Stikstofaanduiding in de tabel. Stikstof - Grote Sovjet-encyclopedie

Stikstof is een chemisch element met atoomnummer 7. Het is een geurloos, smaakloos en kleurloos gas.


Een mens voelt dus niet de aanwezigheid van stikstof in de atmosfeer van de aarde, terwijl deze voor 78 procent uit deze stof bestaat. Stikstof is een van de meest voorkomende stoffen op onze planeet. Je hoort vaak dat er zonder stikstof geen voedsel zou zijn, en dat is waar. De eiwitverbindingen waaruit alle levende wezens bestaan, bevatten immers noodzakelijkerwijs stikstof.

Stikstof in de natuur

Stikstof wordt in de atmosfeer aangetroffen in de vorm van moleculen bestaande uit twee atomen. Naast de atmosfeer wordt stikstof aangetroffen in de aardmantel en in de humuslaag van de bodem. De belangrijkste bron van stikstof voor de industriële productie zijn mineralen.

Toen de minerale reserves de afgelopen decennia echter begonnen uit te putten, ontstond er een dringende behoefte om stikstof op industriële schaal uit de lucht te scheiden. Dit probleem is nu opgelost en enorme hoeveelheden stikstof voor industriële behoeften worden uit de atmosfeer gehaald.

De rol van stikstof in de biologie, de stikstofcyclus

Op aarde ondergaat stikstof een aantal transformaties waarbij zowel biotische (levensgerelateerde) als abiotische factoren een rol spelen. Stikstof komt planten binnen vanuit de atmosfeer en de bodem, niet rechtstreeks, maar via micro-organismen. Stikstofbindende bacteriën houden stikstof vast en verwerken het, waardoor het wordt omgezet in een vorm die gemakkelijk door planten kan worden opgenomen. In het plantenlichaam wordt stikstof omgezet in complexe verbindingen, met name eiwitten.

Via de voedselketen komen deze stoffen de lichamen van herbivoren en vervolgens roofdieren binnen. Na de dood van alle levende wezens keert stikstof terug naar de bodem, waar het wordt afgebroken (ammonificatie en denitrificatie). Stikstof wordt vastgelegd in de bodem, mineralen, water, komt in de atmosfeer terecht en de cirkel herhaalt zich.

Toepassing van stikstof

Na de ontdekking van stikstof (dit gebeurde in de 18e eeuw) werden de eigenschappen van de stof zelf, de verbindingen ervan en de mogelijkheid om deze op de boerderij te gebruiken goed bestudeerd. Omdat de stikstofreserves op onze planeet enorm zijn, wordt dit element extreem actief gebruikt.


Zuivere stikstof wordt gebruikt in vloeibare of gasvormige vorm. Vloeibare stikstof heeft een temperatuur van min 196 graden Celsius en wordt in de volgende gebieden gebruikt:

— in de geneeskunde. Vloeibare stikstof is een koelmiddel bij cryotherapieprocedures, dat wil zeggen koudebehandeling. Flash-bevriezing wordt gebruikt om verschillende tumoren te verwijderen. Weefselmonsters en levende cellen (met name sperma en eieren) worden opgeslagen in vloeibare stikstof. Door de lage temperatuur kan het biomateriaal lange tijd worden bewaard en vervolgens worden ontdooid en gebruikt.

De mogelijkheid om hele levende organismen in vloeibare stikstof op te slaan en, indien nodig, zonder enige schade te ontdooien, werd uitgedrukt door sciencefictionschrijvers. In werkelijkheid is het echter nog niet mogelijk geweest deze technologie onder de knie te krijgen;

— in de voedingsindustrie Bij het bottelen van vloeistoffen wordt vloeibare stikstof gebruikt om een ​​inerte omgeving in de container te creëren.

Over het algemeen wordt stikstof gebruikt in gebieden waar een gasvormige omgeving zonder zuurstof vereist is, b.v.

— bij brandbestrijding. Stikstof verdringt zuurstof, zonder welke verbrandingsprocessen niet ondersteund worden en het vuur uitgaat.

Stikstofgas heeft toepassing gevonden in de volgende industrieën:

— voedselproductie. Stikstof wordt gebruikt als inert gasmedium om de versheid van verpakte producten te behouden;

— in de olie-industrie en mijnbouw. Pijpleidingen en tanks worden gespoeld met stikstof, het wordt in mijnen geïnjecteerd om een ​​explosieveilige gasomgeving te vormen;

— in de vliegtuigbouw De chassisbanden worden opgepompt met stikstof.

Al het bovenstaande is van toepassing op het gebruik van pure stikstof, maar vergeet niet dat dit element het uitgangsmateriaal is voor de productie van een massa verschillende verbindingen:

- ammoniak. Een uiterst gewilde stof die stikstof bevat. Ammoniak wordt gebruikt bij de productie van meststoffen, polymeren, frisdrank en salpeterzuur. Het wordt zelf gebruikt in de geneeskunde, bij de vervaardiging van koelapparatuur;

— stikstofmeststoffen;

- explosieven;

- kleurstoffen, enz.


Stikstof is niet alleen een van de meest voorkomende chemische elementen, maar ook een zeer noodzakelijke component die in veel takken van menselijke activiteit wordt gebruikt.

Stikstof is een bekend chemisch element, dat wordt aangegeven met de letter N. Dit element is misschien wel de basis van de anorganische chemie en wordt in de 8e klas in detail bestudeerd. In dit artikel zullen we dit chemische element bekijken, evenals de eigenschappen en typen ervan.

Geschiedenis van de ontdekking van een chemisch element

Stikstof is een element dat voor het eerst werd geïntroduceerd door de beroemde Franse chemicus Antoine Lavoisier. Maar veel wetenschappers strijden om de titel van ontdekker van stikstof, waaronder Henry Cavendish, Karl Scheele en Daniel Rutherford.

