ไนโตรเจนก็คือ ไนโตรเจน (ข้อมูลทั่วไป)

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 7 เป็นก๊าซไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และไม่มีสี


ดัง​นั้น คน​เรา​ไม่​รู้สึก​ว่า​มี​ไนโตรเจน​อยู่​ใน​ชั้น​บรรยากาศ​โลก ขณะ​ที่​บรรยากาศ​โลก​ประกอบด้วย​สาร​นี้​ถึง 78 เปอร์เซ็นต์. ไนโตรเจนเป็นหนึ่งในสารที่พบมากที่สุดในโลกของเรา คุณมักจะได้ยินว่าหากไม่มีไนโตรเจนก็จะไม่มีอาหาร และนี่คือเรื่องจริง ท้ายที่สุดแล้ว สารประกอบโปรตีนที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจำเป็นต้องมีไนโตรเจน

ไนโตรเจนในธรรมชาติ

ไนโตรเจนพบได้ในบรรยากาศในรูปของโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมสองอะตอม นอกจากชั้นบรรยากาศแล้ว ยังพบไนโตรเจนในเนื้อโลกและในชั้นฮิวมัสของดินอีกด้วย แหล่งที่มาหลักของไนโตรเจนสำหรับการผลิตภาคอุตสาหกรรมคือแร่ธาตุ

อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา เมื่อปริมาณแร่สำรองเริ่มหมดลง จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องแยกไนโตรเจนออกจากอากาศในระดับอุตสาหกรรม ขณะนี้ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขแล้ว และไนโตรเจนปริมาณมหาศาลสำหรับความต้องการทางอุตสาหกรรมถูกสกัดจากชั้นบรรยากาศ

บทบาทของไนโตรเจนในชีววิทยา วัฏจักรไนโตรเจน

บนโลก ไนโตรเจนผ่านการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างซึ่งมีทั้งปัจจัยทางชีวภาพ (ที่เกี่ยวข้องกับชีวิต) และปัจจัยที่ไม่มีชีวิตเข้ามาเกี่ยวข้อง ไนโตรเจนเข้าสู่พืชจากชั้นบรรยากาศและดิน ไม่ใช่โดยตรง แต่ผ่านทางจุลินทรีย์ แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนจะกักเก็บและแปรรูปไนโตรเจน โดยแปลงให้อยู่ในรูปแบบที่พืชสามารถดูดซึมได้ง่าย ในร่างกายพืช ไนโตรเจนจะถูกแปลงเป็นสารประกอบเชิงซ้อน โดยเฉพาะโปรตีน

ผ่านห่วงโซ่อาหาร สารเหล่านี้เข้าสู่ร่างกายของสัตว์กินพืชและสัตว์นักล่า หลังจากการตายของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ไนโตรเจนจะกลับคืนสู่ดินและเกิดการย่อยสลาย (แอมโมนิฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชั่น) ไนโตรเจนถูกตรึงอยู่ในดิน แร่ธาตุ น้ำ เข้าสู่บรรยากาศและเป็นวงกลมซ้ำ

การใช้ไนโตรเจน

หลังจากการค้นพบไนโตรเจน (สิ่งนี้เกิดขึ้นในศตวรรษที่ 18) ได้มีการศึกษาคุณสมบัติของสาร สารประกอบ และความเป็นไปได้ของการใช้มันในฟาร์มเป็นอย่างดี เนื่องจากปริมาณสำรองไนโตรเจนบนโลกของเรามีขนาดใหญ่มาก องค์ประกอบนี้จึงถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันอย่างมาก


ไนโตรเจนบริสุทธิ์ถูกใช้ในรูปของเหลวหรือก๊าซ ไนโตรเจนเหลวมีอุณหภูมิลบ 196 องศาเซลเซียส และใช้ในพื้นที่ดังต่อไปนี้

— ในทางการแพทย์ไนโตรเจนเหลวเป็นสารทำความเย็นในขั้นตอนการบำบัดด้วยความเย็น นั่นคือ การบำบัดด้วยความเย็น การแช่แข็งแบบแฟลชใช้เพื่อกำจัดเนื้องอกต่างๆ ตัวอย่างเนื้อเยื่อและเซลล์ที่มีชีวิต (โดยเฉพาะอสุจิและไข่) จะถูกเก็บไว้ในไนโตรเจนเหลว อุณหภูมิต่ำช่วยให้วัสดุชีวภาพสามารถเก็บรักษาไว้ได้เป็นเวลานาน จากนั้นจึงละลายและนำไปใช้

นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์แสดงความเป็นไปได้ในการจัดเก็บสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในไนโตรเจนเหลว และหากจำเป็น การละลายน้ำแข็งโดยไม่เป็นอันตรายใดๆ อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริงยังไม่สามารถเชี่ยวชาญเทคโนโลยีนี้ได้

— ในอุตสาหกรรมอาหารไนโตรเจนเหลวใช้ในการบรรจุของเหลวเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมเฉื่อยในภาชนะ

โดยทั่วไป ไนโตรเจนจะถูกใช้ในพื้นที่ที่ต้องการสภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซโดยไม่ต้องใช้ออกซิเจน เช่น

— ในการดับเพลิง. ไนโตรเจนจะแทนที่ออกซิเจน โดยที่กระบวนการเผาไหม้ไม่ได้รับการรองรับและไฟก็จะดับลง

ก๊าซไนโตรเจนพบการใช้งานในอุตสาหกรรมต่อไปนี้:

— การผลิตอาหาร. ไนโตรเจนถูกใช้เป็นสื่อก๊าซเฉื่อยเพื่อรักษาความสดของผลิตภัณฑ์ที่บรรจุหีบห่อ

— ในอุตสาหกรรมน้ำมันและเหมืองแร่. ท่อและถังถูกกำจัดด้วยไนโตรเจน และถูกฉีดเข้าไปในเหมืองเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมของก๊าซที่ป้องกันการระเบิด

— ในการผลิตเครื่องบินยางแชสซีส์ถูกเติมลมด้วยไนโตรเจน

ทั้งหมดข้างต้นใช้กับการใช้ไนโตรเจนบริสุทธิ์ แต่อย่าลืมว่าองค์ประกอบนี้เป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการผลิตมวลของสารประกอบต่างๆ:

- แอมโมเนีย สารที่มีไนโตรเจนเป็นที่ต้องการอย่างมาก แอมโมเนียใช้ในการผลิตปุ๋ย โพลีเมอร์ โซดา และกรดไนตริก ตัวมันเองใช้ในการแพทย์ ในการผลิตอุปกรณ์ทำความเย็น

— ปุ๋ยไนโตรเจน

- วัตถุระเบิด;

- สีย้อม ฯลฯ


ไนโตรเจนไม่ได้เป็นเพียงองค์ประกอบทางเคมีที่พบบ่อยที่สุดเท่านั้น แต่ยังเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นมากที่ใช้ในกิจกรรมของมนุษย์หลายสาขาอีกด้วย

องค์ประกอบอโลหะของกลุ่มที่ 15 ของตารางธาตุ ได้แก่ ไนโตรเจน ซึ่งมี 2 อะตอมเมื่อรวมกันจะเกิดเป็นโมเลกุล เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และรสจืด ซึ่งประกอบเป็นชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่ของโลก และเป็นส่วนสำคัญของ สิ่งมีชีวิตทั้งหมด

ประวัติศาสตร์การค้นพบ

ก๊าซไนโตรเจนคิดเป็นประมาณ 4/5 ของชั้นบรรยากาศโลก มันถูกแยกออกจากกันในระหว่างการศึกษาอากาศในช่วงแรก ในปี ค.ศ. 1772 นักเคมีชาวสวีเดน คาร์ล-วิลเฮล์ม ชีเลอ เป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นว่าไนโตรเจนคืออะไร ในความเห็นของเขา อากาศเป็นส่วนผสมของก๊าซ 2 ชนิด ก๊าซแรกเรียกว่า "อากาศที่ลุกเป็นไฟ" เพราะมันสนับสนุนการเผาไหม้ และอีกก๊าซหนึ่งเรียกว่า "อากาศที่ไม่บริสุทธิ์" เนื่องจากก๊าซยังคงอยู่หลังจากบริโภคก๊าซแรกไปแล้ว มันคือออกซิเจนและไนโตรเจน ในช่วงเวลาเดียวกันนั้น แดเนียล รัทเทอร์ฟอร์ด นักพฤกษศาสตร์ชาวสก็อตก็แยกไนโตรเจนได้ ซึ่งเป็นคนแรกที่เผยแพร่ผลการวิจัยของเขา เช่นเดียวกับเฮนรี่ คาเวนดิช นักเคมีชาวอังกฤษ และโจเซฟ พรีสต์ลีย์ นักบวชและนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ผู้ซึ่งแบ่งปันกับชีเลอถึงความเป็นอันดับหนึ่งของไนโตรเจน การค้นพบออกซิเจน การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าก๊าซชนิดใหม่นี้เป็นส่วนหนึ่งของดินประสิวหรือโพแทสเซียมไนเตรต (KNO 3) ดังนั้นจึงถูกเรียกว่าไนโตรเจน ("ให้กำเนิดดินประสิว") โดย Chaptal นักเคมีชาวฝรั่งเศสในปี พ.ศ. 2333 ไนโตรเจนถูกจำแนกเป็นครั้งแรกว่าเป็น องค์ประกอบทางเคมีโดย Lavoisier ซึ่งคำอธิบายเกี่ยวกับบทบาทของออกซิเจนในการเผาไหม้หักล้างทฤษฎี phlogiston ซึ่งเป็นที่นิยมในศตวรรษที่ 18 ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับการเผาไหม้ การที่องค์ประกอบทางเคมีไม่สามารถดำรงชีวิตได้ (ในภาษากรีก ζωή) เป็นเหตุผลว่าทำไม Lavoisier จึงตั้งชื่อก๊าซไนโตรเจน

