Atomska masa azota. Biti u prirodi, primati. Porijeklo i distribucija
Dom Azot je hemijski element, atomski broj 7, atomska masa 14,0067. U vazduhu, slobodnog azota (u obliku N 2 molekula) iznosi 78,09%. Azot je nešto lakši od vazduha, gustine 1,2506 kg/m 3 na nultoj temperaturi i normalan pritisak . Tačka ključanja -195,8°C. Kritična temperatura je -147°C, a kritični pritisak 3,39 MPa. Dušik je bezbojan, bez mirisa, ukusa, netoksičan, nezapaljiv, neeksplozivan i nezapaljiv gas u gasovitom stanju kada normalna temperatura ima visoku inerciju. Hemijska formula
- N. U normalnim uslovima, molekul azota je dvoatomski - N 2. Proizvodnja azota u industrijske razmjere
na osnovu dobijanja iz vazduha (vidi). Još uvijek se vodi debata o tome ko je otkrio dušik. Godine 1772. škotski doktor Daniel Rutherford (Daniel Rutherford) propuštanje zraka kroz vrući ugalj, a zatim kroz vodeni rastvor alkalija - primio je gas, koji je nazvao "otrovnim gasom". Ispostavilo se da se zapaljeni iver unesen u posudu napunjenu azotom gasi iživo biće
u atmosferi ovog gasa brzo umire. U isto vrijeme, dok je provodio sličan eksperiment, britanski fizičar je dobio dušik Henry Cavendshin (Henry Cavendish) nazivajući to "zagušljivim zrakom", britanski prirodnjak Joseph Priestley (Joseph Priestley) mu je dao naziv "dephlogisticated air", švedski hemičar Karl Wilhelm Scheele
(Carl Wilhelm Scheele) - "pokvaren vazduh." Konačni naziv "azot" je ovom gasu dao francuski naučnik Antoine Laurent Lavoisier (Antoine Laurent de Lavoisier). Riječ "azot" grčkog porijekla.
i znači "beživotno"
Postavlja se logično pitanje: "Ako se dušik formira, koja je svrha koristiti ga za zavarivanje nehrđajućih čelika koji sadrže elemente koji stvaraju karbide?" Stvar je u tome da čak i relativno mali sadržaj azota povećava toplotnu snagu luka . Zbog ove osobine najčešće se koristi dušik.
ne za zavarivanje, već za rezanje plazmom
Dušik je netoksičan plin, ali može djelovati kao jednostavno sredstvo za gušenje (gasni gas). Gušenje se javlja kada nivoi azota u vazduhu smanje nivo kiseonika na 75% ili ispod normalne koncentracije. Otpuštaju dušik u plinovitom i tekućem obliku. Za 1. (99,6% dušika) i 2. (99,0% dušika) razreda.
Čuva se i transportuje u komprimovanom stanju u čeličnim cilindrima. Cilindri su obojeni crnom bojom sa natpisom “NITROGEN” žutim slovima na gornjem cilindričnom dijelu.
(prema Paulingu)
| N | 7 |
| 14,00674 | |
| 2s 2 2p 3 | |
| Azot | |
Azot, u obliku dvoatomskih molekula N2, čini najveći dio atmosfere, gdje je njegov sadržaj 75,6% (po masi) ili 78,084% (po zapremini), odnosno oko 3,87 10 15 tona.
Masa azota rastvorenog u hidrosferi, uzimajući u obzir da se procesi rastvaranja atmosferskog azota u vodi istovremeno odvijaju i njegovog ispuštanja u atmosferu, iznosi oko 2 10 13 tona, osim toga, sadržano je približno 7 10 11 tona azota. u hidrosferi u obliku jedinjenja.
Biološka uloga
Dušik je element neophodan za postojanje životinja i biljaka, deo je proteina (16-18% po masi), aminokiselina; nukleinske kiseline, nukleoproteini, hlorofil, hemoglobin itd. U sastavu živih ćelija broj atoma azota je oko 2%, prema maseni udio- oko 2,5% (četvrto mesto posle vodonika, ugljenika i kiseonika). S tim u vezi, značajna količina fiksiranog dušika sadržana je u živim organizmima, “mrtvoj organskoj tvari” i raspršenoj tvari mora i oceana. Ova količina se procjenjuje na približno 1,9 10 11 tona kao rezultat procesa truljenja i razlaganja organske tvari koja sadrži dušik, podložna povoljnim faktorima. okruženje, prirodne naslage minerala koji sadrže dušik mogu formirati, na primjer, „čileanski nitrat” (natrijum nitrat sa primesama drugih jedinjenja), norveški, indijski nitrat.
Kruženje dušika u prirodi
Kruženje dušika u prirodi
Fiksacija atmosferskog dušika u prirodi se odvija u dva glavna smjera - abiogenom i biogenom. Prvi put uključuje uglavnom reakcije dušika s kisikom. Budući da je dušik kemijski vrlo inertan, potrebne su velike količine energije za oksidaciju ( visoke temperature). Ovi uslovi se postižu tokom udara groma kada temperatura dostigne 25.000 °C ili više. U tom slučaju dolazi do stvaranja različitih dušikovih oksida. Također postoji mogućnost da se abiotička fiksacija dogodi kao rezultat fotokatalitičkih reakcija na površini poluvodiča ili širokopojasnih dielektrika (pustinjski pijesak).