Als resultaat van het experiment was hij de eerste die een chemisch element isoleerde, maar hij realiseerde zich nooit dat hij een eenvoudige substantie had verkregen. Hij deed verslag van zijn ervaringen en deed ook een aantal onderzoeken. Priestley slaagde er waarschijnlijk ook in dit element te isoleren, maar de wetenschapper kon niet begrijpen wat hij precies kreeg, dus verdiende hij de titel van ontdekker niet. Karl Scheele voerde tegelijkertijd met hen hetzelfde onderzoek uit, maar kwam niet tot de gewenste conclusie.

In hetzelfde jaar slaagde Daniel Rutherford er niet alleen in stikstof te verkrijgen, maar ook te beschrijven, een proefschrift te publiceren en de chemische basiseigenschappen van het element aan te geven. Maar zelfs Rutherford begreep nooit helemaal wat hij kreeg. Hij is echter degene die als de ontdekker wordt beschouwd, omdat hij het dichtst bij de oplossing stond.

Oorsprong van de naam stikstof

Uit het Grieks wordt "stikstof" vertaald als "levenloos". Het was Lavoisier die aan de regels van de nomenclatuur werkte en besloot het element zo te noemen. In de 18e eeuw was het enige dat over dit element bekend was, dat het de ademhaling niet ondersteunde. Daarom werd deze naam aangenomen.

In het Latijn wordt stikstof “nitrogenium” genoemd, wat “het baren van salpeter” betekent. De aanduiding voor stikstof kwam uit de Latijnse taal - de letter N. Maar de naam zelf heeft in veel landen geen wortel geschoten.

Prevalentie van elementen

Stikstof is misschien wel een van de meest voorkomende elementen op onze planeet en staat qua overvloed op de vierde plaats. Het element wordt ook aangetroffen in de zonneatmosfeer, op de planeten Uranus en Neptunus. De atmosferen van Titan, Pluto en Triton zijn gemaakt van stikstof. Bovendien bestaat de atmosfeer van de aarde voor 78-79 procent uit dit chemische element.

Stikstof speelt een belangrijke biologische rol, omdat het noodzakelijk is voor het voortbestaan ​​van planten en dieren. Zelfs het menselijk lichaam bevat 2 tot 3 procent van dit chemische element. Onderdeel van chlorofyl, aminozuren, eiwitten, nucleïnezuren.

Een vloeibare stikstof

Vloeibare stikstof is een kleurloze transparante vloeistof, een van de samengestelde toestanden van de chemische stikstof, die veel wordt gebruikt in de industrie, de bouw en de geneeskunde. Het wordt gebruikt voor het invriezen van organische materialen, koelapparatuur en in de geneeskunde voor het verwijderen van wratten (esthetische geneeskunde).

Vloeibare stikstof is niet giftig en niet explosief.

Moleculaire stikstof

Moleculaire stikstof is een element dat in de atmosfeer van onze planeet voorkomt en daar het grootste deel van uitmaakt. De formule van moleculaire stikstof is N 2. Dergelijke stikstof reageert alleen bij zeer hoge temperaturen met andere chemische elementen of stoffen.

Fysieke eigenschappen

Onder normale omstandigheden is het chemische element stikstof geurloos, kleurloos en vrijwel onoplosbaar in water. Vloeibare stikstof heeft een consistentie die lijkt op die van water, en is even transparant als kleurloos. Stikstof heeft een andere aggregatietoestand; bij temperaturen onder de -210 graden verandert het in een vaste stof en vormt het veel grote sneeuwwitte kristallen. Absorbeert zuurstof uit de lucht.

Chemische eigenschappen

Stikstof behoort tot de groep van niet-metalen en neemt eigenschappen over van andere chemische elementen uit deze groep. Over het algemeen zijn niet-metalen geen goede geleiders van elektriciteit. Stikstof vormt verschillende oxiden, zoals NO (monoxide). NO of stikstofmonoxide is een spierverslapper (een stof die de spieren aanzienlijk ontspant zonder enige schade of andere effecten op het menselijk lichaam te veroorzaken). Oxiden die meer stikstofatomen bevatten, bijvoorbeeld N 2 O, zijn een lachgas met een lichtzoete smaak, dat in de geneeskunde als verdovingsmiddel wordt gebruikt. NO 2 -oxide heeft echter niets met de eerste twee te maken, omdat het een nogal schadelijk uitlaatgas is, dat zich in de uitlaatgassen van auto's bevindt en de atmosfeer ernstig vervuilt.

Salpeterzuur, dat wordt gevormd door waterstofatomen, stikstofatomen en drie zuurstofatomen, is een sterk zuur. Het wordt veel gebruikt bij de productie van meststoffen, sieraden, organische synthese, de militaire industrie (productie van explosieven en de synthese van giftige stoffen), productie van kleurstoffen, medicijnen, enz. Salpeterzuur is zeer schadelijk voor het menselijk lichaam; zweren en chemische brandwonden op de huid.

Mensen denken ten onrechte dat koolstofdioxide stikstof is. Vanwege zijn chemische eigenschappen reageert het element onder normale omstandigheden met slechts een klein aantal elementen. En kooldioxide is koolmonoxide.

Toepassing van een chemisch element

Vloeibare stikstof wordt in de geneeskunde gebruikt voor koudebehandeling (cryotherapie), en ook bij het koken als koelmiddel.

Dit element heeft ook brede toepassing gevonden in de industrie. Stikstof is een gas dat explosie- en brandveilig is. Bovendien voorkomt het rotting en oxidatie. Nu wordt stikstof in mijnen gebruikt om een ​​explosieveilige omgeving te creëren. Stikstofgas wordt gebruikt in de petrochemie.

In de chemische industrie is het heel lastig om zonder stikstof te doen. Het wordt gebruikt voor de synthese van verschillende stoffen en verbindingen, bijvoorbeeld sommige meststoffen, ammoniak, explosieven en kleurstoffen. Tegenwoordig worden grote hoeveelheden stikstof gebruikt voor de synthese van ammoniak.

In de voedingsmiddelenindustrie is deze stof geregistreerd als levensmiddelenadditief.

