Dusík je prvkem hlavní podskupiny páté skupiny druhé periody periodického systému chemických prvků s atomovým číslem 7. Označuje se symbolem N (lat. Nitrogenium). Jednoduchá látka dusík (číslo CAS: 7727-37-9) je za normálních podmínek dosti inertní dvouatomový plyn bez barvy, chuti a zápachu (vzorec N2), který tvoří tři čtvrtiny zemské atmosféry.
Historie objevu
V roce 1772 provedl Henry Cavendish následující experiment: opakovaně procházel vzduchem přes žhavé uhlí, poté jej ošetřil alkálií, což vedlo ke zbytku, který Cavendish nazval dusivý (nebo mephitický) vzduch. Z hlediska moderní chemie je zřejmé, že při reakci se žhavým uhlím byl vzdušný kyslík vázán na oxid uhličitý, který byl následně absorbován alkáliemi. Zbytek plynu byl většinou dusík. Cavendish tedy izoloval dusík, ale nedokázal pochopit, že jde o novou jednoduchou látku (chemický prvek). Téhož roku Cavendish oznámil tuto zkušenost Josephu Priestleymu. Priestley v této době prováděl řadu experimentů, ve kterých také vázal vzdušný kyslík a odstraňoval vzniklý oxid uhličitý, tedy přijímal i dusík, nicméně jako zastánce v té době převládající flogistonové teorie výsledky zcela dezinterpretoval získaný (podle jeho názoru byl proces opačný – nebyl to kyslík, který byl ze směsi plynů odstraněn, ale naopak v důsledku výpalu byl vzduch nasycen flogistonem; zbývající vzduch nazval (dusík) nasycený flogiston, tedy flogistický). Je zřejmé, že Priestley, přestože dokázal izolovat dusík, nedokázal pochopit podstatu svého objevu, a proto není považován za objevitele dusíku. Ve stejné době podobné experimenty se stejným výsledkem provedl Karl Scheele. V roce 1772 dusík (pod názvem „zkažený vzduch“) popsal jako jednoduchou látku Daniel Rutherford, publikoval svou diplomovou práci, kde uvedl základní vlastnosti dusíku (nereaguje s alkáliemi, nepodporuje hoření, je); nevhodné k dýchání). Právě Daniel Rutherford je považován za objevitele dusíku. Rutherford byl však také zastáncem flogistonové teorie, takže také nemohl pochopit, co izoloval. Není tedy možné jednoznačně identifikovat objevitele dusíku. Dusík následně studoval Henry Cavendish (zajímavostí je, že se mu pomocí elektrických výbojů podařilo navázat dusík s kyslíkem a po absorbování oxidů dusíku zůstalo ve zbytku malé množství plynu, absolutně inertního, i když jako v případě dusík, nebyl schopen pochopit, že izoloval nový chemický prvek – inertní plyn argon).
Původ názvu
Dusík (ze starořeckého ἄζωτος – neživý, lat. dusíkium), místo předchozích názvů („flogistický“, „mefický“ a „zkažený“ vzduch) navrhl v roce 1787 Antoine Lavoisier, který byl v té době součástí skupiny dalších francouzských vědců vyvinuli principy chemické nomenklatury. Jak je uvedeno výše, již tehdy bylo známo, že dusík nepodporuje spalování ani dýchání. Tato vlastnost byla považována za nejdůležitější. I když se později ukázalo, že dusík je naopak nezbytný pro všechny živé bytosti, název zůstal zachován ve francouzštině a ruštině. Existuje další verze. Slovo „dusík“ nevymyslel Lavoisier ani jeho kolegové z nomenklaturní komise; do alchymistické literatury se dostal již v raném středověku a používal se k označení „primární hmoty kovů“, která byla považována za „alfu a omegu“ všech věcí. Tento výraz je vypůjčen z Apokalypsy: „Já jsem Alfa a Omega, počátek a konec“ (Zjevení 1:8-10). Slovo se skládá z počátečních a konečných písmen abeced tří jazyků – latiny, řečtiny a hebrejštiny – považovaných za „posvátné“, protože podle evangelií byl nápis na kříži při ukřižování Krista proveden v roce tyto jazyky (a, alfa, aleph a z, omega, tav – AAAZOTH). Sestavovatelé nového chemického názvosloví si byli existence tohoto slova dobře vědomi; Iniciátor jeho vzniku Giton de Morveau zaznamenal alchymický význam tohoto termínu ve své „Metodologické encyklopedii“ (1786). Slovo „dusík“ může pocházet z jednoho ze dvou arabských slov, buď az-zat („esence“ nebo „vnitřní realita“) nebo zibak („rtuť“), v latině se dusík nazývá „nitrogenium“. je „zrození ledku“; anglický název je odvozen z lat. Název používaný v němčině je Stickstoff, což znamená „dusivý“.
