Mitä typpi tarkoittaa. Joidenkin kemiallisten alkuaineiden ominaisuudet ja käyttö

V-A-alaryhmän elementtien ominaisuudet

1. Kemiallisten alkuaineiden atomien rakenne

Kolmen parittoman elektronin läsnäolo ulkoisella energiatasolla selittää sen tosiasian, että normaalissa virittymättömässä tilassa typpialaryhmän elementtien valenssi on kolme.

Typen alaryhmän alkuaineiden atomeissa (paitsi typpi - typen ulkotaso koostuu vain kahdesta alatasosta - 2s ja 2p) on ulkoisilla energiatasoilla vapaita d-alatason soluja, joten ne voivat höyryttää yhden elektronin s-alitaso ja siirrä se d-alitasolle . Siten fosforin, arseenin, antimonin ja vismutin valenssi on 5.

Typpiryhmän elementit muodostavat koostumuksen RH3 yhdisteitä vedyn kanssa ja muodon R203 ja R205 oksideja hapen kanssa. Oksidit vastaavat happoja HRO 2 ja HRO 3 (ja ortohappoja H 3 PO 4 typpeä lukuun ottamatta).

Näiden alkuaineiden korkein hapetusaste on +5 ja alin -3.

Koska atomiytimen varaus kasvaa, elektronien määrä ulkotasolla on vakio, atomien energiatasojen lukumäärä kasvaa ja atomin säde kasvaa typestä vismuttiin, negatiivisten elektronien vetovoima positiiviseen ytimeen. heikkenee ja kyky luovuttaa elektroneja kasvaa, ja siksi typen alaryhmässä. Kun atomiluku kasvaa, ei-metalliset ominaisuudet heikkenevät, kun taas metalliset ominaisuudet lisääntyvät.

Typpi on ei-metalli, vismutti on metalli. Typestä vismuttiin RH 3 -yhdisteiden vahvuus laskee, kun taas happiyhdisteiden vahvuus kasvaa.

Typpialaryhmän alkuaineista tärkeimmät ovat typpeä ja fosforia .

Typpi, fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, tuotanto ja käyttö

1. Typpi on kemiallinen alkuaine

N +7) 2) 5

1 s 2 2 s 2 2 p 3 keskeneräinen ulkokerros, s -elementti, ei-metallinen

Ar(N) = 14

2. Mahdolliset hapetustilat

Kolmen parittoman elektronin läsnäolon vuoksi typpi on erittäin aktiivista, sitä löytyy vain yhdisteiden muodossa. Typpi näyttää hapettumistilat yhdisteissä "-3" - "+5"

3. Typpi - yksinkertainen aine, molekyylirakenne, fysikaaliset ominaisuudet

Typpi (kreikaksi ἀ ζωτος - eloton, lat. Typpi), aikaisempien nimien ("phlogisticated", "mephitic" ja "spoiled" ilma) sijaan 1787 Antoine Lavoisier . Kuten yllä näkyy, jo tuolloin tiedettiin, että typpi ei tue palamista tai hengitystä. Tätä omaisuutta pidettiin tärkeimpänä. Vaikka myöhemmin kävi ilmi, että typpi päinvastoin on välttämätöntä kaikille eläville olennoille, nimi on säilynyt ranskaksi ja venäjäksi.

N 2 – kovalenttinen ei-polaarinen sidos, kolmois (σ, 2π), molekyylikidehila

Johtopäätös:

1. Alhainen reaktiivisuus normaalilämpötilassa

2. Kaasu, väritön, hajuton, ilmaa kevyempi

Herra ( B ilma)/ Herra ( N 2 ) = 29/28

4. Typen kemialliset ominaisuudet

5. Kuitti:

Teollisuudessa typpeä saadaan ilmasta. Tätä varten ilma ensin jäähdytetään, nesteytetään ja nestemäiselle ilmalle suoritetaan tislaus (tislaus). Typen kiehumispiste on hieman alhaisempi (-195,8°C) kuin ilman toisen komponentin, hapen (-182,9°C), joten nestemäistä ilmaa varovasti lämmitettäessä typpi haihtuu ensin. Kaasumaista typpeä toimitetaan kuluttajille puristetussa muodossa (150 atm tai 15 MPa) mustissa sylintereissä, joissa on keltainen merkintä "typpi". Säilytä nestemäistä typpeä Dewar-pulloissa.

Laboratoriossapuhdasta ("kemiallista") typpeä saadaan lisäämällä ammoniumkloridin kylläistä liuosta NH 4 Cl kiinteään natriumnitriitti NaNO 2:een kuumennettaessa:

NaNO 2 + NH 4 Cl \u003d NaCl + N 2 + 2H 2 O.