Mengsel of pure stof?

Zelfs wetenschappers uit de eerste helft van de 18e eeuw die erin slaagden het chemische element te isoleren, dachten dat stikstof een mengsel was. Maar er is een groot verschil tussen deze concepten.

Het heeft een hele reeks permanente eigenschappen, zoals samenstelling, fysische en chemische eigenschappen. Een mengsel is een verbinding die twee of meer chemische elementen bevat.

We weten nu dat stikstof een zuivere stof is, omdat het een chemisch element is.

Bij het studeren van scheikunde is het erg belangrijk om te begrijpen dat stikstof de basis is van alle scheikunde. Het vormt verschillende verbindingen die we allemaal tegenkomen, waaronder lachgas, bruin gas, ammoniak en salpeterzuur. Het is niet voor niets dat scheikunde op school begint met de studie van zo'n chemisch element als stikstof.

1. stikstof - (Alchem.) Het creatieve principe in de natuur, waarvan het grootste deel wordt opgeslagen in het astrale licht. Het wordt gesymboliseerd door een figuur die een kruis voorstelt (vgl. Theosofisch woordenboek
2. Azoth - Az'ot (versterkte plaats) (Joz. 13:3; Jozua 15:47; 1 Koningen 5:1, 3.5-7; 1 Koningen 6:17; 2 Kronieken 26:6; Neh.4: 7; Neh. .13:23; Jer.25:20; Am.3:9; Zach.8:40) - een van de vijf belangrijkste Filistijnse steden. Vikhlyantsev Bijbelwoordenboek
3. stikstof - stikstof m. Een chemisch element, een kleur- en geurloos gas dat het grootste deel van de lucht uitmaakt en een van de belangrijkste elementen van plantenvoeding is. Verklarend woordenboek door Efremova
4. STIKSTOF - STIKSTOF (lat. Nitrogenium) - N, chemisch element van groep V van het periodiek systeem, atoomnummer 7, atoommassa 14.0067. De naam komt van het Griekse a - negatief voorvoegsel en zoe - leven (ondersteunt geen ademhaling en verbranding). Groot encyclopedisch woordenboek
5. stikstof - Stikstof, pl. nee, m. [uit het Grieks. neg. a en zoe – leven]. Een kleur- en geurloos gas dat in de lucht voorkomt. || Chemisch element (chemisch). Groot woordenboek met buitenlandse woorden
6. stikstof - Geleend uit het Frans taal in de 18e eeuw Franz. azote is een nieuwe formatie van de chemicus Lavoisier (Grieks een "niet" en zōos "levend"). Stikstof betekent letterlijk ‘geen leven geven’. Zie zoölogie met dezelfde wortel. Etymologisch woordenboek van Shansky
7. stikstof - STIKSTOF -a; m. [Frans] azote uit het Grieks an- - niet-, zonder- en zōtikos - leven gevend]. Chemisch element (N), een kleur- en geurloos gas dat de ademhaling en verbranding niet ondersteunt (het vormt qua volume en massa het grootste deel van de lucht... Kuznetsovs verklarend woordenboek
8. stikstof - AZ’OT, stikstof, pl. geen man (van het Grieks negatief a en zoe - leven). Een kleurloos en geurloos gas dat in de lucht wordt aangetroffen. | Chemisch element (chemisch). Ushakovs verklarend woordenboek
9. Stikstof - I (chemisch symbool N, atoomgewicht - 14) - een van de chemische elementen; een kleurloos gas dat geur noch smaak heeft; zeer slecht oplosbaar in water. Het soortelijk gewicht is 0,972. Encyclopedisch woordenboek van Brockhaus en Efron
10. stikstof - STIKSTOF, a, m. Een chemisch element, een kleurloos en geurloos gas, het hoofdbestanddeel van lucht, dat ook deel uitmaakt van eiwitten en nucleïnezuren. | bijvoeglijk naamwoord stikstofhoudend, aya, oh en stikstofhoudend, aya, oh. Salpeterzuur, salpeterzuur. Stikstofmeststoffen. Ozhegovs verklarend woordenboek
11. Azoth - Ashdod (Ashdod), voor het eerst genoemd in Jozua 11:22 als de stad van de Enakim. Later werd het genoemd als een van de vijf belangrijkste Filistijnse stadstaten, samen met Gaza, Ashkelon, Gath en Ekron (Jozua 13:3; 1 Sam. 6:17). acc. Jozua 15:47... Brockhaus Bijbelse Encyclopedie
12. Azoth - (versterkte plaats; Jozua 11:22, 13:3, 15:47, Rechters 1:18, Handelingen 8:40) - een van de vijf belangrijkste steden van de Filistijnen, aan de oostelijke oever van de Middellandse Zee, tussen Ekron en Ascalon, in 15 -ti of 20 eng. mijl naar het dorp uit Gaza. Archimandrite Bijbelse encyclopedie. Nikephoros
13. stikstof - STIKSTOF (van het Griekse a-voorvoegsel, wat hier afwezigheid en leven betekent; lat. Nitrogenium, van nitrum - salpeter en Grieks gennao - ik geef geboorte, produceer) N chemisch. element V gr. periodiek systeem, op. N. 7, op. m. 14.0067. Natuur Chemische encyclopedie
14. stikstof - -a, m. Een chemisch element, een kleurloos en geurloos gas dat de verbranding niet ondersteunt (het vormt qua volume of massa het grootste deel van de lucht en is een van de belangrijkste elementen van plantenvoeding). [Frans azote uit het Grieks ’α- - niet-, zonder- en ζωή - leven] Klein academisch woordenboek
15. stikstof - Frans – azoet. Grieks – azoos (niet-levend). Het woord ‘stikstof’ is sinds de 18e eeuw in het Russisch bekend geworden en gebruikt. als wetenschappelijke term voor een chemisch element, een kleurloos gas. Etymologisch woordenboek van Semenov
16. Azoth - Azōtus, Ἄζωτος stad in Palestina, vlakbij de zee. Het werd veroverd door Psammetichus van Egypte (Hdt. 2.157), evenals door Jonathan Makkabeüs, die het vernietigde. In 56 voor Christus werd het, samen met andere steden, opnieuw gebouwd door de proconsul Gabinius. A. in het Oude Testament, n. Esdud-dorp. Woordenboek van Klassieke Oudheden
17. stikstof - STIKSTOF (van het Griekse a- - voorvoegsel, wat hier afwezigheid betekent, en Joe - leven; lat. Nitrogenium), N, chemisch. element, kleurloos gas. Basis zijn massa is geconcentreerd in een vrije toestand in de atmosfeer. Agrarisch woordenboek
18. stikstof - Stikstof/. Woordenboek met morfemische spelling
19. STIKSTOF - STIKSTOF (symbool N), een kleurloos en geurloos chemisch element dat behoort tot groep V van het periodiek systeem. Ontdekt in 1772, wordt het meestal aangetroffen in de vorm van gas. Het is het hoofdbestanddeel van de atmosfeer van de aarde (78% van het volume). Wetenschappelijk en technisch woordenboek
20. stikstof - orf. stikstof, -a Het spellingwoordenboek van Lopatin
21. stikstof - Dit woord werd kunstmatig gecreëerd in 1787, toen er een wetenschappelijke term nodig was voor de naam van dit gas. Omdat dit gas de ademhaling niet ondersteunt en de naam dienovereenkomstig werd bedacht... Het etymologische woordenboek van Krylov
22. Stikstof - I Stikstof (Nitrogenium, N) chemisch element van groep V van het periodiek systeem D.I. Mendelejev, een van de meest voorkomende chemische elementen in de natuur. Samengesteld uit alle levende organismen... Medische encyclopedie
23. Stikstof - N (lat. Nitrogenium * a. stikstof; n. Stickstoff; f. azote, stikstof; i. stikstof), - chemisch. element van groep V is periodiek. Mendelejev-systeem, at.sci. 7, op. m. 14.0067. Geopend in 1772 onderzoeker D. Rutherford. Onder normale omstandigheden A. Bergencyclopedie
24. stikstof - Stikstof, stikstof, stikstof, stikstof, stikstof, stikstof, stikstof, stikstof, stikstof, stikstof, stikstof, stikstof Zaliznyak's grammaticawoordenboek
25. stikstof - STIKSTOF chemisch. basis, hoofdelement van salpeter; salpeter, salpeter, salpeter; Het is ook qua hoeveelheid het belangrijkste bestanddeel van onze lucht (stikstof - 79 volumes, zuurstof - 21). Stikstofhoudend, stikstofhoudend, stikstofhoudende stikstof. Dahl's verklarend woordenboek
26. stikstof - zelfstandig naamwoord, aantal synoniemen: 8 gas 55 niet-metaal 17 stikstof 1 organogeen 6 salpeter 3 salpeter 3 salpeter 3 element 159 Woordenboek van Russische synoniemen
27. stikstof - STIKSTOF -a azote m.<�араб. 1787. Лексис.1. алхим. Первая материя металлов - металлическая ртуть. Сл. 18. Пустился он <�парацельс>tot het einde van de wereld, door iedereen zijn Laudanum en zijn Azoth aan te bieden voor een zeer redelijke prijs... Woordenboek van gallicismen van de Russische taal

