Dare salnitro - ecco come viene tradotta la parola Nitrogenium dal latino. Questo è il nome dell'azoto, un elemento chimico con numero atomico 7, che dirige il 15° gruppo nella versione lunga della tavola periodica. Sotto forma di una sostanza semplice, è distribuito nel guscio d'aria della Terra: l'atmosfera. Una varietà di composti azotati si trovano nella crosta terrestre e negli organismi viventi e sono ampiamente utilizzati nelle industrie, negli affari militari, nell'agricoltura e nella medicina.
Perché l'azoto è stato chiamato "soffocante" e "senza vita"
Come suggeriscono gli storici della chimica, Henry Cavendish (1777) fu il primo a ricevere questa semplice sostanza. Lo scienziato ha passato l'aria sui carboni ardenti, usando alcali per assorbire i prodotti di reazione. Come risultato dell'esperimento, il ricercatore ha scoperto un gas incolore e inodore che non reagiva con il carbone. Cavendish la definì "aria soffocante" per non essere in grado di sostenere la respirazione e bruciare.
Un chimico moderno spiegherebbe che l'ossigeno ha reagito con il carbonio per formare anidride carbonica. La restante parte "soffocante" dell'aria consisteva principalmente di N2 molecole. Cavendish e altri scienziati a quel tempo non conoscevano ancora questa sostanza, sebbene i composti di azoto e salnitro fossero allora ampiamente utilizzati nell'economia. Lo scienziato ha segnalato il gas insolito al suo collega, che ha condotto esperimenti simili, Joseph Priestley.
Allo stesso tempo, Karl Scheele attirò l'attenzione su uno sconosciuto costituente dell'aria, ma non riuscì a spiegarne correttamente l'origine. Solo Daniel Rutherford nel 1772 si rese conto che il gas "soffocante" "viziato" presente negli esperimenti era l'azoto. Quale scienziato dovrebbe essere considerato il suo scopritore: gli storici della scienza ne stanno ancora discutendo.
15 anni dopo gli esperimenti di Rutherford, il famoso chimico Antoine Lavoisier suggerì di cambiare il termine aria "viziata", riferendosi all'azoto, con un altro - Nitrogenium. A quel punto, è stato dimostrato che questa sostanza non brucia, non supporta la respirazione. Allo stesso tempo, è apparso il nome russo "azoto", che è interpretato in modi diversi. Si dice spesso che il termine significhi "senza vita". Il lavoro successivo ha confutato l'opinione diffusa sulle proprietà della materia. I composti dell'azoto - le proteine - sono le macromolecole più importanti nella composizione degli organismi viventi. Per costruirli, le piante assorbono dal suolo gli elementi necessari alla nutrizione minerale - ioni NO32- e NH4+.
L'azoto è un elemento chimico
Il sistema periodico (PS) aiuta a comprendere la struttura dell'atomo e le sue proprietà. Dalla posizione di un elemento chimico nella tavola periodica, si può determinarecarica nucleare, numero di protoni e neutroni (numero di massa). È necessario prestare attenzione al valore della massa atomica: questa è una delle caratteristiche principali dell'elemento. Il numero del periodo corrisponde al numero dei livelli di energia. Nella versione breve della tavola periodica, il numero del gruppo corrisponde al numero di elettroni nel livello di energia esterno. Riassumiamo tutti i dati nelle caratteristiche generali dell'azoto dalla sua posizione nel sistema periodico:
- Questo è un elemento non metallico, situato nell'angolo in alto a destra del PS.
- Segno chimico: N.
- Numero d'ordine: 7.
- Massa atomica relativa: 14.0067.
- Formula del composto di idrogeno volatile: NH3 (ammoniaca).
- Produce l'ossido più alto N2O5, in cui la valenza dell'azoto è V.
La struttura dell'atomo di azoto:
- Addebito di base: +7.
- Numero di protoni:7; numero di neutroni: 7.
- Numero di livelli di energia: 2.
- Numero totale di elettroni: 7; formula elettronica: 1s22s22p3.