Voit myös lämmittää kiinteää ammoniumnitriittiä:

NH 4 NO 2 \u003d N 2 + 2H 2 O. KOKEMUS

6. Sovellus:

Teollisuudessa typpikaasua käytetään pääasiassa ammoniakin valmistukseen. Kemiallisesti inerttinä kaasuna typpeä käytetään inertin ympäristön muodostamiseen erilaisissa kemiallisissa ja metallurgisissa prosesseissa, kun pumpataan syttyviä nesteitä. Nestemäistä typpeä käytetään laajalti kylmäaineena, sitä käytetään lääketieteessä, erityisesti kosmetologiassa. Typpimineraalilannoitteilla on tärkeä rooli maaperän hedelmällisyyden ylläpitämisessä.

7. Biologinen rooli

Typpi on alkuaine, joka on välttämätön eläinten ja kasvien olemassaololle, se on osaproteiinit (16-18 painoprosenttia), aminohapot, nukleiinihapot, nukleoproteiinit, klorofylli, hemoglobiini ja muut. Elävien solujen koostumuksessa typpiatomien lukumäärän mukaan noin 2 %, massaosuuden mukaan - noin 2,5 % (neljäs sija vedyn, hiilen ja hapen jälkeen). Tässä suhteessa merkittävä määrä sitoutunutta typpeä löytyy elävistä organismeista, "kuolleista orgaanisista aineista" ja merien ja valtamerien hajaantuneesta aineesta. Tämän määrän on arvioitu olevan noin 1,9 10 11 tonnia. Typpeä sisältävän orgaanisen aineksen hajoamis- ja hajoamisprosessien seurauksena suotuisten ympäristötekijöiden vaikutuksesta voi muodostua luonnollisia typpeä sisältäviä mineraaliesiintymiä mm. suolaa N 2 → Li 3 N → NH3

Nro 2. Muodosta reaktioyhtälöt typen vuorovaikutukselle hapen, magnesiumin ja vedyn kanssa. Tee jokaista reaktiota varten elektroninen vaaka, ilmoita hapetin ja pelkistysaine.

Numero 3. Yksi sylinteri sisältää typpikaasua, toinen happea ja kolmas hiilidioksidi. Kuinka erottaa nämä kaasut toisistaan?

Nro 4. Jotkut palavat kaasut sisältävät vapaata typpeä epäpuhtautena. Voiko typpioksidia (II) muodostua tällaisten kaasujen palaessa tavallisissa kaasuliesissä? Miksi?

Typpiyhdisteet - salaatti, typpihappo, ammoniakki - tunnettiin kauan ennen kuin typpeä saatiin vapaana. Vuonna 1772 D. Rutherford, polttamalla fosforia ja muita aineita lasikellossa, osoitti, että palamisen jälkeen jäljelle jäänyt kaasu, jota hän kutsui "tukeutuvaksi ilmaksi", ei tue hengitystä ja palamista. Vuonna 1787 A. Lavoisier totesi, että ilman muodostavat "elinvoimaiset" ja "tukahduttavat" kaasut ovat yksinkertaisia ​​aineita, ja ehdotti nimeä "typpi". Vuonna 1784 G. Cavendish osoitti, että typpi on osa salpeteria; tästä tulee latinankielinen nimi Azot (myöhäisestä latinankielisestä nitrum - salpetteri ja kreikan sanasta gennao - synnytän, tuotan), jonka J. A. Chaptal ehdotti vuonna 1790. 1800-luvun alkuun mennessä selvitettiin typen kemiallinen inertti vapaassa tilassa ja sen poikkeuksellinen rooli yhdisteissä, joissa on muita alkuaineita sitoutuneena typenä. Sen jälkeen typen "sitoutumisesta" ilmassa on tullut yksi kemian tärkeimmistä teknisistä ongelmista.

Typen jakautuminen luonnossa. Typpi on yksi yleisimmistä alkuaineista maapallolla, ja suurin osa siitä (noin 4 10 15 tonnia) on keskittynyt vapaana ilmakehään. Ilmassa vapaata typpeä (N2-molekyylien muodossa) on 78,09 tilavuusprosenttia (tai 75,6 massaprosenttia), lukuun ottamatta vähäisiä epäpuhtauksia ammoniakin ja oksidien muodossa. Keskimääräinen typpipitoisuus litosfäärissä on 1,9·10 -3 painoprosenttia. Luonnollisia typpiyhdisteitä ovat ammoniumkloridi NH 4 Cl ja erilaiset nitraatit. Suuret suolapitoisuudet ovat ominaisia ​​kuivalle aavikkoilmastolle (Chile, Keski-Aasia). Salpeteri oli pitkään teollisuuden tärkein typen toimittaja (nyt ammoniakin teollinen synteesi ilmakehän typestä ja vedystä on ensisijaisen tärkeää typen sitomiselle). Pieniä määriä sitoutunutta typpeä löytyy hiilestä (1-2,5 %) ja öljystä (0,02-1,5 %) sekä jokien, merien ja valtamerien vesistä. Typpi kertyy maaperään (0,1 %) ja eläviin organismeihin (0,3 %).

