Föreningar kväve. egenskaper hos kväve

Att föda till nitrat - som översatt från det latinska ordet Nitrogenium. Denna titel kväve - kemiskt element med ett atomnummer 7, huvudet 15: e gruppen i den långa versionen av periodiska systemet. I form av en enkel substans sammansatt av jorden fördelad luftkudden - atmosfär. En mängd olika kväveföreningar som finns i jordskorpan och levande organismer används ofta inom industrin, militär, jordbruk och medicin.

Varför kväve kallas "kvävning" och "livlös"

Som historiker av kemi föreslår först fick denna enkla substans Henry Cavendish (1777). Vetenskaplig passerar luft över glödande kol för absorption av reaktionsprodukterna med användning av alkali. Som ett resultat av erfarenhet forskare fann färglös och luktfri gas, oreagerad kol. Cavendish kallade det "kvävande luften" för oförmåga att upprätthålla andning och förbränning.

Moderna Chemical förklaras att syre bringas att reagera med kol, bildas koldioxid. Den återstående "kvävande" hos luften var till största delen av molekylerna N _2. Cavendish och andra forskare vid tiden om denna fråga är ännu inte känt, men kväve och nitratföreningar därefter ofta används i ekonomin. Forskaren berättade om den ovanliga gas till en kollega att genomföra liknande experiment - Joseph Priestley.

Samtidigt drog Carl Scheele uppmärksamhet till det okända komponenten i luften, men misslyckades med att korrekt förklara dess ursprung. Endast Daniel Rutherford 1772, insåg att de nuvarande försöken "kvävande" "bortskämd" gas - kväve. Vissa forskare tror dess upptäckare - det fortfarande är debatten historiker vetenskap.

15 år efter Rutherford experiment berömda kemist Antuan Lavuaze föreslås ersätta begreppet luft "bortskämd" avser kväve, å andra sidan - Nitrogenium. Vid tiden var det bevisat att denna substans inte brinner, inte stöder andning. Sedan fanns det ryska namnet "kväve", som tolkas på olika sätt. Ofta säger att begreppet betyder "livlös". Senare studier har vederlagt den utbredda tron om ämnenas egenskaper. Kväveföreningar - proteiner - de stora makromolekyler i sammansättningen av levande organismer. För att konstruera växter absorberar från smutsmineral näring nödvändiga element - ^2- joner NR ₃ och NH ^4+.

Kväve - ett grundämne

För att förstå den atomära struktur och egenskaper hjälper det periodiska systemet (PS). Positionen för det kemiska elementet i det periodiska systemet kan definiera kärnladdning, antal protoner och neutroner (mass antal). Det är nödvändigt att uppmärksamma värdet av atommassa - detta är en av de viktigaste egenskaperna hos elementet. perioden, antalet motsvarar antalet av energinivåer. Den korta versionen av det periodiska systemet gruppnummer motsvarar antalet elektroner i den yttre energaticheskom nivån. Som sammanfattar data i de allmänna egenskaperna av kväve från sin position i det periodiska systemet:

• Detta är en icke-metalliskt element är i det övre högra hörnet av SS.
• Kemiskt tecken: N.
• Property nummer: 7.
• Relativ atommassa: 14,0067.
• Formel för flyktiga väteföreningar: NH ₃ (ammoniak).
• Bildar en högre oxid N ₂ O _5, som är lika med valensen av kväve V.

Struktur kväveatom:

• kärnladdning 7.
• Antalet protoner: 7; antalet neutroner: 7.
• Antal energinivåer: 2.
• Det totala antalet elektroner: 7; e formel: 1s ² 2s ² 2p ^3.

Detaljer studerade stabila isotoper № elementet 7, deras masstal - 14 och 15. Innehållet i en ljus atomer av vilka en är 99,64%. Kärnorna av kortlivat radioaktiva isotopen är också 7 protoner, och antalet neutroner varierar stort: 4, 5, 6, 9, 10.