Međutim, glavni dio molekularnog dušika (oko 1,4·10 8 t/god) je fiksiran biotički. Za dugo vremena vjerovalo se da samo mali broj vrsta mikroorganizama (iako široko rasprostranjenih na površini Zemlje) može vezati molekularni dušik: bakterije Azotobacter I Clostridium, kvržice mahunarki Rhizobium, cijanobakterije Anabaena, Nostoc itd. Danas je poznato da tu sposobnost imaju i mnogi drugi organizmi u vodi i tlu, na primjer aktinomicete u krtolima johe i drugog drveća (ukupno 160 vrsta). Svi oni pretvaraju molekularni dušik u amonijum jedinjenja (NH 4 +). Ovaj proces zahtijeva značajni troškovi energije (za fiksiranje 1 g atmosferskog dušika, bakterije u kvržicama mahunarki troše oko 167,5 kJ, odnosno oksidiraju približno 10 g glukoze). Dakle, vidljiva je obostrana korist od simbioze biljaka i bakterija koje fiksiraju dušik - prve obezbjeđuju drugima "mjesto za život" i opskrbljuju "gorivo" dobiveno kao rezultat fotosinteze - glukozu, a druge obezbjeđuju dušik. neophodna biljkama u obliku koji mogu da apsorbuju.
Dušik u obliku amonijaka i amonijevih spojeva, koji nastaju kao rezultat biogenih procesa fiksacije dušika, brzo se oksidira u nitrate i nitrite (ovaj proces se naziva nitrifikacija). Potonji, koji nisu povezani biljnim tkivima (i dalje lanac ishrane biljojedi i grabežljivci) ne ostaju dugo u tlu. Većina nitrata i nitrita je visoko rastvorljiva, pa ih voda ispere i na kraju završe u svjetskim okeanima (ovaj protok se procjenjuje na 2,5-8·10 7 t/god).
Dušik uključen u tkiva biljaka i životinja, nakon njihove smrti, prolazi kroz amonifikaciju (razlaganje kompleksnih spojeva koji sadrže dušik uz oslobađanje amonijaka i amonijevih iona) i denitrifikaciju, odnosno oslobađanje atomskog dušika, kao i njegovih oksida. . Ovi procesi nastaju isključivo zbog aktivnosti mikroorganizama u aerobnim i anaerobnim uslovima.
U nedostatku ljudske aktivnosti, procesi fiksacije dušika i nitrifikacije gotovo su potpuno uravnoteženi suprotnim reakcijama denitrifikacije. Dio dušika ulazi u atmosferu iz plašta vulkanskim erupcijama, dio je čvrsto fiksiran u tlu i minerali gline Osim toga, dolazi do stalnog curenja dušika iz gornjih slojeva atmosfere u međuplanetarni prostor.
Toksikologija dušika i njegovih spojeva
Atmosferski dušik je sam po sebi dovoljno inertan da ima direktan utjecaj na ljudsko tijelo i sisare. Međutim, kada visok krvni pritisak izaziva narkozu, intoksikaciju ili gušenje (zbog nedostatka kiseonika); Kada se pritisak brzo smanjuje, dušik uzrokuje dekompresijsku bolest.
Mnoga jedinjenja dušika su vrlo aktivna i često toksična.
Potvrda
U laboratorijima se može dobiti reakcijom razgradnje amonijum nitrita:
NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O
Reakcija je egzotermna, oslobađajući 80 kcal (335 kJ), tako da se posuda mora hladiti dok se odvija (iako se amonijum nitrit mora zagrijati da bi se reakcija pokrenula).
U praksi se ova reakcija izvodi dodavanjem kap po kap zasićene otopine natrijum nitrita u zagrijanu zasićenu otopinu amonijum sulfata, a amonijum nitrit koji nastaje kao rezultat reakcije izmjene trenutno se raspada.
Plin koji se u ovom slučaju oslobađa kontaminiran je amonijakom, dušikovim oksidom (I) i kisikom, od kojih se pročišćava uzastopnim prolaskom kroz otopine sumporne kiseline, željeznog (II) sulfata i preko vrućeg bakra. Azot se zatim suši.
Druga laboratorijska metoda za proizvodnju dušika je zagrijavanje mješavine kalijum dihromata i amonijum sulfata (u omjeru 2:1 po težini). Reakcija se odvija prema jednadžbi:
K 2 Cr 2 O 7 + (NH 4) 2 SO 4 = (NH 4) 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 →(t) Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O
Najčišći dušik se može dobiti razgradnjom metalnih azida:
2NaN 3 →(t) 2Na + 3N 2
Takozvani "zračni" ili "atmosferski" dušik, odnosno mješavina dušika s plemenitim plinovima, dobiva se reakcijom zraka s vrućim koksom:
O 2 + 4N 2 + 2C → 2CO + 4N 2
Tako nastaje takozvani "generatorski" ili "vazdušni" gas - sirovina za hemijsku sintezu i gorivo. Ako je potrebno, dušik se može odvojiti od njega apsorbiranjem ugljičnog monoksida.
Molekularni dušik se industrijski proizvodi frakcijskom destilacijom tekućeg zraka. Ova metoda se takođe može koristiti za dobijanje „atmosferskog azota“. Postrojenja za azot koji koriste metode adsorpcije i membranske separacije plinova također se široko koriste.
Jedna od laboratorijskih metoda je propuštanje amonijaka preko bakar (II) oksida na temperaturi od ~700°C:
2NH 3 + 3CuO → N 2 + 3H 2 O + 3Cu
Amonijak se uzima iz njegove zasićene otopine zagrijavanjem. Količina CuO je 2 puta veća od izračunate. Neposredno prije upotrebe, dušik se prečišćava od kisika i amonijaka prelaskom preko bakra i njegovog oksida (II) (takođe ~700°C), a zatim se suši koncentriranom sumpornom kiselinom i suvim alkalijama. Proces je prilično spor, ali se isplati: dobiveni plin je vrlo čist.