De inhoud van het artikel

STIKSTOF, N (nitrogenium), chemisch element (op nummer 7) VA-subgroep van het periodiek systeem der elementen. De atmosfeer van de aarde bevat 78% (vol.) stikstof. Om te laten zien hoe groot deze stikstofvoorraden zijn, merken we op dat er in de atmosfeer boven elke vierkante kilometer van het aardoppervlak zoveel stikstof zit dat wel 50 miljoen ton natriumnitraat of 10 miljoen ton ammoniak (een stikstofverbinding met waterstof) daaruit kan worden gewonnen, en toch vormt dit een klein deel van de stikstof die zich in de aardkorst bevindt. Het bestaan ​​van vrije stikstof duidt op de inertie ervan en de moeilijkheid van interactie met andere elementen bij gewone temperaturen. Vaste stikstof maakt deel uit van zowel organisch als anorganisch materiaal. Het planten- en dierenleven bevat stikstof gebonden aan koolstof en zuurstof in eiwitten. Daarnaast zijn stikstofhoudende anorganische verbindingen zoals nitraten (NO 3 –), nitrieten (NO 2 –), cyaniden (CN –), nitriden (N 3 –) en aziden (N 3 –) bekend en kunnen worden verkregen in grote hoeveelheden ).

Historische referentie.

De experimenten van A. Lavoisier, gewijd aan de studie van de rol van de atmosfeer bij het in stand houden van leven en verbrandingsprocessen, bevestigden het bestaan ​​van een relatief inerte substantie in de atmosfeer. Zonder de elementaire aard vast te stellen van het gas dat overblijft na verbranding, noemde Lavoisier het azote, wat 'levenloos' betekent in het Oudgrieks. In 1772 stelde D. Rutherford uit Edinburgh vast dat dit gas een element is en noemde het ‘schadelijke lucht’. De Latijnse naam voor stikstof komt van de Griekse woorden nitron en gen, wat "salpetervormend" betekent.

Stikstoffixatie en de stikstofcyclus.