แหล่งกำเนิดสินค้าและการจำหน่าย

ไนโตรเจนคืออะไร? อยู่ในอันดับที่ 6 ในแง่ของความชุกขององค์ประกอบทางเคมี ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยองค์ประกอบนี้ 75.51% โดยน้ำหนัก และ 78.09% โดยปริมาตร และเป็นแหล่งหลักสำหรับอุตสาหกรรม บรรยากาศยังประกอบด้วยแอมโมเนียและเกลือแอมโมเนียมจำนวนเล็กน้อย เช่นเดียวกับไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองและในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ไนโตรเจนอิสระพบได้ในอุกกาบาต ก๊าซภูเขาไฟ ก๊าซจากเหมือง และน้ำพุแร่บางชนิด ในดวงอาทิตย์ ในดวงดาว และเนบิวลา

ไนโตรเจนยังพบได้ในแหล่งแร่โพแทสเซียมและโซเดียมไนเตรต แต่สิ่งเหล่านี้ไม่เพียงพอที่จะสนองความต้องการของมนุษย์ วัสดุอีกชนิดหนึ่งที่อุดมไปด้วยธาตุนี้คือขี้ค้างคาว ซึ่งสามารถพบได้ในถ้ำที่มีค้างคาวจำนวนมาก หรือในพื้นที่แห้งที่มีนกแวะเวียนมาบ่อยๆ ไนโตรเจนยังมีอยู่ในฝนและดินในรูปของแอมโมเนียและเกลือแอมโมเนียม และในน้ำทะเลในรูปของแอมโมเนียมไอออน (NH 4 +) ไนไตรต์ (NO 2 -) และไนเตรต (NO 3 -) โดยเฉลี่ยแล้วสารประกอบอินทรีย์นี้ประกอบด้วยประมาณ 16% ของสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อน เช่น โปรตีน ซึ่งมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ปริมาณตามธรรมชาติในเปลือกโลกคือ 0.3 ส่วนต่อ 1,000 ความอุดมสมบูรณ์ในอวกาศอยู่ที่ 3 ถึง 7 อะตอมต่ออะตอมของซิลิคอน

ประเทศผู้ผลิตไนโตรเจนที่ใหญ่ที่สุด (ในรูปของแอมโมเนีย) ในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ได้แก่ อินเดีย รัสเซีย สหรัฐอเมริกา ตรินิแดดและโตเบโก และยูเครน

การผลิตและการใช้งานเชิงพาณิชย์

การผลิตไนโตรเจนทางอุตสาหกรรมขึ้นอยู่กับการกลั่นแบบเศษส่วนของอากาศเหลว จุดเดือดของมันคือ -195.8 °C ซึ่งต่ำกว่าออกซิเจน 13 °C ซึ่งถูกแยกออกจากกัน ไนโตรเจนยังสามารถผลิตได้ในปริมาณมากโดยการเผาคาร์บอนหรือไฮโดรคาร์บอนในอากาศ และแยกคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำที่เกิดขึ้นออกจากไนโตรเจนที่ตกค้าง ในปริมาณเล็กน้อย ไนโตรเจนบริสุทธิ์จะถูกผลิตขึ้นโดยการให้ความร้อนแบเรียมอะไซด์ Ba(N3)2 ปฏิกิริยาในห้องปฏิบัติการรวมถึงการให้ความร้อนแก่สารละลายแอมโมเนียมไนไตรท์ (NH 4 NO 2), การออกซิไดซ์แอมโมเนียด้วยสารละลายในน้ำของโบรมีนหรือการให้ความร้อน:

• NH 4 + +NO 2 - →N 2 +2H 2 O.
• 8NH 3 +3ห้องนอน 2 →ยังไม่มีข้อความ 2 +6NH 4 + +6ห้องนอน - .
• 2NH 3 +3CuO→N 2 +3H 2 O+3Cu.

ธาตุไนโตรเจนสามารถใช้เป็นบรรยากาศเฉื่อยสำหรับปฏิกิริยาที่ต้องแยกออกซิเจนและความชื้นออก ไนโตรเจนเหลวก็ใช้เช่นกัน ไฮโดรเจน มีเทน คาร์บอนมอนอกไซด์ ฟลูออรีน และออกซิเจน เป็นสารเพียงชนิดเดียวที่ไม่เปลี่ยนเป็นสถานะผลึกแข็งที่จุดเดือดของไนโตรเจน

ในอุตสาหกรรมเคมี สารเคมีนี้ใช้เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันหรือการเสื่อมสภาพอื่นๆ ของผลิตภัณฑ์ เป็นตัวเจือจางเฉื่อยสำหรับก๊าซที่เกิดปฏิกิริยา เพื่อขจัดความร้อนหรือสารเคมี และเป็นตัวยับยั้งไฟหรือการระเบิด ในอุตสาหกรรมอาหาร ก๊าซไนโตรเจนถูกใช้เพื่อป้องกันการเน่าเสียของอาหาร และใช้ไนโตรเจนเหลวสำหรับการทำแห้งแบบแช่แข็งและในระบบทำความเย็น ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า ก๊าซป้องกันการเกิดออกซิเดชันและปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ เพิ่มแรงดันให้กับปลอกสายเคเบิล และปกป้องมอเตอร์ไฟฟ้า ในทางโลหะวิทยา ไนโตรเจนถูกใช้ในการเชื่อมและการบัดกรีแข็งเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน การเกิดคาร์บูไรเซชัน และการแยกคาร์บอนออก เนื่องจากเป็นก๊าซไม่ใช้งาน จึงถูกใช้ในการผลิตโฟมยาง พลาสติก และอีลาสโตเมอร์ ทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนในกระป๋องสเปรย์ และสร้างแรงดันเชื้อเพลิงเหลวในเครื่องบินเจ็ท ในทางการแพทย์ การแช่แข็งอย่างรวดเร็วด้วยไนโตรเจนเหลวจะใช้เพื่อรักษาเลือด ไขกระดูก เนื้อเยื่อ แบคทีเรีย และสเปิร์ม นอกจากนี้ยังพบการประยุกต์ใช้ในการวิจัยด้วยความเย็นจัดอีกด้วย

การเชื่อมต่อ

ไนโตรเจนส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตสารประกอบเคมี พันธะสามเท่าระหว่างอะตอมของธาตุนั้นแข็งแกร่งมาก (226 กิโลแคลอรีต่อโมล ซึ่งเป็นสองเท่าของโมเลกุลไฮโดรเจน) จนโมเลกุลไนโตรเจนมีปัญหาในการรวมตัวกับสารประกอบอื่น

วิธีการทางอุตสาหกรรมหลักในการตรึงธาตุคือกระบวนการของ Haber-Bosch สำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 เพื่อลดการพึ่งพาแอมโมเนียของเยอรมนี กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โดยตรงของ NH 3 ซึ่งเป็นก๊าซไม่มีสีที่มีกลิ่นฉุนและระคายเคืองโดยตรง จากองค์ประกอบของมัน

แอมโมเนียส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นกรดไนตริก (HNO 3) และไนเตรต - เกลือและเอสเทอร์ของกรดไนตริก, โซดาแอช (นา 2 CO 3), ไฮดราซีน (N 2 H 4) - ของเหลวไม่มีสีที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวดและในหลาย ๆ งานอุตสาหกรรม กระบวนการ

กรดไนตริกเป็นสารประกอบเชิงพาณิชย์หลักอีกชนิดหนึ่งขององค์ประกอบทางเคมีนี้ ของเหลวไม่มีสีและมีฤทธิ์กัดกร่อนสูงใช้ในการผลิตปุ๋ย สีย้อม ยารักษาโรค และวัตถุระเบิด แอมโมเนียมไนเตรต (NH 4 NO 3) - เกลือของแอมโมเนียและกรดไนตริก - เป็นส่วนประกอบที่พบบ่อยที่สุดของปุ๋ยไนโตรเจน

ไนโตรเจน + ออกซิเจน

เมื่อใช้ออกซิเจน ไนโตรเจนจะก่อตัวเป็นออกไซด์จำนวนหนึ่ง รวมถึงไนตรัสออกไซด์ (N 2 O) ซึ่งมีความจุของมันคือ +1, ออกไซด์ (NO) (+2) และไดออกไซด์ (NO 2) (+4) ไนโตรเจนออกไซด์หลายชนิดมีความผันผวนอย่างมาก เป็นแหล่งมลพิษหลักในชั้นบรรยากาศ ไนตรัสออกไซด์หรือที่เรียกว่าแก๊สหัวเราะ บางครั้งใช้เป็นยาชา เมื่อสูดดมเข้าไปจะทำให้เกิดอาการฮิสทีเรียเล็กน้อย ไนตริกออกไซด์ทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับออกซิเจนเพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์สีน้ำตาล ซึ่งเป็นสารตัวกลางในและเป็นสารออกซิไดซ์ที่ทรงพลังในกระบวนการทางเคมีและเชื้อเพลิงจรวด

นอกจากนี้ยังใช้ไนไตรด์บางชนิดที่เกิดจากการรวมโลหะกับไนโตรเจนที่อุณหภูมิสูงอีกด้วย โบรอน ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม และแทนทาลัมไนไตรด์มีการใช้งานพิเศษ ตัวอย่างเช่น รูปแบบผลึกหนึ่งของโบรอนไนไตรด์ (BN) มีความแข็งพอๆ กับเพชร และไม่ออกซิไดซ์ได้ง่าย ดังนั้นจึงใช้เป็นสารขัดถูที่อุณหภูมิสูง

ไซยาไนด์อนินทรีย์ประกอบด้วยกลุ่ม CN ไฮโดรเจนไซยาไนด์หรือ HCN เป็นก๊าซที่ไม่เสถียรสูงและเป็นพิษอย่างยิ่ง ซึ่งใช้ในการรมควัน ความเข้มข้นของแร่ และกระบวนการทางอุตสาหกรรมอื่นๆ ไซยาโนเจน (CN) 2 ใช้เป็นสารเคมีขั้นกลางและสำหรับการรมควัน