Svojstva
Fizička svojstva
Optički linijski emisioni spektar dušika
U normalnim uslovima, azot je bezbojan gas, bez mirisa i slabo rastvorljiv u vodi (2,3 ml/100 g na 0 °C, 0,8 ml/100 g na 80 °C).
U tečnom stanju (tačka ključanja -195,8 °C) je bezbojna, pokretna tečnost, poput vode. Kada je u kontaktu sa vazduhom, apsorbuje kiseonik iz njega.
Na -209,86 °C, dušik prelazi u čvrsto stanje u obliku snježne mase ili velikih snježnobijelih kristala. U kontaktu sa vazduhom, apsorbuje kiseonik iz njega i topi se, formirajući rastvor kiseonika u azotu.
Poznate su tri kristalne modifikacije čvrstog dušika. U opsegu 36,61 - 63,29 K nalazi se β-N 2 faza sa heksagonalnim bliskim pakiranjem, prostorna grupa P6 3/mmc, parametri rešetke a=3,93 Å i c=6,50 Å. Na temperaturama ispod 36,61 K, α-N 2 faza sa kubičnom rešetkom je stabilna, ima prostornu grupu Pa3 ili P2 1 3 i period a = 5,660 Å. Pod pritiskom većim od 3500 atmosfera i temperaturom ispod 83 K, formira se heksagonalna γ-N 2 faza.
Hemijska svojstva, molekularna struktura
Azot u slobodnom stanju postoji u obliku dvoatomskih molekula N 2, čija je elektronska konfiguracija opisana formulom σ s ²σ s *2 π x, y 4 σ z ², što odgovara trostrukoj vezi između molekula dušika N ≡N (dužina veze d N≡N = 0,1095 nm). Kao rezultat toga, molekul dušika je izuzetno jak za reakciju disocijacije N 2 ↔ 2N specifična entalpija formiranja ΔH° 298 =945 kJ, konstanta brzine reakcije K 298 =10 -120, odnosno disocijacija molekula azota se praktično ne dešava u normalnim uslovima (ravnoteža je skoro potpuno pomerena ulevo). Molekul dušika je nepolaran i slabo polariziran, sile interakcije između molekula su vrlo slabe, stoga je u normalnim uvjetima dušik plinovit.
Čak i na 3000 °C, stepen termičke disocijacije N 2 je samo 0,1%, a samo na temperaturi od oko 5000 °C dostiže nekoliko procenata (pri normalnom pritisku). U visokim slojevima atmosfere dolazi do fotohemijske disocijacije molekula N 2. U laboratorijskim uslovima moguće je dobiti atomski azot propuštanjem gasovitog N 2 pod jakim pražnjenjem kroz polje visokofrekventnog električnog pražnjenja. Atomski dušik je mnogo aktivniji od molekularnog dušika: posebno, na uobičajenim temperaturama reagira sa sumporom, fosforom, arsenom i brojnim metalima, na primjer, co.
Zbog velike snage molekula dušika, mnogi njegovi spojevi su endotermni, entalpija njihovog stvaranja je negativna, a dušikovi spojevi su termički nestabilni i prilično se lako raspadaju pri zagrijavanju. Zbog toga je azot na Zemlji uglavnom u slobodnom stanju.
Zbog svoje značajne inertnosti, azot reaguje samo sa litijumom pod normalnim uslovima:
6Li + N 2 → 2Li 3 N,
kada se zagrije, reagira s nekim drugim metalima i nemetalima, također stvarajući nitride:
3Mg + N 2 → Mg 3 N 2,
Greatest praktični značaj ima vodonik nitrid (amonijak):
Industrijska fiksacija atmosferskog dušika
Azotna jedinjenja su izuzetno rasprostranjena u hemiji, nemoguće je čak ni nabrojati sve oblasti u kojima se koriste supstance koje sadrže azot: to je industrija đubriva, eksploziva, boja, lekova itd. Iako su ogromne količine azota dostupne bukvalno „iz vazduha“, zbog snage molekula azota N 2 opisanog gore, problem dobijanja jedinjenja koja sadrže azot iz vazduha dugo je ostao nerešen; većina jedinjenja azota su ekstrahovana iz njegovih minerala, kao što je čileanska salitra. Međutim, smanjenje rezervi ovih minerala, kao i sve veća potreba za dušičnim spojevima, primorali su da se ubrza rad na industrijskoj fiksaciji atmosferskog dušika.
Najčešća amonijačna metoda fiksiranja atmosferskog dušika. Reverzibilna reakcija sinteze amonijaka:
3H 2 + N 2 ↔ 2NH 3
egzotermna (toplotni efekat 92 kJ) i dolazi sa smanjenjem zapremine, stoga je za pomeranje ravnoteže udesno u skladu sa Le Chatelier-Brown principom neophodno hlađenje smeše i visoki pritisci. Međutim, s kinetičke tačke gledišta, snižavanje temperature je nepovoljno, jer to uvelike smanjuje brzinu reakcije - već na 700 °C brzina reakcije je preniska za praktičnu upotrebu.
