חנקן תרכובות. מאפיינים של חנקן

לידת ניטראט - כפי שתורגם מהמילה הלטינית Nitrogenium. יסוד כימי עם מספר אטומי של 7, קבוצת ה ראש 15 בגרסה הארוכה של הטבלה המחזורית - חנקן כותרת זו. בשנת בצורת חומר פשוט המורכב הארץ מופץ כרית האוויר - אווירה. מגוון של תרכובות חנקן נמצא בקרום כדור הארץ, ואת היצורים החיים נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות, צבאי, חקלאות ורפואה.

למה נקרא חנקן "חנק" ו "חסר חיים"

כמו היסטוריונים של כימיה ממליצים הראשון קיבל חומר פשוט זה הנרי קוונדיש (1777). מדעים עוברים באוויר מעל גחלים לוחשות לספיגה של תוצרי התגובה באמצעות אלקלי. כתוצאה חוקר ניסיון מצא גז חסר צבע וחסר ריח, פחם unreacted. קוונדיש קורא לזה "אוויר מחניק" עבור חוסר היכולת לקיים נשימת בעירה.

כימיה מודרנית תוסבר כי חמצן הוא הגיב עם פחם, פחמן דו חמצני נוצר. הנותרים "חונקת" את האוויר היה על פי רוב של מולקולות N _2. קוונדיש ומדענים אחרים בזמנו בעניין זה עדיין לא ידוע, אם כי תרכובות חנקן חנק אז היו בשימוש נרחב במשק. המדען ספר על הגז היוצא דופן עמית לבצע ניסויים דומים - ג'וזף פריסטלי.

במקביל קארל Scheele הפנה את תשומת לב המרכיב הידוע של האוויר, אך לא הצליח להסביר את מקורו כראוי. רק דניאל Rutherford ב 1772, הבין כי הניסויים הנוכחיים "נחנק" "מפונק" גז - חנקן. ישנם מדענים המאמינים המגלה שלו - זה עדיין, זה להתווכח היסטוריונים של המדע.

15 שנים אחרי הכימאי המפורסם של ניסויי Rutherford אנטואן Lavuaze הציע להחליף את האוויר המונח "מפונק" מתייחס חנקן, ומצד שני - Nitrogenium. עד שהוכח כי חומר זה אינו שורף, אינו תומך נשימה. חוץ מזה היו שם הרוסי "חנקן", אשר מתפרש בדרכים שונות. לעיתים קרובות אומרים כי משמעות המונח "חסר חיים". מחקרים מאוחרים יותר הפריכו את הדעה הרווחת על תכונות החומרים. תרכובות חנקן - חלבונים - מקרומולקולות המרכזית בהרכב של אורגניזמים חיים. על מנת לבנות צמחים קולטים מן המרכיבים הכרחיים תזונת אדמת מינרלים - ² יונים NO ₃ ו NH ^4+.

חנקן - יסוד כימי

כדי להבין את המבנה האטום ותכונות עוזר למערכת התקופתית (PS). העמדה של האלמנט הכימי בטבלה המחזורית ניתן להגדיר תשלום גרעיני, מספר הפרוטונים והנויטרונים (מספר מסה). יש צורך לשים לב לערך של המסה האטומית - זה הוא אחד המאפיינים המרכזיים של האלמנט. תקופה, מספר התואם למספר רמות האנרגיה. הגרסה הקצרה של מספר קבוצת הטבלה המחזורי מתאימה למספר של אלקטרונים ברמת energaticheskom החיצונית. בסיכום נתוני המאפיינים הכלליים של חנקן על ידי מעמדה במערכת המחזורית:

• זהו אלמנט מתכתי הוא בפינה הימנית העליונה של SS.
• סמל כימי: נ
• נכס מספר: 7.
• משקל אטומי: 14.0067.
• תרכובות פורמולה מימן נדיפים: NH ₃ (אמוניה).
• יוצר N תחמוצת גבוה ₂ O _5, אשר שווה הערכי של V. החנקן

אטום חנקן מבנה:

• מטען גרעיני 7.
• מספר הפרוטונים: 7; מספר נויטרונים: 7.
• מספר רמות אנרגיה: 2.
• המספר הכולל של אלקטרונים: 7; דואר הנוסחה: 1s ² 2s ² 2p ^3.

פרטים למדו איזוטופים יציבים № אלמנט 7, מספרי המסה - 14 ו 15. התוכן של אטומים לאור המהווה 99.64%. הגרעינים של האיזוטופ הרדיואקטיבי קצר מועד הוא גם 7 פרוטונים, ומספר הנויטרונים שונים מאוד: 4, 5, 6, 9, 10.