Kväve i naturen

Som en del av luftmolekylerna är närvarande jordhöljet enkel substans, vars formel - N _2. Innehållet av kvävgas i atmosfären är ca 78,1 volym%. Oorganiska föreningar av det kemiska elementet i jordskorpan - olika ammoniumsalter och nitrater (niter). Föreningar med formeln och namnen på några av de viktigaste ämnena:

• NH _3, ammoniak.
• NO _2, kvävedioxid.
• NaNOs ₃ Natriumnitrat.
• (NH _{4) 2} SO _4, ammoniumsulfat.

Valensen av kvävet i de två senare föreningarna - IV. Kol, jord, levande organismer innehåller också N-atomer i bunden form. Kväve är en komponent av aminosyror makromolekyler, DNA och RNA-nukleotider, hormoner och hemoglobin. Den totala halten av det kemiska elementet i den mänskliga kroppen når 2,5%.

enkel substans

Kväve i form av diatomära molekyler - den största volymen och vikten av atmosfären luft. Substans, vars formel är N _2, har ingen lukt, färg och smak. Denna gas är mer än 2/3 luftjordhöljet. Det flytande kvävet är en färglös substans, som liknar vatten. Kokar vid en temperatur av -195,8 ° C M (N ₂₎ = 28 g / mol. Enkel substans lite lättare syre, kväve, luft, är dess densitet nära 1.

Atomerna i molekylen binder stadigt 3 delade elektronpar. Föreningen uppvisar en hög kemisk resistens, som skiljer den från syre och andra ämnen i gasform. Till en kvävemolekyl är uppdelad i dess konstituerande atomer som är nödvändiga för att förbruka energi 942,9 kJ / mol. Kontakt av de tre paren av elektroner är mycket stark, börjar att bryta ner när upphettas över 2000 ° C.

praktiskt taget inte förekommer under normala förhållanden, dissociering av molekyler till atomer. Kemiska inerthet är också orsakas av kväve fullständig frånvaro av polaritet i sin molekyl. De interagerar mycket svagt med varandra och därmed arbetar gasform av materia vid normalt tryck och vid en temperatur nära rumstemperatur. Låg kemisk aktivitet av molekylärt kväve används i olika processer och anordningar där det är nödvändigt att skapa en inert miljö.

Dissociation av molekylerna N ₂ kan inträffa under inverkan av solstrålning i den övre atmosfären. Atomärt kväve bildas, som reagerar med vissa metaller och ickemetaller under normala förhållanden (fosfor, svavel, arsenik). Resultatet är syntesen av de ämnen som är markförhållanden som erhållits indirekt.

kväve valens

Den yttre elektronskal för atomen bildar en 2 s 3 och p elektron. Dessa negativ kväve kan ge partiklar när de interagerar med andra element som motsvarar sina reducerande egenskaper. Angränsande den saknade oktett till tre elektronatom uppvisar oxidativ förmåga. Elektronegativitet kväve under dess metalliska egenskaper är mindre uttalad än den för fluor, syre och klor. När de interagerar med dessa kemiska ämnena kväve ger elektroner (oxiderar). Reduktion till negativa joner följt av reaktion med andra metaller och icke-metaller.

Typiska kväve valens - III. I detta fall är de kemiska bindningarna som bildas av det yttre p-attraktion av elektroner och skapandet av gemensamma (bindande) paret. Kväve har förmåga att bilda donator-acceptor-bindning på grund av dess ensamt par av elektroner, som är ammoniumjonen NH ^4+.

Komma i laboratoriet och industrin

En laboratoriemetoder baserade på oxidativa egenskaper hos kopparoxid. Använda kväveförening med väte - ammoniak NH _3. Detta obehagliga luktande gas vzaimoddeystvuet med pulveriserad kopparoxid svart. Den resulterande reaktionen producerar kväve och verkar metallisk koppar (rött pulver). Avsatt på rörväggarna waterdrops - en annan reaktionsprodukt.

