกับสถานะออกซิเดชันเชิงบวกทั้งหมด (+ 1, + 2, + 3, + 4, + 5): N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 4, น 2 โอ 5 . ภายใต้สภาวะปกติ ไนโตรเจนจะไม่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน เฉพาะเมื่อมีการปล่อยประจุไฟฟ้าผ่านส่วนผสมเท่านั้น
ตารางคุณสมบัติของไนโตรเจนออกไซด์
2.3 กรดไนตริก
2.3.1 คุณสมบัติของกรดไนตริก
โมเลกุลของกรดไนตริก HNO 3 ประกอบด้วยสามองค์ประกอบที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ เป็นสารโมเลกุลที่มีอะตอมไนโตรเจนออกซิไดซ์สูง อย่างไรก็ตาม ความจุของไนโตรเจนในกรดมีค่าเท่ากับ 4 แทนที่จะเป็นสถานะออกซิเดชันตามปกติของไนโตรเจน
กรดไนตริกบริสุทธิ์เป็นของเหลวไม่มีสีที่มีกลิ่นฉุนในอากาศ กรดไนตริกเข้มข้นจะมีสีเหลือง ความหนาแน่นของกรดไนตริกคือ 1.51 g / cm 3 จุดเดือด 86 ° C และที่อุณหภูมิ 41.6 ° C จะแข็งตัวในรูปของมวลผลึกโปร่งใส กรดละลายในน้ำและสารละลายที่เป็นน้ำคืออิเล็กโทรไลต์
กรดไนตริกเจือจางแสดงคุณสมบัติทั่วไปของกรดทุกชนิด เป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ที่อุณหภูมิห้อง กรดจะสลายตัวเป็นไนตริกออกไซด์ (IV) ออกซิเจน และน้ำ ดังนั้นกรดจะถูกเก็บไว้ในขวดสีเข้มในลักษณะที่เย็น มันทำปฏิกิริยากับโลหะ (ยกเว้นทองคำและแพลตตินั่ม) ทั้งกับโลหะที่ใช้งานและที่ไม่ใช้งาน
อโลหะจำนวนมากถูกออกซิไดซ์ด้วยกรดไนตริก กรดไนตริกโดยเฉพาะอย่างยิ่งเข้มข้น ออกซิไดซ์อินทรียวัตถุ เนื้อเยื่อของสัตว์และพืชจะถูกทำลายอย่างรวดเร็วเมื่อโดนกรดไนตริก
2.3.2 เกลือของกรดไนตริกและคุณสมบัติของมัน
เกลือของกรดไนตริก ไนเตรต เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของกรดกับโลหะ ออกไซด์ของโลหะ เบส แอมโมเนีย และเกลือบางชนิดด้วย
ไนเตรตเป็นสารผลึกแข็ง ละลายได้ง่ายในน้ำ อิเล็กโทรไลต์ที่แรง เมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวตามวิวัฒนาการของออกซิเจน มีคุณสมบัติจำเพาะหลายประการในฐานะตัวออกซิไดซ์ ปฏิกิริยาการสลายตัวจะเกิดขึ้นในลักษณะต่างๆ ขึ้นอยู่กับลักษณะของโลหะ
ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อไนเตรตไอออน (สารละลายของกรดไนตริกและเกลือของกรดไนตริก) ดำเนินการดังนี้: เพิ่มขี้กบทองแดงลงในหลอดทดลองด้วยสารทดสอบ เติมกรดซัลฟิวริกเข้มข้นและให้ความร้อน การปล่อยก๊าซสีน้ำตาลบ่งชี้ว่ามีไนเตรตไอออน
สารประกอบไนโตรเจน - ไนเตรต, กรดไนตริก, แอมโมเนีย - เป็นที่รู้จักกันมานานก่อนที่จะได้รับไนโตรเจนในสถานะอิสระ ในปี ค.ศ. 1772 ดี. รัทเทอร์ฟอร์ดเผาฟอสฟอรัสและสารอื่นๆ ในกระดิ่งแก้ว แสดงให้เห็นว่าก๊าซที่เหลืออยู่หลังการเผาไหม้ ซึ่งเขาเรียกว่า "อากาศหายใจไม่ออก" ไม่สนับสนุนการหายใจและการเผาไหม้ ในปี ค.ศ. 1787 A. Lavoisier ได้กำหนดไว้ว่าก๊าซ "สำคัญ" และ "ที่ทำให้หายใจไม่ออก" ที่ประกอบเป็นอากาศเป็นสารธรรมดา และเสนอชื่อ "ไนโตรเจน" ในปี ค.ศ. 1784 G. Cavendish แสดงให้เห็นว่าไนโตรเจนเป็นส่วนหนึ่งของดินประสิว จากที่นี่ชื่อภาษาละติน Azot (จากภาษาละติน nitrum - ดินประสิวและภาษากรีก gennao - ฉันให้กำเนิดฉันผลิต) เสนอในปี 1790 โดย J. A. Chaptal ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 ความเฉื่อยทางเคมีของไนโตรเจนในสถานะอิสระและบทบาทพิเศษเฉพาะในสารประกอบที่มีองค์ประกอบอื่นๆ เช่น ไนโตรเจนที่จับกับไนโตรเจน ตั้งแต่นั้นมา "การจับ" ของไนโตรเจนในอากาศได้กลายเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของเคมี
การแพร่กระจายของไนโตรเจนในธรรมชาติไนโตรเจนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในโลก และมวลหลักของมัน (ประมาณ 4 · 10 15 ตัน) กระจุกตัวอยู่ในสภาวะอิสระในชั้นบรรยากาศ ในอากาศ ไนโตรเจนอิสระ (ในรูปของโมเลกุล N 2) คือ 78.09% โดยปริมาตร (หรือ 75.6% โดยน้ำหนัก) ไม่นับสิ่งเจือปนเล็กน้อยในรูปของแอมโมเนียและออกไซด์ ปริมาณไนโตรเจนเฉลี่ยในเปลือกโลกคือ 1.9 · 10 -3% โดยน้ำหนัก สารประกอบไนโตรเจนธรรมชาติ - แอมโมเนียมคลอไรด์ NH 4 Cl และไนเตรตต่างๆ ดินประสิวที่สะสมจำนวนมากเป็นลักษณะของภูมิอากาศแบบทะเลทรายที่แห้งแล้ง (ชิลี เอเชียกลาง) เป็นเวลานาน ไนเตรตเป็นซัพพลายเออร์หลักของไนโตรเจนสำหรับอุตสาหกรรม (ขณะนี้การสังเคราะห์แอมโมเนียจากไนโตรเจนในอากาศทางอุตสาหกรรมและไฮโดรเจนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจับไนโตรเจน) ปริมาณไนโตรเจนที่จับได้ในปริมาณเล็กน้อยจะพบในถ่านหิน (1-2.5%) และน้ำมัน (0.02-1.5%) เช่นเดียวกับในน่านน้ำของแม่น้ำ ทะเล และมหาสมุทร ไนโตรเจนสะสมในดิน (0.1%) และในสิ่งมีชีวิต (0.3%)
แม้ว่าชื่อ "ไนโตรเจน" จะหมายถึง "ไม่ช่วยชีวิต" แต่แท้จริงแล้วเป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับชีวิต โปรตีนของสัตว์และมนุษย์ประกอบด้วยไนโตรเจน 16-17% ในสิ่งมีชีวิตของสัตว์กินเนื้อ โปรตีนจะเกิดขึ้นจากสารโปรตีนที่บริโภคเข้าไปที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตของสัตว์กินพืชและในพืช พืชสังเคราะห์โปรตีนโดยการดูดซึมสารไนโตรเจนที่มีอยู่ในดินซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารอนินทรีย์ ซึ่งหมายความว่าปริมาณไนโตรเจนจะเข้าสู่ดินเนื่องจากจุลินทรีย์ตรึงไนโตรเจนซึ่งสามารถแปลงไนโตรเจนอิสระในอากาศให้เป็นสารประกอบไนโตรเจนได้
ในธรรมชาติแล้ววัฏจักรไนโตรเจนจะดำเนินการซึ่งมีบทบาทหลักในจุลินทรีย์ - ไนตริไฟเออร์, ดีนิโทรฟี, ตรึงไนโตรเจนและอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม จากการสกัดไนโตรเจนที่จับกับดินจำนวนมากโดยพืช (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการทำการเกษตรแบบเข้มข้น) ดินจะสูญเสียไนโตรเจนไป การขาดไนโตรเจนเป็นลักษณะเฉพาะของการเกษตรในเกือบทุกประเทศ การขาดไนโตรเจนยังพบได้ในการเลี้ยงสัตว์ ("ความอดอยากโปรตีน") พืชพัฒนาได้ไม่ดีในดินที่มีไนโตรเจนไม่เพียงพอ ปุ๋ยไนโตรเจนและการให้อาหารโปรตีนของสัตว์เป็นวิธีที่สำคัญที่สุดในการส่งเสริมการเกษตร กิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ขัดขวางวัฏจักรไนโตรเจน ดังนั้น การเผาไหม้เชื้อเพลิงทำให้บรรยากาศสมบูรณ์ด้วยไนโตรเจน และพืชปุ๋ยจะจับไนโตรเจนจากอากาศ การขนส่งปุ๋ยและผลผลิตทางการเกษตรกระจายไนโตรเจนสู่พื้นผิวโลก ไนโตรเจนเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสี่ในระบบสุริยะ (รองจากไฮโดรเจน ฮีเลียม และออกซิเจน)
ไอโซโทปไนโตรเจน อะตอม และโมเลกุลไนโตรเจนธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปที่เสถียรสองไอโซโทป: 14 N (99.635%) และ 15 N (0.365%) ไอโซโทป 15 N ใช้ในการวิจัยทางเคมีและชีวเคมีเป็นอะตอมที่ติดแท็ก ในบรรดาไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของไนโตรเจนนั้น 13 N มีครึ่งชีวิตที่ยาวที่สุด (T ½ = 10.08 นาที) ส่วนที่เหลือมีอายุสั้นมาก ในชั้นบนของบรรยากาศ ภายใต้การกระทำของนิวตรอนรังสีคอสมิก 14 N จะถูกแปลงเป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของคาร์บอน 14 C กระบวนการนี้ยังใช้ในปฏิกิริยานิวเคลียร์เพื่อให้ได้ 14 C เปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมไนโตรเจน ประกอบด้วยอิเล็กตรอน 5 ตัว (หนึ่งคู่โดดเดี่ยวและสามคู่ - การกำหนดค่า 2s 2 2p 3 ส่วนใหญ่แล้วไนโตรเจนในสารประกอบคือ 3- โควาเลนต์เนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่คู่ (เช่นในแอมโมเนีย NH 3) การปรากฏตัวของอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวสามารถนำไปสู่ สู่การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์อีกตัวหนึ่ง และไนโตรเจนจะกลายเป็น 4-โควาเลนต์ (เช่นเดียวกับในแอมโมเนียมไอออน NH 4) สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนจะแปรผันจาก +5 (ใน N 2 O 5) ถึง -3 (ใน NH 3) ภายใต้สภาวะปกติ ในสถานะอิสระไนโตรเจนจะสร้างโมเลกุล N 2 โดยที่อะตอม N เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์สามพันธะ เสถียร: พลังงานของการแตกตัวของมันเป็นอะตอมคือ 942.9 kJ / mol (225.2 kcal / mol) ดังนั้นแม้ที่ t ประมาณ 3300 ° C ระดับการแยกตัวของไนโตรเจนเพียง 0.1% เท่านั้น
