Memberi sendawa - ini adalah bagaimana kata Nitrogenium diterjemahkan dari bahasa Latin. Ini adalah nama nitrogen - unsur kimia dengan nomor atom 7, menuju kelompok ke-15 dalam versi panjang tabel periodik. Dalam bentuk zat sederhana, ia didistribusikan di cangkang udara Bumi - atmosfer. Berbagai senyawa nitrogen ditemukan di kerak bumi dan organisme hidup, dan banyak digunakan dalam industri, urusan militer, pertanian, dan obat-obatan.
Mengapa nitrogen disebut "mencekik" dan "tak bernyawa"
Seperti yang disarankan oleh sejarawan kimia, Henry Cavendish (1777) adalah orang pertama yang menerima zat sederhana ini. Ilmuwan melewati udara di atas bara panas, menggunakan alkali untuk menyerap produk reaksi. Sebagai hasil percobaan, peneliti menemukan gas tidak berwarna dan tidak berbau yang tidak bereaksi dengan batu bara. Cavendish menyebutnya "udara yang menyesakkan" karena tidak mampu menahan napas dan juga terbakar.
Seorang ahli kimia modern akan menjelaskan bahwa oksigen bereaksi dengan karbon membentuk karbon dioksida. Bagian udara yang "mencekik" sebagian besar terdiri dari molekul N2. Cavendish dan ilmuwan lain pada waktu itu belum mengetahui tentang zat ini, meskipun senyawa nitrogen dan sendawa kemudian banyak digunakan dalam perekonomian. Ilmuwan melaporkan gas yang tidak biasa kepada rekannya, yang melakukan eksperimen serupa, Joseph Priestley.
Pada saat yang sama, Karl Scheele menarik perhatian pada konstituen udara yang tidak diketahui, tetapi gagal menjelaskan asal-usulnya dengan benar. Hanya Daniel Rutherford pada tahun 1772 yang menyadari bahwa gas yang “menyesakkan” “manja” yang ada dalam eksperimen tersebut adalah nitrogen. Ilmuwan mana yang harus dianggap sebagai penemunya - sejarawan sains masih memperdebatkan hal ini.
15 tahun setelah eksperimen Rutherford, ahli kimia terkenal Antoine Lavoisier menyarankan untuk mengganti istilah udara "manja", yang mengacu pada nitrogen, menjadi yang lain - Nitrogenium. Pada saat itu, terbukti bahwa zat ini tidak terbakar, tidak mendukung pernapasan. Pada saat yang sama, nama Rusia "nitrogen" muncul, yang ditafsirkan dengan cara yang berbeda. Istilah ini paling sering dikatakan berarti "tak bernyawa". Pekerjaan selanjutnya membantah pendapat luas tentang sifat-sifat materi. Senyawa nitrogen - protein - adalah makromolekul terpenting dalam komposisi organisme hidup. Untuk membangunnya, tanaman menyerap unsur-unsur nutrisi mineral yang diperlukan dari tanah - ion NO32- dan NH4+.
Nitrogen adalah unsur kimia
Sistem periodik (PS) membantu memahami struktur atom dan sifat-sifatnya. Dengan posisi unsur kimia dalam tabel periodik, seseorang dapat menentukan:muatan inti, jumlah proton dan neutron (nomor massa). Penting untuk memperhatikan nilai massa atom - ini adalah salah satu karakteristik utama elemen. Nomor periode sesuai dengan jumlah tingkat energi. Dalam versi singkat tabel periodik, nomor golongan sesuai dengan jumlah elektron di tingkat energi terluar. Mari kita rangkum semua data dalam karakteristik umum nitrogen berdasarkan posisinya dalam sistem periodik:
- Ini adalah elemen non-logam, terletak di sudut kanan atas PS.
- Tanda kimia: N.
- Nomor pesanan: 7.
- Massa atom relatif: 14.0067.
- Rumus senyawa hidrogen volatil: NH3 (amonia).
- Menghasilkan oksida tertinggi N2O5, di mana valensi nitrogennya adalah V.
Struktur atom nitrogen:
- Core charge: +7.
- Jumlah proton:7; jumlah neutron: 7.
- Jumlah tingkat energi: 2.
- Jumlah elektron: 7; rumus elektronik: 1s22s22p3.
