Dusík (Nitrogene, N) – Aktuální publikace na webových stránkách společnosti NII KM

Dusík je chemický prvek, který zná každý. Označuje se písmenem N. Dá se říci, že je základem anorganické chemie, a proto se začíná studovat v osmé třídě. V tomto článku se blíže podíváme na dusík a také na jeho vlastnosti a vlastnosti.

Historie objevování prvků

Sloučeniny jako amoniak, dusičnany a kyselina dusičná byly známy a používány v praxi dlouho předtím, než byl získán čistý dusík ve volném stavu.

V experimentu provedeném v roce 1772 spálil Daniel Rutherford fosfor a další látky ve skleněném zvonu. Zjistil, že plyn zbývající po spalování sloučenin nepodporuje spalování a dýchání, a nazval to „dusivý vzduch“.

V roce 1787 Antoine Lavoisier zjistil, že plyny, které tvoří běžný vzduch, jsou jednoduché chemické prvky, a navrhl název „dusík“. O něco později (v roce 1784) fyzik Henry Cavendish dokázal, že tato látka je součástí dusičnanů (skupina dusičnanů). Odtud pochází latinský název pro dusík (z pozdně latinského nitrum a řeckého gennao), který navrhl J. A. Chaptal v roce 1790.

Na začátku 19. století vědci objasnili chemickou inertnost prvku ve volném stavu a jeho výjimečnou roli ve sloučeninách s jinými látkami. Od této chvíle se „vazba“ vzdušného dusíku stala nejdůležitějším technickým problémem v chemii.

Fyzikální vlastnosti

Dusík je o něco lehčí než vzduch. Jeho hustota je 1,2506 kg/m³ (0 °C, 760 mm Hg), bod tání -209,86 °C, bod varu -195,8 °C. Dusík se obtížně zkapalňuje. Jeho kritická teplota je relativně nízká (-147,1 °C), zatímco kritický tlak je poměrně vysoký – 3,39 Mn/m². Hustota v kapalném stavu – 808 kg/m³. Tento prvek je méně rozpustný ve vodě než kyslík: 1 g N lze rozpustit v 0 m³ (při 23,3 °C) HXNUMXO. Toto číslo je vyšší při práci s některými uhlovodíky.

Chemické vlastnosti dusíku

Při zahřátí na nízké teploty tento prvek interaguje pouze s aktivními kovy. Například s lithiem, vápníkem, hořčíkem. Dusík reaguje s většinou ostatních látek v přítomnosti katalyzátorů a/nebo při vysokých teplotách.

Sloučeniny N s O4000 (kyslíkem) NXNUMX, NO, NXNUMX, NXNUMXO, NOXNUMX byly dobře studovány. Z nich při interakci prvků (t – XNUMX °C) vzniká oxid NO. Dále se během procesu chlazení oxiduje na NXNUMX. Oxidy dusíku vznikají ve vzduchu při průchodu atmosférických výbojů. Lze je získat působením ionizujícího záření na směs N a O₂.

Když se N203 a N205 rozpustí ve vodě, získají se kyseliny HN02 a HNO2, které tvoří soli – dusičnany a dusitany. Dusík se slučuje s vodíkem výhradně v přítomnosti katalyzátorů a při vysokých teplotách za vzniku NH3 (amoniak). Kromě toho jsou známy další (jsou poměrně četné) sloučeniny N s H2, například diimid HN = NH, hydrazin H2N-NH2, oktazon N₈H14, kyselina HN3 a další.

Stojí za zmínku, že většina sloučenin vodík + dusík je izolována výhradně ve formě organických derivátů. Tento prvek nereaguje (přímo) s halogeny, takže všechny jeho halogenidy jsou získávány pouze nepřímo. Například NF3 se tvoří, když amoniak reaguje s fluorem.

Většina halogenidů dusíku jsou slabě stabilní sloučeniny, oxyhalogenidy jsou stabilnější: NOBr, NO₂F, NOF, NOCl, NO₂Cl. K přímé kombinaci N se sírou také nedochází, N1500SXNUMX se získává při reakci amoniak + kapalná síra. Když horký koks reaguje s N, vzniká kyanogen (CN)XNUMX. Zahříváním acetylenu CXNUMXHXNUMX s dusíkem na XNUMX °C lze získat kyanovodík HCN. Když N interaguje s kovy při relativně vysokých teplotách, tvoří se nitridy (například MgXNUMXNXNUMX).

Při vystavení běžného dusíku elektrickým výbojům [při tlaku 130–270 n/m² (odpovídá 1–2 mm Hg)] a při rozkladu Mg₃N₂, BN, TiNx a Ca₃N₂, jakož i při elektrických výbojích v vzduch, může se tvořit aktivní dusík se zvýšenými energetickými zásobami. Na rozdíl od té molekulární velmi energeticky interaguje s vodíkem, sirnými parami, kyslíkem, některými kovy a fosforem.