De term "stikstoffixatie" verwijst naar het proces van het fixeren van stikstof N2 uit de atmosfeer. In de natuur kan dit op twee manieren gebeuren: peulvruchten, zoals erwten, klaver en sojabonen, hopen knobbeltjes op hun wortels op, waarin stikstofbindende bacteriën deze omzetten in nitraten, of atmosferische stikstof wordt onder bliksemomstandigheden geoxideerd door zuurstof. S. Arrhenius ontdekte dat op deze manier jaarlijks tot 400 miljoen ton stikstof wordt vastgelegd. In de atmosfeer combineren stikstofoxiden met regenwater om salpeter- en salpeterzuren te vormen. Daarnaast is vastgesteld dat bij regen en sneeuw ca. 6700 g stikstof; Als ze de grond bereiken, veranderen ze in nitrieten en nitraten. Planten gebruiken nitraten om plantaardige eiwitten te vormen. Dieren die zich voeden met deze planten, assimileren de eiwitstoffen van de planten en zetten deze om in dierlijke eiwitten. Na de dood van dieren en planten ontleden ze en veranderen stikstofverbindingen in ammoniak. Ammoniak wordt op twee manieren gebruikt: bacteriën die geen nitraten vormen, breken het af in elementen, waarbij stikstof en waterstof vrijkomen, en andere bacteriën vormen er nitrieten uit, die door andere bacteriën worden geoxideerd tot nitraten. Zo ontstaat in de natuur de stikstofcyclus, oftewel de stikstofcyclus.

Structuur van de kern en elektronenschillen.

Er zijn twee stabiele isotopen van stikstof in de natuur: met een massagetal van 14 (bevat 7 protonen en 7 neutronen) en met een massagetal van 15 (bevat 7 protonen en 8 neutronen). Hun verhouding is 99,635:0,365, dus de atoommassa van stikstof is 14,008. Instabiele stikstofisotopen 12 N, 13 N, 16 N, 17 N werden kunstmatig verkregen. Schematisch is de elektronische structuur van het stikstofatoom als volgt: 1 S 2 2S 2 2px 1 2p j 1 2p z 1. Bijgevolg bevat de buitenste (tweede) elektronenschil 5 elektronen die kunnen deelnemen aan de vorming van chemische bindingen; stikstoforbitalen kunnen ook elektronen accepteren, d.w.z. de vorming van verbindingen met oxidatietoestanden van (–III) tot (V) is mogelijk, en ze zijn bekend.

Moleculaire stikstof.

Uit bepalingen van de gasdichtheid is vastgesteld dat het stikstofmolecuul diatomisch is, d.w.z. de molecuulformule van stikstof is Nє N (of N 2). Twee stikstofatomen hebben drie buitenste 2 P-elektronen van elk atoom vormen een drievoudige binding:N:::N:, waardoor elektronenparen worden gevormd. De gemeten N – N interatomaire afstand is 1,095 Å. Zoals in het geval van waterstof ( cm. WATERSTOF), zijn er stikstofmoleculen met verschillende kernspins - symmetrisch en antisymmetrisch. Bij gewone temperaturen is de verhouding tussen symmetrische en antisymmetrische vormen 2:1. In de vaste toestand zijn twee modificaties van stikstof bekend: A– kubieke en B– zeshoekig met overgangstemperatuur A ® B–237,39° C. Wijziging B smelt bij –209,96° C en kookt bij –195,78° C bij 1 atm ( cm. tafel 1).

De dissociatie-energie van een mol (28,016 g of 6,023 H 10 23 moleculen) moleculaire stikstof in atomen (N 2 2N) is ongeveer –225 kcal. Daarom kan atomaire stikstof worden gevormd tijdens een stille elektrische ontlading en is het chemisch actiever dan moleculaire stikstof.

Ontvangst en aanvraag.

De methode voor het verkrijgen van elementaire stikstof hangt af van de vereiste zuiverheid. Stikstof wordt in grote hoeveelheden verkregen voor de synthese van ammoniak, terwijl kleine mengsels van edelgassen acceptabel zijn.

Stikstof uit de atmosfeer.

Economisch gezien is de uitstoot van stikstof uit de atmosfeer te wijten aan de lage kosten van de methode om gezuiverde lucht vloeibaar te maken (waterdamp, CO 2, stof en andere onzuiverheden worden verwijderd). Opeenvolgende cycli van compressie, koeling en expansie van dergelijke lucht leiden tot het vloeibaar maken ervan. Vloeibare lucht wordt onderworpen aan gefractioneerde destillatie met een langzame temperatuurstijging. Eerst komen de edelgassen vrij, daarna stikstof en vloeibare zuurstof. Zuivering wordt bereikt door herhaalde fractioneringsprocessen. Deze methode levert jaarlijks vele miljoenen tonnen stikstof op, voornamelijk voor de synthese van ammoniak, de grondstof in de productietechnologie van verschillende stikstofhoudende verbindingen voor industrie en landbouw. Daarnaast wordt vaak gebruik gemaakt van een gezuiverde stikstofatmosfeer wanneer de aanwezigheid van zuurstof onaanvaardbaar is.

Laboratoriummethoden.

Stikstof kan in het laboratorium op verschillende manieren in kleine hoeveelheden worden verkregen door bijvoorbeeld ammoniak of ammoniumion te oxideren:

Het proces van oxidatie van ammoniumionen met nitrietionen is erg handig:

Er zijn ook andere methoden bekend: de ontleding van aziden bij verhitting, de ontleding van ammoniak met koper(II)oxide, de interactie van nitrieten met sulfaminezuur of ureum:

De katalytische ontleding van ammoniak bij hoge temperaturen kan ook stikstof produceren:

Fysieke eigenschappen.

Enkele fysische eigenschappen van stikstof worden in de tabel gegeven. 1.

Chemische eigenschappen.

Zoals reeds opgemerkt is de overheersende eigenschap van stikstof onder normale temperatuur- en drukomstandigheden zijn inertie, oftewel lage chemische activiteit. De elektronische structuur van stikstof bevat een elektronenpaar van 2 S-niveau en drie half gevuld 2 R-orbitalen, dus één stikstofatoom kan niet meer dan vier andere atomen binden, d.w.z. het coördinatienummer is vier. De kleine omvang van een atoom beperkt ook het aantal atomen of groepen atomen dat ermee geassocieerd kan worden. Daarom hebben veel verbindingen van andere leden van de VA-subgroep geen analogen tussen stikstofverbindingen, of blijken soortgelijke stikstofverbindingen onstabiel. PCl 5 is dus een stabiele verbinding, maar NCl 5 bestaat niet. Een stikstofatoom kan zich binden met een ander stikstofatoom, waardoor verschillende redelijk stabiele verbindingen ontstaan, zoals hydrazine N 2 H 4 en metaalaziden MN 3. Dit type binding is ongebruikelijk voor chemische elementen (met uitzondering van koolstof en silicium). Bij verhoogde temperaturen reageert stikstof met veel metalen, waarbij gedeeltelijk ionische nitriden M worden gevormd X N j. In deze verbindingen is stikstof negatief geladen. In tafel Tabel 2 toont de oxidatietoestanden en voorbeelden van overeenkomstige verbindingen.