U takvim slučajevima koristi se kataliza jer odgovarajući katalizator omogućava povećanje brzine reakcije bez promjene ravnoteže. U procesu traženja odgovarajućeg katalizatora, isprobano je oko dvadeset hiljada različitih jedinjenja. Na osnovu kombinacije svojstava (katalitička aktivnost, otpornost na trovanje, niska cijena) najveća primena dobio katalizator na bazi metalnog željeza sa primjesama oksida aluminija i kalija. Proces se izvodi na temperaturama od 400-600°C i pritiscima od 10-1000 atmosfera.
Treba napomenuti da pri pritiscima iznad 2000 atmosfera dolazi do sinteze amonijaka iz mješavine vodonika i dušika sa velike brzine i bez katalizatora. Na primjer, na 850 °C i 4500 atmosfera, prinos proizvoda je 97%.
Postoji još jedna, manje uobičajena metoda za industrijsko vezivanje atmosferskog dušika - cijanamidna metoda, zasnovana na reakciji kalcijum karbida sa dušikom na 1000 °C. Reakcija se odvija prema jednadžbi:
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C.
Reakcija je egzotermna, njen termički efekat je 293 kJ.
Svake godine, otprilike 1·10 6 tona dušika se industrijski ukloni iz Zemljine atmosfere. Proces dobijanja azota je detaljno opisan ovde GRASYS
Jedinjenja dušika
Stanja oksidacije dušika u jedinjenjima su -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5.Jedinjenja dušika u -3 oksidacijskom stanju predstavljaju nitridi, od kojih je amonijak praktično najvažniji;
Jedinjenja azota u -2 oksidacionom stanju su manje tipična i predstavljena su pernitridima, od kojih je najvažniji vodonik pernitrid N2H4 ili hidrazin (postoji i izuzetno nestabilan vodonik pernitrid N2H2, diimid);
Jedinjenja dušika u oksidacionom stanju −1 NH2OH (hidroksilamin) su nestabilna baza koja se, zajedno sa hidroksilamonijum solima, koristi u organskoj sintezi;
Jedinjenja dušika u oksidacionom stanju +1 dušikov oksid (I) N2O (dušikov oksid, smiješni plin);
Jedinjenja dušika u oksidacionom stanju +2 dušikov oksid (II) NO (azot monoksid);
Jedinjenja dušika u oksidacionom stanju +3 dušikov oksid (III) N2O3, azotna kiselina, derivati anjona NO2-, dušikov trifluorid NF3;
Jedinjenja dušika u oksidacionom stanju +4 dušikov oksid (IV) NO2 (azot dioksid, smeđi plin);
Jedinjenja dušika u oksidacionom stanju +5 - dušikov oksid (V) N2O5, dušična kiselina i njene soli - nitrati itd.
Upotreba i primjena
Tečni azot niskog ključanja u metalnoj čaši.
Tečni dušik se koristi kao rashladno sredstvo i za krioterapiju.
Industrijska primjena plinovitog dušika je zbog njegovih inertnih svojstava. Gasni dušik je otporan na vatru i eksploziju, sprječava oksidaciju i truljenje. U petrohemiji, dušik se koristi za pročišćavanje rezervoara i cjevovoda, provjeru rada cjevovoda pod pritiskom i povećanje proizvodnje na poljima. IN rudarstvo Dušik se može koristiti za stvaranje okruženja otpornog na eksploziju u rudnicima i za širenje slojeva stijena. U proizvodnji elektronike, dušik se koristi za pročišćavanje područja koja ne dozvoljavaju prisustvo oksidirajućeg kisika. Ako se u procesu koji se tradicionalno izvodi korištenjem zraka, dolazi do oksidacije ili truljenja negativni faktori- Azot može uspješno zamijeniti zrak.
Važno područje primjene dušika je njegova upotreba za dalju sintezu širokog spektra spojeva koji sadrže dušik, kao što su amonijak, dušična gnojiva, eksploziva, boje itd. Velike količine azot se koristi u proizvodnji koksa („suvo gašenje koksa“) pri istovaru koksa iz baterija koksnih peći, kao i za „prešanje“ goriva u raketama od rezervoara do pumpi ili motora.
U prehrambenoj industriji azot je registrovan kao aditiv za hranu E941, kao gasoviti medij za pakovanje i skladištenje, rashladno sredstvo i tečni azot se koriste prilikom flaširanja ulja i negaziranih pića za stvaranje viška pritiska i inertnog okruženja u mekim posudama.
Tečni dušik se često prikazuje u filmovima kao supstanca koja može odmah zamrznuti prilično velike predmete. Ovo je uobičajena greška. Čak i zamrzavanje cvijeta zahtijeva dosta vremena. To je dijelom zbog vrlo niskog toplotnog kapaciteta dušika. Iz istog razloga, vrlo je teško ohladiti, recimo, brave na -196 °C i jednim udarcem ih razdvojiti.
Litar tekućeg dušika, isparavanjem i zagrijavanjem na 20 °C, formira približno 700 litara plina. Iz tog razloga, tekući dušik se skladišti u specijalnim otvorenim vakuumom izoliranim Dewarovim posudama ili tankovima pod kriogenim tlakom. Na istoj činjenici se zasniva i princip gašenja požara tečnim azotom. Isparavanjem dušik istiskuje kisik neophodan za sagorijevanje i vatra prestaje. Budući da dušik, za razliku od vode, pjene ili praha, jednostavno isparava i nestaje, gašenje dušikom je najefikasniji mehanizam za gašenje požara u smislu očuvanja vrijednih stvari.