Annat laboratorium metod som använder en kväveförening med metall - azid, t.ex. _NaN3. Uppnås med en gas som inte behöver rengöras från föroreningar.

Laboratoriet utföres sönderdelningen av ammonium-nitrit till kväve och vatten. För att starta reaktionen, är uppvärmning krävs, fortsätter processen med utveckling av värme (exoterm). Kväve är kontaminerad med föroreningar, så det renas och torkas.

Beredning av kvävet i branschen:

• fraktionerad destillation av flytande luft - en metod, som använder de fysikaliska egenskaperna av kväve och syre (olika kokpunkt);
• kemisk reaktion av luften med en varm kol;
• adsorptiv gasseparation.

Interaktion med metaller och väte - oxiderande egenskaper

Tröghets varaktiga molekyler inte tillåter några direkta syntesen av kväveföreningar. Att aktivera de atomer som är nödvändiga för stark uppvärmning eller bestrålning substans. Kväve kan reagera med litium vid rumstemperatur, med magnesium, kalcium och natrium, fortskrider reaktionen endast genom upphettning. Motsvarande metallnitrider bildas.

Interaktionen av kväve med väte sker vid hög temperatur och tryck. Även denna process kräver katalysatorn. Ammoniak erhållits - en av de viktigaste kemisk syntes. Kväve, som oxidationsmedel, visar i sina tri negativ oxidationstillstånd:

• 3 (ammoniak och andra kväveföreningar, väte - nitrider);
• -2 (hydrazin N ₂ H _4);
• -1 (hydroxylamin NH ₂ OH).

Den viktigaste nitrid - Ammoniak - beredd i stora mängder inom industrin. Det stora problemet under en lång tid förblev kemiskt inert kväve. Dess källor av råvaror var nitrat, men malmreserver började sjunka snabbt med tillväxten av produktionen.

Den stor bedrift av den kemiska vetenskap och praxis har varit att skapa ammoniak kvävefixering teknik i industriell skala. I speciella kolonner är genom direkt syntes - en reversibel process mellan kväve, erhållet från luften och väte. När man skapar optimala förhållanden, förskjuter jämvikten för denna reaktion till produktsidan, med användning av katalysatorn ammoniakutbytet 97%.

Interaktion med syre - reducerande egenskaper

För att starta reaktionen av kväve och syre, måste vara stark uppvärmning. Uppvisar tillräcklig energi elektrisk ljusbåge och en blixt utsläpp till luften. De viktigaste oorganiska föreningar i vilka kvävet är i dess positiva oxidationstillstånden:

• 1 (kväveoxid (I) N ₂ O);
• 2 (NO av kvävemonoxid);
• 3 (kväveoxid (III) N ₂ O _3, HNO ₂ salpetersyrlighet, nitritsalter därav);
• 4 (kvävedioxid (IV) NO _2);
• 5 (kväve pentoxid (V) N ₂ O _5, HNO ₃ salpetersyra, nitrater).

Värdet av naturligt förekommande

Växter absorberar ammoniumjoner och nitrat anjoner från den jord som används för syntes av kemiska reaktioner av organiska molekyler i cellerna ständigt kör. Atmosfäriska kväve knöl bakterier kan assimilera - mikroskopiska enheter som bildar knölar på rötterna av baljväxter. Som ett resultat av denna grupp av växter fick önskad batteriet det berikar jorden.