Vaikka nimi "typpi" tarkoittaa "ei-elämää ylläpitävää", se on itse asiassa olennainen osa elämää. Eläinten ja ihmisten proteiini sisältää 16-17 % typpeä. Lihansyöjäeläinten organismeissa proteiinia muodostuu kulutetuista proteiiniaineista, joita on kasvinsyöjäeläinten organismeissa ja kasveissa. Kasvit syntetisoivat proteiineja omaksumalla maaperän sisältämiä typpipitoisia aineita, pääasiassa epäorgaanisia. Tämä tarkoittaa, että typpeä pääsee maaperään typpeä sitovien mikro-organismien ansiosta, jotka pystyvät muuttamaan ilmasta tulevaa vapaata typpeä typpiyhdisteiksi.

Luonnossa suoritetaan typen kierto, jossa pääroolissa ovat mikro-organismit - nitrifioivat, denitrifioivat, typpeä sitovat ja muut. Kuitenkin sen seurauksena, että kasvit poistavat maaperästä valtavan määrän sitoutunutta typpeä (etenkin tehomaataloudessa), maaperät osoittautuvat typpipuutteiksi. Typenpuute on tyypillistä maataloudelle lähes kaikissa maissa, typen puutetta havaitaan myös karjanhoidossa ("proteiinin nälkä"). Maaperällä, jossa on vähän typpeä, kasvit kehittyvät huonosti. Typpilannoitteet ja eläinten proteiiniruokinta ovat tärkeimpiä keinoja maatalouden edistämisessä. Ihmisen taloudellinen toiminta häiritsee typen kiertokulkua. Näin ollen polttoaineen poltto rikastaa ilmakehää typellä ja lannoitteita tuottavat kasvit sitovat typpeä ilmassa. Lannoitteiden ja maataloustuotteiden kuljetus jakaa typpeä uudelleen maan pinnalle. Typpi on neljänneksi runsain alkuaine aurinkokunnassa (vedyn, heliumin ja hapen jälkeen).

Typen isotoopit, atomi ja molekyyli. Luonnollinen typpi koostuu kahdesta stabiilista isotoopista: 14 N (99,635 %) ja 15 N (0,365 %). 15N-isotooppia käytetään kemiallisessa ja biokemiallisessa tutkimuksessa leimatuna atomina. Typen keinotekoisista radioaktiivisista isotoopeista 13 N:llä on pisin puoliintumisaika (T ½ = 10,08 min), loput ovat hyvin lyhytikäisiä. Yläilmakehässä kosmisen säteilyn neutronien vaikutuksesta 14 N muuttuu hiilen radioaktiiviseksi isotoopiksi 14 C. Tätä prosessia käytetään myös ydinreaktioissa 14 C:n saamiseksi. Typpiatomin ulkoinen elektronikuori koostuu 5 elektronit (yksi yksinäinen pari ja kolme paritonta - konfiguraatio 2s 2 2p 3. Useimmiten yhdisteissä oleva typpi on 3-kovalenttinen johtuen parittomista elektroneista (kuten ammoniakissa NH 3). Jakamattoman elektroniparin läsnäolo voi johtaa muodostumiseen toisesta kovalenttisesta sidoksesta ja typestä tulee 4-kovalenttinen (kuten ammoniumionissa NH 4). Typen hapetusasteet vaihtelevat +5:stä (N 2 O 5:ssä) -3:een (NH 3:ssa). vapaassa tilassa typpi muodostaa N 2 -molekyylin, jossa N-atomit on yhdistetty kolmella kovalenttisella sidoksella.Typpimolekyyli on erittäin vakaa: sen hajoamisenergia atomeiksi on 942,9 kJ/mol (225,2 kcal/mol), joten , jopa lämpötilassa t noin 3300 °C, typen dissosiaatioaste on vain noin 0,1 %.

Typen fysikaaliset ominaisuudet. Typpi on hieman ilmaa kevyempää; tiheys 1,2506 kg / m 3 (0 °C:ssa ja 101325 n / m2 tai 760 mm Hg), t pl -209,86 °C, t kp -195,8 °C. Typpi nesteytyy vaikeasti: sen kriittinen lämpötila on melko alhainen (-147,1°C) ja kriittinen paine korkea, 3,39 MN/m 2 (34,6 kgf/cm 2); nestemäisen typen tiheys on 808 kg/m 3 . Typpi liukenee vähemmän veteen kuin happi: 0 °C:ssa 23,3 g typpeä liukenee 1 m 3 H 2 O:een. Vettä paremmin typpi liukenee joihinkin hiilivetyihin.