Nitriden.

Verbindingen van stikstof met meer elektropositieve elementen, metalen en niet-metalen - nitriden - zijn vergelijkbaar met carbiden en hydriden. Ze kunnen, afhankelijk van de aard van de M-N-binding, worden onderverdeeld in ionisch, covalent en met een tussenliggend type binding. In de regel zijn dit kristallijne stoffen.

Ionische nitriden.

De binding in deze verbindingen omvat de overdracht van elektronen van het metaal naar stikstof om het N3–ion te vormen. Dergelijke nitriden omvatten Li 3 N, Mg 3 N 2, Zn 3 N 2 en Cu 3 N 2. Afgezien van lithium vormen andere alkalimetalen geen IA-subgroepen van nitriden. Ionische nitriden hebben hoge smeltpunten en reageren met water om NH 3 en metaalhydroxiden te vormen.

Covalente nitriden.

Wanneer stikstofelektronen deelnemen aan de vorming van een binding samen met de elektronen van een ander element zonder deze van stikstof naar een ander atoom over te brengen, worden nitriden met een covalente binding gevormd. Waterstofnitriden (zoals ammoniak en hydrazine) zijn volledig covalent, evenals stikstofhalogeniden (NF 3 en NCl 3). Covalente nitriden omvatten bijvoorbeeld Si 3 N 4, P 3 N 5 en BN - zeer stabiele witte stoffen, en BN heeft twee allotrope modificaties: hexagonaal en diamantachtig. Dit laatste wordt gevormd onder hoge drukken en temperaturen en heeft een hardheid die dicht bij die van diamant ligt.

Nitriden met een tussenliggend type binding.

Overgangselementen reageren bij hoge temperaturen met NH 3 en vormen een ongebruikelijke klasse verbindingen waarin de stikstofatomen verdeeld zijn over regelmatig verdeelde metaalatomen. Er is geen duidelijke elektronenverplaatsing in deze verbindingen. Voorbeelden van dergelijke nitriden zijn Fe 4 N, W 2 N, Mo 2 N, Mn 3 N 2. Deze verbindingen zijn meestal volledig inert en hebben een goede elektrische geleidbaarheid.

Waterstofverbindingen van stikstof.

Stikstof en waterstof reageren en vormen verbindingen die vaag op koolwaterstoffen lijken. De stabiliteit van waterstofnitraten neemt af met een toenemend aantal stikstofatomen in de keten, in tegenstelling tot koolwaterstoffen, die stabiel zijn in lange ketens. De belangrijkste waterstofnitriden zijn ammoniak NH 3 en hydrazine N 2 H 4. Hiertoe behoort ook salpeterzuur HNNN (HN 3).

Ammoniak NH3.

Ammoniak is een van de belangrijkste industriële producten van de moderne economie. Aan het einde van de 20e eeuw. De VS produceerden ca. Jaarlijks 13 miljoen ton ammoniak (in termen van watervrije ammoniak).

Molecuulstructuur.

Het NH 3-molecuul heeft een bijna piramidevormige structuur. De H – N – H bindingshoek is 107 °, wat dicht bij de tetraëdrische hoek van 109 ° ligt. Het eenzame elektronenpaar is equivalent aan de aangehechte groep, waardoor het coördinatiegetal van stikstof 4 is en de stikstof zich in het midden van de tetraëder bevindt.

Eigenschappen van ammoniak.

Enkele fysische eigenschappen van ammoniak in vergelijking met water worden in de tabel gegeven. 3.

De kook- en smeltpunten van ammoniak zijn veel lager dan die van water, ondanks de gelijkenis van molecuulgewichten en de gelijkenis van moleculaire structuur. Dit wordt verklaard door de relatief grotere sterkte van intermoleculaire bindingen in water dan in ammoniak (dergelijke intermoleculaire bindingen worden waterstofbruggen genoemd).

Ammoniak als oplosmiddel.

De hoge diëlektrische constante en het dipoolmoment van vloeibare ammoniak maken het mogelijk om het te gebruiken als oplosmiddel voor polaire of ionische anorganische stoffen. Ammoniakoplosmiddel neemt een tussenpositie in tussen water en organische oplosmiddelen zoals ethylalcohol. Alkali- en aardalkalimetalen lossen op in ammoniak en vormen donkerblauwe oplossingen. Aangenomen kan worden dat solvatatie en ionisatie van valentie-elektronen in oplossing volgens het schema plaatsvindt

De blauwe kleur wordt geassocieerd met solvatatie en de beweging van elektronen of de mobiliteit van ‘gaten’ in een vloeistof. Bij een hoge concentratie natrium in vloeibare ammoniak krijgt de oplossing een bronskleur en is deze zeer elektrisch geleidend. Ongebonden alkalimetaal kan uit een dergelijke oplossing worden gescheiden door verdamping van ammoniak of door toevoeging van natriumchloride. Oplossingen van metalen in ammoniak zijn goede reductiemiddelen. Autoionisatie vindt plaats in vloeibare ammoniak

vergelijkbaar met het proces dat plaatsvindt in water:

Sommige chemische eigenschappen van beide systemen worden vergeleken in de tabel. 4.