อะไซด์เป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยกลุ่มของอะตอมไนโตรเจนสามอะตอม -N 3 . ส่วนใหญ่ไม่เสถียรและไวต่อการกระแทกมาก บางส่วน เช่น ตะกั่วอะไซด์ Pb(N 3) 2 ถูกใช้ในตัวจุดชนวนและไพรเมอร์ อะไซด์ก็เหมือนกับฮาโลเจนที่ทำปฏิกิริยากับสารอื่นได้ง่ายและก่อตัวเป็นสารประกอบหลายชนิด

ไนโตรเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์หลายพันชนิด ส่วนใหญ่ได้มาจากแอมโมเนีย ไฮโดรเจนไซยาไนด์ ไซยาโนเจน ไนตรัสออกไซด์ หรือกรดไนตริก เอมีน กรดอะมิโน เอไมด์ เป็นต้น ได้มาจากหรือเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแอมโมเนีย ไนโตรกลีเซอรีนและไนโตรเซลลูโลสเป็นเอสเทอร์ของกรดไนตริก ไนไตรต์ได้มาจากกรดไนตรัส (HNO 2) พิวรีนและอัลคาลอยด์เป็นสารประกอบเฮเทอโรไซคลิกซึ่งไนโตรเจนเข้ามาแทนที่อะตอมของคาร์บอนตั้งแต่หนึ่งอะตอมขึ้นไป

คุณสมบัติและปฏิกิริยา

ไนโตรเจนคืออะไร? เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ซึ่งควบแน่นที่อุณหภูมิ -195.8 °C ให้เป็นของเหลวไม่มีสีและมีความหนืดต่ำ องค์ประกอบมีอยู่ในรูปของโมเลกุล N 2 ซึ่งแสดงเป็น:N:::N: โดยพลังงานยึดเหนี่ยว 226 กิโลแคลอรีต่อโมลเป็นรองเพียงคาร์บอนมอนอกไซด์ (256 กิโลแคลอรีต่อโมล) ด้วยเหตุนี้ พลังงานกระตุ้นของโมเลกุลไนโตรเจนจึงสูงมาก ทำให้องค์ประกอบค่อนข้างเฉื่อยภายใต้สภาวะปกติ นอกจากนี้ โมเลกุลไนโตรเจนที่มีความเสถียรสูงยังมีส่วนสำคัญต่อความไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของสารประกอบที่มีไนโตรเจนหลายชนิด ซึ่งพันธะแม้จะค่อนข้างแข็งแกร่ง แต่ก็ด้อยกว่าพันธะของโมเลกุลไนโตรเจน

เมื่อไม่นานมานี้และโดยไม่คาดคิด ความสามารถของโมเลกุลไนโตรเจนในการทำหน้าที่เป็นลิแกนด์ในสารประกอบเชิงซ้อนถูกค้นพบ การสังเกตว่าสารละลายบางชนิดของสารประกอบเชิงซ้อนรูทีเนียมสามารถดูดซับไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศได้ทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่จะพบวิธีที่ง่ายกว่าและดีกว่าในการแก้ไของค์ประกอบนี้ในไม่ช้า

ไนโตรเจนแบบแอคทีฟสามารถผลิตได้โดยการส่งก๊าซความดันต่ำผ่านการปล่อยกระแสไฟฟ้าแรงสูง ผลิตภัณฑ์เรืองแสงสีเหลืองและทำปฏิกิริยาได้เร็วกว่าโมเลกุลกับอะตอมไฮโดรเจน ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส และโลหะต่างๆ และยังสามารถสลาย NO ถึง N 2 และ O 2 ได้อีกด้วย

แนวคิดที่ชัดเจนยิ่งขึ้นว่าสามารถรับไนโตรเจนได้จากโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งก็คือ 1s 2 2s 2 2p 3 อิเล็กตรอนทั้งห้าตัวในเปลือกนอกทำหน้าที่ป้องกันประจุอย่างอ่อน ส่งผลให้ประจุนิวเคลียร์มีประสิทธิผลสัมผัสได้ที่ระยะห่างจากรัศมีโควาเลนต์ อะตอมของไนโตรเจนมีขนาดค่อนข้างเล็กและมีอิเล็กโทรเนกาติวิตี้สูง ตั้งอยู่ระหว่างคาร์บอนกับออกซิเจน การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยวงโคจรด้านนอกที่เต็มไปด้วยครึ่งหนึ่งสามวง ทำให้เกิดพันธะโควาเลนต์สามพันธะ ดังนั้น อะตอมไนโตรเจนจะต้องมีปฏิกิริยาอย่างมาก โดยก่อตัวเป็นสารประกอบไบนารีที่เสถียรกับองค์ประกอบอื่นๆ ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อองค์ประกอบอื่นๆ มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เกิดขั้วที่มีนัยสำคัญต่อพันธะ เมื่ออิเลคโตรเนกาติวีตี้ของธาตุอื่นลดลง ขั้วจะทำให้อะตอมไนโตรเจนมีประจุลบบางส่วน ซึ่งจะทำให้อิเล็กตรอนที่ไม่ถูกแบ่งใช้อิสระเพื่อมีส่วนร่วมในพันธะประสานงาน เมื่อองค์ประกอบอื่นมีอิเลคโตรเนกาติวิตี้มากกว่า ประจุบวกของไนโตรเจนบางส่วนจะจำกัดคุณสมบัติของผู้บริจาคของโมเลกุลอย่างมาก เมื่อขั้วของพันธะต่ำ เนื่องจากอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เท่ากันขององค์ประกอบอื่น พันธะหลายพันธะจึงมีชัยเหนือพันธะเดี่ยว หากขนาดอะตอมไม่ตรงกันป้องกันการเกิดพันธะหลายพันธะ พันธะเดี่ยวที่เกิดขึ้นมีแนวโน้มที่จะค่อนข้างอ่อนและสารประกอบจะไม่เสถียร

การวิเคราะห์ทางเคมี

บ่อยครั้งที่เปอร์เซ็นต์ของไนโตรเจนในส่วนผสมของก๊าซสามารถกำหนดได้โดยการวัดปริมาตรหลังจากที่ส่วนประกอบอื่นๆ ถูกดูดซับโดยรีเอเจนต์เคมี การสลายตัวของไนเตรตด้วยกรดซัลฟิวริกเมื่อมีปรอทจะปล่อยไนตริกออกไซด์ซึ่งสามารถวัดได้เป็นก๊าซ ไนโตรเจนจะถูกปล่อยออกมาจากสารประกอบอินทรีย์เมื่อพวกมันเผาไหม้เหนือคิวรัสออกไซด์ และไนโตรเจนอิสระสามารถวัดได้เป็นก๊าซหลังจากดูดซับผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้อื่นๆ วิธีเจลดาห์ลที่รู้จักกันดีในการกำหนดปริมาณของสารที่เรากำลังพิจารณาในสารประกอบอินทรีย์ประกอบด้วยการย่อยสลายสารประกอบด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น (หากจำเป็น ประกอบด้วยปรอทหรือออกไซด์ของสารดังกล่าว ตลอดจนเกลือต่างๆ) ด้วยวิธีนี้ ไนโตรเจนจะถูกแปลงเป็นแอมโมเนียมซัลเฟต การเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์จะปล่อยแอมโมเนียซึ่งถูกรวบรวมด้วยกรดธรรมดา จากนั้นปริมาณกรดที่ไม่ทำปฏิกิริยาที่เหลือจะถูกกำหนดโดยการไตเตรท

ความสำคัญทางชีวภาพและสรีรวิทยา

บทบาทของไนโตรเจนในสิ่งมีชีวิตช่วยยืนยันกิจกรรมทางสรีรวิทยาของสารประกอบอินทรีย์ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ไม่สามารถใช้องค์ประกอบทางเคมีนี้ได้โดยตรงและต้องสามารถเข้าถึงสารประกอบของมันได้ ดังนั้นการตรึงไนโตรเจนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยธรรมชาติแล้ว สิ่งนี้เกิดขึ้นจากกระบวนการหลักสองกระบวนการ หนึ่งในนั้นคือผลกระทบของพลังงานไฟฟ้าต่อชั้นบรรยากาศ เนื่องจากโมเลกุลของไนโตรเจนและออกซิเจนแยกตัวออกจากกัน ซึ่งทำให้อะตอมอิสระก่อตัวเป็น NO และ NO 2 จากนั้นไดออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับน้ำ: 3NO 2 +H 2 O→2HNO 3 +NO

HNO 3 ละลายและมายังโลกพร้อมกับฝนในรูปของสารละลายอ่อน เมื่อเวลาผ่านไป กรดจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของไนโตรเจนที่รวมกันในดิน ซึ่งจะถูกทำให้เป็นกลางจนเกิดเป็นไนไตรต์และไนเตรต โดยทั่วไปปริมาณ N ในดินที่เพาะปลูกจะได้รับการฟื้นฟูโดยการใช้ปุ๋ยที่มีไนเตรตและเกลือแอมโมเนียม การขับถ่ายของสัตว์และพืชและการสลายตัวของพวกมันจะทำให้สารประกอบไนโตรเจนกลับสู่ดินและอากาศ

กระบวนการหลักอีกประการหนึ่งของการตรึงตามธรรมชาติคือกิจกรรมของพืชตระกูลถั่ว ต้องขอบคุณการทำงานร่วมกันกับแบคทีเรีย พืชเหล่านี้จึงสามารถเปลี่ยนไนโตรเจนในบรรยากาศให้เป็นสารประกอบได้โดยตรง จุลินทรีย์บางชนิด เช่น Azotobacter Chroococcum และ Clostridium pasteurianum สามารถตรึง N ได้ด้วยตัวเอง

