Carl Scheele svéd kémikus és Daniel Rutherford skót botanikus 1772-ben külön fedezte fel a nitrogént. Cavendish tiszteletes és Lavoisier szintén egymástól függetlenül jutott nitrogénhez nagyjából ugyanabban az időben. A nitrogént először Lavoisier ismerte fel elemként, aki az "azo"-nak nevezte el, azaz "élettelen". Chaptal 1790-ben nevezte el az elemet nitrogénnek. A név a görög "nitre" szóból származik (nitrátban nitrogént tartalmaz).
Nitrogéngyártó gyártók – Kínai nitrogéngyártó gyár és beszállítók (xinfatools.com)
Nitrogénforrások
A nitrogén a 30. legnagyobb mennyiségben előforduló elem a Földön. Figyelembe véve, hogy a nitrogén a légkör térfogatának 4/5-ét, több mint 78%-át teszi ki, szinte korlátlan mennyiségű nitrogén áll rendelkezésünkre. A nitrogén nitrátok formájában is létezik számos ásványi anyagban, például a chilei sóban (nátrium-nitrát), a salétromban vagy a salétromban (kálium-nitrát), valamint az ammóniumsókat tartalmazó ásványokban. A nitrogén számos összetett szerves molekulában jelen van, beleértve a fehérjéket és aminosavakat, amelyek minden élő szervezetben jelen vannak
Fizikai tulajdonságok
A nitrogén N2 szobahőmérsékleten színtelen, íztelen és szagtalan gáz, és általában nem mérgező. A gáz sűrűsége normál körülmények között 1,25 g/l. A nitrogén a teljes légkör (térfogatrész) 78,12%-át teszi ki, és a levegő fő összetevője. Körülbelül 400 billió tonna gáz van a légkörben.
Normál légköri nyomáson -195,8 ℃-ra hűtve színtelen folyadékká válik. -209,86 ℃-ra hűtve a folyékony nitrogén hószerű szilárd anyaggá válik.
A nitrogén nem gyúlékony, és fullasztó gáznak számít (azaz a tiszta nitrogén belélegzése megfosztja az emberi testet az oxigéntől). A nitrogén vízben nagyon kevéssé oldódik. 283 K hőmérsékleten egy térfogat víz körülbelül 0,02 térfogat N2-t képes feloldani.
Kémiai tulajdonságok
A nitrogén nagyon stabil kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Szobahőmérsékleten nehezen lép reakcióba más anyagokkal, de bizonyos anyagokkal magas hőmérsékleten és nagy energiájú körülmények között kémiai változáson megy keresztül, és felhasználható új, ember számára hasznos anyagok előállítására.
A nitrogénmolekulák molekuláris pályaképlete KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Három elektronpár járul hozzá a kötéshez, azaz két π kötés és egy σ kötés jön létre. Nem járul hozzá a kötéshez, és a kötési és kötésgátló energiák közelítőleg eltolódnak, és egyenértékűek a magányos elektronpárokkal. Mivel az N2 molekulában N≡N hármas kötés van, az N2 molekula nagy stabilitású, és 941,69 kJ/mol energiára van szükség ahhoz, hogy atomokra bontsa. Az ismert kétatomos molekulák közül az N2 molekula a legstabilabb, a nitrogén relatív molekulatömege pedig 28. Ráadásul a nitrogént nem könnyű elégetni, és nem támogatja az égést.