Příjem
V laboratořích jej lze získat rozkladnou reakcí dusitanu amonného: NH4NE2 →N2↑ + 2H2O Reakce je exotermická, uvolňuje 80 kcal (335 kJ), takže nádoba musí být v průběhu ochlazována (ačkoli dusitan amonný musí být pro zahájení reakce zahřátý). V praxi se tato reakce provádí přidáváním nasyceného roztoku dusitanu sodného po kapkách do zahřátého nasyceného roztoku síranu amonného a dusitan amonný vzniklý jako výsledek výměnné reakce se okamžitě rozkládá. Uvolňovaný plyn je v tomto případě kontaminován čpavkem, oxidem dusíku (I) a kyslíkem, ze kterých se čistí postupným průchodem roztoky kyseliny sírové, síranu železnatého a přes horkou měď. Dusík se pak suší. Další laboratorní metodou výroby dusíku je zahřívání směsi dichromanu draselného a síranu amonného (v hmotnostním poměru 2:1). Reakce probíhá podle rovnic: K2Cr2O7 + (NH4)2SO4 = (NH4)2Cr2O4 + K.2SO4 (NH4)2Cr2O7 →(t)Cr2O3 + N2↑ + 4H2O Nejčistší dusík lze získat rozkladem azidů kovů: 2NaN3 →(t) 2Na + 3N2↑ Takzvaný „vzdušný“ nebo „atmosférický“ dusík, tedy směs dusíku s vzácnými plyny, se získává reakcí vzduchu s horkým koksem: O2+ 4N2 + 2C -> 2CO + 4N2 Vzniká tak tzv. „generátor“ nebo „vzdušný“ plyn – surovina pro chemickou syntézu a palivo. V případě potřeby z něj lze dusík oddělit absorpcí oxidu uhelnatého. Molekulární dusík se průmyslově vyrábí frakční destilací kapalného vzduchu. Tuto metodu lze také použít k získání „atmosférického dusíku“. Dusíková zařízení a stanice, které využívají metodu adsorpce a membránové separace plynu, jsou také široce používány. Jednou z laboratorních metod je průchod amoniaku přes oxid měďnatý (II) při teplotě ~700 °C: 2NH3 + 3CuO →N2↑ + 3H2O + 3Cu Amoniak se odebírá z nasyceného roztoku zahříváním. Množství CuO je 2x větší než vypočtené. Bezprostředně před použitím se dusík čistí od kyslíku a amoniaku průchodem přes měď a její oxid (II) (také ~700 °C), poté se suší koncentrovanou kyselinou sírovou a suchou alkálií. Proces je poměrně pomalý, ale stojí za to: získaný plyn je velmi čistý.
Fyzikální vlastnosti
Za normálních podmínek je dusík bezbarvý plyn, bez zápachu, mírně rozpustný ve vodě (2,3 ml/100 g při 0 °C, 0,8 ml/100 g při 80 °C), hustota 1,2506 kg/m³ (ve Well.). V kapalném stavu (bod varu −195,8 °C) je to bezbarvá, pohyblivá kapalina jako voda. Hustota kapalného dusíku je 808 kg/m³. Při kontaktu se vzduchem z něj absorbuje kyslík. Při −209,86 °C se dusík mění v pevné skupenství ve formě sněhové hmoty nebo velkých sněhově bílých krystalů. Při kontaktu se vzduchem z něj absorbuje kyslík a taje, čímž vzniká roztok kyslíku v dusíku.
Chemický prvek dusík a jeho elektronová struktura
Chemický prvek dusík, N je zástupcem VA (pátá skupina hlavní podskupiny) skupiny 2 periody s atomovým číslem – 7 (p-prvek).
- Relativní molekulová hmotnost dusíku 14,00727 g/mol
- Počet protonů P + =7
Počet elektronů e=7
Počet neutronů n°=Mr–P+=7 - Základní konfigurace dusíku je: 1s 2 2s 2 2p 3 ([He] 2s 2 2p 3)
- Dusík může tvořit 3 vazby mechanismem výměny a jednu mechanismem donor-akceptor => maximální valence dusíku je IV.
Oxidační stavy dusíku a odpovídající nejvýznamnější zástupci
Dusík může vykazovat pozitivní i negativní oxidační stavy: -3,0,+1,+2,+3,+4,+5.