Isotop stabil unsur No. 7 telah dipelajari secara rinci, nomor massanya adalah 14 dan 15. Kandungan atom yang lebih ringan dari mereka adalah 99,64%. Ada juga 7 proton dalam inti isotop radioaktif berumur pendek, dan jumlah neutron sangat bervariasi: 4, 5, 6, 9, 10.
Nitrogen di alam
Cangkang udara bumi mengandung molekul zat sederhana, yang rumusnya adalah N2. Kandungan gas nitrogen di atmosfer adalah berdasarkan volumesekitar 78,1%. Senyawa anorganik dari unsur kimia ini di kerak bumi adalah berbagai garam amonium dan nitrat (nitrat). Rumus senyawa dan nama beberapa zat terpenting:
- NH3, amonia.
- TIDAK2, nitrogen dioksida.
- NaNO3, natrium nitrat.
- (NH4)2SO4, amonium sulfat.
Valensi nitrogen dalam dua senyawa terakhir - IV. Batubara, tanah, organisme hidup juga mengandung atom N yang terikat. Nitrogen merupakan bagian integral dari makromolekul asam amino, nukleotida DNA dan RNA, hormon dan hemoglobin. Total kandungan unsur kimia dalam tubuh manusia mencapai 2,5%.
Substansi sederhana
Nitrogen dalam bentuk molekul diatomik adalah bagian terbesar dari udara atmosfer berdasarkan volume dan massa. Suatu zat yang rumusnya adalah N2 tidak memiliki bau, warna, atau rasa. Gas ini membentuk lebih dari 2/3 selubung udara Bumi. Dalam bentuk cair, nitrogen adalah zat tidak berwarna yang menyerupai air. Mendidih pada -195.8 °C. M (N2)=28 g/mol. Zat sederhana nitrogen sedikit lebih ringan dari oksigen, kerapatannya di udara mendekati 1.
Atom dalam sebuah molekul mengikat dengan kuat 3 pasangan elektron yang sama. Senyawa ini menunjukkan stabilitas kimia yang tinggi, yang membedakannya dari oksigen dan sejumlah zat gas lainnya. Agar molekul nitrogen terurai menjadi atom-atom penyusunnya, diperlukan energi sebesar 942,9 kJ / mol. Ikatan tiga pasang elektron sangat kuat.terurai saat dipanaskan di atas 2000 °C.
Dalam kondisi normal, disosiasi molekul menjadi atom praktis tidak terjadi. Kelambanan kimia nitrogen juga disebabkan tidak adanya polaritas dalam molekulnya. Mereka berinteraksi sangat lemah satu sama lain, yang merupakan alasan keadaan materi gas pada tekanan dan suhu normal mendekati suhu kamar. Reaktivitas rendah nitrogen molekuler menemukan aplikasi dalam berbagai proses dan perangkat di mana diperlukan untuk menciptakan lingkungan inert.
Dissosiasi molekul N2 dapat terjadi di bawah pengaruh radiasi matahari di bagian atas atmosfer. Nitrogen atom terbentuk, yang dalam kondisi normal bereaksi dengan beberapa logam dan non-logam (fosfor, belerang, arsenik). Akibatnya, ada sintesis zat yang diperoleh secara tidak langsung dalam kondisi terestrial.
valensi nitrogen
Lapisan elektron terluar suatu atom dibentuk oleh elektron 2 s dan 3 p. Partikel negatif nitrogen ini dapat menyerah ketika berinteraksi dengan elemen lain, yang sesuai dengan sifat pereduksinya. Dengan melampirkan 3 elektron yang hilang ke oktet, atom menunjukkan kemampuan pengoksidasi. Keelektronegatifan nitrogen lebih rendah, sifat non-logamnya kurang menonjol dibandingkan sifat fluor, oksigen, dan klorin. Ketika berinteraksi dengan unsur-unsur kimia ini, nitrogen melepaskan elektron (teroksidasi). Reduksi menjadi ion negatif disertai dengan reaksi dengan nonlogam dan logam lain.
Valensi khas nitrogen adalah III. Pada kasus iniikatan kimia terbentuk karena tarikan elektron p eksternal dan penciptaan pasangan umum (ikatan). Nitrogen mampu membentuk ikatan donor-akseptor karena pasangan elektron bebasnya, seperti yang terjadi pada ion amonium NH4+.