Typen kemialliset ominaisuudet. Vain sellaisten aktiivisten metallien kanssa, kuten litium, kalsium, magnesium, typpi on vuorovaikutuksessa, kun ne kuumennetaan suhteellisen alhaisiin lämpötiloihin. Typpi reagoi useimpien muiden alkuaineiden kanssa korkeissa lämpötiloissa ja katalyyttien läsnä ollessa. Typpiyhdisteitä, joissa on happea N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 ja N 2 O 5, on tutkittu hyvin. Näistä alkuaineiden suorassa vuorovaikutuksessa (4000°C) muodostuu oksidia NO, joka jäähtyessään hapettuu helposti edelleen oksidiksi (IV)NO2. Ilmassa typen oksideja muodostuu ilmakehän päästöjen aikana. Niitä voidaan saada myös ionisoivan säteilyn vaikutuksesta typen ja hapen seokseen. Kun typpihappo-N 2 O 3 ja typpi-N 2 O 5 -anhydridit liuotetaan veteen, saadaan vastaavasti typpihappoa HNO 2 ja typpihappoa HNO 3, jolloin muodostuu suoloja - nitriittejä ja nitraatteja. Typpi yhdistyy vedyn kanssa vain korkeassa lämpötilassa ja katalyyttien läsnä ollessa ja muodostuu ammoniakkia NH3. Ammoniakin lisäksi tunnetaan myös lukuisia muita typpi-vetyyhdisteitä, esimerkiksi hydratsiini H 2 N-NH 2, di-imidi HN=NH, typpihappo HN 3 (H-N=N≡N), oktatsoni N 8 H 14 ja muut. ; useimmat vedyn sisältävät typpiyhdisteet on eristetty vain orgaanisten johdannaisten muodossa. Typpi ei ole suoraan vuorovaikutuksessa halogeenien kanssa, joten kaikki typpihalogenidit saadaan vain epäsuorasti, esimerkiksi typpifluoridi NF 3 - saattamalla fluori reagoimaan ammoniakin kanssa. Typpihalogenidit ovat yleensä heikosti kestäviä yhdisteitä (lukuun ottamatta NF 3:a); Typen oksihalogenidit - NOF, NOCl, NOBr, NO 2 F ja NO 2 Cl ovat stabiilimpia. Typpi ei myöskään yhdisty suoraan rikin kanssa; typpipitoista rikkiä N 4 S 4 saadaan nestemäisen rikin reaktiolla ammoniakin kanssa. Kun kuuma koksi reagoi typen kanssa, muodostuu syaani (CN) 2. Kuumentamalla typpeä asetyleenillä C 2 H 2 1500 °C:seen voidaan saada syaanivetyä HCN. Typen vuorovaikutus metallien kanssa korkeissa lämpötiloissa johtaa nitridien (esimerkiksi Mg 3 N 2) muodostumiseen.

Kun tavallinen typpi altistuu sähköpurkauksille [paine 130-270 N / m 2 (1-2 mm Hg)] tai B-, Ti-, Mg- ja Ca-nitridien hajoamisen aikana sekä ilmassa tapahtuvien sähköpurkausten aikana, aktiivinen typpi voidaan muodostaa , joka on typpimolekyylien ja atomien seos, jolla on lisääntynyt energiavarasto. Toisin kuin molekyylityppi, aktiivinen typpi vuorovaikuttaa erittäin voimakkaasti hapen, vedyn, rikkihöyryn, fosforin ja tiettyjen metallien kanssa.

Typpi on osa erittäin monia tärkeitä orgaanisia yhdisteitä (amiinit, aminohapot, nitroyhdisteet ja muut).

Typen saaminen. Laboratoriossa typpeä saadaan helposti kuumentamalla väkevää ammoniumnitriittiliuosta: NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O. Tekninen menetelmä typen saamiseksi perustuu alustavasti nesteytetyn ilman erottamiseen, joka sitten tislataan. .

Typen käyttö. Suurin osa uutetusta vapaasta typestä käytetään ammoniakin teolliseen tuotantoon, joka sitten jalostetaan merkittävissä määrissä typpihapoksi, lannoitteiksi, räjähteiksi jne. Ammoniakin suoran synteesin lisäksi alkuaineista kehitettiin syanamidimenetelmä. 1905 on teollinen merkitys ilman typen sitomiselle. , joka perustuu siihen, että 1000 °C:ssa kalsiumkarbidi (saatu kuumentamalla kalkin ja hiilen seosta sähköuunissa) reagoi vapaan typen kanssa: CaC 2 + N 2 \ u003d CaCN 2 + C. Syntynyt kalsiumsyanamidi hajoaa tulistetun vesihöyryn ammoniakin vapautuessa: CaCN 2 + 3H 2 O \u003d CaCO 3 + 2NH 3.