Under tropiska stormar inträffar oxidationsreaktionen av atmosfäriskt kväve. Oxiderna löses för att bilda syror, dessa föreningar av kväve in i jorden i vattnet. På grund av cykeln av element i naturen ständigt fyllas sina reserver i jordskorpan, luften. Komplexa organiska molekyler som innehåller kväve i sin sammansättning, bryts ned av bakterier på oorganiska komponenter.

praktisk användning

De viktigaste kväveföreningar för lantbruk - en höggradigt lösligt salt. Upp av växter ureanitrat (natrium, kalium, kalcium), ammonium-föreningar (ammoniak-vatten, klorid, sulfat, ammoniumnitrat).
Inert egenskaper kväve växter oförmåga att absorbera det från utsidan leder till behovet av att göra stora doser årligen nitrater. Delar av anläggningen organismen kan lagra makro makt "för framtiden", som försämrar kvaliteten på produkten. Överskott nitrat i grönsaker och frukter kan orsaka förgiftning hos människor, tillväxten av maligna tumörer. Förutom jordbruket, är kväveföreningar som används i andra industrier:

• för framställning av läkemedel;
• för kemisk syntes av högmolekylära föreningar;
• vid tillverkning av sprängämnen från trinitrotoluen (TNT);
• för tillverkning av färgämnen.

NO oxid finner användning vid kirurgi, om ämnet har en smärtstillande effekt. Nedsatt känsel vid inandning gas märkte att även de första forskarna kvävgas kemiska egenskaper. Så det fanns ett gemensamt namn "lustgas".

Problemet med nitrater i jordbruksprodukter

Salter av salpetersyra - Nitrat - innehöll en enkelt laddad anjon NO ^3-. Fortfarande används det gamla namnet för den grupp av ämnen - ammoniumnitrat. Nitrater används för att befrukta fält, i växthus, trädgårdar. Föra dem tidigt på våren före plantering, på sommaren - i form av flytande matning. Av sig själva, inte ämnet inte utgör en stor fara för människor, men i kroppen, de omvandlas till nitrit och sedan till nitrosaminer. Nitrit NO ^2- joner - giftiga partiklar, de orsakar oxidation av tvåvärt järn i hemoglobinmolekylerna i trevärda joner. I detta tillstånd, är den huvudsakliga substansen av människors och djurs blod inte kan transportera syre och avlägsna koldioxid från vävnaderna.

Den farligare förorening nitrat av mat för människors hälsa:

• maligna tumörer som uppstår vid omvandlingen av nitrater till nitrosaminer (karcinogen);
• utvecklingen av ulcerös kolit,
• hypotoni eller hypertoni;
• hjärtsvikt;
• blödningsrubbningar
• lesioner i levern, bukspottkörteln och utvecklingen av diabetes;
• utveckling av njursvikt;
• anemi, försämrat minne, uppmärksamhet och intelligens.

Samtidig användning av olika produkter med stora doser av nitrater leder till akut förgiftning. Källorna kan vara växter, dricksvatten, färdiga kötträtter. Blötläggning i rent vatten och matlagning kan minska näringsinnehållet i nitratprodukter. Forskarna fann att högre doser av farliga föreningar observeras i omogna och växthusväxtproduktionen.

Fosfor - elementet kvävegruppen

Atomer av kemiska element som är i samma vertikala kolumnen i det periodiska systemet, uppvisar gemensamma egenskaper. Fosfor är beläget i den tredje perioden, hänvisat till gruppen 15, samt kväve. Strukturelement liknande atomer, men det finns skillnader i egenskaper. Kväve och fosfor uppvisar negativ valens och oxidationstillstånd III i deras föreningar med metaller och väte.

Många fosfor reaktioner fortgå vid vanliga temperaturer, ett kemiskt aktivt element. Bringas att reagera med syre för att bilda P ₂ O ₅ högre oxid. Den vattenhaltiga lösningen av detta material har egenskaperna av syra (meta). Under uppvärmning ortofosforsyra erhålles. Den definierar ett flertal typer av salter, av vilka många är mineralgödningsmedel, exempelvis superfosfater. Kväve- och fosforföreningar utgör en viktig del av cykeln av materia och energi på vår planet, som används i industriella, jordbruks- och andra områden.