Gli isotopi stabili dell'elemento n. 7 sono stati studiati in dettaglio, i loro numeri di massa sono 14 e 15. Il contenuto di atomi del più leggero di essi è del 99,64%. Ci sono anche 7 protoni nei nuclei degli isotopi radioattivi di breve durata e il numero di neutroni varia notevolmente: 4, 5, 6, 9, 10.
Azoto in natura
Il guscio d'aria terrestre contiene molecole di una sostanza semplice, la cui formula è N2. Il contenuto di azoto gassoso nell'atmosfera è in volumecirca il 78,1%. I composti inorganici di questo elemento chimico nella crosta terrestre sono vari sali di ammonio e nitrati (nitrati). Formule di composti e nomi di alcune delle sostanze più importanti:
- NH3, ammoniaca.
- NO2, biossido di azoto.
- NaNO3, nitrato di sodio.
- (NH4)2SO4, solfato di ammonio.
Valenza dell'azoto negli ultimi due composti - IV. Anche carbone, suolo e organismi viventi contengono atomi di N legati. L'azoto è parte integrante delle macromolecole di aminoacidi, dei nucleotidi del DNA e dell'RNA, degli ormoni e dell'emoglobina. Il contenuto totale di un elemento chimico nel corpo umano raggiunge il 2,5%.
Sostanza semplice
L'azoto sotto forma di molecole biatomiche è la parte più grande dell'aria atmosferica per volume e massa. Una sostanza la cui formula è N2 non ha odore, colore o sapore. Questo gas costituisce più di 2/3 dell'involucro d'aria terrestre. In forma liquida, l'azoto è una sostanza incolore che ricorda l'acqua. Bolle a -195,8 °C. M (N2)=28 g/mol. La semplice sostanza azoto è leggermente più leggera dell'ossigeno, la sua densità nell'aria è vicina a 1.
Gli atomi in una molecola legano saldamente 3 coppie di elettroni comuni. Il composto mostra un'elevata stabilità chimica, che lo distingue dall'ossigeno e da una serie di altre sostanze gassose. Affinché una molecola di azoto si disintegri nei suoi atomi costituenti, è necessario consumare un'energia di 942,9 kJ / mol. Un legame di tre coppie di elettroni è molto forte.si rompono se riscaldati sopra i 2000 °C.
In condizioni normali, la dissociazione delle molecole in atomi praticamente non si verifica. L'inerzia chimica dell'azoto è dovuta anche alla completa assenza di polarità nelle sue molecole. Interagiscono molto debolmente tra loro, motivo per cui lo stato gassoso della materia a pressione normale e temperatura vicina alla temperatura ambiente. La bassa reattività dell'azoto molecolare trova applicazione in vari processi e dispositivi dove è necessario creare un ambiente inerte.
La dissociazione delle molecole N2 può avvenire sotto l'influenza della radiazione solare nell' alta atmosfera. Si forma azoto atomico, che in condizioni normali reagisce con alcuni metalli e non metalli (fosforo, zolfo, arsenico). Di conseguenza, c'è una sintesi di sostanze che si ottengono indirettamente in condizioni terrestri.
Valenza dell'azoto
Lo strato di elettroni esterno di un atomo è formato da 2 s e 3 p elettroni. Queste particelle negative di azoto possono arrendersi quando interagiscono con altri elementi, il che corrisponde alle sue proprietà riducenti. Attaccando i 3 elettroni mancanti all'ottetto, l'atomo mostra capacità ossidanti. L'elettronegatività dell'azoto è inferiore, le sue proprietà non metalliche sono meno pronunciate di quelle del fluoro, dell'ossigeno e del cloro. Quando interagisce con questi elementi chimici, l'azoto cede elettroni (si ossida). La riduzione a ioni negativi è accompagnata da reazioni con altri non metalli e metalli.
La valenza tipica dell'azoto è III. In questo casoi legami chimici si formano a causa dell'attrazione di elettroni p esterni e della creazione di coppie comuni (di legame). L'azoto è in grado di formare un legame donatore-accettore grazie alla sua coppia solitaria di elettroni, come accade nello ione ammonio NH4+.