Stabilnější z nich jsou (+3) a (+5).
Dusík jako jednoduchá látka
Chemické vlastnosti
Za normálních podmínek dusík reaguje pouze s lithiem a s jinými kovy reaguje pouze při vysokých teplotách
Také při vysokých teplotách, tlaku a v přítomnosti katalyzátoru reaguje dusík s vodíkem za vzniku amoniaku
Při teplotě elektrického oblouku se spojuje s kyslíkem a vytváří oxid dusnatý (II)
Fyzikální vlastnosti dusíku
- Za normálních podmínek je dusík bezbarvý dvouatomový plyn, bez zápachu a chuti.
- Teploty varu a tání jsou -195,8 °C a -210 °C
- Mírně rozpustný ve vodě a jiných rozpouštědlech
- Není jedovatý
- Molekula dusíku je silná díky své chemické inertnosti
- Obsah ve vzduchu – 78 %
Získávání dusíku
a) Ze vzduchu
b) Rozklad silných kovových asitů
2NaN3= 3N2+2Na
c) Rozklad dusitanu amonného
NH4NE2= N2 + 2H2O (obvyklá laboratorní metoda)
d) Interakce amoniaku a oxidu měďnatého
3CuO + 2NH3= N2 + 3 Cu + 3H2O
Amoniak (-3)
Chemické vlastnosti
Z hlediska acidobazických vlastností je amoniak bází díky osamocenému páru elektronů na atomu dusíku.
- Chemická vazba mezi prvky v molekule amoniaku je polární kovalentní, vzniká distribucí elektronů mezi dvěma atomy.
- V kapalném čpavku jsou molekuly navzájem spojeny vodíkovými vazbami vytvořenými v důsledku elektrostatické interakce mezi kladnými a zápornými náboji. To je důvod, proč má tak dobrou rozpustnost ve vodě.
Reaguje s kyselinami a vodou za vzniku amonného kationtu.
NH3+H20=NH4OH
NH3+HCl=NH4Cl
2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
Z hlediska redoxních vlastností je amoniak silným redukčním činidlem, a to díky přítomnosti atomu dusíku v nižším, nestabilním oxidačním stavu.
Fyzikální vlastnosti
- Amoniak je bezbarvý plyn se štiplavým zápachem
- Vysoce rozpustný ve vodě
- Lehčí než vzduch (Mr(NH3=17 g/mol)
Příprava NH3
a) V laboratorních podmínkách se amoniak získává interakcí amonných solí s alkáliemi
Abychom dokázali, že uvolněný plyn je čpavek, přineseme vlhký fenolftaleinový papír, zbarví se do karmínové
b) V průmyslu se amoniak získává z dusíku a vodíku
N2+ 3H2= 2NH3 +Q(kat-Fe)
Tepelný rozklad amonných solí
b) Anion z oxidující kyseliny
Oxidy dusíku (+1), (+2)
Fyzikální vlastnosti N2O a NE
- Bezbarvé plyny téměř bez zápachu
- Špatně rozpustný ve vodě
- N2O – „smějící se plyn“ je droga smíchaná s kyslíkem
- NO je toxický
Chemické vlastnosti
- Oxidy dusíku (I) a (II) jsou nesolnotvorné, tzn. nereagují s alkáliemi, kyselinami a tvorbou solí
- Komunikujte s O2 a MeO
- Z hlediska ORR jsou tyto oxidy redukčními činidly (díky atomům dusíku v nestabilních oxidačních stavech)
N2 + O.2 = NE
Příjem
NE
oxid dusnatý (+3)
Fyzikální vlastnosti N2O3
- Za normálních podmínek je kapalina modrá
- Za standardních podmínek bezbarvý jedovatý plyn
- Bez nečistot, existuje pouze v pevné formě
Chemické vlastnosti
Vazba N + -O – je tvořena mechanismem donor-akceptor.
- N2O3 – typický kyselý oxid, který reaguje s vodou, obecnými kovy, zásadami
oxid dusnatý (+4)
Fyzikální vlastnosti NO2
- Jedovatý plyn červenohnědé barvy
- Má charakteristickou vůni
- Vysoce rozpustný ve vodě
Chemické vlastnosti
- Pokud k reakcím dochází v přítomnosti kyslíku, pak vzniká HNO3 a dusičnany
Příjem
oxid dusnatý (+5)
Fyzikální vlastnosti N2O5
- Bezbarvé, těkavé krystaly
- Rozkládá se při pokojové teplotě
- Stabilní pod +10°C
Chemické vlastnosti
Vazby N + -O se tvoří podle mechanismu donor-akceptor: atom dusíku se vzdává elektronu, je donorem, a získává kladný náboj, atom kyslíku připojuje elektron a získává záporný náboj (akceptor).