חנקן בטבע

במסגרת מולקולות אוויר נוכחי נדן אדמת חומר פשוט, נוסחא אשר - N _2. התוכן של גז חנקן באטמוספירה הוא כ 78.1% בנפח. תרכובות אנאורגניות של היסוד הכימי בקרום כדור הארץ - מלחי אמוניום שונים ניטרטים (נַתרָן). תרכובות של הנוסחה ואת השמות של כמה חומרים חשובים ביותר:

• _{3 NH,} אמוניה.
• NO _2, חנקן דו-חמצני.
• נתרן חנק Nano _3.
• (NH _{4) 2} SO _4, אמוניום סולפט.

הערכיות של חנקן ותרכובות שני האחרון - IV. פחם, אדמת, אורגניזמים חיים מכילים גם אטומי N בצורה כבולה. חנקן הוא מרכיב של מקרומולקולות חומצות אמינו, DNA ו- RNA נוקלאוטידים, הורמונים המוגלובין. התוכן הכולל של היסוד הכימי בגוף האדם מגיע 2.5%.

חומר פשוט

חנקן בצורה של מולקולה דו-אטומית - הנפח והמשקל הגדול של אוויר ואווירה. חומר, נוסחה אשר הוא N _2, אין ריח, צבע וטעם. גז זה הוא יותר מ 2/3 נדן אוויר אדמה. החנקן הנוזלי הוא חומר חסר צבע, דומת מים. שחין בטמפרטורה של -195,8 ° C. M (N ₂₎ = 28 g / mol. קצת חומר פשוט קל יותר חמצן, חנקן, אוויר, צפיפות שלה הוא קרוב 1.

האטומים לאגד מולקולה בתקיפות 3 משותפים זוגות אלקטרונים. המתחם מציג עמידות כימית גבוהה, ובכך היא נבדלת חמצן וחומרי גזיות אחרים. למולקולה חנקן מחולק האטומים המרכיבים שלה צורך להוציא אנרגיה 942.9 kJ / mol. יצירת קשר של שלושה זוגות של אלקטרונים היא חזקה מאוד, מתחיל להישבר כאשר מחומם מעל 2000 ° C.

אינו מתרחש כמעט בתנאים נורמלים, הניתוק של מולקולות לתוך אטומים. אדישות כימית גם נגרמת על ידי עדר מוחלט חנקן של קוטביות המולקולה שלה. הם מתקשרים מאוד חלשים אחד עם השני, ובכך לעבוד במצב גזי חומר בלחץ נורמלי בטמפרטורה קרובה לטמפרטורת חדר. פעילות כימית נמוכה של חנקן מולקולרי משמש בתהליכים שונים ומכשירים שבהם יש צורך ליצור סביבה אינרטי.

דיסוציאציה של מולקולות N ₂ עלולה להתרחש תחת השפעת קרינת השמש באטמוספרה העליונה. חנקן אטומי נוצר, אשר מגיבה עם מתכות מסוימות nonmetals בתנאים נורמלים (זרחן, גופרית, ארסן). התוצאה היא הסינתזה של התנאים הִשָׁחֲקוּת חומרים שהושגו בעקיפין.

חנקן ולנסי

הקליפה האלקטרונית החיצונית של האטום יוצרת אלקטרוני 2 של 3 ו- p. חנקן שלילי אלה יכולים לתת חלקיקים בעת אינטראקציה עם אלמנטים אחרים שמתאימים הפחתת נכסים שלה. מחוברי השמינייה החסרה אטום אלקטרון 3 מפגין יכולת חמצונים. חנקן אלקטרונגטיביות מתחת המאפיינים המטאלי הם פחות מובהק מזו של פלואור, חמצן וכלור. בעת אינטראקציה עם אלמנטים כימיים אלה חנקן נותן אלקטרונים (לחמצן). הפחתה ליונים שליליים ואחריו תגובה עם מתכות אחרות nonmetals.

הערכיות חנקן אופיינית - III. במקרה זה, את הקשרים הכימיים נוצרים על ידי p-המשיכה החיצונית של אלקטרונים ויצירת זוג נפוץ (מחייב). חנקן הוא מסוגל להרכיב אג"ח acceptor התורם עקב זוג האלקטרונים הבודד שלה, כמו גם אמוניום יון NH ^4+.

קבלה במעבדה ובתעשייה

אחת שיטות מעבדה מבוססות על מאפייני חמצונים של תחמוצת נחושת. השתמשו תרכובת חנקן עם מימן - אמוניה NH _3. vzaimoddeystvuet גז נע ריח זה עם שחור תחמוצת נחושת אבקה. התגובה והתוצאה מייצרת חנקן ומופיעה נחושת מתכתית (אבקת אדום). שהופקד על קירות צינור טיפת תקריב - עוד מוצר תגובה.