Dusík je součástí mnoha důležitých organických sloučenin, včetně aminokyselin, aminů, nitrosloučenin a dalších.

Získávání dusíku

V laboratoři lze tento prvek snadno získat zahřátím koncentrovaného roztoku dusitanu amonného (vzorec: NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O). Technický způsob získávání N je založen na separaci předem zkapalněného vzduchu, který se následně podrobí destilaci.

Aplikace

Hlavní část získaného volného dusíku se využívá při průmyslové výrobě čpavku, který se pak v dosti velkých množstvích zpracovává na hnojiva, výbušniny atd.

Kromě přímé syntézy NH₃ z prvků se používá kyanamidová metoda vyvinutá na začátku minulého století. Vychází ze skutečnosti, že při t = 1000 °C karbid vápníku (vzniká zahříváním směsi uhlí a vápna v elektrické peci) reaguje s volným dusíkem (vzorec: CaC₂ + N₂ = CaCN₂ + C). Vzniklý kyanamid vápenatý se vlivem zahřáté vodní páry rozkládá na CaCO2 a XNUMXNHXNUMX.

Ve volné formě se tento prvek používá v mnoha průmyslových odvětvích: jako inertní médium v ​​různých metalurgických a chemických procesech, při čerpání hořlavých kapalin, pro plnění prostoru ve rtuťových teploměrech atd. V kapalném stavu se používá v různých chladicích jednotkách . Přepravuje a skladuje se v ocelových Dewarových nádobách a stlačený plyn se skladuje v lahvích.

Mnoho sloučenin dusíku je také široce používáno. Jejich výroba se začala rychle rozvíjet po první světové válce a nyní dosáhla skutečně obrovských rozměrů.

Role dusíku v biologii

Tato látka je jedním z hlavních biogenních prvků a je součástí nejdůležitějších prvků živých buněk – nukleových kyselin a bílkovin. Množství dusíku v živých organismech je však malé (přibližně 1–3 % sušiny). Molekulární materiál přítomný v atmosféře je asimilován pouze modrozelenými řasami a některými mikroorganismy.

Poměrně velké zásoby této látky jsou koncentrovány v půdě ve formě různých minerálních (dusičnany, amonné soli) a organických sloučenin (složených z nukleových kyselin, bílkovin a jejich rozkladných produktů, včetně ještě ne zcela rozložených zbytků flóry a fauny).

Rostliny dokonale absorbují dusík z půdy ve formě organických a anorganických sloučenin. V přírodních podmínkách mají velký význam speciální půdní mikroorganismy (amonifikátory), které jsou schopny mineralizovat půdní organický N na amonné soli.

Dusičnanový dusík v půdě vzniká za života nitrifikačních bakterií, objevených S. Winogradským v roce 1890. Oxidují amonné soli a amoniak na dusičnany. Část látky asimilované flórou a faunou se ztrácí působením denitrifikačních bakterií.

Mikroorganismy a rostliny dokonale absorbují dusičnan i amonný N. Aktivně přeměňují anorganický materiál na různé organické sloučeniny – aminokyseliny a amidy (glutamin a asparagin). Ty jsou součástí mnoha proteinů mikroorganismů, rostlin a zvířat. Syntézu asparaginu a glutaminu amidací (enzymatickou) kyselin asparagových a glutamových provádí řada zástupců flóry a fauny.

K produkci aminokyselin dochází prostřednictvím redukční aminace řady ketokyselin a aldehydových kyselin, které jsou výsledkem enzymatické transaminace a také oxidace různých uhlohydrátů. Konečnými produkty asimilace amoniaku (NH3) rostlinami a mikroorganismy jsou proteiny, které jsou součástí buněčného jádra, protoplazmy a jsou také uloženy ve formě tzv. zásobních proteinů.

Lidé a většina zvířat dokážou syntetizovat aminokyseliny jen v poměrně omezené míře. Nejsou schopny produkovat osm základních sloučenin (lysin, valin, fenylalanin, tryptofan, isoleucin, leucin, methionin, threonin), a proto jsou jejich hlavním zdrojem dusíku bílkoviny konzumované v potravě, tedy v konečném důsledku vlastní bílkoviny mikroorganismů. a rostliny.

• Plynný dusík zvláštní čistoty (třída 1, potravinářská přísada E941, “BIOPLYN N”)
• Technický plynný dusík 1. stupeň
• Kapalný dusík zvláštní čistoty 1. stupeň
• Kapalný technický dusík 1. stupeň
• Testovací dusík s nulovým obsahem plynu třídy A (APG NITROGEN)
• Směs potravinářských plynů: dusík – oxid uhličitý

Dusík je chemický prvek, který lze nazvat základem anorganické chemie. V tomto článku se podrobně podíváme na tento prvek a také na jeho vlastnosti a vlastnosti.

Moskva, pl. Akademik Kurčatov, 1