Vapaata typpeä käytetään monilla teollisuudenaloilla: inerttinä väliaineena erilaisissa kemiallisissa ja metallurgisissa prosesseissa, vapaan tilan täyttämiseen elohopealämpömittareissa, syttyvien nesteiden pumppaamiseen jne. Nestemäistä typpeä käytetään erilaisissa jäähdytyslaitoksissa. Sitä varastoidaan ja kuljetetaan teräs Dewar-astioissa, kaasumainen typpi puristetussa muodossa - sylintereissä. Monia typpiyhdisteitä käytetään laajalti. Sidotun typen tuotanto alkoi kehittyä intensiivisesti ensimmäisen maailmansodan jälkeen ja on nyt saavuttanut valtavat mittasuhteet.

typpeä kehossa. Typpi on yksi tärkeimmistä biogeenisista alkuaineista, jotka muodostavat elävien solujen tärkeimmät aineet - proteiinit ja nukleiinihapot. Typen määrä elimistössä on kuitenkin pieni (1-3 % kuivapainosta). Vain tietyt mikro-organismit ja sinilevät voivat omaksua ilmakehän molekyylityppeä.

Merkittävät typpivarannot ovat keskittyneet maaperään erilaisten mineraalien (ammoniumsuolat, nitraatit) ja orgaanisten yhdisteiden muodossa (proteiinien typpi, nukleiinihapot ja niiden hajoamistuotteet eli vielä täysin hajoamattomat kasvien ja eläinten jäännökset). Kasvit imevät typpeä maaperästä sekä epäorgaanisina että joidenkin orgaanisten yhdisteiden muodossa. Luonnollisissa olosuhteissa maaperän mikro-organismeilla (ammonifikaattoreilla), jotka mineralisoivat maaperän orgaanista typpeä ammoniumsuoloiksi, on suuri merkitys kasvien ravinnon kannalta. Nitraattityppi maaperässä muodostuu S. N. Vinogradskyn vuonna 1890 löytämien nitrifioivien bakteerien toiminnan seurauksena, jotka hapettavat ammoniakkia ja ammoniumsuoloja nitraateiksi. Osa mikro-organismien ja kasvien assimiloimasta nitraattitypestä katoaa ja muuttuu molekyylitypeksi denitrifioivien bakteerien vaikutuksesta. Kasvit ja mikro-organismit omaksuvat hyvin sekä ammonium- että nitraattityppeä pelkistämällä jälkimmäisen ammoniakiksi ja ammoniumsuoloiksi. Mikro-organismit ja kasvit muuttavat aktiivisesti epäorgaanista ammoniumtyppeä orgaanisiksi typpiyhdisteiksi - amideiksi (asparagiini ja glutamiini) ja aminohapoiksi. Kuten D. N. Pryanishnikov ja V. S. Butkevich ovat osoittaneet, typpeä varastoidaan ja kuljetetaan kasveissa asparagiinin ja glutamiinin muodossa. Kun näitä amideja muodostuu, ammoniakki neutraloituu, jonka suuret pitoisuudet ovat myrkyllisiä paitsi eläimille, myös kasveille. Amidit ovat osa monia proteiineja sekä mikro-organismeissa ja kasveissa että eläimissä. Glutamiinin ja asparagiinin synteesi glutamiini- ja asparagiinihappojen entsymaattisella amidaatiolla ei tapahdu vain mikro-organismeissa ja kasveissa, vaan myös eläimissä tietyissä rajoissa.

Aminohappojen synteesi tapahtuu useiden aldehydi- ja ketohappojen pelkistävällä aminoinnilla, jotka johtuvat hiilihydraattien hapettumisesta tai entsymaattisesta transaminaatiosta. Mikro-organismien ja kasvien ammoniakin assimilaation lopputuotteet ovat proteiineja, jotka ovat osa solujen protoplasmaa ja tumaa, sekä kerrostuvat varastoproteiinien muodossa. Eläimet ja ihmiset pystyvät syntetisoimaan aminohappoja vain rajoitetusti. He eivät pysty syntetisoimaan kahdeksaa välttämätöntä aminohappoa (valiini, isoleusiini, leusiini, fenyylialaniini, tryptofaani, metioniini, treoniini, lysiini), ja siksi heille pääasiallinen typen lähde ovat ruoan kanssa kulutetut proteiinit, eli viime kädessä kasviproteiinit ja mikro-organismit.