คุณสมบัติทางกายภาพของไนโตรเจนไนโตรเจนเบากว่าอากาศเล็กน้อย ความหนาแน่น 1.2506 กก. / ลบ.ม. 3 (ที่ 0 ° C และ 101325 n / m 2 หรือ 760 mm Hg) จุดหลอมเหลว -209.86 ° C อุณหภูมิก้อน -195.8 ° C ไนโตรเจนเหลวด้วยความยากลำบาก: อุณหภูมิวิกฤตค่อนข้างต่ำ (-147.1 ° C) และความดันวิกฤตสูง 3.39 MN / m 2 (34.6 kgf / cm 2); ความหนาแน่นของไนโตรเจนเหลว 808 กก. / ม. 3 ไนโตรเจนละลายในน้ำได้น้อยกว่าออกซิเจน: ที่ 0 ° C ไนโตรเจน 23.3 กรัมละลายใน 1 m 3 H 2 O ดีกว่าน้ำ ไนโตรเจนสามารถละลายได้ในไฮโดรคาร์บอนบางชนิด
คุณสมบัติทางเคมีของไนโตรเจนเฉพาะกับโลหะออกฤทธิ์เช่นลิเธียม แคลเซียม แมกนีเซียม ไนโตรเจนเมื่อถูกความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำ ไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่นๆ ส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิสูงและต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา สารประกอบของไนโตรเจนกับออกซิเจน N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 และ N 2 O 5 ได้รับการศึกษาอย่างดี ในจำนวนนี้ ระหว่างปฏิกิริยาโดยตรงของธาตุ (4000 ° C) ออกไซด์ NO จะเกิดขึ้น ซึ่งเมื่อเย็นตัวลง จะถูกออกซิไดซ์อย่างง่ายดายต่อไปเป็นออกไซด์ (IV) NO 2 ในอากาศ ไนโตรเจนออกไซด์จะก่อตัวขึ้นในระหว่างการปล่อยประจุในบรรยากาศ นอกจากนี้ยังสามารถได้รับจากการกระทำของรังสีไอออไนซ์กับส่วนผสมของไนโตรเจนและออกซิเจน เมื่อละลายในน้ำไนโตรเจน N 2 O 3 และไนโตรเจน N 2 O 5 แอนไฮไดรด์ตามลำดับจะได้กรดไนตรัส HNO 2 และกรดไนตริก HNO 3 ก่อตัวเป็นเกลือ - ไนไตรต์และไนเตรต ไนโตรเจนจะรวมตัวกับไฮโดรเจนเฉพาะที่อุณหภูมิสูงและต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้เกิดแอมโมเนีย NH 3 นอกจากแอมโมเนียแล้ว ยังรู้จักสารประกอบไนโตรเจน-ไฮโดรเจนอื่นๆ อีกมาก เช่น ไฮดราซีน H 2 N-NH 2, ไดอิไมด์ HN = NH กรดไฮดราโซอิก HN 3 (H-N = N≡N), อ็อกตาโซน N 8 H 14 และอื่นๆ สารประกอบไนโตรเจนส่วนใหญ่ที่มีไฮโดรเจนถูกแยกออกได้เฉพาะในรูปของอนุพันธ์อินทรีย์เท่านั้น ไนโตรเจนไม่ได้ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับฮาโลเจน ดังนั้น ไนโตรเจนเฮไลด์ทั้งหมดจะได้มาทางอ้อมเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนฟลูออไรด์ NF 3 - เมื่อฟลูออรีนทำปฏิกิริยากับแอมโมเนีย ตามกฎแล้ว ไนโตรเจนเฮไลด์เป็นสารประกอบที่มีความเสถียรต่ำ (ยกเว้น NF 3) ไนโตรเจนออกซีเฮไลด์ที่เสถียรกว่า - NOF, NOCl, NOBr, NO 2 F และ NO 2 Cl ไนโตรเจนไม่ได้รวมโดยตรงกับกำมะถันเช่นกัน กำมะถันไนโตรเจน N 4 S 4 เกิดจากปฏิกิริยาของกำมะถันเหลวกับแอมโมเนีย เมื่อโค้กร้อนทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน จะเกิดไซยาโนเจน (CN) 2 ขึ้น โดยการให้ความร้อนไนโตรเจนด้วยอะเซทิลีน C 2 H 2 ถึง 1500 ° C สามารถรับไฮโดรเจนไซยาไนด์ HCN ได้ ปฏิกิริยาของไนโตรเจนกับโลหะที่อุณหภูมิสูงทำให้เกิดไนไตรด์ (เช่น Mg 3 N 2)
ภายใต้การกระทำของการปล่อยไฟฟ้าในไนโตรเจนธรรมดา [ความดัน 130-270 n / m 2 (1-2 mm Hg)] หรือระหว่างการสลายตัวของไนไตรด์ B, Ti, Mg และ Ca เช่นเดียวกับในระหว่างการปล่อยไฟฟ้าในอากาศ ไนโตรเจนที่ใช้งานสามารถเกิดขึ้นได้ ซึ่งเป็นส่วนผสมของโมเลกุลไนโตรเจนและอะตอมที่มีพลังงานสำรองเพิ่มขึ้น ไนโตรเจนแบบแอคทีฟต่างจากโมเลกุลไนโตรเจนอย่างแรงปฏิกิริยากับออกซิเจน ไฮโดรเจน ไอระเหยของกำมะถัน ฟอสฟอรัส และโลหะบางชนิด
ไนโตรเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญหลายอย่าง (เอมีน กรดอะมิโน สารประกอบไนโตร และอื่นๆ)
รับไนโตรเจนในห้องปฏิบัติการ สามารถรับไนโตรเจนได้อย่างง่ายดายโดยการให้ความร้อนสารละลายแอมโมเนียมไนไตรท์เข้มข้น: NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O วิธีทางเทคนิคในการผลิตไนโตรเจนนั้นขึ้นอยู่กับการแยกอากาศก่อนทำให้เป็นของเหลว ซึ่งจากนั้น กลั่น
การประยุกต์ใช้ไนโตรเจนส่วนหลักของไนโตรเจนอิสระที่สกัดออกมานั้นใช้สำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมของแอมโมเนีย ซึ่งจากนั้นจะถูกแปรรูปในปริมาณที่สำคัญเป็นกรดไนตริก ปุ๋ย วัตถุระเบิด ฯลฯ นอกจากการสังเคราะห์แอมโมเนียโดยตรงจากธาตุแล้ว วิธีไซยานาไมด์ยังพัฒนาขึ้นใน ค.ศ.1905 มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมในการจับไนโตรเจนกับอากาศโดยอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าที่ 1,000 ° C แคลเซียมคาร์ไบด์ (ได้มาจากการให้ความร้อนกับส่วนผสมของปูนขาวและถ่านหินในเตาไฟฟ้า) ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนอิสระ: CaC 2 + N 2 = CaCN 2 + C. แคลเซียมไซยานาไมด์ที่เกิดขึ้นจะสลายตัวด้วยการปล่อยแอมโมเนีย: CaCN 2 + 3H 2 O = CaCO 3 + 2NH 3
ไนโตรเจนอิสระถูกใช้ในหลายอุตสาหกรรม: เป็นสื่อเฉื่อยในกระบวนการทางเคมีและโลหะวิทยาต่างๆ เพื่อเติมพื้นที่ว่างในเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอท เมื่อสูบของเหลวที่ติดไฟได้ ฯลฯ ไนโตรเจนเหลวใช้ในโรงงานทำความเย็นต่างๆ มันถูกจัดเก็บและขนส่งในภาชนะเหล็ก Dewar อัดก๊าซไนโตรเจนในกระบอกสูบ สารประกอบไนโตรเจนหลายชนิดใช้กันอย่างแพร่หลาย การผลิตไนโตรเจนที่ถูกผูกไว้เริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็วหลังสงครามโลกครั้งที่ 1 และขณะนี้ได้เพิ่มขึ้นถึงสัดส่วนมหาศาล
ไนโตรเจนในร่างกาย... ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพหลักชนิดหนึ่งที่ประกอบขึ้นเป็นสารที่สำคัญที่สุดของเซลล์ที่มีชีวิต นั่นคือ โปรตีนและกรดนิวคลีอิก อย่างไรก็ตาม ปริมาณไนโตรเจนในร่างกายมีน้อย (1-3% ของน้ำหนักแห้ง) ไนโตรเจนระดับโมเลกุลในบรรยากาศสามารถหลอมรวมโดยจุลินทรีย์เพียงไม่กี่ชนิดและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน
ปริมาณสำรองของไนโตรเจนที่มีนัยสำคัญจะกระจุกตัวอยู่ในดินในรูปของแร่ธาตุต่างๆ (เกลือแอมโมเนียม ไนเตรต) และสารประกอบอินทรีย์ (ไนโตรเจนของโปรตีน กรดนิวคลีอิก และผลิตภัณฑ์จากการสลายของพวกมัน กล่าวคือ ซากพืชและสัตว์ที่ยังไม่ย่อยสลายอย่างสมบูรณ์) . พืชดูดซับไนโตรเจนจากดินทั้งในรูปของสารอนินทรีย์และสารประกอบอินทรีย์บางชนิด ภายใต้สภาพธรรมชาติ จุลินทรีย์ในดิน (แอมโมเนีย) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อธาตุอาหารพืช ซึ่งทำให้ไนโตรเจนอินทรีย์ในดินกลายเป็นเกลือแอมโมเนียม ไนเตรตไนโตรเจนในดินเกิดขึ้นจากกิจกรรมที่สำคัญของแบคทีเรียไนตริไฟริ่งที่ค้นพบโดย S. N. Vinogradskii ในปี 1890 ซึ่งออกซิไดซ์แอมโมเนียและเกลือแอมโมเนียมให้เป็นไนเตรต ไนเตรตไนโตรเจนบางส่วนที่หลอมรวมโดยจุลินทรีย์และพืชจะหายไป กลายเป็นไนโตรเจนระดับโมเลกุลภายใต้การกระทำของแบคทีเรียดีไนตริไฟดิ้ง พืชและจุลินทรีย์ดูดซึมทั้งแอมโมเนียมและไนเตรตไนโตรเจนได้ดี ลดปริมาณแอมโมเนียและเกลือแอมโมเนียม จุลินทรีย์และพืชแปลงแอมโมเนียมไนโตรเจนอนินทรีย์เป็นสารประกอบไนโตรเจนอินทรีย์ - เอไมด์ (แอสพาราจีนและกลูตามีน) และกรดอะมิโน ดังที่ D. N. Pryanishnikov และ V. S. Butkevich แสดงให้เห็น ไนโตรเจนในพืชจะถูกเก็บและขนส่งในรูปของแอสพาราจีนและกลูตามีน ในระหว่างการก่อตัวของเอไมด์เหล่านี้ แอมโมเนียจะไม่เป็นอันตราย ซึ่งมีความเข้มข้นสูงซึ่งเป็นพิษไม่เพียงต่อสัตว์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงพืชด้วย เอไมด์พบได้ในโปรตีนหลายชนิดในจุลินทรีย์และพืช เช่นเดียวกับในสัตว์ การสังเคราะห์กลูตามีนและแอสพาราจีนโดยเอนไซม์ระหว่างกรดกลูตามิกและแอสปาร์ติกไม่เพียงดำเนินการในจุลินทรีย์และพืชเท่านั้น แต่ยังอยู่ในขอบเขตบางประการในสัตว์