שיטת מעבדה נוספת המשתמשת תרכובת חנקן עם מתכות - אזיד, למשל NaN _3. מתקבל על ידי גז אשר אינו צורך לנקות מפני מזהמים.

המעבדה מתבצעת פירוק של ניטריט אמוניום חנקן ומים. כדי להתחיל את התגובה, חימום נדרש, אז התהליך ממשיך עם האבולוציה של חום (אקסותרמית). חנקן הוא מזוהם עם זיהומים, כך הוא ניקה יבשים.

הכנת החנקן בענף:

• בזיקוק של אוויר הנוזלי - שיטה המשתמשת בתכונות הפיזיות של חנקן וחמצן (נקודת רתיחה שונה);
• תגובה כימית של אוויר גחלים;
• הפרדת גז ספיחה.

אינטראקציה עם מתכות ומימן - מאפייני חמצון

מולקולות עמידות אינרציה אינה מאפשרות כמה סינתזה ישירה של תרכובות חנקן. כדי להפעיל את אטומי צורך החימום או קרינת חומר חזק. חנקן יכול להגיב עם ליתיום בטמפרטורת חדר, עם מגנזיום, סידן ונתרן, התגובה ממשיכה רק על ידי חימום. nitrides מתכת המקביל נוצרים.

האינטראקציה של חנקן עם מימן מתקיים טמפרטורה ולחץ גבוהים. כמו כן תהליך זה דורש הזרז. אמוניה שהושגה - אחד הסינתזה הכימית החשובה ביותר. חנקן, כסוכן חמצון, מציג במדינות החמצון שלילי Tri שלהם:

• 3 (תרכובות אמוניה וחנקן אחרים, מימן - nitrides);
• -2 (N ₂ H _{4 הידרזין);}
• -1 (hydroxylamine NH ₂ OH).

ניטריד החשוב ביותר - אמוניה - מוכן בכמויות גדולות בתעשייה. הבעיה הגדולה במשך זמן רב נותרת האדישות הכימית של חנקן. מקורותיו של חומרי גלם היו ניטראט, אבל עתודות מינרלים החלו ירידה במהירות עם הצמיחה של ייצור.

ההישג הגדול של מדע הכימיה בפועל כבר ביצירת טכניקת קיבוע חנקן אמוניה בקנה מידה תעשייתית. בטורים מיוחדים היא בסינתזה ישירה - תהליך הפיך בין חנקן המתקבל אוויר ומימן. בעת יצירת תנאים אופטימליים, מסיט את שיווי המשקל של התגובה הזו לצד המוצר, באמצעות תשואת אמונית הזרז הוא 97%.

הפחתת נכסים - אינטראקציה עם חמצן

על מנת להתחיל את התגובה של חנקן וחמצן, חייב להיות חימום חזק. בעלי אנרגיה מספקת קשת חשמלית ותעודת שחרור ברק לאווירה. תרכובות אנאורגניות החשובות ביותר שבו החנקן הוא במדינות החמצון החיוביות שלו:

• 1 (תחמוצת החנקן (I) N ₂ O);
• 2 (NO של פחמן חד-חנקן);
• 3 (תחמוצת החנקן (III) N ₂ O _3, חומצה חנקתית HNO _2, מלחים ניטריט ממנו);
• 4 (חנקן דו-חמצני (IV) NO _2);
• 5 (pentoxide חנקן (V) N ₂ O _5, חומצה חנקתית HNO _3, ניטרטים).

השווי טבעי

צמחים קולטים יונים אמוניום חנקתי ואניונים מהקרקע המשמש לסינתזה של תגובות כימיות של מולקולות אורגניות בתאים פועל כל הזמן. חיידקים גולה חנקן אטמוספרי יכולים להטמיע - גופים מיקרוסקופיים להרכיב גושים על שורשי קטניות. כתוצאה מכך, קבוצה זו של צמחים קבלה את הסוללה הנדרשת, זה מעשיר את האדמה.

במהלך סופות טרופיות להתרחש תגובת חמצון של חנקן אטמוספרי. תחמוצות הם מומסים כדי ליצור חומצות, תרכובות אלה של חנקן הנספגים בקרקע בתוך המים. בשל המחזור של אלמנטים בטבע הם מתחדשים העתודות שלה כל זמן בתוך קרום כדור הארץ, באוויר. מולקולות אורגניות מורכבות המכילות חנקן בהרכבו, מפורקות על ידי חיידקים על רכיבים אורגניים.