Problematično je zamrzavanje živih bića tekućim dušikom uz mogućnost njihovog naknadnog odmrzavanja. Problem je u nemogućnosti da se stvorenje zamrzne (i odmrzne) dovoljno brzo da nehomogenost zamrzavanja ne utiče na njegove vitalne funkcije. Stanislaw Lem, maštajući o ovoj temi u svojoj knjizi “Fijasko”, smislio je sistem za hitno zamrzavanje dušika u kojem je crijevo za azot, koje je izbilo zube, gurnuto u usta astronauta, a unutra je doveden obilan mlaz azota.
Označavanje cilindara
Boce azota su obojene crnom bojom i moraju imati natpis žuta i smeđa pruga (normalna
Azot je hemijski element sa atomski broj 7. To je gas bez mirisa, ukusa i boje.
Dakle, osoba ne osjeća prisustvo azota u sebi zemljina atmosfera, dok se sastoji od 78 posto ove supstance. Dušik je jedna od najčešćih supstanci na našoj planeti. Često možete čuti da bez azota ne bi bilo hrane, i to je istina. Uostalom, proteinska jedinjenja koja čine sva živa bića nužno sadrže dušik.
Azot u prirodi
Dušik se nalazi u atmosferi u obliku molekula koji se sastoje od dva atoma. Osim u atmosferi, dušik se nalazi u Zemljinom omotaču i u humusnom sloju tla. Glavni izvor dušika za industrijska proizvodnja Ovo su minerali.
Međutim, posljednjih desetljeća, kada su se mineralne rezerve počele iscrpljivati, postojala je hitna potreba za odvajanjem dušika iz zraka u industrijskim razmjerima. Ovaj problem je sada riješen, a iz atmosfere se izvlače ogromne količine dušika za industrijske potrebe.
Uloga dušika u biologiji, ciklus dušika
Na Zemlji, dušik prolazi kroz brojne transformacije u kojima su i biotičke (životne) i abiotički faktori. Dušik u biljke ulazi iz atmosfere i tla, ne direktno, već preko mikroorganizama. Bakterije koje fiksiraju dušik zadržavaju i prerađuju dušik, pretvarajući ga u oblik koji biljke mogu lako apsorbirati. U biljnom tijelu dušik se pretvara u složena jedinjenja, posebno u proteine.
Kroz lanac ishrane, ove tvari ulaze u tijela biljojeda, a zatim predatora. Nakon smrti svih živih bića, dušik se vraća u tlo, gdje se podvrgava razgradnji (amonifikacija i denitrifikacija). Azot se fiksira u tlu, minerali, voda, ulazi u atmosferu i krug se ponavlja.
Primena azota
Nakon otkrića dušika (to se dogodilo u 18. stoljeću), svojstva same tvari, njenih spojeva i mogućnosti korištenja na farmi su dobro proučena. Budući da su rezerve dušika na našoj planeti ogromne, ovaj element se izuzetno aktivno koristi. 
Čisti azot se koristi u tečnom ili gasovitom obliku. Tečni azot ima temperaturu od minus 196 stepeni Celzijusa i koristi se u sledećim oblastima:
— u medicini. Tečni dušik je rashladno sredstvo u postupcima krioterapije, odnosno hladnog tretmana. Fleš zamrzavanje se koristi za uklanjanje različitih tumora. Uzorci tkiva i žive ćelije (posebno spermatozoidi i jajašca) pohranjuju se u tekućem dušiku. Niska temperatura omogućava dugotrajno očuvanje biomaterijala, a zatim ga odmrzavanje i korištenje.
Mogućnost skladištenja čitavih živih organizama u tečnom azotu, a po potrebi i njihovog odmrzavanja bez ikakve štete, iskazali su pisci naučne fantastike. Međutim, u stvarnosti još uvijek nije bilo moguće savladati ovu tehnologiju;
— u prehrambenoj industriji Tečni azot se koristi prilikom flaširanja tečnosti kako bi se stvorilo inertno okruženje u kontejneru.
Općenito, dušik se koristi u područjima gdje je potrebna plinovita sredina bez kisika, npr.
— u gašenju požara. Dušik istiskuje kiseonik, bez kojeg se procesi sagorevanja ne podržavaju i vatra se gasi.
Gas dušik našao je primjenu u sljedećim industrijama:
— proizvodnja hrane. Dušik se koristi kao inertni plinoviti medij za održavanje svježine upakovanih proizvoda;
— u naftnoj industriji i rudarstvu. Cjevovodi i rezervoari se pročišćavaju dušikom, on se ubrizgava u rudnike kako bi se formiralo okruženje za plin otporno na eksploziju;
— u proizvodnji aviona Gume šasije su napumpane azotom.
Sve gore navedeno odnosi se na upotrebu čistog dušika, ali ne zaboravite da je ovaj element početni materijal za proizvodnju mase raznih spojeva:
- amonijak. Izuzetno tražena supstanca koja sadrži dušik. Amonijak se koristi u proizvodnji gnojiva, polimera, sode i dušične kiseline. Sama se koristi u medicini, u proizvodnji rashladne opreme;
— azotna đubriva;
— eksplozivi;
- boje, itd. 
Azot nije samo jedan od najčešćih hemijski elementi, ali i vrlo neophodna komponenta koja se koristi u mnogim granama ljudske djelatnosti.
Azot
Azot— element glavne podgrupe pete grupe drugog perioda periodni sistem hemijski elementi D.I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 7. Označava se simbolom N (lat. Nitrogenium). Jednostavna supstanca azot - dvoatomski gas, prilično inertan u normalnim uslovima, bez boje, ukusa i mirisa (formula N2), od kojeg se sastoji tri četvrtine Zemljine atmosfere.