Laboratorio e produzione industriale
Uno dei metodi di laboratorio si basa sulle proprietà ossidanti dell'ossido di rame. Viene utilizzato un composto azoto-idrogeno - ammoniaca NH3. Questo gas maleodorante reagisce con l'ossido di rame nero in polvere. Come risultato della reazione, viene rilasciato azoto e appare rame metallico (polvere rossa). Gocce d'acqua, un altro prodotto della reazione, si depositano sulle pareti del tubo.
Un altro metodo di laboratorio che utilizza una combinazione di azoto e metalli è l'azide, come NaN3. Si scopre un gas che non ha bisogno di essere purificato dalle impurità.
Il nitrito di ammonio viene decomposto in azoto e acqua in laboratorio. Affinché la reazione inizi, è necessario il riscaldamento, quindi il processo procede con il rilascio di calore (esotermico). L'azoto è contaminato da impurità, quindi viene purificato ed essiccato.
Produzione di azoto nell'industria:
- distillazione frazionata di aria liquida - un metodo che utilizza le proprietà fisiche dell'azoto e dell'ossigeno (diversi punti di ebollizione);
- reazione chimica dell'aria con carbone rovente;
- separazione del gas di adsorbimento.
Interazione con metalli e idrogeno - proprietà ossidanti
Inerzia di molecole fortinon consente di ottenere alcuni composti azotati per sintesi diretta. Per attivare gli atomi è necessario un forte riscaldamento o irraggiamento della sostanza. L'azoto può reagire con il litio a temperatura ambiente, con magnesio, calcio e sodio la reazione avviene solo quando riscaldato. Si formano i nitruri di metallo corrispondenti.
L'interazione dell'azoto con l'idrogeno avviene a temperature e pressioni elevate. Questo processo richiede anche un catalizzatore. Si scopre l'ammoniaca - uno dei prodotti più importanti della sintesi chimica. L'azoto, come agente ossidante, mostra tre stati di ossidazione negativi nei suoi composti:
- −3 (l'ammoniaca e altri composti dell'idrogeno dell'azoto sono nitruri);
- −2 (idrazina N2H4);
- −1 (idrossilammina NH2OH).
Il nitruro più importante - l'ammoniaca - viene prodotto in grandi quantità nell'industria. L'inerzia chimica dell'azoto è rimasta un grosso problema per molto tempo. Il salnitro era la sua fonte di materie prime, ma le riserve minerarie iniziarono a diminuire rapidamente con l'aumento della produzione.
Un grande risultato della scienza e della pratica chimica è stata la creazione del metodo dell'ammoniaca per la fissazione dell'azoto su scala industriale. La sintesi diretta viene eseguita in colonne speciali, un processo reversibile tra azoto ottenuto dall'aria e idrogeno. Quando si creano condizioni ottimali che spostano l'equilibrio di questa reazione verso il prodotto, utilizzando un catalizzatore, la resa di ammoniaca raggiunge il 97%.
Interazione con l'ossigeno - proprietà riducenti
Per avviare la reazione di azoto e ossigeno, è necessario un forte riscaldamento. Un arco elettrico e una scarica di fulmini nell'atmosfera hanno energia sufficiente. I più importanti composti inorganici in cui l'azoto si trova nei suoi stati di ossidazione positivi:
- +1 (ossido nitrico (I) N2O);
- +2 (monossido di azoto NO);
- +3 (ossido nitrico (III) N2O3; acido nitroso HNO2, i suoi sali sono nitriti);
- +4 (biossido di azoto (IV) NO2);
- +5 (pentossido di azoto (V) N2O5, acido nitrico HNO3, nitrati).
Significato in natura
Le piante assorbono ioni ammonio e anioni nitrato dal suolo, utilizzano per reazioni chimiche la sintesi di molecole organiche, che avvengono costantemente nelle cellule. L'azoto atmosferico può essere assorbito dai batteri noduli, creature microscopiche che formano escrescenze sulle radici dei legumi. Di conseguenza, questo gruppo di piante riceve l'elemento nutritivo necessario, arricchisce il terreno con esso.
Durante gli acquazzoni tropicali, si verificano reazioni di ossidazione dell'azoto atmosferico. Gli ossidi si dissolvono per formare acidi, questi composti azotati nell'acqua entrano nel terreno. A causa della circolazione dell'elemento in natura, le sue riserve nella crosta terrestre e nell'aria vengono costantemente reintegrate. Molecole organiche complesse contenenti azoto vengono decomposte dai batteri in componenti inorganici.