Vloeibare ammoniak als oplosmiddel heeft een voordeel in sommige gevallen waarin het niet mogelijk is reacties in water uit te voeren vanwege de snelle interactie van componenten met water (bijvoorbeeld oxidatie en reductie). In vloeibare ammoniak reageert calcium bijvoorbeeld met KCl om CaCl2 en K te vormen, aangezien CaCl2 onoplosbaar is in vloeibare ammoniak en K oplosbaar is, en de reactie volledig verloopt. In water is een dergelijke reactie onmogelijk vanwege de snelle interactie van Ca met water.

Productie van ammoniak.

Uit ammoniumzouten komt gasvormig NH 3 vrij onder invloed van een sterke base, bijvoorbeeld NaOH:

De methode is toepasbaar in laboratoriumomstandigheden. Kleinschalige ammoniakproductie is eveneens gebaseerd op de hydrolyse van nitriden, zoals Mg 3 N 2, met water. Calciumcyanamide CaCN 2 vormt bij interactie met water ook ammoniak. De belangrijkste industriële methode voor de productie van ammoniak is de katalytische synthese uit atmosferische stikstof en waterstof bij hoge temperatuur en druk:

Waterstof voor deze synthese wordt verkregen door thermisch kraken van koolwaterstoffen, de inwerking van waterdamp op steenkool of ijzer, de ontleding van alcoholen met waterdamp of de elektrolyse van water. Er zijn veel patenten verkregen voor de synthese van ammoniak, die verschillen in de procesomstandigheden (temperatuur, druk, katalysator). Er is een methode voor industriële productie door middel van thermische destillatie van steenkool. De namen van F. Haber en K. Bosch worden geassocieerd met de technologische ontwikkeling van de ammoniaksynthese.

Chemische eigenschappen van ammoniak.

Naast de reacties vermeld in tabel. 4 reageert ammoniak met water om de verbinding NH 3N H 2 O te vormen, die vaak ten onrechte wordt beschouwd als ammoniumhydroxide NH 4 OH; in feite is het bestaan ​​van NH4OH in oplossing niet bewezen. Een waterige oplossing van ammoniak (“ammoniak”) bestaat voornamelijk uit NH 3, H 2 O en kleine concentraties NH 4 + en OH – ionen gevormd tijdens dissociatie

De fundamentele aard van ammoniak wordt verklaard door de aanwezigheid van een eenzaam elektronenpaar stikstof:NH 3 . Daarom is NH 3 een Lewis-base, die de hoogste nucleofiele activiteit heeft, die tot uiting komt in de vorm van associatie met een proton of de kern van een waterstofatoom:

Elk ion of molecuul dat een elektronenpaar (elektrofiele verbinding) kan accepteren, zal reageren met NH3 om een ​​coördinatieverbinding te vormen. Bijvoorbeeld:

symbool M N+ vertegenwoordigt een overgangsmetaalion (B-subgroep van het periodiek systeem, bijvoorbeeld Cu 2+, Mn 2+, enz.). Elk protisch (dat wil zeggen H-bevattend) zuur reageert met ammoniak in een waterige oplossing om ammoniumzouten te vormen, zoals ammoniumnitraat NH 4 NO 3, ammoniumchloride NH 4 Cl, ammoniumsulfaat (NH 4) 2 SO 4, fosfaatammonium (NH 4) 3 PO 4. Deze zouten worden in de landbouw veel gebruikt als meststof om stikstof in de bodem te brengen. Ammoniumnitraat wordt ook gebruikt als goedkoop explosief; het werd voor het eerst gebruikt met aardolie (dieselolie). Een waterige oplossing van ammoniak wordt rechtstreeks gebruikt voor introductie in de bodem of met irrigatiewater. Ureum NH 2 CONH 2, verkregen door synthese uit ammoniak en kooldioxide, is eveneens een meststof. Ammoniakgas reageert met metalen zoals Na en K om amiden te vormen:

Ammoniak reageert ook met hydriden en nitriden om amiden te vormen:

Alkalimetaalamiden (bijvoorbeeld NaNH 2) reageren bij verhitting met N 2 O en vormen aziden:

Gasvormig NH 3 reduceert zware metaaloxiden tot metalen bij hoge temperaturen, blijkbaar als gevolg van waterstof dat wordt gevormd als gevolg van de ontleding van ammoniak in N 2 en H 2:

Waterstofatomen in het NH3-molecuul kunnen worden vervangen door halogeen. Jodium reageert met een geconcentreerde oplossing van NH 3 en vormt een mengsel van stoffen die NI 3 bevatten. Deze stof is zeer onstabiel en explodeert bij de geringste mechanische impact. Wanneer NH 3 reageert met Cl 2, worden de chlooramines NCl 3, NHCl 2 en NH 2Cl gevormd. Wanneer ammoniak wordt blootgesteld aan natriumhypochloriet NaOCl (gevormd uit NaOH en Cl 2), is het eindproduct hydrazine:

Hydrazine.

De bovenstaande reacties zijn een methode voor het produceren van hydrazine-monohydraat met de samenstelling N 2 H 4 PH 2 O. Watervrij hydrazine wordt gevormd door speciale destillatie van het monohydraat met BaO of andere waterverwijderende stoffen. De eigenschappen van hydrazine zijn enigszins vergelijkbaar met waterstofperoxide H 2 O 2. Zuiver watervrij hydrazine is een kleurloze, hygroscopische vloeistof, kokend bij 113,5 ° C; lost goed op in water en vormt een zwakke base

In een zure omgeving (H+) vormt hydrazine oplosbare hydrazoniumzouten van het + X – type. Door het gemak waarmee hydrazine en sommige van zijn derivaten (zoals methylhydrazine) met zuurstof reageren, kan het worden gebruikt als bestanddeel van vloeibare raketbrandstof. Hydrazine en al zijn derivaten zijn zeer giftig.

Stikstofoxiden.