Příjem
Kyselina dusitá HNO2(+ 4)
Oxidační vlastnosti
1)2HNO2 + 2HI → I2 + 2NO + 2H2O
2) NaNO2+3Zn+5NaOH+5H2O=NH3+3Na(Zn(OH)4)
Dusitany ve vodných roztocích nevykazují prakticky žádné oxidační vlastnosti.
Fyzikální vlastnosti
Kyselina dusitá je nestabilní kyselina, která existuje pouze ve zředěných vodných roztocích, zbarvená slabě do modra a ve vysokých koncentracích je tato kyselina toxická.
Kyselina dusičná (+5)
Chemické vlastnosti
Z hlediska acidobazických vlastností HNO3Jako všechny kyseliny bude reagovat:
a) S bazickými oxidy
c) S hydroxidy kovů
Z hlediska redoxních vlastností je HNO3 silné oxidační činidlo, protože atom dusíku je v nejvyšším oxidačním stavu, bude interagovat s typickými redukčními činidly:
Pt a Au nereagují s kyselinou dusičnou!
Fe, AI, Cr reagují s koncentrovanou HNO3 pouze při zahřátí!
| Alkalické kovy a kovy alkalických zemin | Kovy do H2 v elektrochemii rozsah napětí +Mg a Al | Kovy po H2 |
| X je NH4NE3 | X je N2, N2O | X je NE |
| Alkalické kovy a kovy alkalických zemin | Kovy do H2 v elektrochemii rozsah napětí +Mg a A | Kovy po H2 Fe,Al,Cr při t° |
| X je N2 | X je NE | X je NE2 |
d) S kyselinou sirovodíkovou
Chemické vlastnosti dusičnanů
I. Jak interagují soli a dusičnany?
a) s kyselinami
d) Aktivnější kovy vytěsňují méně aktivní kovy z dusičnanů
Cu (č3)2+Fe=Fe(NO3)2+ Cu
II.Specifické vlastnosti dusičnanů
1) NaNO3 a KNO3 neinteragujte s kyselinami, solemi, zásadami (protože reakce nekončí)
2) Všechny dusičnany se při zahřívání rozkládají
Fyzikální vlastnosti kyseliny dusičné
Kyselina dusičná je bezbarvá kapalina dýmající na vzduchu, bod tání −41,59 °C, bod varu +82,6 °C s částečným rozkladem. Kyselina dusičná se mísí s vodou ve všech poměrech.
Příjem
obsah
- Struktura hmoty
- Struktura atomu
- Chemické vazby
- Mocenství
- Oxidační stav
- Krystalové mřížky
- Anorganická chemie
- Klasifikace anorganických sloučenin. Pravidla nomenklatury a triviálních jmen
- Hydrolýza solí ve vodném roztoku
- Rozklad solí
- Oxidy
- Obecné vlastnosti kovů
- Alkalické kovy
- Oxidy a hydroxidy alkalických kovů
- Neoxidační kyseliny
- Sůl
- Reakce výměny iontů
- Kyselina sírová
- Kyselina dusičná
- Kovy alkalických zemin
- Měď Stříbro a jejich sloučeniny
- Chrom a jeho sloučeniny
- Železo
- Mangan a jeho sloučeniny
- Vodík a kyslík
- Halogeny
- Chalkogeny. Síra a selen.
- Dusík
- Fosfor
- Uhlík a křemík
- Organická chemie
- Základy organické chemie
- Klasifikace organických sloučenin
- Názvosloví uhlovodíků
- Alkanes. Chemické vlastnosti a příprava
- alkeny
- Cykloalkany a cykloalkeny
- Alkadieny
- alkyny
- Arenas
- Názvosloví organických funkčních derivátů
- Alkoholy
- Aldehydy
- Ketony
- Estery
- Aminy
- Aminokyseliny
- Úloha 33 z chemie v jednotné státní zkoušce.
- obecná chemie
- Typy chemických reakcí v anorganické chemii
- Rychlost chemické reakce
- Chemická bilance. Faktory ovlivňující posun chemické rovnováhy.
- Chemická bilance. Problémy s reaktorem.
- Hydrolýza
- Rozpustnost: teorie a problémy 26 a 34
- Chemická technologie
- Klasická termodynamika
- Rusko, Samara,
ulice. ak. Pavlova, 1 - +7(846) 334-54-0
- [email protected]