ก๊าซเฉื่อยนั้นไม่เป็นอันตราย ยกเว้นเมื่อหายใจเข้าไปภายใต้ความกดดัน และก๊าซจะละลายในเลือดและของเหลวอื่นๆ ในร่างกายที่มีความเข้มข้นสูงกว่า ซึ่งทำให้เกิดผลเสพติด และหากความดันลดลงเร็วเกินไป ไนโตรเจนส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของฟองก๊าซตามจุดต่างๆ ในร่างกาย อาจทำให้เกิดอาการปวดกล้ามเนื้อและข้อ เป็นลม อัมพาตบางส่วน และถึงขั้นเสียชีวิตได้ อาการเหล่านี้เรียกว่าอาการป่วยจากการบีบอัด ดังนั้นผู้ที่ถูกบังคับให้หายใจเอาอากาศภายใต้สภาวะดังกล่าวจะต้องลดความดันลงอย่างช้าๆ ให้เป็นปกติ เพื่อให้ไนโตรเจนส่วนเกินไหลผ่านปอดโดยไม่เกิดฟอง ทางเลือกที่ดีกว่าคือการใช้ออกซิเจนและฮีเลียมผสมในการหายใจ ฮีเลียมละลายได้ในของเหลวในร่างกายได้น้อยกว่ามากและอันตรายก็ลดลง

ไอโซโทป

ไนโตรเจนมีอยู่ในรูปของไอโซโทปเสถียร 2 ไอโซโทป: 14 N (99.63%) และ 15 N (0.37%) สามารถแยกออกจากกันโดยการแลกเปลี่ยนทางเคมีหรือโดยการแพร่กระจายความร้อน มวลของไนโตรเจนในรูปของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียมอยู่ในช่วง 10-13 และ 16-24 ครึ่งชีวิตที่เสถียรที่สุดคือ 10 นาที การแปลงร่างด้วยนิวเคลียร์ครั้งแรกเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2462 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ผู้ซึ่งระดมยิงไนโตรเจน-14 ด้วยอนุภาคอัลฟ่า ทำให้ได้รับนิวเคลียสและโปรตอนของออกซิเจน-17

คุณสมบัติ

ในที่สุดเราจะแสดงรายการคุณสมบัติหลักของไนโตรเจน:

• เลขอะตอม: 7
• มวลอะตอมของไนโตรเจน: 14.0067
• จุดหลอมเหลว: -209.86 °C.
• จุดเดือด: -195.8 °C.
• ความหนาแน่น (1 atm, 0 °C): 1.2506 กรัมไนโตรเจนต่อลิตร
• สถานะออกซิเดชันทั่วไป: -3, +3, +5
• การกำหนดค่าอิเล็กตรอน: 1s 2 2s 2 2p 3

การให้กำเนิดดินประสิว - นี่คือวิธีที่คำว่า Nitrogenium แปลจากภาษาละติน นี่คือชื่อของไนโตรเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 7 ซึ่งอยู่ในหมู่ 15 ในตารางธาตุแบบยาว ในรูปของสารธรรมดาจะกระจายอยู่ในเปลือกอากาศของโลก - ชั้นบรรยากาศ สารประกอบไนโตรเจนหลายชนิดพบได้ในเปลือกโลกและสิ่งมีชีวิต และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม กิจการทหาร เกษตรกรรม และการแพทย์

เหตุใดไนโตรเจนจึงถูกเรียกว่า "สำลัก" และ "ไร้ชีวิต"

ตามที่นักประวัติศาสตร์เคมีแนะนำ บุคคลแรกที่ได้รับสารเรียบง่ายนี้คือเฮนรี คาเวนดิช (1777) นักวิทยาศาสตร์ส่งอากาศผ่านถ่านร้อนและใช้อัลคาไลเพื่อดูดซับผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา จากการทดลอง ผู้วิจัยค้นพบก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ซึ่งไม่ทำปฏิกิริยากับถ่านหิน คาเวนดิชเรียกสิ่งนี้ว่า "อากาศหายใจไม่ออก" เนื่องจากไม่สามารถรองรับการหายใจและการเผาไหม้ได้

นักเคมีสมัยใหม่จะอธิบายว่าออกซิเจนทำปฏิกิริยากับถ่านหินจนเกิดเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนที่เหลือของอากาศที่ "สำลัก" ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโมเลกุล N 2 คาเวนดิชและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ยังไม่ทราบเกี่ยวกับสารนี้ในขณะนั้น แม้ว่าสารประกอบไนโตรเจนและไนเตรตจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในครัวเรือนก็ตาม นักวิทยาศาสตร์รายงานก๊าซที่ผิดปกตินี้ให้โจเซฟ พรีสต์ลีย์ เพื่อนร่วมงานของเขาที่ทำการทดลองคล้าย ๆ กันทราบ

ในเวลาเดียวกัน Karl Scheele ดึงความสนใจไปที่องค์ประกอบอากาศที่ไม่รู้จัก แต่ไม่สามารถอธิบายที่มาของมันได้อย่างถูกต้อง มีเพียงแดเนียล รัทเทอร์ฟอร์ด ในปี 1772 เท่านั้นที่ตระหนักว่าก๊าซที่ "ทำให้หายใจไม่ออก" "ปนเปื้อน" ที่มีอยู่ในการทดลองคือไนโตรเจน นักวิทยาศาสตร์คนไหนที่ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นผู้ค้นพบของเขาคือสิ่งที่นักประวัติศาสตร์ด้านวิทยาศาสตร์ยังคงถกเถียงกันอยู่

15 ปีหลังจากการทดลองของรัทเธอร์ฟอร์ด นักเคมีชื่อดัง Antoine Lavoisier เสนอให้เปลี่ยนคำว่าอากาศ "เน่าเสีย" ซึ่งเรียกว่าไนโตรเจนเป็นอีกคำหนึ่ง - ไนโตรเจน เมื่อถึงเวลานั้นได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสารนี้ไม่ไหม้และไม่ช่วยในการหายใจ ในเวลาเดียวกันชื่อรัสเซีย "ไนโตรเจน" ก็ปรากฏขึ้นซึ่งตีความในรูปแบบต่างๆ คำนี้มักถูกกล่าวว่าหมายถึง "ไร้ชีวิต" งานต่อมาได้หักล้างความเชื่อที่นิยมเกี่ยวกับคุณสมบัติของสาร สารประกอบไนโตรเจน - โปรตีน - เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สำคัญที่สุดในสิ่งมีชีวิต ในการสร้างพวกมัน พืชจะดูดซับองค์ประกอบที่จำเป็นของสารอาหารแร่ธาตุจากดิน - ไอออน NO 3 2- และ NH 4+

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมี

(PS) ช่วยให้เข้าใจโครงสร้างของอะตอมและคุณสมบัติของอะตอม ตามตำแหน่งในตารางธาตุ คุณสามารถกำหนดประจุของนิวเคลียส จำนวนโปรตอนและนิวตรอน (เลขมวล) จำเป็นต้องใส่ใจกับค่ามวลอะตอม - นี่คือหนึ่งในคุณสมบัติหลักขององค์ประกอบ หมายเลขงวดสอดคล้องกับจำนวนระดับพลังงาน ในตารางธาตุฉบับสั้น หมายเลขกลุ่มจะสัมพันธ์กับจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานภายนอก ให้เราสรุปข้อมูลทั้งหมดในลักษณะทั่วไปของไนโตรเจนตามตำแหน่งในตารางธาตุ:

• นี่คือองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งอยู่ที่มุมขวาบนของ PS
• สัญลักษณ์ทางเคมี: N.
• หมายเลขซีเรียล: 7.
• มวลอะตอมสัมพัทธ์: 14.0067
• สูตรสารประกอบไฮโดรเจนระเหยง่าย: NH 3 (แอมโมเนีย)
• ทำให้เกิดออกไซด์ N2O5 ที่สูงขึ้น โดยที่ความจุของไนโตรเจนคือ V

โครงสร้างของอะตอมไนโตรเจน:

• ค่าใช้จ่ายหลัก: +7
• จำนวนโปรตอน: 7; จำนวนนิวตรอน: 7
• จำนวนระดับพลังงาน: 2
• จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมด: 7; สูตรอิเล็กทรอนิกส์: 1s 2 2s 2 2p 3

ไอโซโทปเสถียรของธาตุหมายเลข 7 ได้รับการศึกษาโดยละเอียดแล้ว โดยมีมวล 14 และ 15 ปริมาณอะตอมของธาตุที่เบากว่าคือ 99.64% นิวเคลียสของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอายุสั้นประกอบด้วยโปรตอน 7 ตัวและจำนวนนิวตรอนแตกต่างกันอย่างมาก: 4, 5, 6, 9, 10

ไนโตรเจนในธรรมชาติ

เปลือกอากาศของโลกประกอบด้วยโมเลกุลของสารอย่างง่าย ซึ่งมีสูตรคือ N 2 ปริมาณก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศมีประมาณ 78.1% โดยปริมาตร สารประกอบอนินทรีย์ขององค์ประกอบทางเคมีนี้ในเปลือกโลก ได้แก่ เกลือแอมโมเนียมและไนเตรตต่างๆ (ดินประสิว) สูตรของสารประกอบและชื่อของสารที่สำคัญที่สุดบางชนิด:

• NH 3 แอมโมเนีย
• NO 2 ไนโตรเจนไดออกไซด์
• NaNO 3, โซเดียมไนเตรต
• (NH 4) 2 SO 4, แอมโมเนียมซัลเฟต

ความจุของไนโตรเจนในสารประกอบสองตัวสุดท้ายคือ IV ถ่านหิน ดิน และสิ่งมีชีวิตก็มีอะตอม N อยู่ในรูปแบบที่ถูกผูกไว้เช่นกัน ไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบของโมเลกุลขนาดใหญ่ของกรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์ DNA และ RNA ฮอร์โมน และฮีโมโกลบิน เนื้อหารวมขององค์ประกอบทางเคมีในร่างกายมนุษย์ถึง 2.5%