In verbindingen met zuurstof vertoont stikstof alle oxidatietoestanden, waarbij oxiden worden gevormd: N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 (N 2 O 4), N 2 O 5. Er is weinig informatie over de vorming van stikstofperoxiden (NO 3, NO 4). 2HNO2. Zuivere N 2 O 3 kan worden verkregen als een blauwe vloeistof bij lage temperaturen (-20

Bij kamertemperatuur is NO 2 een donkerbruin gas dat magnetische eigenschappen heeft vanwege de aanwezigheid van een ongepaard elektron. Bij temperaturen onder 0° C dimeriseert het NO 2 molecuul tot distikstoftetroxide, en bij –9,3° C vindt volledige dimerisatie plaats: 2NO 2 N 2 O 4. In vloeibare toestand is slechts 1% NO 2 niet-gedimeriseerd en bij 100° C blijft 10% N 2 O 4 in de vorm van een dimeer.

NO 2 (of N 2 O 4) reageert in warm water tot salpeterzuur: 3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO. NO 2 -technologie is daarom erg belangrijk als tussenstap in de productie van een industrieel belangrijk product: salpeterzuur.

Stikstofmonoxide (V)

N2O5( verouderd. salpeterzuuranhydride) is een witte kristallijne stof die wordt verkregen door salpeterzuur te dehydrateren in aanwezigheid van fosforoxide P 4 O 10:

Salpeterig zuur

HNO 2 bestaat niet in zuivere vorm, maar waterige oplossingen met een lage concentratie worden gevormd door zwavelzuur toe te voegen aan bariumnitriet:

Salpeterigzuur ontstaat ook als een equimolair mengsel van NO en NO 2 (of N 2 O 3) in water wordt opgelost. Salpeterigzuur is iets sterker dan azijnzuur. De oxidatietoestand van stikstof daarin is +3 (de structuur is H – O – N = O), d.w.z. het kan zowel een oxidatiemiddel als een reductiemiddel zijn. Onder invloed van reductiemiddelen wordt het gewoonlijk gereduceerd tot NO, en bij interactie met oxidatiemiddelen wordt het geoxideerd tot salpeterzuur.

De snelheid waarmee sommige stoffen, zoals metalen of jodide-ionen, in salpeterzuur oplossen, hangt af van de concentratie salpeterigzuur dat als onzuiverheid aanwezig is. Zouten van salpeterigzuur - nitrieten - lossen goed op in water, behalve zilvernitriet. NaNO 2 wordt gebruikt bij de productie van kleurstoffen.

Salpeterzuur

HNO 3 is een van de belangrijkste anorganische producten van de belangrijkste chemische industrie. Het wordt gebruikt in de technologieën van vele andere anorganische en organische stoffen, zoals explosieven, meststoffen, polymeren en vezels, kleurstoffen, farmaceutische producten, enz.

Literatuur:

Stikstofgids. M., 1969
Nekrasov B.V. Basisbeginselen van algemene scheikunde. M., 1973
Problemen met de stikstofbinding. Anorganische en fysische chemie. M., 1982

Stikstof is een chemisch element van groep V van het periodieke systeem van Mendelejev, met atoomnummer 7 en atoommassa 14,00674. Welke eigenschappen heeft dit element?

Fysische eigenschappen van stikstof

Stikstof is een diatomisch gas, geurloos, kleurloos en smaakloos. Het kookpunt van stikstof bij atmosferische druk is -195,8 graden, het smeltpunt is -209,9 graden. De oplosbaarheid in water bij 20 graden is zeer laag - 15,4 ml/l.

Rijst. 1. Stikstofatoom.

Atmosferische stikstof bestaat uit twee isotopen: 14N (99,64%) en 15N (0,36%). Radioactieve isotopen van stikstof 13N en 16N zijn ook bekend.

De vertaling van de naam van het element “stikstof” is levenloos. Deze naam geldt voor stikstof als eenvoudige stof, maar in gebonden toestand is het een van de belangrijkste elementen van het leven en maakt het ook deel uit van eiwitten, nucleïnezuren, vitamines, enz.

Chemische eigenschappen van stikstof

In het stikstofmolecuul wordt de chemische binding uitgevoerd door drie gemeenschappelijke paren p-elektronen, waarvan de orbitalen langs de x-, y-, z-assen zijn gericht.

Een covalente binding die wordt gevormd door overlappende orbitalen langs een lijn die de middelpunten van de verbindende atomen verbindt, wordt een q-binding genoemd.

Een covalente binding die optreedt wanneer de orbitalen aan weerszijden van de lijn die de middelpunten van de verbindende atomen verbindt, elkaar overlappen, wordt een n-binding genoemd. Het stikstofmolecuul heeft één q-binding en twee p-bindingen.

Rijst. 2. Bindingen in een stikstofmolecuul.

Moleculaire stikstof is een chemisch inactieve stof, dit wordt verklaard door de drievoudige binding tussen de stikstofatomen en de korte lengte ervan

Onder normale omstandigheden kan stikstof alleen reageren met lithium:

6Li+N 2 =2Li 3 N (lithiumnitriet)

Bij hoge temperaturen verzwakken de bindingen tussen atomen en wordt stikstof reactiever. Bij verhitting kan het reageren met andere metalen, bijvoorbeeld met magnesium, calcium en aluminium, om nitriden te vormen:

3Mg+N2=Mg3N2

3Ca+N2=Ca3N2

Door stikstof door hete cokes te leiden, wordt een verbinding van stikstof en koolstof verkregen: cyaan.

Rijst. 3. Dicyaanformule.

Met aluminiumoxide en koolstof vormt stikstof bij hoge temperaturen ook aluminiumnitride:

Al 2 O 3 +3C+N 2 =2AlN+3CO,

en met frisdrank en steenkool - natriumcyanide:

Na 2 CO 3 +4C+N 2 =2NaCN+3CO

Bij contact met water hydrolyseren veel nitriden volledig en vormen ammoniak en metaalhydroxide:

Mg 3 N 2 +6H 2 O=3Mg(OH) 2 +2NH 3

Bij de temperatuur van de elektrische boog (3000-4000 graden) reageert stikstof met zuurstof:. Totaal ontvangen beoordelingen: 224.