“Otkriven” je nekoliko puta i različiti ljudi. Zvao se drugačije, pripisujući gotovo mistična svojstva - "flogistički zrak", i "mefitski zrak", i "atmosferski mofet", i jednostavno "gušenje". Do sada je imao nekoliko naziva: engleski azot, francuski azot, nemački Stickstoff, ruski „azot”...
Istorija "pokvarenog vazduha"
Azot(od grčka riječ azoos - beživotni, na latinskom Nitrogenium) - četvrti najčešći element solarni sistem(posle vodonik , helijum I kiseonik ). Jedinjenja dušika - salitra, dušična kiselina, amonijak - bila su poznata mnogo prije nego što je dušik dobijen u slobodnom stanju.
Godine 1777. Henry Cavendish je u više navrata prolazio zrakom preko vrućeg uglja i zatim ga tretirao lugom. Rezultat je bio talog koji je Cavendish nazvao zagušljivim (ili mefitičnim) zrakom. Sa stanovišta moderne hemije, jasno je da je u reakciji sa vrelim ugljem kiseonik iz vazduha bio vezan u ugljični dioksid, koji je zatim reagovao sa alkalijom. Ostatak gasa je uglavnom bio azot. Tako je Cavendish izolovao dušik, ali nije uspio shvatiti da je to nova jednostavna supstanca (hemijski element).
Iste godine, Cavendish je prijavio ovo iskustvo Josephu Priestleyju. Priestley je u to vrijeme proveo niz eksperimenata u kojima je vezao i atmosferski kisik i uklonio nastali ugljični dioksid, odnosno primio je i dušik, međutim, kao pristalica teorije flogistona koja je tada prevladavala, potpuno je pogrešno protumačio rezultate. dobiven (po njegovom mišljenju, proces je bio suprotan - nije bio uklonjen kisik iz mješavine plina, već naprotiv, kao rezultat pečenja, zrak je bio zasićen flogistonom; on je preostali zrak nazvao (dušik) zasićeni flogiston, odnosno flogistovan).
Očigledno je da Priestley, iako je uspio izolirati dušik, nije uspio razumjeti suštinu svog otkrića, pa se stoga ne smatra otkrićem dušika. U isto vrijeme, slične eksperimente sa istim rezultatom izveo je Karl Scheele.
Još prije tog vremena, 1772. godine, Daniel Rutherford je, sagorijevanjem fosfora i drugih tvari u staklenom zvonu, vidio da plin koji je ostao nakon sagorijevanja, koji je on nazvao "zagušljivim zrakom", ne podržava disanje i sagorijevanje. Tek 1787. Antoine Lavoisier je ustanovio da su "vitalni" i "gušljivi" gasovi koji čine vazduh jednostavne supstance, i predložio naziv "azot".
Ranije, 1784. G. Cavendish je pokazao da je dušik dio nitrata; ovo je odakle dolazi Latinski naziv dušik (od kasnolat. nitrum - salitra i grčki genna - rađam, proizvodim). Do početka 19. vijeka. Pojašnjena je kemijska inertnost dušika u slobodnom stanju i njegova isključiva uloga u spojevima s drugim elementima kao vezanim dušikom.
"Ne-održavanje života" je od vitalnog značaja
Iako naslov " azot " znači "ne-održavanje života", u stvari je element neophodan za život. Životinjski i ljudski proteini sadrže 16-17% dušika. U organizmima mesoždera bjelančevine nastaju zbog utrošenih proteinskih tvari prisutnih u organizmima biljojeda i u biljkama. Biljke sintetiziraju proteine asimilirajući dušične tvari sadržane u tlu, uglavnom neorganske. Značajne količine dušika ulaze u tlo zahvaljujući mikroorganizmima koji fiksiraju dušik koji su sposobni pretvoriti slobodni dušik iz zraka u dušikove spojeve. Kao rezultat ekstrakcije iz tla od strane biljaka ogromna količina vezanog azota (posebno kod intenzivnog uzgoja), tla se iscrpljuju.
Nedostatak dušika tipičan je za poljoprivredu u gotovo svim zemljama. Nedostatak azota se takođe primećuje u stočarstvu („proteinsko gladovanje“). Na tlima siromašnim dostupnim dušikom, biljke se slabo razvijaju. U prošlom stoljeću u prirodi je otkriven prilično bogat izvor fiksnog dušika. Ovo je čileanski nitrat, natrijumova so azotne kiseline. Dugo vremena nitrat je bio glavni dobavljač azota za industriju. Njegov depozit u Južna Amerika jedinstven, praktično jedini na svijetu. I nije iznenađujuće što je 1879. godine izbio rat između Perua, Bolivije i Čilea oko posjedovanja bogate granične provincije salitre Tarapaca. Pobjednik je bio Čile. Međutim, čileansko ležište, naravno, nije moglo zadovoljiti svjetsku potražnju za dušičnim đubrivima.