สารง่ายๆ

ไนโตรเจนในรูปของโมเลกุลไดอะตอมมิกเป็นส่วนที่ใหญ่ที่สุดของอากาศในชั้นบรรยากาศโดยปริมาตรและมวล สารที่มีสูตรเป็น N2 ไม่มีกลิ่น สี หรือรส ก๊าซนี้ประกอบขึ้นเป็นมากกว่า 2/3 ของเปลือกอากาศของโลก ในรูปของเหลว ไนโตรเจนเป็นสารไม่มีสีคล้ายน้ำ เดือดที่อุณหภูมิ -195.8 °C M (N 2) = 28 กรัม/โมล ไนโตรเจนที่เป็นสารอย่างง่ายนั้นเบากว่าออกซิเจนเล็กน้อย ความหนาแน่นในอากาศอยู่ใกล้กับ 1

อะตอมในโมเลกุลมีพันธะอย่างแน่นหนาด้วยอิเล็กตรอนร่วม 3 คู่ สารประกอบนี้มีความคงตัวทางเคมีสูง ซึ่งแตกต่างจากออกซิเจนและสารก๊าซอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง เพื่อให้โมเลกุลไนโตรเจนสลายตัวเป็นอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ จำเป็นต้องใช้พลังงาน 942.9 กิโลจูล/โมล พันธะของอิเล็กตรอนสามคู่มีความแข็งแรงมากและเริ่มสลายตัวเมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 2,000 °C

ภายใต้สภาวะปกติ การแยกตัวของโมเลกุลออกเป็นอะตอมในทางปฏิบัติจะไม่เกิดขึ้น ความเฉื่อยทางเคมีของไนโตรเจนก็เกิดจากการขาดขั้วในโมเลกุลโดยสิ้นเชิง พวกมันมีปฏิกิริยาต่อกันน้อยมากซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบต่อสถานะก๊าซของสารที่ความดันปกติและอุณหภูมิใกล้กับอุณหภูมิห้อง กิจกรรมทางเคมีต่ำของโมเลกุลไนโตรเจนถูกใช้ในกระบวนการและอุปกรณ์ต่างๆ ที่จำเป็นในการสร้างสภาพแวดล้อมเฉื่อย

การแยกตัวของโมเลกุล N 2 สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของรังสีดวงอาทิตย์ในบรรยากาศชั้นบน อะตอมไนโตรเจนเกิดขึ้นซึ่งภายใต้สภาวะปกติจะทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดและอโลหะ (ฟอสฟอรัส, ซัลเฟอร์, สารหนู) เป็นผลให้มีการสังเคราะห์สารที่ได้รับทางอ้อมภายใต้สภาวะของโลก

ความจุไนโตรเจน

ชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอน 2 วินาทีและ 3 p ไนโตรเจนสามารถละทิ้งอนุภาคเชิงลบเหล่านี้ได้เมื่อทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่น ๆ ซึ่งสอดคล้องกับคุณสมบัติการรีดิวซ์ ด้วยการเติมอิเล็กตรอน 3 ตัวที่หายไปในออคเต็ต อะตอมจะแสดงความสามารถในการออกซิไดซ์ได้ อิเลคโตรเนกาติวีตี้ของไนโตรเจนต่ำกว่าคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะมีความเด่นชัดน้อยกว่าคุณสมบัติของฟลูออรีนออกซิเจนและคลอรีน เมื่อทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้ ไนโตรเจนจะปล่อยอิเล็กตรอน (ออกซิไดซ์) การลดไอออนลบจะมาพร้อมกับปฏิกิริยากับอโลหะและโลหะอื่นๆ

ความจุไนโตรเจนโดยทั่วไปคือ III ในกรณีนี้ พันธะเคมีเกิดขึ้นเนื่องจากการดึงดูดของพีอิเล็กตรอนภายนอกและการสร้างคู่ร่วม (พันธะ) ไนโตรเจนสามารถสร้างพันธะระหว่างผู้บริจาคและผู้รับได้เนื่องจากมีอิเล็กตรอนคู่เดียว ดังที่เกิดในแอมโมเนียมไอออน NH 4+

ได้จากห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม

วิธีหนึ่งในห้องปฏิบัติการขึ้นอยู่กับคุณสมบัติออกซิเดชั่น ใช้สารประกอบของไนโตรเจนและไฮโดรเจน - แอมโมเนีย NH 3 ก๊าซมีกลิ่นเหม็นนี้ทำปฏิกิริยากับคอปเปอร์ออกไซด์ที่เป็นผงสีดำ อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา ไนโตรเจนจะถูกปล่อยออกมา และทองแดงที่เป็นโลหะ (ผงสีแดง) จะปรากฏขึ้น หยดน้ำซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอีกชนิดหนึ่งเกาะอยู่บนผนังของท่อ

วิธีการทางห้องปฏิบัติการอีกวิธีหนึ่งที่ใช้สารประกอบไนโตรเจนกับโลหะคือเอไซด์ เช่น NaN 3 ผลลัพธ์ที่ได้คือก๊าซที่ไม่จำเป็นต้องทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรก

ในห้องปฏิบัติการ แอมโมเนียมไนไตรต์จะถูกสลายตัวเป็นไนโตรเจนและน้ำ เพื่อให้ปฏิกิริยาเริ่มต้นได้ จำเป็นต้องมีการให้ความร้อน จากนั้นกระบวนการจะดำเนินต่อไปพร้อมกับการปล่อยความร้อน (คายความร้อน) ไนโตรเจนปนเปื้อนสิ่งเจือปน ดังนั้นจึงทำให้บริสุทธิ์และทำให้แห้ง

การผลิตไนโตรเจนในอุตสาหกรรม:

• การกลั่นอากาศของเหลวแบบเศษส่วนเป็นวิธีการที่ใช้คุณสมบัติทางกายภาพของไนโตรเจนและออกซิเจน (อุณหภูมิจุดเดือดต่างกัน)
• ปฏิกิริยาเคมีของอากาศกับถ่านหินร้อน
• การแยกก๊าซดูดซับ

ปฏิกิริยากับโลหะและคุณสมบัติไฮโดรเจน - ออกซิไดซ์

ความเฉื่อยของโมเลกุลที่แข็งแกร่งไม่อนุญาตให้มีการผลิตสารประกอบไนโตรเจนบางชนิดโดยการสังเคราะห์โดยตรง ในการกระตุ้นอะตอม สารจะต้องได้รับความร้อนสูงหรือฉายรังสี ไนโตรเจนสามารถทำปฏิกิริยากับลิเธียมได้ที่อุณหภูมิห้อง แต่กับแมกนีเซียม แคลเซียม และโซเดียม ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อได้รับความร้อนเท่านั้น ไนไตรด์ของโลหะที่เกี่ยวข้องจะเกิดขึ้น

ปฏิกิริยาระหว่างไนโตรเจนกับไฮโดรเจนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิและความดันสูง กระบวนการนี้ยังต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วย ผลที่ได้คือแอมโมเนียซึ่งเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุดของการสังเคราะห์ทางเคมี ไนโตรเจนในฐานะตัวออกซิไดซ์มีสถานะออกซิเดชันเชิงลบสามสถานะในสารประกอบ:

• −3 (แอมโมเนียและสารประกอบไฮโดรเจนไนโตรเจนอื่น ๆ - ไนไตรด์);
• −2 (ไฮดราซีน N 2 H 4);
• −1 (ไฮดรอกซิลามีน NH 2 OH)

ไนไตรด์ที่สำคัญที่สุดซึ่งก็คือแอมโมเนียนั้นผลิตขึ้นในปริมาณมากในอุตสาหกรรม ความเฉื่อยทางเคมีของไนโตรเจนเป็นปัญหาใหญ่มานานแล้ว แหล่งวัตถุดิบคือไนเตรต แต่ปริมาณสำรองแร่เริ่มลดลงอย่างรวดเร็วตามการเติบโตของการผลิต

ความสำเร็จอันยิ่งใหญ่ของวิทยาศาสตร์เคมีและการปฏิบัติคือการสร้างวิธีแอมโมเนียในการตรึงไนโตรเจนในระดับอุตสาหกรรม ในคอลัมน์พิเศษ จะมีการสังเคราะห์โดยตรง - กระบวนการที่สามารถย้อนกลับได้ระหว่างไนโตรเจนที่ได้จากอากาศและไฮโดรเจน เมื่อสร้างสภาวะที่เหมาะสมที่สุดซึ่งเปลี่ยนสมดุลของปฏิกิริยานี้ไปสู่ผลิตภัณฑ์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ผลผลิตของแอมโมเนียจะสูงถึง 97%

อันตรกิริยากับคุณสมบัติลดออกซิเจน

เพื่อให้ปฏิกิริยาของไนโตรเจนและออกซิเจนเริ่มต้นขึ้น จำเป็นต้องมีการให้ความร้อนสูง การปล่อยฟ้าผ่าในชั้นบรรยากาศก็มีพลังงานเพียงพอเช่นกัน สารประกอบอนินทรีย์ที่สำคัญที่สุดซึ่งพบไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวก:

• +1 (ไนตริกออกไซด์ (I) N 2 O);
• +2 (ไนโตรเจนมอนอกไซด์ NO);
• +3 (ไนตริกออกไซด์ (III) N 2 O 3; กรดไนตรัส HNO 2, เกลือไนไตรต์);
• +4 (ไนโตรเจนไดออกไซด์ (IV) NO 2);
• +5 (ไนโตรเจนเพนทอกไซด์ (V) N 2 O 5, กรดไนตริก HNO 3, ไนเตรต)

ความหมายในธรรมชาติ

พืชดูดซับไอออนแอมโมเนียมและแอนไอออนไนเตรตจากดินและใช้การสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในเซลล์เพื่อทำปฏิกิริยาทางเคมี ไนโตรเจนในบรรยากาศสามารถดูดซับได้โดยแบคทีเรียที่เป็นปมซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่ก่อให้เกิดการเจริญเติบโตบนรากของพืชตระกูลถั่ว เป็นผลให้พืชกลุ่มนี้ได้รับองค์ประกอบทางโภชนาการที่จำเป็นและทำให้ดินสมบูรณ์ด้วย