Vizsgálati módszer
Helyezze az égő Mg rudat a nitrogénnel töltött gázgyűjtő palackba, és a Mg rúd tovább ég. Kivonjuk a maradék hamut (enyhén sárga por Mg3N2), adjunk hozzá kis mennyiségű vizet, és gázt (ammóniát) állítunk elő, amely kékre színezi a nedves vörös lakmuszpapírt. Reakcióegyenlet: 3Mg + N2 = gyújtás = Mg3N2 (magnézium-nitrid); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
A nitrogén kötési jellemzői és vegyértékkötési szerkezete
Mivel az egyetlen anyag, az N2 rendkívül stabil normál körülmények között, az emberek gyakran tévesen azt hiszik, hogy a nitrogén kémiailag inaktív elem. Valójában éppen ellenkezőleg, az elemi nitrogén magas kémiai aktivitással rendelkezik. Az N elektronegativitása (3,04) csak F és O után a második, ami azt jelzi, hogy erős kötést tud kialakítani más elemekkel. Ráadásul az egyetlen anyag N2 molekulájának stabilitása éppen a nitrogénatom aktivitását mutatja. A probléma az, hogy az emberek még nem találták meg az optimális feltételeket az N2-molekulák szobahőmérsékleten és nyomáson történő aktiválásához. A természetben azonban a növényi csomókon lévő baktériumok némelyike képes a levegőben lévő N2-t nitrogénvegyületekké alakítani alacsony energiájú körülmények között, normál hőmérsékleten és nyomáson, és műtrágyaként használhatja fel a növények növekedéséhez.
Ezért a nitrogénkötés vizsgálata mindig is fontos tudományos kutatási téma volt. Ezért szükséges, hogy részletesen megértsük a nitrogén kötési jellemzőit és vegyértékkötési szerkezetét.
Kötvény típusa
Az N atom vegyértékelektron rétegszerkezete 2s2p3, azaz 3 egyedi elektron és egy pár magányos elektronpár van. Ez alapján a vegyületek képzése során a következő három kötéstípus állítható elő:
1. Ionos kötések kialakítása 2. Kovalens kötések kialakítása 3. Koordinációs kötések kialakítása
1. Ionos kötések kialakítása
Az N atomok elektronegativitása nagy (3,04). Amikor bináris nitrideket képeznek alacsonyabb elektronegativitású fémekkel, mint például Li (elektronegativitás 0,98), Ca (elektronegativitás 1,00) és Mg (elektronegativitás 1,31), akkor 3 elektront nyerhetnek és N3-ionokat képezhetnek. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =gyullad= Mg3N2 N3- Az ionok negatív töltése nagyobb és sugara nagyobb (171pm). Erősen hidrolizálódnak, amikor vízmolekulákkal találkoznak. Ezért az ionos vegyületek csak száraz állapotban létezhetnek, és nem lesznek hidratált N3-ionok.
2. Kovalens kötések kialakulása
Amikor az N atomok nemfémekkel nagyobb elektronegativitású vegyületeket képeznek, a következő kovalens kötések jönnek létre:
⑴N atomok sp3 hibridizációs állapotot vesznek fel, három kovalens kötést alkotnak, megtartanak pár magányos elektronpárt, és a molekula konfigurációja trigonális piramis, például NH3, NF3, NCl3 stb. Ha négy kovalens egyszeres kötés jön létre, akkor a molekulakonfiguráció szabályos tetraéder, például NH4+ ionok.
A ⑵N atomok sp2 hibridizációs állapotot vesznek fel, két kovalens kötést és egy kötést alkotnak, és megtartanak egy pár magányos elektronpárt, és a molekula konfigurációja szögletes, például Cl-N=O. (A nitrogénatom σ kötést, a Cl atommal pedig π kötést képez, a nitrogénatomon lévő magányos elektronpárok pedig háromszög alakúvá teszik a molekulát.) Ha nincs magányos elektronpár, akkor a molekula konfigurációja háromszög alakú, például HNO3 molekula ill. NO3-ion. A salétromsavmolekulában az N atom három σ kötést képez rendre három O atommal, és egy elektronpár a π pályáján, és két O atom egyetlen π elektronja egy háromközpontú, négyelektronos delokalizált π kötést alkot. A nitrátionban három O atom és a központi N atom között négyközpontú, hatelektronos delokalizált nagy π kötés jön létre. Ez a szerkezet a salétromsav nitrogénatomjának látszólagos oxidációs számát +5-re teszi. A nagy π kötések jelenléte miatt a nitrát normál körülmények között elég stabil. ⑶ Az N atom sp hibridizációt alkalmaz, hogy kovalens hármas kötést hozzon létre, és megtartja a magányos elektronpárokat. A molekuláris konfiguráció lineáris, például az N-atom szerkezete az N2-molekulában és a CN-.