กรดอะมิโนถูกสังเคราะห์โดยการลดแอมิเนชันของกรดอัลดีไฮด์และกรดคีโตจำนวนหนึ่งซึ่งเกิดจากการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต หรือโดยการทรานส์อะมิเนชันด้วยเอนไซม์ ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการดูดซึมแอมโมเนียโดยจุลินทรีย์และพืชเป็นโปรตีนที่เป็นส่วนหนึ่งของโปรโตพลาสซึมและนิวเคลียสของเซลล์ตลอดจนสะสมในรูปของโปรตีนจัดเก็บ สัตว์และมนุษย์สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนได้ในระดับจำกัดเท่านั้น พวกเขาไม่สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนที่จำเป็นแปดชนิดได้ (วาลีน ไอโซลิวซีน ลิวซีน ฟีนิลอะลานีน ทริปโตเฟน เมไทโอนีน ทรีโอนีน ไลซีน) ดังนั้นแหล่งที่มาหลักของไนโตรเจนสำหรับพวกมันคือโปรตีนที่บริโภคพร้อมกับอาหาร ซึ่งก็คือโปรตีนจากพืชและจุลินทรีย์ในท้ายที่สุด
โปรตีนในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดได้รับการย่อยสลายด้วยเอนไซม์ ซึ่งผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือกรดอะมิโน ในขั้นต่อไป ไนโตรเจนอินทรีย์ของกรดอะมิโนจะถูกแปลงเป็นไนโตรเจนอนินทรีย์แอมโมเนียมอีกครั้ง ในจุลินทรีย์และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพืช แอมโมเนียมไนโตรเจนสามารถใช้สำหรับการสังเคราะห์ใหม่ของเอไมด์และกรดอะมิโน ในสัตว์ การทำให้เป็นกลางของแอมโมเนียที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของโปรตีนและกรดนิวคลีอิกนั้นเกิดจากการสังเคราะห์กรดยูริก (ในสัตว์เลื้อยคลานและนก) หรือยูเรีย (ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม รวมถึงมนุษย์) ซึ่งจะถูกขับออกจากร่างกาย จากมุมมองของการแลกเปลี่ยนไนโตรเจน พืช ในมือข้างหนึ่ง และสัตว์ (และมนุษย์) ในอีกแง่หนึ่ง ต่างกันตรงที่ในสัตว์ การใช้ผลของแอมโมเนียที่เกิดขึ้นนั้นทำได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น - ส่วนใหญ่ ถูกขับออกจากร่างกาย ในพืชการแลกเปลี่ยนไนโตรเจนจะ "ปิด" - ไนโตรเจนที่เข้าสู่พืชจะกลับสู่ดินพร้อมกับตัวพืชเองเท่านั้น
ไนโตรเจน- องค์ประกอบของคาบที่ 2 ของกลุ่ม V A ของระบบธาตุ หมายเลขซีเรียล 7 สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม [2 He] 2s 2 2p 3 ลักษณะเฉพาะของสถานะออกซิเดชันคือ 0, -3, +3 และ + 5 น้อยกว่า +2 และ +4 และสถานะอื่น N v ถือว่าค่อนข้างเสถียร
ระดับออกซิเดชันของไนโตรเจน:
+5 - N 2 O 5, NO 3, NaNO 3, AgNO 3
3 - N 2 O 3, NO 2, HNO 2, NaNO 2, NF 3
3 - NH 3, NH 4, NH 3 * H 2 O, NH 2 Cl, Li 3 N, Cl 3 N.
ไนโตรเจนมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง (3.07) ซึ่งเป็นตัวที่สามรองจาก F และ O โดยแสดงคุณสมบัติทั่วไปที่ไม่ใช่โลหะ (เป็นกรด) ในขณะที่ก่อตัวเป็นกรด เกลือ และสารประกอบไบนารีที่มีออกซิเจน รวมถึงไอออนบวกของแอมโมเนียม NH 4 และเกลือของไนโตรเจน .
ในธรรมชาติ - ที่สิบเจ็ดโดยองค์ประกอบความอุดมสมบูรณ์ทางเคมี (ที่เก้าในหมู่อโลหะ) องค์ประกอบที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
นู๋ 2
สาระง่ายๆ. ประกอบด้วยโมเลกุลที่ไม่มีขั้วซึ่งมี ˚σππ-พันธะ N≡N ที่เสถียรมาก ซึ่งจะอธิบายความเฉื่อยทางเคมีของธาตุภายใต้สภาวะปกติ
ก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และรสจืดที่ควบแน่นเป็นของเหลวไม่มีสี (ต่างจาก O 2)
องค์ประกอบหลักของอากาศคือ 78.09% โดยปริมาตร 75.52% โดยมวล ไนโตรเจนจะเดือดจากอากาศเหลวเร็วกว่าออกซิเจน มันละลายได้เล็กน้อยในน้ำ (15.4 มล. / 1 L H 2 O ที่ 20 ˚C) ความสามารถในการละลายของไนโตรเจนจะน้อยกว่าออกซิเจน
ที่อุณหภูมิห้อง N 2 ทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนและกับออกซิเจนในระดับเล็กน้อย:
N 2 + 3F 2 = 2NF 3, N 2 + O 2 ↔ 2NO
ปฏิกิริยาย้อนกลับสำหรับการผลิตแอมโมเนียเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 200˚C ภายใต้ความดันสูงถึง 350 atm และต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาเสมอ (Fe, F 2 O 3, FeO ในห้องปฏิบัติการที่ Pt)
N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 kJ
ตามหลักการของ Le Chatelier การเพิ่มผลผลิตแอมโมเนียควรเกิดขึ้นกับความดันที่เพิ่มขึ้นและอุณหภูมิที่ลดลง อย่างไรก็ตาม อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำนั้นต่ำมาก ดังนั้นกระบวนการนี้จึงดำเนินการที่อุณหภูมิ 450-500 ˚C เพื่อให้ได้แอมโมเนียถึง 15% N 2 และ H 2 ที่ไม่ทำปฏิกิริยาจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่กับเครื่องปฏิกรณ์และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา
ไนโตรเจนมีปฏิกิริยาทางเคมีต่อกรดและด่าง และไม่สนับสนุนการเผาไหม้
รับวี อุตสาหกรรม- การกลั่นแบบเศษส่วนของอากาศของเหลวหรือการกำจัดออกซิเจนออกจากอากาศด้วยวิธีการทางเคมี เช่น โดยปฏิกิริยา 2C (โค้ก) + O 2 = 2CO เมื่อถูกความร้อน ในกรณีเหล่านี้จะได้รับไนโตรเจนซึ่งมีส่วนผสมของก๊าซมีตระกูล (ส่วนใหญ่เป็นอาร์กอน)
ในห้องปฏิบัติการ สามารถรับไนโตรเจนบริสุทธิ์ทางเคมีจำนวนเล็กน้อยได้โดยปฏิกิริยาการปนเปื้อนด้วยความร้อนปานกลาง:
N -3 H 4 N 3 O 2 (T) = N 2 0 + 2H 2 O (60-70)
NH 4 Cl (p) + KNO 2 (p) = N 2 0 + KCl + 2H 2 O (100˚C)
ใช้สำหรับสังเคราะห์แอมโมเนีย กรดไนตริกและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่มีไนโตรเจนเป็นสื่อเฉื่อยสำหรับกระบวนการทางเคมีและโลหะวิทยา และการจัดเก็บสารไวไฟ
NH 3
สารประกอบไบนารี สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคือ - 3. ก๊าซไม่มีสีที่มีกลิ่นเฉพาะตัวฉุน โมเลกุลมีโครงสร้างของจัตุรมุขที่ไม่สมบูรณ์ [: N (H) 3] (sp 3 -hybridization) การปรากฏตัวของคู่อิเล็กตรอนผู้บริจาคในโมเลกุล NH 3 ในไนโตรเจนใน sp 3 -hybrid orbital กำหนดปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะของการเติมไฮโดรเจนไอออนบวกด้วยการก่อตัวของไอออนบวก แอมโมเนียมเอ็นเอช 4 มันทำให้เหลวภายใต้ความดันส่วนเกินที่อุณหภูมิห้อง ในสถานะของเหลวนั้นสัมพันธ์กันเนื่องจากพันธะไฮโดรเจน ความร้อนไม่เสถียร มาละลายในน้ำกันดีกว่า (มากกว่า 700 l / 1 l H 2 O ที่20˚C); สัดส่วนในสารละลายอิ่มตัวคือ 34% โดยน้ำหนักและ 99% โดยปริมาตร pH = 11.8
มีปฏิกิริยาตอบสนองสูง มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาเพิ่มเติม เผาไหม้ในออกซิเจน ทำปฏิกิริยากับกรด แสดงการรีดิวซ์ (เนื่องจาก N -3) และการออกซิไดซ์ (เนื่องจากคุณสมบัติ H+1) ทำให้แห้งด้วยแคลเซียมออกไซด์เท่านั้น
ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพ -การก่อตัวของ "ควัน" สีขาวเมื่อสัมผัสกับก๊าซ HCl การทำให้กระดาษเป็นสีดำที่ชุบด้วยสารละลาย Hg 2 (NO3) 2
ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการสังเคราะห์ HNO 3 และเกลือแอมโมเนียม ใช้ในการผลิตโซดา, ปุ๋ยไนโตรเจน, สีย้อม, วัตถุระเบิด; แอมโมเนียเหลวเป็นสารทำความเย็น เป็นพิษ.
สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
2NH 3 (g) ↔ N 2 + 3H 2
NH 3 (g) + H 2 O ↔ NH 3 * H 2 O (p) ↔ NH 4 + + OH -
NH 3 (g) + HCl (g) ↔ NH 4 Cl (g) "ควัน" สีขาว
4NH 3 + 3O 2 (อากาศ) = 2N 2 + 6 H 2 O (การเผาไหม้)
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6 H 2 O (800˚C, cat.Pt / Rh)
2 NH 3 + 3CuO = 3Cu + N 2 + 3 H 2 O (500˚C)
2 NH 3 + 3Mg = Mg 3 N 2 +3 H 2 (600 ˚C)
NH 3 (g) + CO 2 (g) + H 2 O = NH 4 HCO 3 (อุณหภูมิห้อง ความดัน)
รับ.วี ห้องปฏิบัติการ- การกำจัดแอมโมเนียจากเกลือแอมโมเนียมเมื่อถูกความร้อนด้วยโซดาไลม์: Ca (OH) 2 + 2NH 4 Cl = CaCl 2 + 2H 2 O + NH 3
หรือต้มสารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำแล้วตามด้วยการทำให้แก๊สแห้ง
ในอุตสาหกรรมแอมโมเนียได้มาจากไนโตรเจนกับไฮโดรเจน ผลิตโดยอุตสาหกรรมทั้งในรูปของเหลวหรือเป็นสารละลายเข้มข้นภายใต้ชื่อทางเทคนิค น้ำแอมโมเนีย.
แอมโมเนียไฮเดรตNH 3
*
ชม 2
อู๋.
สารประกอบระหว่างโมเลกุล สีขาวในโครงผลึกคริสตัลมีโมเลกุล NH 3 และ H 2 O ที่จับด้วยพันธะไฮโดรเจนที่อ่อนแอ มีอยู่ในสารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำ เบสอ่อน (ผลิตภัณฑ์แยกตัว - NH 4 ไอออนบวกและ OH แอนไอออน) ไอออนบวกของแอมโมเนียมมีโครงสร้างจัตุรมุขปกติ (sp 3 -hybridization) ไม่เสถียรทางความร้อน สลายตัวอย่างสมบูรณ์เมื่อต้มสารละลาย ทำให้เป็นกลางด้วยกรดแก่ แสดงคุณสมบัติการรีดิวซ์ (เนื่องจาก N -3) ในสารละลายเข้มข้น มันเข้าสู่ปฏิกิริยาของการแลกเปลี่ยนไอออนและความซับซ้อน
ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพ- การก่อตัวของ "ควัน" สีขาวเมื่อสัมผัสกับก๊าซ HCl ใช้เพื่อสร้างตัวกลางที่เป็นด่างเล็กน้อยในสารละลาย ในระหว่างการตกตะกอนของแอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์
สารละลายแอมโมเนีย 1 M ประกอบด้วยไฮเดรต NH 3 * H 2 O ส่วนใหญ่และไอออน NH 4 OH เพียง 0.4% (เนื่องจากการแตกตัวของไฮเดรต) ดังนั้น "แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ NH 4 OH" ที่เป็นไอออนิกจึงไม่มีอยู่จริงในสารละลาย และไม่มีสารประกอบดังกล่าวในไฮเดรตที่เป็นของแข็ง
สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
NH 3 H 2 O (conc.) = NH 3 + H 2 O (เดือดด้วย NaOH)
NH 3 H 2 O + HCl (dil.) = NH 4 Cl + H 2 O
3 (NH 3 H 2 O) (conc.) + CrCl 3 = Cr (OH) 3 ↓ + 3 NH 4 Cl
8 (NH 3 H 2 O) (รวม) + 3Br 2 (p) = N 2 + 6 NH 4 Br + 8H 2 O (40-50˚C)
2 (NH 3 H 2 O) (รวม) + 2KMnO 4 = N 2 + 2MnO 2 ↓ + 4H 2 O + 2KOH
4 (NH 3 H 2 O) (conc.) + Ag 2 O = 2OH + 3H 2 O
4 (NH 3 H 2 O) (conc.) + Cu (OH) 2 + (OH) 2 + 4H 2 O
6 (NH 3 H 2 O) (conc.) + NiCl 2 = Cl 2 + 6H 2 O
สารละลายแอมโมเนียเจือจาง (3-10%) มักเรียกว่า แอมโมเนีย(ชื่อถูกคิดค้นโดยนักเล่นแร่แปรธาตุ) และสารละลายเข้มข้น (18.5 - 25%) เป็นสารละลายแอมโมเนีย (ผลิตโดยอุตสาหกรรม)
ไนโตรเจนออกไซด์
ไนโตรเจนมอนอกไซด์ไม่
ออกไซด์ที่ไม่ก่อให้เกิดเกลือ ก๊าซไม่มีสี เรดิคัลประกอบด้วยโควาเลนต์ σπ-บอนด์ (N꞊O) ในสถานะของแข็งจะมีไดเมอร์ N 2 O 2 ที่มีพันธะ N-N มีความเสถียรทางความร้อนสูง ไวต่อออกซิเจนในอากาศ (เปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล) สามารถละลายได้เล็กน้อยในน้ำและไม่ทำปฏิกิริยากับมัน เฉื่อยทางเคมีต่อกรดและด่าง ทำปฏิกิริยากับโลหะและอโลหะเมื่อถูกความร้อน ของผสมที่มีปฏิกิริยาสูงของ NO และ NO 2 ("ก๊าซไนตรัส") สารตัวกลางในการสังเคราะห์กรดไนตริก
สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
2NO + O 2 (แก๊ส) = 2NO 2 (20˚C)
2NO + C (กราไฟท์) = N 2 + CO 2 (400-500˚C)
10NO + 4P (สีแดง) = 5N 2 + 2P 2 O 5 (150-200˚C)
2NO + 4Cu = N 2 + 2 Cu 2 O (500 - 600˚C)
ปฏิกิริยาต่อของผสมของ NO และ NO 2:
NO + NO 2 + H 2 O = 2HNO 2 (p)
NO + NO 2 + 2KOH (dil.) = 2KNO 2 + H 2 O
NO + NO 2 + Na 2 CO 3 = 2Na 2 NO 2 + CO 2 (450- 500˚C)
รับวี อุตสาหกรรม: ออกซิเดชันของแอมโมเนียกับออกซิเจนบนตัวเร่งปฏิกิริยา, ใน ห้องปฏิบัติการ- ปฏิกิริยาของกรดไนตริกเจือจางกับสารรีดิวซ์:
8HNO 3 + 6Hg = 3Hg 2 (NO 3) 2 + 2 ไม่+ 4 ชั่วโมง 2 ออน
หรือการลดลงของไนเตรต:
2NaNO 2 + 2H 2 SO 4 + 2NaI = 2 ไม่ +
ผม 2 ↓ + 2 H 2 O + 2Na 2 SO 4
ไนโตรเจนไดออกไซด์ไม่ 2
กรดออกไซด์ตามอัตภาพสอดคล้องกับกรดสองชนิด - HNO 2 และ HNO 3 (ไม่มีกรดสำหรับ N 4) ก๊าซสีน้ำตาล โมโนเมอร์ของ NO 2 ที่อุณหภูมิห้อง ในที่เย็น เป็นไดเมอร์ไร้สีที่เป็นของเหลวของ N 2 O 4 (ไดไนโตรเจน เตตรอกไซด์) ทำปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์กับน้ำ ด่าง ตัวออกซิไดซ์ที่แรงมาก กัดกร่อนโลหะ ใช้สำหรับการสังเคราะห์กรดไนตริกและไนเตรตปราศจากน้ำ เป็นสารออกซิไดซ์สำหรับเชื้อเพลิงจรวด เครื่องกรองน้ำมันจากกำมะถัน และตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์ เป็นพิษ.
สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
2NO 2 ↔ 2NO + O 2
4NO 2 (ล.) + H 2 O = 2HNO 3 + N 2 O 3 (คำคล้าย) (ในที่เย็น)
3 NO 2 + H 2 O = 3HNO 3 + NO
2NO 2 + 2NaOH (dil.) = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O
4NO 2 + O 2 + 2 H 2 O = 4 HNO 3
4NO 2 + O 2 + KOH = KNO 3 + 2 H 2 O
2NO 2 + 7H 2 = 2NH 3 + 4 H 2 O (cat.Pt, Ni)
NO 2 + 2HI (p) = NO + I 2 ↓ + H 2 O
NO 2 + H 2 O + SO 2 = H 2 SO 4 + NO (50- 60˚C)
NO 2 + K = KNO 2
6NO 2 + Bi (NO 3) 3 + 3NO (70-110˚C)
รับ:วี อุตสาหกรรม -ออกซิเดชันของ NO กับออกซิเจนในบรรยากาศ in ห้องปฏิบัติการ- อันตรกิริยาของกรดไนตริกเข้มข้นกับสารรีดิวซ์:
6HNO 3 (conc., แนวนอน) + S = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
5HNO 3 (conc., แนวนอน) + P (สีแดง) = H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
2HNO 3 (conc., Hot.) + SO 2 = H 2 SO 4 + 2 NO 2
ไดไนโตรเจนออกไซด์นู๋ 2 อู๋
ก๊าซไม่มีสีมีกลิ่นที่น่าพึงพอใจ ("แก๊สหัวเราะ") N꞊N꞊O สถานะออกซิเดชันอย่างเป็นทางการของไนโตรเจนคือ +1 ซึ่งละลายได้ไม่ดีในน้ำ รองรับการเผาไหม้ของกราไฟท์และแมกนีเซียม:
2N 2 O + C = CO 2 + 2N 2 (450˚C)
N 2 O + Mg = N 2 + MgO (500˚C)
ได้รับจากการสลายตัวทางความร้อนของแอมโมเนียมไนเตรต:
NH 4 NO 3 = N 2 O + 2 H 2 O (195 - 245˚C)
ใช้ในยาเป็นยาชา
ไดไนโตรเจนไตรออกไซด์นู๋ 2 อู๋ 3
ที่อุณหภูมิต่ำ ของเหลวสีน้ำเงิน ON꞊NO 2 สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนอย่างเป็นทางการ +3 ที่อุณหภูมิ 20 ˚C จะสลายตัว 90% เป็นส่วนผสมของ NO ที่ไม่มีสีและ NO 2 สีน้ำตาล ("ก๊าซไนตรัส" ควันอุตสาหกรรม - "หางจิ้งจอก") N 2 O 3 เป็นกรดออกไซด์ ในน้ำเย็นจะสร้าง HNO 2 เมื่อถูกความร้อนจะทำปฏิกิริยาต่างกัน:
3N 2 O 3 + H 2 O = 2HNO 3 + 4NO
ด้วยด่างให้เกลือ HNO 2 เช่น NaNO 2
ได้จากปฏิกิริยาของ NO กับ O 2 (4NO + 3O 2 = 2N 2 O 3) หรือด้วย NO 2 (NO 2 + NO = N 2 O 3)
ด้วยการระบายความร้อนที่แข็งแกร่ง "ก๊าซไนตรัส" และเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการทำลายชั้นโอโซนของบรรยากาศ
ไดไนโตรเจนเพนท็อกไซด์ นู๋ 2 อู๋ 5
ไม่มีสี ของแข็ง O 2 N - O - NO 2 สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคือ +5 ที่อุณหภูมิห้อง จะสลายตัวเป็น NO 2 และ O 2 ใน 10 ชั่วโมง ทำปฏิกิริยากับน้ำและด่างในรูปของกรดออกไซด์:
N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3
N 2 O 5 + 2NaOH = 2NaNO 3 + H 2
ได้รับจากการคายน้ำของกรดไนตริกที่เป็นควัน:
2HNO 3 + P 2 O 5 = N 2 O 5 + 2HPO 3
หรือออกซิเดชันของ NO 2 กับโอโซนที่อุณหภูมิ -78˚C:
2NO 2 + O 3 = N 2 O 5 + O 2
ไนไตรท์และไนเตรต
โพแทสเซียมไนไตรต์คนรู้จัก 2
... สีขาวดูดความชื้น ละลายโดยไม่มีการสลายตัว ทนต่ออากาศแห้ง มาละลายในน้ำกันดีกว่า (กลายเป็นสารละลายไม่มีสี) ไฮโดรไลซ์ด้วยประจุลบ ตัวออกซิไดซ์และรีดิวซ์โดยทั่วไปในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ทำปฏิกิริยาช้ามากในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง มันเข้าสู่ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออน ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพสำหรับ NO 2 ion - การเปลี่ยนสีของสารละลาย MnO 4 สีม่วงและการปรากฏตัวของตะกอนสีดำเมื่อเติม I ไอออน มันถูกใช้ในการผลิตสีย้อมเป็นรีเอเจนต์วิเคราะห์สำหรับกรดอะมิโนและไอโอไดด์ซึ่งเป็นส่วนประกอบของรีเอเจนต์การถ่ายภาพ
สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
2KNO 2 (s) + 2HNO 3 (conc.) = NO 2 + NO + H 2 O + 2KNO 3
2KNO 2 (dil.) + O 2 (แก๊ส) → 2KNO 3 (60-80 ˚C)
KNO 2 + H 2 O + Br 2 = KNO 3 + 2HBr
5NO 2 - + 6H + + 2MnO 4 - (ปรัชญา) = 5NO 3 - + 2Mn 2+ (bts.) + 3H 2 O
3 NO 2 - + 8H + + CrO 7 2- = 3NO 3 - + 2Cr 3+ + 4H 2 O
NO 2 - (sat.) + NH 4 + (sat.) = N 2 + 2H 2 O
2NO 2 - + 4H + + 2I - (bts.) = 2NO + I 2 (สีดำ) ↓ = 2H 2 O
NO 2 - (ขยาย) + Ag + = AgNO 2 (สีเหลืองอ่อน) ↓
รับ วีอุตสาหกรรม- การกู้คืนโพแทสเซียมไนเตรตในกระบวนการ:
KNO 3 + Pb = KNO2+ PbO (350-400˚C)
KNO 3 (ต่อ) + Pb (ฟองน้ำ) + H 2 O = KNO2+ Pb (OH) 2 ↓
3 KNO 3 + CaO + SO 2 = 2 KNO2+ CaSO 4 (300 ˚C)
ชม
itrat
โพแทสเซียม
KNO 3
ชื่อเทคนิค โปแตชหรือ ชาวอินเดียเกลือ ,ดินประสิว.สีขาว ละลายโดยไม่มีการสลายตัวเมื่อความร้อนสลายตัวต่อไป ทนต่ออากาศ ให้ละลายน้ำได้ดี (สูง เอ็นโด-ผล = -36 kJ) ไม่มีการไฮโดรไลซิส ตัวออกซิไดซ์ที่แรงในระหว่างการหลอมรวม (เนื่องจากการปลดปล่อยออกซิเจนของอะตอม) ในสารละลาย จะลดลงด้วยไฮโดรเจนอะตอมเท่านั้น (ในตัวกลางที่เป็นกรดถึง KNO 2 ในตัวกลางที่เป็นด่างถึง NH 3) ใช้ในการผลิตแก้วเป็นสารกันบูดในอาหาร ซึ่งเป็นส่วนประกอบของส่วนผสมของดอกไม้ไฟและปุ๋ยแร่
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2 (400- 500 ˚C)
KNO 3 + 2H 0 (Zn, dil. HCl) = KNO 2 + H 2 O
KNO 3 + 8H 0 (Al, conc. KOH) = NH 3 + 2H 2 O + KOH (80 ˚C)
KNO 3 + NH 4 Cl = N 2 O + 2H 2 O + KCl (230- 300 ˚C)
2 KNO 3 + 3C (กราไฟท์) + S = N 2 + 3CO 2 + K 2 S (การเผาไหม้)
KNO 3 + Pb = KNO 2 + PbO (350 - 400 ˚C)
KNO 3 + 2KOH + MnO 2 = K 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O (350 - 400 ˚C)
รับ: ในอุตสาหกรรม
4KOH (ร้อน) + 4NO 2 + O 2 = 4KNO 3 + 2H 2 O
และในห้องปฏิบัติการ:
KCl + AgNO 3 = KNO 3 + AgCl ↓
เนื้อหาของบทความ
ไนโตรเจน N (ไนโตรเจน) องค์ประกอบทางเคมี (ที่หมายเลข 7) VA กลุ่มย่อยของตารางธาตุ ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยไนโตรเจน 78% (ปริมาตร) เพื่อแสดงให้เห็นว่าปริมาณไนโตรเจนสำรองเหล่านี้มีขนาดใหญ่เพียงใด ขอให้เราสังเกตว่ามีไนโตรเจนในบรรยากาศเหนือพื้นผิวโลกแต่ละตารางกิโลเมตรมากจนมีโซเดียมไนเตรตมากถึง 50 ล้านตันหรือแอมโมเนีย 10 ล้านตัน (สารประกอบของไนโตรเจน) ด้วยไฮโดรเจน) สามารถรับได้ แต่สิ่งนี้ถือเป็นส่วนเล็ก ๆ ของไนโตรเจนที่มีอยู่ในเปลือกโลก การมีอยู่ของไนโตรเจนอิสระบ่งบอกถึงความเฉื่อยและความยากลำบากในการโต้ตอบกับองค์ประกอบอื่นที่อุณหภูมิปกติ ไนโตรเจนที่ถูกผูกมัดเป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์และอนินทรีย์ พืชและสัตว์มีไนโตรเจนที่จับกับคาร์บอนและออกซิเจนในโปรตีน นอกจากนี้ สารประกอบอนินทรีย์ที่มีไนโตรเจนยังเป็นที่รู้จักและสามารถรับได้ในปริมาณมาก เช่น ไนเตรต (NO 3 -), ไนไตรต์ (NO 2 -), ไซยาไนด์ (CN -), ไนไตรด์ (N 3–) และเอไซด์ (N) 3 - ).