ในช่วงที่มีฝนตกในเขตร้อน จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศ ออกไซด์ละลายเป็นกรด สารประกอบไนโตรเจนในน้ำจะเข้าสู่ดิน ด้วยวัฏจักรขององค์ประกอบในธรรมชาติ ปริมาณสำรองในเปลือกโลกและอากาศจึงถูกเติมเต็มอย่างต่อเนื่อง โมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนที่มีไนโตรเจนจะถูกย่อยสลายโดยแบคทีเรียให้เป็นส่วนประกอบอนินทรีย์

การใช้งานจริง

สารประกอบไนโตรเจนที่สำคัญที่สุดสำหรับการเกษตรคือเกลือที่ละลายน้ำได้สูง ยูเรีย, โพแทสเซียม, แคลเซียม), สารประกอบแอมโมเนียม (สารละลายในน้ำของแอมโมเนีย, คลอไรด์, ซัลเฟต, แอมโมเนียมไนเตรต) ถูกดูดซับโดยพืช
คุณสมบัติเฉื่อยของไนโตรเจนและการที่พืชไม่สามารถดูดซับได้จากอากาศทำให้จำเป็นต้องใช้ไนเตรตในปริมาณมากเป็นประจำทุกปี สิ่งมีชีวิตบางส่วนของพืชสามารถกักเก็บสารอาหารหลัก "เพื่อใช้ในอนาคต" ซึ่งจะทำให้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ลดลง ผลไม้ที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดพิษในคนและการเติบโตของเนื้องอกมะเร็ง นอกจากการเกษตรแล้ว สารประกอบไนโตรเจนยังใช้ในอุตสาหกรรมอื่นๆ:

• เพื่อรับยา;
• สำหรับการสังเคราะห์ทางเคมีของสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง
• ในการผลิตวัตถุระเบิดจาก trinitrotoluene (TNT)
• สำหรับการผลิตสีย้อม

ไม่มีการใช้ออกไซด์ในการผ่าตัด สารนี้มีฤทธิ์ระงับปวด นักวิจัยคนแรกของคุณสมบัติทางเคมีของไนโตรเจนสังเกตเห็นการสูญเสียความรู้สึกเมื่อสูดดมก๊าซนี้ นี่คือลักษณะที่ชื่อเล็กน้อย "แก๊สหัวเราะ" ปรากฏขึ้น

ปัญหาไนเตรตในสินค้าเกษตร

เกลือของกรดไนตริก - ไนเตรต - มีไอออน NO 3- ที่มีประจุเพียงตัวเดียว ยังคงใช้ชื่อเดิมของสารกลุ่มนี้ คือ ดินประสิว ไนเตรตใช้ในการใส่ปุ๋ยให้กับทุ่งนา เรือนกระจก และสวน ใช้ในต้นฤดูใบไม้ผลิก่อนหยอดเมล็ดและในฤดูร้อน - ในรูปแบบของปุ๋ยน้ำ สารเหล่านี้ไม่ได้ก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อผู้คน แต่ในร่างกายพวกมันจะถูกเปลี่ยนเป็นไนไตรต์จากนั้นก็กลายเป็นไนโตรซามีน ไนไตรต์ไอออน NO 2- เป็นอนุภาคที่เป็นพิษ พวกมันทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของเหล็กไดวาเลนต์ในโมเลกุลฮีโมโกลบินเป็นไอออนไตรวาเลนต์ ในสถานะนี้สารหลักในเลือดของมนุษย์และสัตว์ไม่สามารถนำออกซิเจนและกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากเนื้อเยื่อได้

เหตุใดการปนเปื้อนไนเตรตในอาหารจึงเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์?

• เนื้องอกร้ายที่เกิดขึ้นเมื่อไนเตรตถูกเปลี่ยนเป็นไนโตรซามีน (สารก่อมะเร็ง);
• การพัฒนาของอาการลำไส้ใหญ่บวมเป็นแผล
• ความดันเลือดต่ำหรือความดันโลหิตสูง
• หัวใจล้มเหลว;
• โรคเลือดออก
• ความเสียหายต่อตับ, ตับอ่อน, การพัฒนาของโรคเบาหวาน;
• การพัฒนาภาวะไตวาย
• โรคโลหิตจาง ความจำเสื่อม ความสนใจ และสติปัญญา

การบริโภคอาหารต่าง ๆ พร้อมกันที่มีไนเตรตในปริมาณมากทำให้เกิดพิษเฉียบพลัน แหล่งที่มาอาจเป็นพืช น้ำดื่ม อาหารประเภทเนื้อสัตว์สำเร็จรูป การแช่น้ำสะอาดและปรุงอาหารจะช่วยลดปริมาณไนเตรตในผลิตภัณฑ์อาหารได้ นักวิจัยพบว่าสารประกอบอันตรายในปริมาณที่สูงกว่านั้นพบได้ในผลิตภัณฑ์จากพืชที่ยังไม่เจริญเต็มที่และเป็นพืชเรือนกระจก

ฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยไนโตรเจน

อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่อยู่ในคอลัมน์แนวตั้งเดียวกันของตารางธาตุแสดงคุณสมบัติทั่วไป ฟอสฟอรัสอยู่ในช่วงที่ 3 อยู่ในกลุ่ม 15 เช่นไนโตรเจน โครงสร้างอะตอมขององค์ประกอบคล้ายกัน แต่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสแสดงสถานะออกซิเดชันเชิงลบและความจุ III ในสารประกอบของพวกมันกับโลหะและไฮโดรเจน

ปฏิกิริยาฟอสฟอรัสหลายอย่างเกิดขึ้นที่อุณหภูมิปกติซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมี ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนทำให้เกิดออกไซด์ P 2 O 5 ที่สูงขึ้น สารละลายที่เป็นน้ำของสารนี้มีคุณสมบัติเป็นกรด (เมตาฟอสฟอริก) เมื่อถูกความร้อนจะได้กรดออร์โธฟอสฟอริก มันก่อตัวเป็นเกลือหลายประเภท ซึ่งหลายชนิดทำหน้าที่เป็นปุ๋ยแร่ เช่น ซูเปอร์ฟอสเฟต สารประกอบไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นส่วนสำคัญของวงจรของสารและพลังงานบนโลกของเรา และถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม เกษตรกรรม และกิจกรรมด้านอื่นๆ

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่รู้จักกันดีซึ่งแสดงด้วยตัวอักษร N องค์ประกอบนี้อาจเป็นพื้นฐานของเคมีอนินทรีย์โดยเริ่มศึกษารายละเอียดในชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 ในบทความนี้เราจะดูองค์ประกอบทางเคมีนี้ตลอดจนคุณสมบัติและประเภทของมัน

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบองค์ประกอบทางเคมี

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศสชื่อ Antoine Lavoisier แต่นักวิทยาศาสตร์หลายคนกำลังต่อสู้เพื่อชิงตำแหน่งผู้ค้นพบไนโตรเจน รวมทั้ง Henry Cavendish, Karl Scheele และ Daniel Rutherford

จากผลของการทดลอง เขาเป็นคนแรกที่แยกองค์ประกอบทางเคมีออก แต่ไม่เคยรู้เลยว่าเขาได้สารธรรมดามา เขารายงานประสบการณ์ของเขาและยังได้ศึกษาอีกหลายเรื่อง พรีสต์ลีย์อาจแยกองค์ประกอบนี้ออกมาได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถเข้าใจได้ว่าเขาได้รับอะไร ดังนั้นเขาจึงไม่สมควรได้รับตำแหน่งผู้ค้นพบ Karl Scheele ดำเนินการวิจัยเดียวกันในเวลาเดียวกันกับพวกเขา แต่ไม่ได้ข้อสรุปที่ต้องการ

ในปีเดียวกันนั้น Daniel Rutherford ไม่เพียงแต่จัดการเพื่อให้ได้ไนโตรเจนเท่านั้น แต่ยังอธิบายเผยแพร่วิทยานิพนธ์และระบุคุณสมบัติทางเคมีพื้นฐานขององค์ประกอบอีกด้วย แต่แม้แต่รัทเทอร์ฟอร์ดก็ไม่เคยเข้าใจสิ่งที่เขาได้รับเลย อย่างไรก็ตาม เขาเองที่ได้รับการพิจารณาให้เป็นผู้ค้นพบ เพราะเขาอยู่ใกล้กับวิธีแก้ปัญหามากที่สุด

ที่มาของชื่อไนโตรเจน

มาจากภาษากรีก "ไนโตรเจน" แปลว่า "ไร้ชีวิต" ลาวัวซิเยร์เป็นคนทำงานเกี่ยวกับกฎของระบบการตั้งชื่อและตัดสินใจตั้งชื่อองค์ประกอบในลักษณะนั้น ในศตวรรษที่ 18 สิ่งเดียวที่ทราบเกี่ยวกับองค์ประกอบนี้คือ มันไม่สนับสนุนการหายใจ ดังนั้นจึงใช้ชื่อนี้

ในภาษาละติน ไนโตรเจนเรียกว่า "ไนโตรเจน" ซึ่งแปลว่า "ให้กำเนิดดินประสิว" การกำหนดไนโตรเจนมาจากภาษาละติน - ตัวอักษร N แต่ชื่อนั้นไม่ได้หยั่งรากลึกในหลายประเทศ

ความชุกขององค์ประกอบ

ไนโตรเจนอาจเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีความอุดมสมบูรณ์มากที่สุดในโลกของเรา โดยมีความอุดมสมบูรณ์เป็นอันดับที่สี่ ธาตุนี้ยังพบได้ในชั้นบรรยากาศสุริยะ บนดาวเคราะห์ยูเรนัสและดาวเนปจูน บรรยากาศของไททัน ดาวพลูโต และไทรทันประกอบด้วยไนโตรเจน นอกจากนี้ชั้นบรรยากาศของโลกยังประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีนี้ถึง 78-79 เปอร์เซ็นต์

ไนโตรเจนมีบทบาททางชีววิทยาที่สำคัญเนื่องจากจำเป็นต่อการดำรงอยู่ของพืชและสัตว์ แม้แต่ร่างกายมนุษย์ก็มีองค์ประกอบทางเคมีนี้ถึง 2 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์ ส่วนหนึ่งของคลอโรฟิลล์ กรดอะมิโน โปรตีน กรดนิวคลีอิก