Kaikkien organismien proteiinit hajoavat entsymaattisesti, jonka lopputuotteet ovat aminohappoja. Seuraavassa vaiheessa deaminoinnin seurauksena aminohappojen orgaaninen typpi muuttuu jälleen epäorgaaniseksi ammoniumtypeksi. Mikro-organismeissa ja erityisesti kasveissa ammoniumtyppeä voidaan käyttää uusiin amidien ja aminohappojen synteesiin. Eläimillä proteiinien ja nukleiinihappojen hajoamisen aikana muodostuneen ammoniakin neutralointi tapahtuu synteesillä virtsahappoa (matelijoilla ja linnuilla) tai ureaa (nisäkkäillä, mukaan lukien ihmiset), jotka sitten erittyvät kehosta. Typen aineenvaihdunnan kannalta kasvit ja toisaalta eläimet (ja ihmiset) eroavat toisistaan ​​siinä, että eläimissä syntyvän ammoniakin hyötykäyttö tapahtuu vain heikosti - suurin osa se erittyy kehosta; kasveissa typenvaihto on "suljettua" - kasviin tuleva typpi palaa maaperään vain yhdessä kasvin kanssa.

TYppi, N (lat. Nitrogenium * a. typpi; n. Stickstoff; f. atsootti, typpi; ja. nitrogeno), on Mendeleevin jaksollisen järjestelmän ryhmän V kemiallinen alkuaine, atominumero 7, atomimassa 14,0067. Englantilainen tutkimusmatkailija D. Rutherford löysi sen vuonna 1772.

Typen ominaisuudet

Normaaleissa olosuhteissa typpi on väritön ja hajuton kaasu. Luonnollinen typpi koostuu kahdesta stabiilista isotoopista: 14 N (99,635 %) ja 15 N (0,365 %). Typpimolekyyli on kaksiatominen; atomit on liitetty kovalenttisella kolmoissidoksella NN. Typpimolekyylin halkaisija eri menetelmillä määritettynä on 3,15-3,53 A. Typpimolekyyli on erittäin vakaa - dissosiaatioenergia on 942,9 kJ/mol.

Molekyylinen typpi

Molekyylityppivakiot: sulamispiste f - 209,86°С, kiehumispiste - 195,8°С; kaasumaisen typen tiheys on 1,25 kg / m 3, nestemäisen - 808 kg / m 3.

Typen karakterisointi

Kiinteässä tilassa typpeä on kahdessa muunnelmassa: kuutiomainen a-muoto, jonka tiheys on 1026,5 kg/m3, ja kuusikulmainen b-muoto, jonka tiheys on 879,2 kg/m3. Sulamislämpö on 25,5 kJ/kg, höyrystymislämpö 200 kJ/kg. Nestemäisen typen pintajännitys kosketuksessa ilman kanssa 8.5.10 -3 N/m; dielektrisyysvakio 1,000538. Typen liukoisuus veteen (cm 3 per 100 ml H 2 O): 2,33 (0 °C), 1,42 (25 °C) ja 1,32 (60 °C). Typpiatomin ulompi elektronikuori koostuu viidestä elektronista. Typen hapetusasteet vaihtelevat 5:stä (N 2 O 5:ssä) -3:een (NH 3:ssa).

Typpiyhdiste

Typpi voi normaaleissa olosuhteissa reagoida siirtymämetalliyhdisteiden (Ti, V, Mo, jne.) kanssa muodostaen komplekseja tai pelkistyessään muodostaen ammoniakkia ja hydratsiinia. Typpi on vuorovaikutuksessa aktiivisten metallien, kuten typen, kanssa, kun se kuumennetaan suhteellisen alhaisiin lämpötiloihin. Typpi reagoi useimpien muiden alkuaineiden kanssa korkeissa lämpötiloissa ja katalyyttien läsnä ollessa. Typpiyhdisteitä, joissa on: N 2 O, NO, N 2 O 5, on tutkittu hyvin. Typen kanssa yhdistyy vain korkeassa lämpötilassa ja katalyyttien läsnä ollessa; tämä tuottaa ammoniakkia NH3. Typpi ei ole suoraan vuorovaikutuksessa halogeenien kanssa; siksi kaikki typpihalogenidit saadaan vain epäsuorasti, esimerkiksi typpifluoridi NF3 - vuorovaikutuksessa ammoniakin kanssa. Typpi ei myöskään yhdisty suoraan rikin kanssa. Kun kuuma vesi reagoi typen kanssa, muodostuu syaani (CN) 2. Sähköpurkauksien vaikutuksesta tavalliseen typpeen sekä sähköpurkauksissa ilmassa voi muodostua aktiivista typpeä, joka on typpimolekyylien ja atomien seos, jolla on lisääntynyt energiavarasto. Aktiivinen typpi vuorovaikuttaa erittäin voimakkaasti hapen, vedyn, höyryjen ja joidenkin metallien kanssa.