ประวัติอ้างอิง
การทดลองของ A. Lavoisier ซึ่งอุทิศให้กับการศึกษาบทบาทของบรรยากาศในการรักษาชีวิตและกระบวนการเผาไหม้ ได้ยืนยันการมีอยู่ของสารเฉื่อยที่ค่อนข้างเฉื่อยในบรรยากาศ Lavoisier เรียกมันว่า azote ซึ่งในภาษากรีกโบราณแปลว่า "ไร้ชีวิต" โดยล้มเหลวในการสร้างธรรมชาติของธาตุที่เหลืออยู่หลังการเผาไหม้ ในปี ค.ศ. 1772 ดี. รัทเทอร์ฟอร์ดจากเอดินบะระระบุว่าก๊าซนี้เป็นองค์ประกอบและเรียกมันว่า "อากาศที่เป็นอันตราย" ชื่อภาษาละตินสำหรับไนโตรเจนมาจากคำภาษากรีก nitron และ gen ซึ่งหมายถึงการก่อดินประสิว
การตรึงไนโตรเจนและวัฏจักรไนโตรเจน
คำว่า "การตรึงไนโตรเจน" หมายถึงกระบวนการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศ N 2 ในธรรมชาติ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี: พืชตระกูลถั่ว เช่น ถั่วลันเตา โคลเวอร์ และถั่วเหลือง จะสะสมเป็นก้อนบนรากของพวกมัน ซึ่งแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนจะเปลี่ยนมันเป็นไนเตรต หรือไนโตรเจนในบรรยากาศถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนภายใต้สภาวะที่เกิดฟ้าผ่า การปลดปล่อย S. Arrhenius พบว่าด้วยวิธีนี้ไนโตรเจนมากถึง 400 ล้านตันได้รับการแก้ไขทุกปี ในบรรยากาศ ไนโตรเจนออกไซด์รวมกับน้ำฝนทำให้เกิดกรดไนตริกและไนตรัส นอกจากนี้ พบว่ามีฝนและหิมะประมาณ ไนโตรเจน 6700 กรัม ถึงดินพวกเขากลายเป็นไนไตรต์และไนเตรต พืชใช้ไนเตรตเพื่อสร้างโปรตีนจากพืช สัตว์กินพืชเหล่านี้ดูดซึมสารโปรตีนของพืชและแปลงเป็นโปรตีนจากสัตว์ หลังจากการตายของสัตว์และพืช การสลายตัวของพวกมัน สารประกอบไนโตรเจนจะถูกแปลงเป็นแอมโมเนีย แอมโมเนียถูกใช้ในสองวิธี: แบคทีเรียที่ไม่ก่อให้เกิดไนเตรตแตกออกเป็นองค์ประกอบ ปล่อยไนโตรเจนและไฮโดรเจน และแบคทีเรียอื่นๆ จะก่อตัวเป็นไนไตรต์จากแอมโมเนีย ซึ่งออกซิไดซ์โดยแบคทีเรียอื่นๆ ไปเป็นไนเตรต ดังนั้นวัฏจักรไนโตรเจนจึงเกิดขึ้นในธรรมชาติหรือวัฏจักรไนโตรเจน
โครงสร้างของนิวเคลียสและเปลือกอิเล็กตรอน
มีไอโซโทปไนโตรเจนที่เสถียรสองชนิดในธรรมชาติ: มีมวล 14 (ประกอบด้วย 7 โปรตอนและ 7 นิวตรอน) และมีจำนวนมวล 15 (ประกอบด้วย 7 โปรตอนและ 8 นิวตรอน) อัตราส่วนของมันคือ 99.635: 0.365 ดังนั้นมวลอะตอมของไนโตรเจนคือ 14.008 ไอโซโทปไนโตรเจนที่ไม่เสถียร 12 N, 13 N, 16 N, 17 N ได้มาจากการปลอมแปลง แผนผังโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมไนโตรเจนมีดังนี้: 1 ส 2 2ส 2 2พี x 1 2พี y 1 2พี zหนึ่ง . ดังนั้นจึงมีอิเล็กตรอน 5 ตัวที่เปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก (ที่สอง) ซึ่งสามารถมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี ออร์บิทัลไนโตรเจนสามารถรับอิเล็กตรอนได้เช่นกัน การก่อตัวของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันจาก (–III) ถึง (V) เป็นไปได้และเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว
โมเลกุลไนโตรเจน
ก่อตั้งขึ้นจากคำจำกัดความของความหนาแน่นของก๊าซที่โมเลกุลไนโตรเจนเป็นไดอะตอมมิกเช่น สูตรโมเลกุลของไนโตรเจนคือ Nє N (หรือ N 2) อะตอมไนโตรเจน 2 อะตอมมี 3 ด้านนอก 3 พี-อิเล็กตรอนของอะตอมแต่ละอะตอมสร้างพันธะสาม: N ::: N: สร้างคู่อิเล็กตรอน ระยะห่างระหว่างอะตอม N – N ที่วัดได้คือ 1.095 Å เช่นเดียวกับในกรณีของไฮโดรเจน ( ซม... HYDROGEN) มีโมเลกุลไนโตรเจนที่มีสปินนิวเคลียร์ต่างกัน - สมมาตรและต้านสมมาตร ที่อุณหภูมิปกติ อัตราส่วนของรูปแบบสมมาตรต่อรูปแบบสมมาตรคือ 2: 1 รู้จักการดัดแปลงไนโตรเจนสองครั้งในสถานะของแข็ง: เอ- ลูกบาศก์และ ข- หกเหลี่ยมพร้อมอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง เอ ® ข–237.39 ° C. การดัดแปลง ขละลายที่ -209.96 ° C และเดือดที่ -195.78 ° C ที่ 1 atm ( ซม... แท็บ หนึ่ง).
พลังงานการแยกตัวของโมล (28.016 กรัมหรือ 6.023X 10 23 โมเลกุล) ของโมเลกุลไนโตรเจนเป็นอะตอม (N 2 2N) มีค่าประมาณ –225 กิโลแคลอรี ดังนั้น อะตอมไนโตรเจนสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้าที่เงียบและมีปฏิกิริยาทางเคมีมากกว่าโมเลกุลไนโตรเจน
รับและสมัคร.
วิธีการได้ธาตุไนโตรเจนขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ที่ต้องการ ไนโตรเจนได้รับในปริมาณมากสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียในขณะที่อนุญาตให้ผสมก๊าซมีตระกูลเล็กน้อย
ไนโตรเจนจากชั้นบรรยากาศ
ในเชิงเศรษฐกิจ การปล่อยไนโตรเจนจากชั้นบรรยากาศนั้นเกิดจากความถูกของวิธีการทำให้อากาศบริสุทธิ์เป็นของเหลว (ไอน้ำ, CO 2, ฝุ่น และสิ่งสกปรกอื่นๆ จะถูกลบออก) รอบต่อเนื่องของการบีบอัด การทำความเย็น และการขยายตัวของอากาศดังกล่าวจะนำไปสู่การทำให้เป็นของเหลว อากาศเหลวต้องผ่านการกลั่นแบบเศษส่วนด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ก๊าซมีตระกูลจะถูกปล่อยออกมาก่อน จากนั้นจึงจะมีไนโตรเจนและออกซิเจนเหลวยังคงอยู่ การทำให้บริสุทธิ์ทำได้โดยกระบวนการแยกส่วนหลายส่วน วิธีนี้ผลิตไนโตรเจนได้หลายล้านตันต่อปี ส่วนใหญ่สำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย ซึ่งเป็นวัตถุดิบในเทคโนโลยีสำหรับการผลิตสารประกอบไนโตรเจนต่างๆ สำหรับอุตสาหกรรมและการเกษตร นอกจากนี้ มักใช้บรรยากาศไนโตรเจนบริสุทธิ์เมื่อมีออกซิเจนอยู่
วิธีการทางห้องปฏิบัติการ
ไนโตรเจนในปริมาณเล็กน้อยสามารถหาได้ในห้องปฏิบัติการด้วยวิธีต่างๆ เช่น แอมโมเนียหรือแอมโมเนียมออกซิไดซ์
กระบวนการออกซิเดชันของไอออนแอมโมเนียมโดยไอออนไนไตรต์สะดวกมาก:
รู้จักวิธีการอื่น - การสลายตัวของอะไซด์เมื่อได้รับความร้อน, การสลายตัวของแอมโมเนียกับคอปเปอร์ (II) ออกไซด์, ปฏิกิริยาของไนไตรต์กับกรดซัลฟามิกหรือยูเรีย:
ในระหว่างการเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของแอมโมเนียที่อุณหภูมิสูง สามารถรับไนโตรเจนได้เช่นกัน:
คุณสมบัติทางกายภาพ
คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของไนโตรเจนแสดงไว้ในตาราง หนึ่ง.
| ตารางที่ 1. คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของไนโตรเจน | |
| ความหนาแน่น g / cm3 | 0.808 (ของเหลว) |
| จุดหลอมเหลว ° С | –209,96 |
| จุดเดือด ° С | –195,8 |
| อุณหภูมิวิกฤต, ° С | –147,1 |
| ความดันวิกฤต atm a | 33,5 |
| ความหนาแน่นวิกฤต g / cm 3 a | 0,311 |
| ความร้อนจำเพาะ J / (molChK) | 14.56 (15 ° C) |
| อิเล็กโตรเนกาติวิตี Pauling | 3 |
| รัศมีโควาเลนต์, | 0,74 |
| รัศมีผลึก | 1.4 (M 3-) |
| ศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออน V b | |
| แรก | 14,54 |
| ที่สอง | 29,60 |
| ก อุณหภูมิและความดันที่ความหนาแน่นของไนโตรเจนเหลวและก๊าซไนโตรเจนเท่ากัน b ปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการกำจัดอิเล็กตรอนภายนอกตัวแรกและตัวถัดไป ต่อ 1 โมลของอะตอมไนโตรเจน |
|
คุณสมบัติทางเคมี.