ไนโตรเจนเหลว

ไนโตรเจนเหลวเป็นของเหลวใสไม่มีสี ซึ่งเป็นหนึ่งในสถานะรวมของไนโตรเจนเคมี ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม การก่อสร้าง และการแพทย์ ใช้สำหรับแช่แข็งวัสดุอินทรีย์ อุปกรณ์ทำความเย็น และใช้ในการรักษาโรคหูด (เวชศาสตร์ความงาม)

ไนโตรเจนเหลวไม่เป็นพิษและไม่ระเบิด

โมเลกุลไนโตรเจน

ไนโตรเจนโมเลกุลเป็นองค์ประกอบที่พบในชั้นบรรยากาศของโลกของเราและก่อตัวเป็นส่วนใหญ่ สูตรของโมเลกุลไนโตรเจนคือ N 2 ไนโตรเจนดังกล่าวจะทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบทางเคมีหรือสารอื่นๆ ที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น

คุณสมบัติทางกายภาพ

ภายใต้สภาวะปกติ ไนโตรเจนที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีจะไม่มีกลิ่น ไม่มีสี และไม่ละลายในน้ำเลย ไนโตรเจนเหลวมีความคงตัวคล้ายกับน้ำ และมีความโปร่งใสและไม่มีสีเท่ากัน ไนโตรเจนมีการรวมตัวอีกสถานะหนึ่ง ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -210 องศา ไนโตรเจนจะกลายเป็นของแข็งและก่อตัวเป็นผลึกสีขาวนวลขนาดใหญ่จำนวนมาก ดูดซับออกซิเจนจากอากาศ

คุณสมบัติทางเคมี

ไนโตรเจนอยู่ในกลุ่มของอโลหะและรับคุณสมบัติจากองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ จากกลุ่มนี้ โดยทั่วไปอโลหะไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้าที่ดี ไนโตรเจนจะเกิดออกไซด์ต่างๆ เช่น NO (มอนออกไซด์) NO หรือไนตริกออกไซด์เป็นสารคลายกล้ามเนื้อ (สารที่ช่วยผ่อนคลายกล้ามเนื้ออย่างมีนัยสำคัญโดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายหรือผลกระทบอื่นใดต่อร่างกายมนุษย์) ออกไซด์ที่มีอะตอมของไนโตรเจนมากกว่า เช่น N 2 O เป็นก๊าซหัวเราะที่มีรสหวานเล็กน้อยซึ่งใช้เป็นยาชาในทางการแพทย์ อย่างไรก็ตาม NO 2 ออกไซด์ไม่เกี่ยวข้องกับสองออกไซด์แรก เนื่องจากเป็นก๊าซไอเสียที่ค่อนข้างอันตรายซึ่งมีอยู่ในไอเสียรถยนต์และก่อให้เกิดมลพิษในบรรยากาศอย่างรุนแรง

กรดไนตริกซึ่งเกิดจากอะตอมไฮโดรเจน อะตอมไนโตรเจน และอะตอมออกซิเจน 3 อะตอม เป็นกรดแก่ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตปุ๋ย เครื่องประดับ การสังเคราะห์สารอินทรีย์ อุตสาหกรรมการทหาร (การผลิตวัตถุระเบิดและการสังเคราะห์สารพิษ) การผลิตสีย้อม ยา ฯลฯ กรดไนตริกเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์มาก มันทิ้ง แผลพุพองและสารเคมีไหม้บนผิวหนัง

ผู้คนเข้าใจผิดว่าคาร์บอนไดออกไซด์คือไนโตรเจน เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมี องค์ประกอบจึงทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบจำนวนเพียงเล็กน้อยภายใต้สภาวะปกติ และคาร์บอนไดออกไซด์ก็คือคาร์บอนมอนอกไซด์

การใช้องค์ประกอบทางเคมี

ไนโตรเจนเหลวใช้ในการแพทย์เพื่อการบำบัดด้วยความเย็น (ความเย็นจัด) และยังใช้ในการปรุงอาหารเป็นสารทำความเย็นด้วย

องค์ประกอบนี้ยังพบการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม ไนโตรเจนเป็นก๊าซที่ระเบิดและทนไฟได้ นอกจากนี้ยังป้องกันการเน่าเปื่อยและการเกิดออกซิเดชัน ปัจจุบันมีการใช้ไนโตรเจนในเหมืองเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่ป้องกันการระเบิด ก๊าซไนโตรเจนถูกใช้ในปิโตรเคมี

ในอุตสาหกรรมเคมี เป็นเรื่องยากมากที่จะทำโดยไม่มีไนโตรเจน ใช้สำหรับการสังเคราะห์สารและสารประกอบต่างๆ เช่น ปุ๋ยบางชนิด แอมโมเนีย วัตถุระเบิด และสีย้อม ปัจจุบันมีการใช้ไนโตรเจนจำนวนมากในการสังเคราะห์แอมโมเนีย

ในอุตสาหกรรมอาหาร สารนี้ได้รับการขึ้นทะเบียนเป็นวัตถุเจือปนอาหาร

ของผสมหรือสารบริสุทธิ์?

แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 18 ที่สามารถแยกองค์ประกอบทางเคมีออกได้ยังคิดว่าไนโตรเจนเป็นส่วนผสม แต่มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างแนวคิดเหล่านี้

มีคุณสมบัติถาวรมากมาย เช่น ส่วนประกอบ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี ของผสมคือสารประกอบที่มีองค์ประกอบทางเคมีตั้งแต่สององค์ประกอบขึ้นไป

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าไนโตรเจนเป็นสารบริสุทธิ์เพราะเป็นองค์ประกอบทางเคมี

เมื่อเรียนวิชาเคมี สิ่งสำคัญมากคือต้องเข้าใจว่าไนโตรเจนเป็นพื้นฐานของเคมีทั้งหมด มันก่อให้เกิดสารประกอบต่างๆ ที่เราทุกคนต้องเผชิญ เช่น ก๊าซหัวเราะ ก๊าซสีน้ำตาล แอมโมเนีย และกรดไนตริก ไม่ใช่เพื่ออะไรที่เคมีในโรงเรียนเริ่มต้นด้วยการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีเช่นไนโตรเจน

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ทุกคนรู้จัก ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร N อาจกล่าวได้ว่าเป็นพื้นฐานของเคมีอนินทรีย์ดังนั้นจึงเริ่มศึกษาในชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 ในบทความนี้ เราจะมาดูรายละเอียดเกี่ยวกับไนโตรเจน รวมถึงคุณลักษณะและคุณสมบัติของไนโตรเจนอย่างละเอียดยิ่งขึ้น

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบองค์ประกอบ

สารประกอบต่างๆ เช่น แอมโมเนีย ไนเตรต และกรดไนตริก เป็นที่รู้จักและใช้ในทางปฏิบัติมานานก่อนที่จะได้ไนโตรเจนบริสุทธิ์ในสถานะอิสระ

ในการทดลองที่ดำเนินการในปี พ.ศ. 2315 แดเนียล รัทเทอร์ฟอร์ด ได้เผาฟอสฟอรัสและสารอื่นๆ ในระฆังแก้ว เขาพบว่าก๊าซที่เหลืออยู่หลังการเผาไหม้ของสารประกอบไม่สนับสนุนการเผาไหม้และการหายใจ และเรียกมันว่า "อากาศหายใจไม่ออก"

ในปี พ.ศ. 2330 Antoine Lavoisier ก่อตั้งว่าก๊าซที่ประกอบเป็นอากาศธรรมดาเป็นองค์ประกอบทางเคมีอย่างง่าย และเสนอชื่อ "ไนโตรเจน" หลังจากนั้นไม่นาน (ในปี พ.ศ. 2327) นักฟิสิกส์ เฮนรี คาเวนดิช ได้พิสูจน์ว่าสารนี้เป็นส่วนหนึ่งของไนเตรต (กลุ่มของไนเตรต) นี่คือที่มาของชื่อภาษาละตินของไนโตรเจน (จากภาษาละตินตอนปลาย nitrum และ gennao ของกรีก) เสนอโดย J. A. Chaptal ในปี 1790

เมื่อต้นศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ได้ชี้แจงความเฉื่อยทางเคมีของธาตุในสถานะอิสระ และบทบาทที่โดดเด่นของธาตุในสารประกอบกับสารอื่นๆ นับจากนั้นเป็นต้นมา "การจับตัวกัน" ของไนโตรเจนในอากาศก็กลายเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดในวิชาเคมี

คุณสมบัติทางกายภาพ

ไนโตรเจนเบากว่าอากาศเล็กน้อย ความหนาแน่นของมันคือ 1.2506 กก./ลบ.ม. (0 °C, 760 มม.ปรอท) จุดหลอมเหลว - -209.86 °C จุดเดือด - -195.8 °C ไนโตรเจนเป็นของเหลวได้ยาก อุณหภูมิวิกฤติค่อนข้างต่ำ (-147.1 °C) ในขณะที่ความดันวิกฤติค่อนข้างสูง - 3.39 Mn/m² ความหนาแน่นในสถานะของเหลว - 808 กก./ลบ.ม. องค์ประกอบนี้ละลายในน้ำได้น้อยกว่าออกซิเจน โดย N 23.3 กรัมสามารถละลายได้ใน H₂O 1 m³ (ที่ 0 °C) ตัวเลขนี้จะสูงกว่าเมื่อทำงานกับไฮโดรคาร์บอนบางชนิด

เมื่อถูกความร้อนจนถึงอุณหภูมิต่ำ ธาตุนี้จะโต้ตอบกับโลหะที่ออกฤทธิ์เท่านั้น เช่น ลิเธียม แคลเซียม แมกนีเซียม ไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับสารอื่นๆ ส่วนใหญ่เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาและ/หรือที่อุณหภูมิสูง