Typpi on yksi yleisimmistä alkuaineista maapallolla, ja suurin osa siitä (noin 4,10 15 tonnia) on keskittynyt vapaassa tilassa. Vuosittain tulivuoren toiminnan aikana ilmakehään vapautuu 2,10 6 tonnia typpeä. Typpeä keskittyy vähäinen osa (litosfäärin keskimääräinen pitoisuus on 1,9,10 -3 %). Luonnollisia typpiyhdisteitä ovat ammoniumkloridi ja erilaiset nitraatit (nitraatit). Typpinitridejä voi muodostua vain korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, mikä ilmeisesti tapahtui Maan kehityksen varhaisissa vaiheissa. Suuria suolapitoisuuksia esiintyy vain kuivassa aavikkoilmastossa ( jne.). Pieniä määriä sitoutunutta typpeä löytyy (1-2,5 %) ja (0,02-1,5 %) sekä jokien, merien ja valtamerien vesistä. Typpi kertyy maaperään (0,1 %) ja eläviin organismeihin (0,3 %). Typpi on proteiinimolekyylien ja monien luonnollisten orgaanisten yhdisteiden ainesosa.

Typen kiertokulku luonnossa

Luonnossa toteutetaan typen kiertokulkua, joka sisältää molekyylin ilmakehän typen kierron biosfäärissä, kemiallisesti sitoutuneen typen kierron ilmakehässä, orgaanisen aineksen mukana hautautuneen pintatypen kiertokulkua litosfäärissä ja sen paluuta takaisin tunnelmaa. Teollisuuden typpi uutettiin aiemmin kokonaan luonnollisista suolaesiintymistä, joita on maailmassa hyvin vähän. Erityisen suuria typpiesiintymiä natriumnitraatin muodossa löytyy Chilestä; Salpietarin tuotanto oli joinakin vuosina yli 3 miljoonaa tonnia.

Suurin osa typestä löytyy luonnosta vapaassa tilassa. Vapaa typpi on ilman pääkomponentti, joka sisältää typpeä. Epäorgaanisia typpiyhdisteitä ei esiinny luonnossa suuria määriä lukuun ottamatta natriumnitraattia, joka muodostaa paksuja kerroksia Tyynenmeren rannikolla Chilessä. Maaperä sisältää pieniä määriä typpeä, pääasiassa typpihapposuoloina. Mutta monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden - proteiinien - muodossa typpi on osa kaikkia eläviä organismeja. Kasvi- ja eläinsoluissa tapahtuvat proteiinien muutokset muodostavat perustan kaikille elämänprosesseille. Ilman proteiinia ei ole elämää, ja koska typpi on olennainen osa proteiinia, on selvää, kuinka tärkeä rooli tällä alkuaineella on villieläimissä.

Typen saanti ilmasta pelkistyy pääasiassa sen erottamiseen hapesta. Teollisuudessa tämä tehdään haihduttamalla nestemäistä ilmaa erikoislaitteistoissa.

Laboratoriot käyttävät yleensä paineistetuissa sylintereissä tai Dewarsissa toimitettua typpeä. Voit saada typpeä hajottamalla joitakin sen yhdisteitä, esimerkiksi ammoniumnitriittiä, joka hajoaa typen vapautuessa suhteellisen pienellä lämmityksellä:

Typpimolekyylissä atomit on kytketty kolmoissidoksella. Tämän molekyylin dissosiaatioenergia on erittäin korkea (945 kJ / mol), joten typen lämpödissosiaatio tulee havaittavaksi vain erittäin voimakkaalla kuumennuksella (kun se dissosioituu noin).

Typpi on väritön kaasu, hajuton ja hyvin niukkaliukoinen veteen. Se on hieman ilmaa kevyempi: 1 litran typpimassa on 1,25 g.

Molekyylityppi on kemiallisesti inaktiivinen aine. Huoneenlämmössä se on vuorovaikutuksessa vain litiumin kanssa. Typen alhainen aktiivisuus selittyy sen molekyylien suurella lujuudella, mikä määrää typen osallistumisen yhteydessä tapahtuvien reaktioiden korkean aktivointienergian. Kuumennettaessa se alkaa kuitenkin reagoida monien metallien kanssa - magnesiumin, kalsiumin, titaanin kanssa. Typpi reagoi vedyn kanssa korkeassa lämpötilassa ja paineessa katalyytin läsnä ollessa. Typen reaktio hapen kanssa alkaa klo.

Typpiilmakehään sijoitetut eläimet kuolevat nopeasti, ei typen myrkyllisyyden, vaan hapen puutteen vuoksi.

Typpi on pääasiallinen käyttökohde ammoniakin ja joidenkin muiden yhdisteiden synteesin lähtöaineena. Lisäksi sitä käytetään sähkölamppujen täyttämiseen, inertin ympäristön luomiseen tiettyjen kemiallisten reaktioiden teollisen suorittamisen aikana sekä palavia nesteitä pumpattaessa.

Typpi on tunnettu kemiallinen alkuaine, jota merkitään kirjaimella N. Tämä alkuaine on ehkä epäorgaanisen kemian perusta, sitä aletaan tutkia yksityiskohtaisesti 8. luokalla. Tässä artikkelissa tarkastelemme tätä kemiallista alkuainetta sekä sen ominaisuuksia ja tyyppejä.