„Azotno gladovanje“ planete
Zemljina atmosfera sadrži skoro 80% azota, zemljine kore- samo 0,04%. Problem "kako popraviti dušik" je star, star je kao i agrohemija. Mogućnost vezivanja azota u vazduhu sa kiseonikom u električnom pražnjenju prvi je uočio Englez Henry Cavendish. To je bilo u 18. veku. Ali proces kontrolirane sinteze dušikovih oksida proveden je tek 1904. godine. Godine 1913. Nemci Fritz Haber i Carl Bosch su predložili metodu amonijaka za fiksaciju dušika. Sada, koristeći ovaj princip, stotine fabrika na svim kontinentima proizvode više od 20 miliona tona fiksnog azota godišnje iz vazduha. Tri četvrtine otpada na proizvodnju azotnih đubriva. Međutim, nedostatak dušika u usjevnim površinama globus iznosi više od 80 miliona tona godišnje. Zemlja očigledno nema dovoljno azota. Najveći dio proizvedenog slobodnog dušika koristi se za industrijsku proizvodnju amonijaka, koji se zatim u značajnim količinama prerađuje u dušičnu kiselinu, gnojiva, eksplozive itd.
Primena azota
Besplatno azot koristi se u mnogim industrijama: kao inertni medij u raznim hemijskim i metalurškim procesima, za popunjavanje slobodnog prostora u živinim termometrima, pri pumpanju zapaljivih tečnosti itd.
Tečni azot koristi se kao rashladna tečnost i za krioterapiju. Industrijska primjena plinovitog dušika je zbog njegovih inertnih svojstava. Gasni dušik je otporan na vatru i eksploziju, sprječava oksidaciju i truljenje.
IN petrohemije azot koristi se za pročišćavanje rezervoara i cjevovoda, provjeru rada cjevovoda pod pritiskom, povećanje proizvodnje polja. U rudarstvu azot može se koristiti za stvaranje okruženja otpornog na eksploziju u rudnicima i za širenje slojeva stijena.
IN proizvodnja elektronike azot koristi se za pročišćavanje područja koja ne dozvoljavaju prisustvo oksidirajućeg kisika. Ako su u procesu koji se tradicionalno izvodi korištenjem zraka, oksidacija ili truljenje su negativni faktori - azot može uspješno zamijeniti zrak.
Važno područje primjene azot je njegov koristiti za dalju sintezuširok izbor spojeva koji sadrže azot , kao što su amonijak, azotna đubriva, eksplozivi, boje, itd. Velike količine azot koristi se u proizvodnji koksa („suvo gašenje koksa“) pri istovaru koksa iz koksnih baterija, kao i za „prešanje“ goriva u raketama iz rezervoara u pumpe ili motore.
Zablude: dušik nije Djed Mraz
IN prehrambena industrija azot registrovan kao aditiv za hranu E941, kao gasovito sredstvo za pakovanje i skladištenje, rashladno sredstvo. Tečnost azot Često se demonstrira u filmovima kao supstanca koja može odmah zamrznuti prilično velike objekte. Ovo je uobičajena greška. Čak i zamrzavanje cvijeta zahtijeva dosta vremena, što je dijelom i zbog vrlo malog toplotnog kapaciteta azot .
Iz istog razloga, vrlo je teško ohladiti, recimo, brave na -180 °C i jednim udarcem ih razdvojiti. Litar tečnosti azot , isparavanjem i zagrijavanjem do 20 °C, formira približno 700 litara plina. Iz tog razloga, ne biste trebali skladištiti azot u zatvorenim posudama koje nisu pogodne za visoke pritiske. Na istoj činjenici se zasniva i princip gašenja požara tečnošću. azot . Isparavanje azot istiskuje vazduh potreban za sagorevanje i vatra prestaje.
Jer azot , za razliku od vode, pjene ili praha, jednostavno ispari i nestane, gašenje dušikom je najefikasniji mehanizam za gašenje požara sa stanovišta očuvanja vrijednih stvari. Tečnost koja se smrzava azot živih bića s mogućnošću njihovog naknadnog odmrzavanja je problematično. Problem je u nemogućnosti da se stvorenje zamrzne (i odmrzne) dovoljno brzo da nehomogenost zamrzavanja ne utiče na njegove vitalne funkcije. Stanislav Lem, maštajući o ovoj temi u knjizi "Fijasko", smislio je sistem hitnog zamrzavanja azot , u kojem je astronautu u usta gurnuto crijevo s dušikom, koje je izbilo zube, a u njega je doveden obilan mlaz azot .
Kao što je gore spomenuto, azot tečni i gasoviti se dobijaju iz atmosferski vazduh metoda dubokog hlađenja.
Pokazatelji kvaliteta gasovitog azota GOST 9293-74
| Naziv indikatora | Specijalni | Povećano | Povećano | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2. razred | 1. razred |
2. razred |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volumenski udio dušika, ne manji | 99,996 |
99,99 |
99,95 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kiseonik, ne više | 0,001 |
0,001 |
0,05 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vodena para u azotnom gasu, ne više | 0,0007 |
0,0015 |
0,004 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vodonik, ne više | 0,001 | Nije standardizovan |
Nije standardizovan | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Zbir spojeva koji sadrže ugljik u smislu CH 4, ne više | 0,001 | Nije standardizovan |
Svojstva elementi V-A podgrupe
1. Struktura atoma hemijskih elemenata
Prisustvo tri nesparena elektrona na vanjskom energetskom nivou objašnjava da je u normalnom, nepobuđenom stanju, valencija elemenata azotne podgrupe tri. Atomi elemenata azotne podgrupe (osim azota - spoljašnji nivo azota se sastoji od samo dva podnivoa - 2s i 2p) imaju prazne ćelije d-podnivoa na spoljnim energetskim nivoima, tako da mogu da ispare jedan elektron iz s -podnivo i prenesite ga na d-podnivo. Dakle, valencija fosfora, arsena, antimona i bizmuta je 5. Elementi azotne grupe formiraju jedinjenja sastava RH 3 sa vodonikom, a oksidi tipa R 2 O 3 i R 2 O 5 sa kiseonikom. Oksidi odgovaraju kiselinama HRO 2 i HRO 3 (i orto kiselinama H 3 PO 4, osim dušika). Najveće oksidaciono stanje ovih elemenata je +5, a najniže -3.