สารประกอบของ N ที่มี O₂ (ออกซิเจน) N₂O₅, NO, N₂O₃, N₂O, NO₂ ได้รับการศึกษาอย่างดี จากนั้นในระหว่างปฏิสัมพันธ์ขององค์ประกอบ (t - 4000 ° C) ไม่มีออกไซด์เกิดขึ้น นอกจากนี้ ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น จะถูกออกซิไดซ์เป็น NO₂ ไนโตรเจนออกไซด์เกิดขึ้นในอากาศระหว่างการปล่อยบรรยากาศ สามารถรับได้โดยการกระทำของรังสีไอออไนซ์บนส่วนผสมของ N และ O₂

เมื่อ N₂O₃ และ N₂O₅ ละลายในน้ำ ตามลำดับ จะได้กรด HNO₂ และ HNO₂ ก่อตัวเป็นเกลือ - ไนเตรตและไนไตรต์ ไนโตรเจนจะรวมตัวกับไฮโดรเจนโดยเฉพาะเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาและที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิดเป็นNH₃ (แอมโมเนีย) นอกจากนี้ สารประกอบอื่นๆ (มีจำนวนค่อนข้างมาก) ของ N ที่มี H₂ เป็นที่รู้จัก เช่น ไดอิไมด์ HN = NH, ไฮดราซีน H₂N-NH₂, ออคตาโซน N₈H₁₄, กรด HN₃ และอื่นๆ

เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การกล่าวว่าสารประกอบไฮโดรเจน + ไนโตรเจนส่วนใหญ่แยกได้เฉพาะในรูปของอนุพันธ์อินทรีย์เท่านั้น องค์ประกอบนี้ไม่ทำปฏิกิริยา (โดยตรง) กับฮาโลเจน ดังนั้นเฮไลด์ทั้งหมดจึงได้มาจากทางอ้อมเท่านั้น ตัวอย่างเช่น NF₃ เกิดขึ้นเมื่อแอมโมเนียทำปฏิกิริยากับฟลูออรีน

ไนโตรเจนเฮไลด์ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบที่มีความเสถียรน้อย ส่วนออกซีเฮไลด์มีความเสถียรมากกว่า: NOBr, NO₂F, NOF, NOCl, NO₂Cl การรวม N กับกำมะถันโดยตรงจะไม่เกิดขึ้นเช่นกัน ได้รับ N₄S₄ ในระหว่างปฏิกิริยาของแอมโมเนีย + กำมะถันเหลว เมื่อโค้กร้อนทำปฏิกิริยากับ N จะเกิดไซยาโนเจน (CN)₂ ด้วยการให้ความร้อนอะเซทิลีน C₂H₂ ด้วยไนโตรเจนจนถึง 1,500 °C ก็จะได้ไฮโดรเจนไซยาไนด์ HCN เมื่อ N ทำปฏิกิริยากับโลหะที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง จะเกิดไนไตรด์ขึ้น (เช่น Mg₃N₂)

เมื่อไนโตรเจนธรรมดาสัมผัสกับการปล่อยประจุไฟฟ้า [ที่ความดัน 130–270 n/m² (ตรงกับ 1–2 มม. ปรอท)] และระหว่างการสลายตัวของ Mg₃N₂, BN, TiNx และ Ca₃N₂ รวมถึงระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้าใน อากาศสามารถเกิดไนโตรเจนแบบแอคทีฟได้โดยมีพลังงานสำรองเพิ่มขึ้น มันต่างจากโมเลกุลตรงที่ทำปฏิกิริยาอย่างมีพลังกับไฮโดรเจน ไอกำมะถัน ออกซิเจน โลหะบางชนิด และฟอสฟอรัส

ไนโตรเจนเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญจำนวนหนึ่ง รวมถึงกรดอะมิโน เอมีน สารประกอบไนโตร และอื่นๆ

การได้รับไนโตรเจน

ในห้องปฏิบัติการ ธาตุนี้สามารถหาได้ง่ายโดยการให้ความร้อนสารละลายเข้มข้นของแอมโมเนียมไนไตรท์ (สูตร: NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O) วิธีการทางเทคนิคในการรับ N นั้นขึ้นอยู่กับการแยกอากาศที่ทำให้กลายเป็นของเหลวซึ่งต่อมาจะถูกกลั่น

พื้นที่ใช้งาน

ส่วนหลักของไนโตรเจนอิสระที่ได้รับนั้นใช้ในการผลิตแอมโมเนียทางอุตสาหกรรม ซึ่งจากนั้นจะถูกนำไปแปรรูปเป็นปุ๋ย วัตถุระเบิด ฯลฯ ในปริมาณที่ค่อนข้างมาก

นอกเหนือจากการสังเคราะห์ NH₃ จากองค์ประกอบโดยตรงแล้ว ยังใช้วิธีการไซยานาไมด์ที่พัฒนาขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมาอีกด้วย ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าที่ t = 1,000 °C แคลเซียมคาร์ไบด์ (เกิดจากการให้ความร้อนส่วนผสมของถ่านหินและปูนขาวในเตาไฟฟ้า) ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนอิสระ (สูตร: CaC₂ + N₂ = CaCN₂ + C) แคลเซียมไซยานาไมด์ที่เกิดขึ้นจะสลายตัวภายใต้อิทธิพลของไอน้ำร้อนให้เป็น CaCO₃ และ 2NH₃

ในรูปแบบอิสระองค์ประกอบนี้ใช้ในหลายอุตสาหกรรม: เป็นสื่อเฉื่อยในกระบวนการโลหะและเคมีต่าง ๆ เมื่อสูบของเหลวไวไฟเพื่อเติมพื้นที่ในเทอร์โมมิเตอร์แบบปรอท ฯลฯ ในสถานะของเหลวมันถูกใช้ในหน่วยทำความเย็นต่างๆ . มันถูกขนส่งและเก็บไว้ในภาชนะเหล็ก Dewar และก๊าซอัดจะถูกเก็บไว้ในกระบอกสูบ

สารประกอบไนโตรเจนหลายชนิดยังใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน การผลิตของพวกเขาเริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็วหลังสงครามโลกครั้งที่หนึ่งและปัจจุบันมีสัดส่วนที่มหาศาลอย่างแท้จริง

สารนี้เป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางชีวภาพหลักและเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของเซลล์ที่มีชีวิต - กรดนิวคลีอิกและโปรตีน อย่างไรก็ตาม ปริมาณไนโตรเจนในสิ่งมีชีวิตมีน้อย (ประมาณ 1–3% โดยน้ำหนักแห้ง) วัสดุโมเลกุลที่อยู่ในชั้นบรรยากาศจะถูกดูดซึมโดยสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียวและจุลินทรีย์บางชนิดเท่านั้น

สารนี้ค่อนข้างมากมีความเข้มข้นในดินในรูปของแร่ธาตุต่าง ๆ (ไนเตรต, เกลือแอมโมเนียม) และสารประกอบอินทรีย์ (ประกอบด้วยกรดนิวคลีอิก, โปรตีนและผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวรวมถึงซากพืชและสัตว์ที่ยังไม่สลายตัวทั้งหมด)

พืชดูดซับไนโตรเจนจากดินได้อย่างสมบูรณ์แบบในรูปของสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ ภายใต้สภาวะทางธรรมชาติ จุลินทรีย์พิเศษในดิน (แอมโมไนฟายเออร์) มีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งสามารถทำให้แร่ธาตุ N อินทรีย์ในดินเป็นเกลือแอมโมเนียมได้

ไนเตรตไนโตรเจนในดินเกิดขึ้นในช่วงชีวิตของแบคทีเรียไนตริไฟนิ่ง ค้นพบโดย S. Winogradsky ในปี พ.ศ. 2433 พวกเขาออกซิไดซ์เกลือแอมโมเนียมและแอมโมเนียเป็นไนเตรต ส่วนหนึ่งของสารที่ถูกดูดซึมโดยพืชและสัตว์จะหายไปเนื่องจากการกระทำของแบคทีเรียที่ทำลายไนตริไฟอิง

จุลินทรีย์และพืชดูดซับทั้งไนเตรตและแอมโมเนียม N ได้อย่างสมบูรณ์แบบ พวกมันเปลี่ยนวัสดุอนินทรีย์ให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ต่าง ๆ - กรดอะมิโนและเอไมด์ (กลูตามีนและแอสพาราจีน) ส่วนหลังเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนหลายชนิดของจุลินทรีย์ พืช และสัตว์ การสังเคราะห์แอสพาราจีนและกลูตามีนโดยอะไมเดชั่น (เอนไซม์) ของกรดแอสปาร์ติกและกลูตามิกนั้นดำเนินการโดยตัวแทนของพืชและสัตว์จำนวนมาก

การผลิตกรดอะมิโนเกิดขึ้นจากรีดักทีฟอะมิเนชันของกรดคีโตและกรดอัลดีไฮด์จำนวนหนึ่ง ซึ่งเป็นผลมาจากการทรานอะมิเนชันของเอนไซม์ รวมถึงผลจากการเกิดออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตต่างๆ ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการดูดกลืนแอมโมเนีย (NH₃) โดยพืชและจุลินทรีย์คือโปรตีน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของเซลล์ โปรโตพลาสซึม และยังสะสมอยู่ในรูปของสิ่งที่เรียกว่าโปรตีนสะสมอีกด้วย

มนุษย์และสัตว์ส่วนใหญ่สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนได้ในระดับที่ค่อนข้างจำกัดเท่านั้น พวกเขาไม่สามารถผลิตสารประกอบสำคัญแปดชนิดได้ (ไลซีน, วาลีน, ฟีนิลอะลานีน, ทริปโตเฟน, ไอโซลิวซีน, ลิวซีน, เมไทโอนีน, ทรีโอนีน) ดังนั้นแหล่งที่มาหลักของไนโตรเจนคือโปรตีนที่บริโภคกับอาหารซึ่งท้ายที่สุดแล้วก็คือโปรตีนของจุลินทรีย์เอง และพืช