3. Koordinációs kötések kialakulása
Amikor a nitrogénatomok egyszerű anyagokat vagy vegyületeket alkotnak, gyakran megtartanak magányos elektronpárokat, így az ilyen egyszerű anyagok vagy vegyületek elektronpár donorként működhetnek a fémionokhoz való koordinációban. Például [Cu(NH3)4]2+ vagy [Tu(NH2)5]7 stb.
Oxidációs állapot-Gibbs szabadenergia diagram
A nitrogén oxidációs állapot-Gibbs szabadenergia diagramjából is látható, hogy az NH4 ionok kivételével a 0 oxidációs számú N2 molekula a diagram görbe legalsó pontján van, ami azt jelzi, hogy az N2 termodinamikailag. stabil a más oxidációs számokkal rendelkező nitrogénvegyületekhez képest.
A különböző 0 és +5 közötti oxidációs számokkal rendelkező nitrogénvegyületek értékei mind a két HNO3 és N2 pontot összekötő vonal (a diagramon a pontozott vonal) felett vannak, így ezek a vegyületek termodinamikailag instabilak és aránytalansági reakciókra hajlamosak. Az egyetlen a diagramban, amelynek értéke alacsonyabb, mint az N2 molekula, az NH4+ ion. [1] A nitrogén oxidációs állapot-Gibbs szabadenergia diagramjából és az N2 molekula szerkezetéből látható, hogy az elemi N2 inaktív. Csak magas hőmérsékleten, nagy nyomáson és katalizátor jelenlétében tud a nitrogén reakcióba lépni a hidrogénnel ammóniát képezve: Kisütési körülmények között a nitrogén oxigénnel egyesülve nitrogén-monoxidot képezhet: N2+O2=kisülés=2NO A nitrogén-oxid gyorsan egyesül az oxigénnel. nitrogén-dioxidot képeznek 2NO+O2=2NO2 A nitrogén-dioxid vízben oldva salétromsavat képez, nitrogén-oxidot 3NO2+H2O=2HNO3+NO A fejlett vízenergiával rendelkező országokban ezt a reakciót használták salétromsav előállítására. Az N2 hidrogénnel reagálva ammóniát termel: N2+3H2=== (reverzibilis előjel) 2NH3 Az N2 alacsony ionizációs potenciállal rendelkező fémekkel reagál, amelyek nitridjei nagy rácsenergiával ionos nitrideket képeznek. Például: Az N2 szobahőmérsékleten közvetlenül reagálhat fémes lítiummal: 6 Li + N2=== 2 Li3N Az N2 izzó hőmérsékleten reagál alkáliföldfémekkel Mg, Ca, Sr, Ba: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 lehet csak izzó hőmérsékleten lép reakcióba bórral és alumíniummal: 2 B + N2=== 2 BN (makromolekula vegyület) Az N2 általában 1473K-nál magasabb hőmérsékleten lép reakcióba szilíciummal és más csoportelemekkel.
A nitrogénmolekula három elektronpárral járul hozzá a kötéshez, azaz két π kötést és egy σ kötést hoz létre. Nem járul hozzá a kötéshez, és a kötési és kötésgátló energiák közelítőleg eltolódnak, és egyenértékűek a magányos elektronpárokkal. Mivel az N2 molekulában N≡N hármas kötés található, az N2 molekula nagy stabilitású, és 941,69 kJ/mol energiára van szükség ahhoz, hogy atomokra bontsa. Az ismert kétatomos molekulák közül az N2 molekula a legstabilabb, a nitrogén relatív molekulatömege pedig 28. Ráadásul a nitrogént nem könnyű elégetni, és nem támogatja az égést.
Feladás időpontja: 2024. július 23