ตามที่ระบุไว้แล้ว คุณสมบัติเด่นของไนโตรเจนภายใต้สภาวะปกติของอุณหภูมิและความดันคือความเฉื่อย หรือกิจกรรมทางเคมีต่ำ โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของไนโตรเจนประกอบด้วยคู่อิเล็กตรอนสำหรับ2 ส-ระดับและสามครึ่งเต็ม2 R-ออร์บิทัล ดังนั้นไนโตรเจนหนึ่งอะตอมจึงสามารถจับกับอะตอมอื่นได้ไม่เกินสี่อะตอม กล่าวคือ หมายเลขประสานงานคือสี่ อะตอมขนาดเล็กยังจำกัดจำนวนอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่สามารถเชื่อมโยงกับอะตอมได้ ดังนั้น สารประกอบจำนวนมากของสมาชิกอื่นๆ ของกลุ่มย่อย VA จึงไม่มีความคล้ายคลึงกันระหว่างสารประกอบไนโตรเจนเลย หรือสารประกอบไนโตรเจนที่คล้ายคลึงกันไม่เสถียร ดังนั้น PCl 5 จึงเป็นสารประกอบที่เสถียร ในขณะที่ NCl 5 ไม่มีอยู่ อะตอมไนโตรเจนสามารถจับกับอะตอมไนโตรเจนอีกตัวหนึ่ง ทำให้เกิดสารประกอบที่ค่อนข้างคงตัวหลายอย่าง เช่น ไฮดราซีน N 2 H 4 และเมทัลเอไซด์ MN 3 พันธะประเภทนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับองค์ประกอบทางเคมี (ยกเว้นคาร์บอนและซิลิกอน) ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับโลหะหลายชนิดเพื่อสร้างไอออนไนไตรด์บางส่วน M xนู๋ y... ในสารประกอบเหล่านี้ ไนโตรเจนจะมีประจุเป็นลบ ตาราง 2 แสดงสถานะออกซิเดชันและตัวอย่างของสารประกอบที่สอดคล้องกัน
ไนไตรด์
สารประกอบไนโตรเจนที่มีองค์ประกอบทางไฟฟ้าบวกมากกว่า โลหะและอโลหะ - ไนไตรด์ - คล้ายกับคาร์ไบด์และไฮไดรด์ สามารถแบ่งออกได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของพันธะ M – N เป็นไอออนิก โควาเลนต์ และด้วยพันธะประเภทที่อยู่ตรงกลาง ตามกฎแล้วสารเหล่านี้เป็นสารผลึก
ไอออนิกไนไตรด์
พันธะในสารประกอบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากโลหะไปยังไนโตรเจนด้วยการก่อตัวของไอออน N 3 ไนไตรด์เหล่านี้รวมถึง Li 3 N, Mg 3 N 2, Zn 3 N 2 และ Cu 3 N 2 นอกจากลิเธียมแล้ว โลหะอัลคาไลอื่น ๆ IA ไม่ก่อให้เกิดกลุ่มย่อยไนไตรด์ ไอออนไนไตรด์มีจุดหลอมเหลวสูงและทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้าง NH 3 และไฮดรอกไซด์ของโลหะ
โควาเลนต์ไนไตรด์
เมื่ออิเล็กตรอนไนโตรเจนมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะร่วมกับอิเล็กตรอนขององค์ประกอบอื่นโดยไม่ได้ถ่ายโอนพวกมันจากไนโตรเจนไปยังอีกอะตอมหนึ่ง ไนไตรด์ที่มีพันธะโควาเลนต์จะเกิดขึ้น ไฮโดรเจนไนไตรด์ (เช่น แอมโมเนียและไฮดราซีน) เป็นโควาเลนต์อย่างสมบูรณ์ เช่นเดียวกับไนโตรเจนเฮไลด์ (NF 3 และ NCl 3) โควาเลนต์ไนไตรด์ ได้แก่ Si 3 N 4, P 3 N 5 และ BN ซึ่งเป็นสารสีขาวที่มีความคงตัวสูง และ BN มีการดัดแปลงแบบ allotropic สองแบบ ได้แก่ แบบหกเหลี่ยมและแบบเพชร หลังเกิดขึ้นที่ความดันและอุณหภูมิสูงและมีความแข็งใกล้เคียงกับเพชร
ไนไตรด์ที่มีพันธะประเภทกลาง
องค์ประกอบทรานซิชันทำปฏิกิริยากับ NH 3 ที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างสารประกอบประเภทที่ผิดปกติซึ่งมีการกระจายอะตอมไนโตรเจนระหว่างอะตอมของโลหะที่มีระยะห่างสม่ำเสมอ ไม่มีการกระจัดของอิเล็กตรอนที่ชัดเจนในสารประกอบเหล่านี้ ตัวอย่างของไนไตรด์ดังกล่าว ได้แก่ Fe 4 N, W 2 N, Mo 2 N, Mn 3 N 2 สารประกอบเหล่านี้โดยทั่วไปจะเฉื่อยอย่างสมบูรณ์และมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี
สารประกอบไฮโดรเจนของไนโตรเจน
ไนโตรเจนและไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างสารประกอบที่มีลักษณะคล้ายไฮโดรคาร์บอน ความคงตัวของไฮโดรเจนไนโตรเจนลดลงตามจำนวนอะตอมไนโตรเจนที่เพิ่มขึ้นในสายโซ่ ตรงกันข้ามกับไฮโดรคาร์บอนซึ่งมีความเสถียรในสายโซ่ยาวเช่นกัน ไฮโดรเจนไนไตรด์ที่สำคัญที่สุดคือแอมโมเนีย NH 3 และไฮดราซีน N 2 H 4 พวกเขายังรวมถึงกรดไฮดราโซอิก HNNN (HN 3)
แอมโมเนีย NH3
แอมโมเนียเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่สำคัญที่สุดของเศรษฐกิจสมัยใหม่ ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 สหรัฐอเมริกาผลิตประมาณ แอมโมเนีย 13 ล้านตันต่อปี (ในแง่ของแอมโมเนียปราศจากน้ำ)
โครงสร้างโมเลกุล
โมเลกุล NH 3 มีโครงสร้างเกือบเสี้ยม มุมพันธะ H – N – H คือ 107 ° ซึ่งใกล้กับมุมจัตุรมุขที่ 109 ° คู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งใช้จะเทียบเท่ากับกลุ่มที่เชื่อมต่อ ด้วยเหตุนี้ จำนวนการประสานงานของไนโตรเจนคือ 4 และไนโตรเจนจะอยู่ที่ศูนย์กลางของจัตุรมุข
คุณสมบัติของแอมโมเนีย
คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของแอมโมเนียเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำแสดงไว้ในตาราง 3.
จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของแอมโมเนียนั้นต่ำกว่าจุดของน้ำมาก แม้ว่าน้ำหนักโมเลกุลจะใกล้เคียงกันและความคล้ายคลึงกันของโครงสร้างโมเลกุล นี่เป็นเพราะความแข็งแรงของพันธะระหว่างโมเลกุลในน้ำที่ค่อนข้างสูงกว่าในแอมโมเนีย (พันธะระหว่างโมเลกุลนี้เรียกว่าไฮโดรเจน)
แอมโมเนียเป็นตัวทำละลาย
ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงและโมเมนต์ไดโพลของแอมโมเนียเหลวทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับสารอนินทรีย์ที่มีขั้วหรือไอออนิก ตัวทำละลายแอมโมเนียเป็นตัวกลางระหว่างน้ำกับตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เอทิลแอลกอฮอล์ โลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ ละลายในแอมโมเนียทำให้เกิดสารละลายสีน้ำเงินเข้ม สามารถสันนิษฐานได้ว่าการละลายและการแตกตัวเป็นไอออนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนเกิดขึ้นในสารละลายตามแบบแผน
สีน้ำเงินเกี่ยวข้องกับการละลายและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน หรือกับการเคลื่อนที่ของ "รู" ในของเหลว ที่ความเข้มข้นโซเดียมสูงในแอมโมเนียเหลว สารละลายจะมีสีบรอนซ์และมีค่าการนำไฟฟ้าสูง โลหะอัลคาไลที่ไม่ผูกมัดสามารถกู้คืนได้จากสารละลายดังกล่าวโดยการระเหยของแอมโมเนียหรือการเติมโซเดียมคลอไรด์ สารละลายของโลหะในแอมโมเนียเป็นตัวรีดิวซ์ที่ดี การทำให้เป็นอัตโนมัติเกิดขึ้นในแอมโมเนียเหลว
คล้ายกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในน้ำ:
คุณสมบัติทางเคมีบางอย่างของทั้งสองระบบเปรียบเทียบในตาราง 4.