Laboratorium dan produksi industri
Salah satu metode laboratorium didasarkan pada sifat pengoksidasi oksida tembaga. Senyawa nitrogen-hidrogen digunakan - amonia NH3. Gas berbau busuk ini bereaksi dengan bubuk oksida tembaga hitam. Sebagai hasil dari reaksi, nitrogen dilepaskan dan logam tembaga (bubuk merah) muncul. Tetesan air, produk lain dari reaksi, mengendap di dinding tabung.
Metode lab lain yang menggunakan kombinasi nitrogen dengan logam adalah azida, seperti NaN3. Ternyata gas yang tidak perlu dimurnikan dari kotoran.
Ammonium nitrit didekomposisi menjadi nitrogen dan air di laboratorium. Agar reaksi dapat dimulai, diperlukan pemanasan, kemudian proses dilanjutkan dengan pelepasan panas (eksoterm). Nitrogen terkontaminasi dengan kotoran, sehingga dimurnikan dan dikeringkan.
Produksi nitrogen di industri:
- distilasi fraksional udara cair - metode yang menggunakan sifat fisik nitrogen dan oksigen (titik didih berbeda);
- reaksi kimia udara dengan batu bara panas-merah;
- pemisahan gas adsorpsi.
Interaksi dengan logam dan hidrogen - sifat pengoksidasi
Inertness molekul kuattidak memungkinkan memperoleh beberapa senyawa nitrogen dengan sintesis langsung. Untuk mengaktifkan atom, diperlukan pemanasan atau penyinaran zat yang kuat. Nitrogen dapat bereaksi dengan litium pada suhu kamar, dengan magnesium, kalsium, dan natrium, reaksi hanya terjadi jika dipanaskan. Nitrida logam yang sesuai terbentuk.
Interaksi nitrogen dengan hidrogen terjadi pada suhu dan tekanan tinggi. Proses ini juga membutuhkan katalis. Ternyata amonia - salah satu produk terpenting dari sintesis kimia. Nitrogen, sebagai zat pengoksidasi, menunjukkan tiga bilangan oksidasi negatif dalam senyawanya:
- −3 (amonia dan senyawa hidrogen lainnya dari nitrogen adalah nitrida);
- −2 (hidrazin N2H4);
- −1 (hidroksilamin NH2OH).
Nitrida terpenting - amonia - diproduksi dalam jumlah besar di industri. Kelembaman kimia nitrogen tetap menjadi masalah besar untuk waktu yang lama. Sendawa adalah sumber bahan bakunya, tetapi cadangan mineral mulai menurun dengan cepat seiring dengan peningkatan produksi.
Pencapaian besar ilmu dan praktik kimia adalah penciptaan metode fiksasi nitrogen amonia pada skala industri. Sintesis langsung dilakukan dalam kolom khusus - proses reversibel antara nitrogen yang diperoleh dari udara dan hidrogen. Saat menciptakan kondisi optimal yang menggeser kesetimbangan reaksi ini ke arah produk, menggunakan katalis, hasil amonia mencapai 97%.
Interaksi dengan oksigen - sifat pereduksi
Untuk memulai reaksi nitrogen dan oksigen, diperlukan pemanasan yang kuat. Busur listrik dan pelepasan petir di atmosfer memiliki energi yang cukup. Senyawa anorganik terpenting di mana nitrogen berada dalam keadaan oksidasi positif:
- +1 (nitrat oksida (I) N2O);
- +2 (nitrogen monoksida NO);
- +3 (nitrat oksida (III) N2O3; asam nitrat HNO2, garamnya adalah nitrit);
- +4 (nitrogen (IV) dioksida NO2);
- +5 (nitrogen pentoksida (V) N2O5, asam nitrat HNO3, nitrat).
Arti alam
Tanaman menyerap ion amonium dan anion nitrat dari tanah, digunakan untuk reaksi kimia sintesis molekul organik, terus-menerus terjadi di dalam sel. Nitrogen atmosfer dapat diserap oleh bakteri bintil - makhluk mikroskopis yang tumbuh pada akar kacang-kacangan. Akibatnya, kelompok tanaman ini menerima unsur hara yang diperlukan, memperkaya tanah dengannya.
Selama hujan tropis, reaksi oksidasi nitrogen atmosfer terjadi. Oksida larut membentuk asam, senyawa nitrogen dalam air ini masuk ke dalam tanah. Karena sirkulasi elemen di alam, cadangannya di kerak bumi dan udara terus diisi ulang. Molekul organik kompleks yang mengandung nitrogen diurai oleh bakteri menjadi komponen anorganik.