Budući da se naboj jezgra atoma povećava, broj elektrona na vanjskom nivou je konstantan, broj nivoi energije u atomima se povećava i atomski radijus povećava od dušika do bizmuta, slabi privlačenje negativnih elektrona pozitivnom jezgru i povećava se sposobnost odustajanja od elektrona, a posljedično, u podgrupi dušika, s povećanjem atomskog broja, nemetalna svojstva smanjuju, a metalna svojstva se povećavaju.
Azot je nemetal, bizmut je metal. Od dušika do bizmuta, jačina spojeva RH 3 opada, a snaga kisikovih spojeva se povećava. Najvažniji među elementima azotne podgrupe su azota i fosfora . Dušik, fizički i hemijska svojstva, prijem i prijavu 1. Azot je hemijski element
N +7) 2) 5 1 s 2 2 s 2 2 p 3 nedovršeni vanjski nivo, str -element, nemetalni Ar(N)=14 2. Moguća oksidaciona stanja Zbog prisustva tri nesparena elektrona, dušik je vrlo aktivan i nalazi se samo u obliku spojeva. Azot pokazuje oksidaciona stanja u jedinjenjima od “-3” do “+5”
3. Azot je jednostavna supstanca, molekularne strukture, fizička svojstva Azot (od grčkog ἀ ζωτος - beživotan, lat. Nitrogenijum), umjesto prethodnih naziva („flogistički“, „mefitičan“ i „pokvaren“ zrak) predloženih u 1787. Antoine Lavoisier . Kao što je gore prikazano, već je tada bilo poznato da dušik ne podržava ni sagorijevanje ni disanje. Ova nekretnina se smatrala najvažnijom. Iako se kasnije pokazalo da je dušik, naprotiv, neophodan za sva živa bića, naziv je sačuvan u francuskom i ruskom jeziku. N 2 – kovalentna nepolarna veza, trostruka (σ, 2π), molekularna kristalna rešetka
zaključak: 1. Niska reaktivnost pri normalnoj temperaturi 2. Gas, bezbojan, bez mirisa, lakši od vazduha
g ( B zrak)/ g ( N 2 ) = 29/28 4. Hemijska svojstva dušika
5. Račun: U industriji azot se dobija iz vazduha. Da bi se to postiglo, zrak se prvo hladi, ukapljuje, a tekući zrak se podvrgava destilaciji. Azot ima nešto nižu tačku ključanja (–195,8°C) od druge komponente vazduha, kiseonika (–182,9°C), tako da kada se tečni vazduh lagano zagreje, azot prvo ispari. Gas azota se isporučuje potrošačima u komprimovanom obliku (150 atm. ili 15 MPa) u crnim bocama sa žutim natpisom „dušik“. Čuvajte tečni azot u Dewarovim bocama. U laboratorijičisti („hemijski“) dušik se dobiva dodavanjem zasićene otopine amonijum hlorida NH 4 Cl čvrstom natrijum nitritu NaNO 2 kada se zagreje: NaNO 2 + NH 4 Cl = NaCl + N 2 + 2H 2 O. Također možete zagrijati čvrsti amonijum nitrit: NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O. EKSPERIMENT 6. Aplikacija: U industriji se dušični plin uglavnom koristi za proizvodnju amonijaka. Kao hemijski inertan gas, azot se koristi za obezbeđivanje inertnog okruženja u različitim hemijskim i metalurškim procesima, pri pumpanju zapaljivih tečnosti. Tečni dušik se široko koristi kao rashladno sredstvo, posebno u kozmetologiji. Dušična mineralna đubriva su važna za održavanje plodnosti zemljišta. 7. Biološka uloga Azot je element neophodan za postojanje životinja i biljaka čiji je dioproteini (16-18% po masi), aminokiseline, nukleinske kiseline, nukleoproteini, hlorofil, hemoglobin itd. U sastavu živih ćelija broj atoma azota je oko 2%, a maseni udio oko 2,5% (četvrto mesto posle vodonika, ugljenika i kiseonika). S tim u vezi, značajna količina fiksiranog dušika sadržana je u živim organizmima, “mrtvoj organskoj tvari” i raspršenoj tvari mora i oceana. Ova količina se procjenjuje na otprilike 1,9 10 11 tona. Kao rezultat procesa truljenja i razlaganja organskih tvari koje sadrže dušik, podložni povoljnim faktorima okoliša, mogu se formirati prirodne mineralne naslage koje sadrže dušik, na primjer, „čileanski“. salitraN 2 → Li 3 N → NH 3 br. 2. Zapišite jednadžbe za reakciju dušika s kisikom, magnezijem i vodikom. Za svaku reakciju izradite elektronsku vagu, naznačite oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo. br. 3. Jedan cilindar sadrži dušik, drugi kisik, a treći ugljični dioksid. Kako razlikovati ove plinove? br. 4. Neki zapaljivi plinovi sadrže slobodni dušik kao nečistoću. Može li se dušikov (II) oksid formirati prilikom sagorijevanja takvih plinova u običnim plinskim pećima? Zašto?
rf-gk.ru - Portal za majke. |