שימוש מעשי

תרכובות החנקן החשובות ביותר לחקלאות - מלח מסיס מאוד. נספג על ידי אוריאת צמחים חנק (נתרן, אשלגן, סידן), תרכובות אמוניום (מי אמוניה, כלור, סולפט, אמוניום חנק).
חוסר צמחי חנקן מאפיינים אינרטי לספוג ממנו את ההובלה מחוץ לבית הצורך לעשות מינונים גדולים מדי שנה ניטרטים. חלקים של האורגניזם הצמח מסוגלים לאחסן כוח macrocell "לעתיד", אשר מדרדר את איכות המוצר. עודף חנקות בירקות ופרות עשויות לגרום להרעלה בבני אדם, את הצמיחה של גידולים ממאירים. בנוסף לחקלאות, תרכובות חנקן משמשות בתעשיות אחרות:

• להכנת תרופות;
• עבור סינתזה כימית של תרכובות גבוהות מולקולריות;
• בייצור חומרי נפץ מ trinitrotoluene (TNT);
• לייצור צבעים.

NO תחמוצת מוצאת שימוש בניתוחים, החומר בעל אפקט משכך כאבים. אובדן התחושה כאשר גז בשאיפת לב שאפילו החוקרים הראשונים של חנקן תכונות כימיות. אז היה השם הנפוץ "גז צחוק".

הבעיה של חנקות מוצרים חקלאיים

המלחים של חומצה חנקתית - ניטראט - הכיל אניון טעון ביחידים NO ^3. ובכל זאת את השם הישן של קבוצת חומרים - אמוניום חנקתי. חנקות משמשים לדישון שדות, חממות, גנים. תביא אותם בתחילת האביב לפני השתילה, בקיץ - בצורת האכלות נוזליות. על ידי עצמם, החומר אינו מהווה סכנה גדולה לאנשים, אבל בגוף, הם מומרים ניטריטים, אז אל ניטרואמינים. יוני ניטריט NO ² - חלקיקים רעילים, הם לגרום לחמצון של ברזל שחור בתוך מולקולות ההמוגלובין יוני trivalent. במצב דברים זה, החומר העיקרי של דם אדם ובעלי חיים אינו מסוגל להעביר חמצן ולהסיר פחמן דו חמצני מהרקמות.

זיהום ניטראט מסוכן יותר של מזון בריאות האדם:

• גידולים ממאירים שמקורם ההמרה של חנקות כדי ניטרואמינים (מסרטנים);
• התפתחות של קוליטיס כיבית,
• תת לחץ דם או לחץ דם;
• אי ספיקת לב;
• דימום הפרעות
• נגעים של הכבד, הלבלב ואת התפתחות סוכרת;
• התפתחות של אי ספיקת כליות;
• אנמיה, זיכרון לקוי, תשומת לב ואינטליגנציה.

שימוש בו זמני של מוצרים שונים עם מינונים גדולים של חנקות מוביל להרעלה חריפה. המקורות יכולים להיות צמחים, שתייה, מנות בשריות מוכנות. שרייה במים נקיים ובישול יכול להפחית את התוכן התזונתי של מוצרים חנקו. החוקרים מצאו כי מינונים גבוהים יותר של תרכובות מסוכנות שנצפו ייצור בשלה צמח חממה.

זרחן - אלמנט Pnictogen

אטומים של יסודות כימיים שנמצאים באותו טור אנכי של המערכת התקופתית, להציג נכסים משותפים. זרחן נמצא בתקופה השלישית, היא מתייחסת לקבוצה 15, כמו גם חנקן. מבנה אלמנטים אטומים דומה, אך קיימים הבדלים במאפיינים. חנקן וזרחן להפגין המדינה ולנסי וחמצון שלילית III תרכובות שלהם עם מתכות ומימן.

תגובות זרחן רבות להמשיך בטמפרטורות רגילות, מרכיב פעיל כימי. הוא הגיב עם חמצן ליצירת P ₂ O ₅ תחמוצת גבוהה. הפתרון המימי של חומר זה יש את המאפיינים של חומצה (metaphosphoric). בעוד חימום חומצה זרחתית מתקבל. היא מגדירה ריבוי סוגי מלחים, שרבים מהם הם דשנים מינרליים, עבור וסופר-פוספטים למשל. תרכובות חנקן וזרחן מהוות חלק חשוב של המחזור של חומר ואנרגיה על הפלנטה שלנו, המשמש בתחומים תעשייתיים, חקלאיים אחרים.