Penggunaan praktis
Koneksi yang paling pentingnitrogen untuk pertanian adalah garam yang sangat larut. Urea, sendawa (natrium, kalium, kalsium), senyawa amonium (larutan berair amonia, klorida, sulfat, amonium nitrat) diasimilasi oleh tanaman nitrat. Bagian dari organisme tanaman mampu menyimpan makronutrien "untuk masa depan", yang memperburuk kualitas produk. Kelebihan nitrat dalam sayuran dan buah-buahan dapat menyebabkan keracunan pada manusia, pertumbuhan neoplasma ganas. Selain pertanian, senyawa nitrogen digunakan dalam industri lain:
- menerima obat;
- untuk sintesis kimia senyawa makromolekul;
- dalam produksi bahan peledak dari trinitrotoluene (TNT);
- untuk produksi pewarna.
NO oksida digunakan dalam operasi, zat ini memiliki efek analgesik. Hilangnya sensasi saat menghirup gas ini diperhatikan bahkan oleh para peneliti pertama dari sifat kimia nitrogen. Ini adalah bagaimana nama sepele "gas tertawa" muncul.
Masalah nitrat dalam produk pertanian
Garam asam nitrat - nitrat - mengandung anion NO3- bermuatan tunggal. Sampai sekarang, nama lama kelompok zat ini digunakan - sendawa. Nitrat digunakan untuk menyuburkan ladang, di rumah kaca, kebun buah-buahan. Mereka diterapkan di awal musim semi sebelum disemai, di musim panas - dalam bentuk pembalut cair. Zat itu sendiri tidak menimbulkan bahaya besar bagi manusia, tapidalam tubuh, mereka berubah menjadi nitrit, kemudian menjadi nitrosamin. Ion nitrit NO2- adalah partikel beracun, mereka menyebabkan oksidasi besi besi dalam molekul hemoglobin menjadi ion trivalen. Dalam keadaan ini, zat utama darah manusia dan hewan tidak mampu membawa oksigen dan mengeluarkan karbon dioksida dari jaringan.
Apa bahaya pencemaran nitrat makanan bagi kesehatan manusia:
- tumor ganas yang terjadi ketika nitrat diubah menjadi nitrosamin (karsinogen);
- perkembangan kolitis ulserativa,
- hipotensi atau hipertensi;
- gagal jantung;
- gangguan pembekuan darah
- hati, pankreas, perkembangan diabetes;
- perkembangan gagal ginjal;
- anemia, gangguan memori, perhatian, kecerdasan.
Konsumsi makanan yang berbeda secara bersamaan dengan nitrat dosis tinggi menyebabkan keracunan akut. Sumbernya bisa dari tanaman, air minum, masakan daging siap saji. Berendam dalam air bersih dan memasak dapat mengurangi kandungan nitrat pada makanan. Para peneliti menemukan bahwa dosis yang lebih tinggi dari senyawa berbahaya ditemukan pada produk tanaman yang belum matang dan tanaman rumah kaca.
Fosfor adalah elemen dari subkelompok nitrogen
Atom dari unsur kimia yang berada dalam kolom vertikal yang sama dari sistem periodik menunjukkan sifat yang sama. Fosfor terletak di periode ketiga, termasuk dalam kelompok ke-15, seperti nitrogen. Struktur atomunsur-unsurnya serupa, tetapi ada perbedaan sifat. Nitrogen dan fosfor menunjukkan keadaan oksidasi negatif dan valensi III dalam senyawanya dengan logam dan hidrogen.
Banyak reaksi fosfor terjadi pada suhu biasa, ini adalah elemen yang aktif secara kimia. Ini berinteraksi dengan oksigen untuk membentuk oksida yang lebih tinggi P2O5. Larutan berair dari zat ini memiliki sifat asam (metafosfat). Ketika dipanaskan, asam ortofosfat diperoleh. Ini membentuk beberapa jenis garam, banyak di antaranya berfungsi sebagai pupuk mineral, seperti superfosfat. Senyawa nitrogen dan fosfor adalah bagian penting dari siklus zat dan energi di planet kita, mereka digunakan dalam bidang industri, pertanian, dan kegiatan lainnya.