Uso pratico
Le connessioni più importantil'azoto per l'agricoltura sono sali altamente solubili. Urea, salnitro (sodio, potassio, calcio), composti di ammonio (una soluzione acquosa di ammoniaca, cloruro, solfato, nitrato di ammonio) vengono assimilati dalle piante. nitrati. Parti dell'organismo vegetale sono in grado di immagazzinare macronutrienti "per il futuro", il che peggiora la qualità dei prodotti. Un eccesso di nitrati in frutta e verdura può causare avvelenamento nelle persone, la crescita di neoplasie maligne. Oltre all'agricoltura, i composti azotati vengono utilizzati in altri settori:
- per ricevere medicinali;
- per la sintesi chimica di composti macromolecolari;
- nella produzione di esplosivi da trinitrotoluene (TNT);
- per la produzione di coloranti.
NO ossido viene utilizzato in chirurgia, la sostanza ha un effetto analgesico. La perdita di sensazioni durante l'inalazione di questo gas è stata notata anche dai primi ricercatori delle proprietà chimiche dell'azoto. È così che è apparso il nome banale "gas esilarante".
Problema dei nitrati nei prodotti agricoli
Sali di acido nitrico - nitrati - contengono un anione caricato singolarmente NO3-. Fino ad ora viene utilizzato il vecchio nome di questo gruppo di sostanze: salnitro. I nitrati sono usati per fertilizzare i campi, nelle serre, nei frutteti. Vengono applicati all'inizio della primavera prima della semina, in estate, sotto forma di medicazioni liquide. Le sostanze stesse non rappresentano un grande pericolo per l'uomo, manel corpo si trasformano in nitriti, quindi in nitrosammine. Gli ioni nitrito NO2- sono particelle tossiche, causano l'ossidazione del ferro ferroso nelle molecole di emoglobina in ioni trivalenti. In questo stato, la sostanza principale del sangue degli esseri umani e degli animali non è in grado di trasportare ossigeno e rimuovere l'anidride carbonica dai tessuti.
Qual è il pericolo di contaminazione da nitrati degli alimenti per la salute umana:
- tumori maligni che si verificano quando i nitrati vengono convertiti in nitrosammine (cancerogene);
- sviluppo di colite ulcerosa,
- ipotensione o ipertensione;
- insufficienza cardiaca;
- disturbo della coagulazione del sangue
- fegato, pancreas, sviluppo del diabete;
- sviluppo di insufficienza renale;
- anemia, memoria ridotta, attenzione, intelligenza.
Il consumo simultaneo di cibi diversi con alte dosi di nitrati porta ad avvelenamento acuto. Le fonti possono essere piante, acqua potabile, piatti di carne preparati. L'immersione in acqua pulita e la cottura possono ridurre il contenuto di nitrati negli alimenti. I ricercatori hanno scoperto che dosi più elevate di composti pericolosi sono state trovate nei prodotti vegetali immaturi e in serra.
Il fosforo è un elemento del sottogruppo dell'azoto
Gli atomi di elementi chimici che si trovano nella stessa colonna verticale del sistema periodico mostrano proprietà comuni. Il fosforo si trova nel terzo periodo, appartiene al 15° gruppo, come l'azoto. La struttura degli atomigli elementi sono simili, ma ci sono differenze nelle proprietà. Azoto e fosforo mostrano uno stato di ossidazione negativo e una valenza III nei loro composti con metalli e idrogeno.
Molte reazioni del fosforo avvengono a temperature normali, è un elemento chimicamente attivo. Interagisce con l'ossigeno per formare un ossido superiore P2O5. Una soluzione acquosa di questa sostanza ha le proprietà di un acido (metafosforico). Quando viene riscaldato, si ottiene acido ortofosforico. Forma diversi tipi di sali, molti dei quali fungono da fertilizzanti minerali, come i superfosfati. I composti di azoto e fosforo sono una parte importante del ciclo delle sostanze e dell'energia sul nostro pianeta, sono utilizzati nei settori di attività industriale, agricola e di altro tipo.