แอมโมเนียเหลวในฐานะตัวทำละลายมีประโยชน์ในบางกรณีเมื่อไม่สามารถทำปฏิกิริยาในน้ำได้เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างส่วนประกอบกับน้ำอย่างรวดเร็ว (เช่น ออกซิเดชันและการลดลง) ตัวอย่างเช่น ในแอมโมเนียเหลว แคลเซียมทำปฏิกิริยากับ KCl เพื่อสร้าง CaCl 2 และ K เนื่องจาก CaCl 2 ไม่ละลายในแอมโมเนียเหลว และ K สามารถละลายได้ และปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างสมบูรณ์ ในน้ำ ปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นไปไม่ได้เนื่องจากปฏิกิริยาที่รวดเร็วของ Ca กับน้ำ
รับแอมโมเนีย
ก๊าซ NH 3 ถูกปล่อยออกมาจากเกลือแอมโมเนียมภายใต้การกระทำของเบสที่แรงเช่น NaOH:
วิธีการนี้ใช้ได้ในสภาพห้องปฏิบัติการ การผลิตแอมโมเนียขนาดเล็กยังขึ้นอยู่กับการไฮโดรไลซิสของไนไตรด์ เช่น Mg 3 N 2 กับน้ำ แคลเซียมไซยานาไมด์ CaCN 2 เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ จะสร้างแอมโมเนียได้เช่นกัน วิธีทางอุตสาหกรรมหลักในการผลิตแอมโมเนียคือการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาจากไนโตรเจนในบรรยากาศและไฮโดรเจนที่อุณหภูมิและความดันสูง:
ไฮโดรเจนสำหรับการสังเคราะห์นี้ได้มาจากการแตกร้าวด้วยความร้อนของไฮโดรคาร์บอน การกระทำของไอน้ำบนถ่านหินหรือเหล็ก การสลายตัวของแอลกอฮอล์ด้วยไอน้ำ หรืออิเล็กโทรไลซิสของน้ำ ได้รับสิทธิบัตรจำนวนมากสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย ซึ่งแตกต่างกันไปตามสภาวะของกระบวนการ (อุณหภูมิ ความดัน ตัวเร่งปฏิกิริยา) มีวิธีการผลิตเชิงอุตสาหกรรมโดยการกลั่นถ่านหินด้วยความร้อน ชื่อของ F. Gaber และ K. Bosch เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเทคโนโลยีของการสังเคราะห์แอมโมเนีย
| ตารางที่ 4. การเปรียบเทียบปฏิกิริยาในสื่อที่เป็นน้ำและแอมโมเนีย | |
| สิ่งแวดล้อมน้ำ | สภาพแวดล้อมแอมโมเนีย |
| การวางตัวเป็นกลาง | |
| OH - + H 3 O + ® 2H 2 O | NH 2 - + NH 4 + ® 2NH 3 |
| ไฮโดรไลซิส (โปรโตไลซิส) | |
| บมจ. 5 + 3H 2 O POCl 3 + 2H 3 O + + 2Cl - | บมจ. 5 + 4NH 3 PNCl 2 + 3NH 4 + + 3Cl - |
| การแทน | |
| Zn + 2H 3 O + ® Zn 2+ + 2H 2 O + H 2 | Zn + 2NH 4 + ® Zn 2+ + 2NH 3 + H 2 |
| การแก้ปัญหา (ความซับซ้อน) | |
| อัล 2 Cl 6 + 12H 2 O 2 3+ + 6Cl - | อัล 2 Cl 6 + 12NH 3 2 3+ + 6Cl - |
| Amphotericity | |
| สังกะสี 2+ + 2OH - สังกะสี (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– |
คุณสมบัติทางเคมีของแอมโมเนีย
นอกจากปฏิกิริยาที่กล่าวถึงในตารางแล้ว 4 แอมโมเนียทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างสารประกอบ NH 3 CH H 2 O ซึ่งมักเข้าใจผิดคิดว่าเป็นแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ NH 4 OH; อันที่จริง การมีอยู่ของ NH 4 OH ในสารละลายยังไม่ได้รับการพิสูจน์ สารละลายแอมโมเนียในน้ำ ("แอมโมเนีย") ประกอบด้วย NH 3, H 2 O เป็นหลัก และความเข้มข้นเล็กน้อยของ NH 4 + และ OH - ไอออนที่เกิดขึ้นระหว่างการแตกตัว
ตัวละครหลักของแอมโมเนียอธิบายได้จากการมีไนโตรเจนคู่เดียวของไนโตรเจน: NH 3 ดังนั้น NH 3 จึงเป็นฐานของลูอิสซึ่งมีกิจกรรมนิวคลีโอฟิลิกสูงกว่า แสดงออกในรูปของการเชื่อมโยงกับโปรตอนหรือนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน:
ไอออนหรือโมเลกุลใดๆ ที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอน (สารประกอบอิเล็กโทรฟิลิก) จะทำปฏิกิริยากับ NH 3 เพื่อสร้างสารประกอบโคออร์ดิเนต ตัวอย่างเช่น:
สัญลักษณ์ M น+ หมายถึงไอออนของโลหะทรานซิชัน (กลุ่มย่อย B ของตารางธาตุ เช่น Cu 2+, Mn 2+ เป็นต้น) กรดโปรติกใดๆ (เช่น ที่มี H) ทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียในสารละลายในน้ำเพื่อสร้างเกลือแอมโมเนียม เช่น แอมโมเนียมไนเตรต NH 4 NO 3 แอมโมเนียมคลอไรด์ NH 4 Cl แอมโมเนียมซัลเฟต (NH 4) 2 SO 4 ฟอสเฟตแอมโมเนียม (NH 4) 3 ป.4 เกลือเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเกษตรเพื่อเป็นปุ๋ยสำหรับใส่ไนโตรเจนลงในดิน แอมโมเนียมไนเตรตยังใช้เป็นระเบิดราคาไม่แพง มันถูกใช้ครั้งแรกกับน้ำมันเชื้อเพลิง (น้ำมันดีเซล) สารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำใช้โดยตรงสำหรับการนำเข้าสู่ดินหรือกับน้ำเพื่อการชลประทาน ยูเรีย NH 2 CONH 2 ที่ได้จากการสังเคราะห์จากแอมโมเนียและคาร์บอนไดออกไซด์ก็เป็นปุ๋ยเช่นกัน ก๊าซแอมโมเนียทำปฏิกิริยากับโลหะเช่น Na และ K เพื่อสร้างเอไมด์:
แอมโมเนียทำปฏิกิริยากับไฮไดรด์และไนไตรด์เพื่อสร้างเอไมด์:
โลหะอัลคาไลเอไมด์ (เช่น NaNH 2) ทำปฏิกิริยากับ N 2 O เมื่อถูกความร้อนเพื่อสร้างเอไซด์:
ก๊าซ NH 3 ช่วยลดออกไซด์ของโลหะหนักเป็นโลหะที่อุณหภูมิสูง เห็นได้ชัดว่าเกิดจากไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวของแอมโมเนียเป็น N 2 และ H 2:
อะตอมไฮโดรเจนในโมเลกุล NH 3 สามารถแทนที่ด้วยฮาโลเจน ไอโอดีนทำปฏิกิริยากับสารละลาย NH 3 เข้มข้นเพื่อสร้างส่วนผสมที่มี NI 3 สารนี้มีความไม่เสถียรมากและระเบิดได้เมื่อกระทบทางกลเพียงเล็กน้อย เมื่อ NH 3 ทำปฏิกิริยากับ Cl 2 จะเกิดคลอรามีน NCl 3, NHCl 2 และ NH 2 Cl เมื่อแอมโมเนียสัมผัสกับโซเดียมไฮโปคลอไรท์ NaOCl (เกิดจาก NaOH และ Cl 2) ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือไฮดราซีน:
ไฮดราซีน.
ปฏิกิริยาข้างต้นแสดงวิธีการเตรียมไฮดราซีนโมโนไฮเดรตขององค์ประกอบ N 2 H 4 CH H 2 O แอนไฮดรัสไฮดราซีนเกิดขึ้นจากการกลั่นแบบพิเศษของโมโนไฮเดรตด้วย BaO หรือสารขจัดน้ำออกอื่นๆ ในแง่ของคุณสมบัติ ไฮดราซีนคล้ายกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H 2 O 2 เล็กน้อย ไฮดราซีนปราศจากน้ำบริสุทธิ์เป็นของเหลวดูดความชื้นไม่มีสีเดือดที่ 113.5 ° C; ละลายได้ดีในน้ำ เกิดเป็นเบสอ่อน
ในตัวกลางที่เป็นกรด (H +) ไฮดราซีนจะสร้างเกลือไฮดราโซเนียมที่ละลายน้ำได้ของประเภท + X ความสะดวกที่ไฮดราซีนและอนุพันธ์ของไฮดราซีน (เช่น เมทิลไฮดราซีน) ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนทำให้สามารถใช้เป็นส่วนประกอบของตัวขับเคลื่อนของเหลวได้ ไฮดราซีนและอนุพันธ์ทั้งหมดมีความเป็นพิษสูง
ไนโตรเจนออกไซด์.
ในสารประกอบที่มีออกซิเจน ไนโตรเจนแสดงสถานะออกซิเดชันทั้งหมด ทำให้เกิดออกไซด์: N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 (N 2 O 4), N 2 O 5 มีข้อมูลเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการก่อตัวของไนโตรเจนเปอร์ออกไซด์ (NO 3, NO 4) 2HNO2. บริสุทธิ์ N 2 O 3 สามารถรับได้เป็นของเหลวสีน้ำเงินที่อุณหภูมิต่ำ (-20
ที่อุณหภูมิห้อง NO 2 เป็นก๊าซสีน้ำตาลเข้มที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กเนื่องจากมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 ° C โมเลกุล NO 2 จะกลายเป็นไดไนโตรเจน เตตรอกไซด์ และที่ –9.3 ° C ไดเมอไรเซชันจะดำเนินการอย่างสมบูรณ์: 2NO 2 N 2 O 4 ในสถานะของเหลว มีเพียง 1% NO 2 ที่ไม่ไดเมอไรซ์ และที่ 100 ° C จะยังคงอยู่ในรูปของไดเมอร์ 10% N 2 O 4
NO 2 (หรือ N 2 O 4) ทำปฏิกิริยาในน้ำอุ่นเพื่อสร้างกรดไนตริก: 3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO ดังนั้นเทคโนโลยี NO 2 จึงมีความสำคัญมากในฐานะที่เป็นขั้นตอนกลางในการผลิตกรดไนตริกซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม
ไนตริกออกไซด์ (V)
ไม่มี 2 O 5 ( เก่า... กรดไนตริกแอนไฮไดรด์) - สารผลึกสีขาวที่ได้จากการคายน้ำของกรดไนตริกต่อหน้าฟอสฟอรัสออกไซด์ P 4 O 10:
2MX + H 2 N 2 O 2 การระเหยของสารละลายทำให้เกิดการระเบิดสีขาวโดยมีโครงสร้างที่สันนิษฐานว่า H – O – N = N – O – Hกรดไนตรัส
HNO 2 ไม่มีอยู่ในรูปที่บริสุทธิ์ อย่างไรก็ตาม สารละลายในน้ำที่มีความเข้มข้นต่ำเกิดขึ้นเมื่อเติมกรดซัลฟิวริกลงในแบเรียมไนไตรต์:
กรดไนตรัสยังเกิดขึ้นจากการละลายของผสมที่เท่ากันของ NO และ NO 2 (หรือ N 2 O 3) ในน้ำ กรดไนตรัสนั้นแรงกว่ากรดอะซิติกเล็กน้อย สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนในนั้นคือ +3 (โครงสร้างของมันคือ H – O – N = O); มันสามารถเป็นได้ทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ ภายใต้การกระทำของตัวรีดิวซ์ มักจะลดลงเป็น NO และเมื่อทำปฏิกิริยากับสารออกซิแดนท์ จะถูกออกซิไดซ์เป็นกรดไนตริก
อัตราการละลายของสารบางชนิด เช่น โลหะหรือไอโอไดด์ไอออน ในกรดไนตริกขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของกรดไนตรัสที่มีอยู่ในสิ่งเจือปน เกลือของกรดไนตรัส - ไนไตรต์ - ละลายได้ง่ายในน้ำ ยกเว้นซิลเวอร์ไนไตรต์ NaNO 2 ใช้ในการผลิตสีย้อม
กรดไนตริก
HNO 3 เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์อนินทรีย์ที่สำคัญที่สุดของอุตสาหกรรมเคมีกระแสหลัก ใช้ในเทคโนโลยีของสารอนินทรีย์และอินทรีย์อื่นๆ เช่น วัตถุระเบิด ปุ๋ย โพลีเมอร์และเส้นใย สีย้อม เภสัชภัณฑ์ ฯลฯ
วรรณกรรม:
คู่มือของ Azotchik... ม., 1969
BV Nekrasov พื้นฐานของเคมีทั่วไป... ม., 1973
ปัญหาการตรึงไนโตรเจน เคมีอนินทรีย์และฟิสิกส์... ม., 1982