Kemiallisen alkuaineen löytämisen historia

Typpi on alkuaine, jonka kuuluisa ranskalainen kemisti Antoine Lavoisier esitteli ensimmäisenä. Mutta monet tiedemiehet taistelevat typen löytäjän tittelistä, muun muassa Henry Cavendish, Karl Scheele, Daniel Rutherford.

Kokeen tuloksena hän erotti ensimmäisenä kemiallisen alkuaineen, mutta ei ymmärtänyt saavansa yksinkertaista ainetta. Hän kertoi kokemuksestaan, joka teki myös useita tutkimuksia. Todennäköisesti Priestley onnistui myös eristämään tämän elementin, mutta tiedemies ei ymmärtänyt, mitä hän tarkalleen sai, joten hän ei ansainnut löytäjän titteliä. Karl Scheele suoritti samanaikaisesti saman tutkimuksen, mutta ei päässyt haluttuun lopputulokseen.

Samana vuonna Daniel Rutherford onnistui paitsi saamaan typpeä myös kuvaamaan sitä, julkaisemaan väitöskirjan ja osoittamaan elementin tärkeimmät kemialliset ominaisuudet. Mutta edes Rutherford ei täysin ymmärtänyt, mitä hän oli saanut. Häntä pidetään kuitenkin löytäjänä, koska hän oli lähinnä ratkaisua.

Nimen typpi alkuperä

Kreikasta "typpi" on käännetty "elottomaksi". Lavoisier työskenteli nimikkeistön sääntöjen parissa ja päätti nimetä elementin tällä tavalla. 1700-luvulla tästä elementistä tiedettiin vain, että se ei tukenut kumpaakaan hengitystä. Siksi tämä nimi otettiin käyttöön.

Latinaksi typpeä kutsutaan nimellä "nitrogenium", mikä tarkoittaa "salpeetrin synnyttämistä". Latinalaisesta kielestä ilmaantui typen nimitys - kirjain N. Mutta itse nimi ei juurtunut monissa maissa.

Elementtien runsaus

Typpi on ehkä yksi yleisimmistä alkuaineista planeetallamme, ja sen runsaus on neljäs. Alkuaine löytyy myös auringon ilmakehästä, planeetoilta Uranus ja Neptunus. Titanin, Pluton ja Tritonin ilmakehät koostuvat typestä. Lisäksi maapallon ilmakehä koostuu 78-79 prosentista tästä kemiallisesta alkuaineesta.

Typellä on tärkeä biologinen rooli, koska se on välttämätöntä kasvien ja eläinten olemassaololle. Jopa ihmiskeho sisältää 2-3 prosenttia tätä kemiallista alkuainetta. Se on osa klorofylliä, aminohappoja, proteiineja, nukleiinihappoja.

Nestemäinen typpi

Nestemäinen typpi on väritön läpinäkyvä neste, se on yksi kemiallisen typen aggregaatiotiloista, jota käytetään laajalti teollisuudessa, rakentamisessa ja lääketieteessä. Sitä käytetään orgaanisten materiaalien pakastuksessa, jäähdytyslaitteissa ja lääketieteessä syylien poistoon (esteettinen lääketiede).

Nestetyppi on myrkytön ja räjähdysherkkä.

Molekyylinen typpi

Molekyylityppi on elementti, joka sisältyy planeettamme ilmakehään ja muodostaa suuren osan siitä. Molekyylitypen kaava on N 2 . Tällainen typpi reagoi muiden kemiallisten alkuaineiden tai aineiden kanssa vain erittäin korkeissa lämpötiloissa.

Fyysiset ominaisuudet

Normaaliolosuhteissa kemiallinen alkuaine typpi on hajuton, väritön ja käytännöllisesti katsoen veteen liukenematon. Nestemäinen typpi muistuttaa koostumukseltaan vettä, se on myös läpinäkyvää ja väritöntä. Typellä on toinen aggregaatiotila, alle -210 asteen lämpötiloissa se muuttuu kiinteäksi aineeksi, muodostaa monia suuria lumivalkoisia kiteitä. Imee happea ilmasta.

Kemiallisia ominaisuuksia

Typpi kuuluu ei-metallien ryhmään ja ottaa ominaisuuksia muista tämän ryhmän kemiallisista alkuaineista. Yleensä ei-metallit eivät ole hyviä sähkönjohtimia. Typpi muodostaa erilaisia ​​oksideja, kuten NO (monoksidi). NO eli typpioksidi on lihasrelaksantti (lihaksia merkittävästi rentouttava aine, jolla ei ole haitallisia tai muita vaikutuksia ihmiskehoon). Enemmän typpiatomeja sisältävät oksidit, kuten N 2 O, ovat maultaan lievästi makeaa naurukaasua, jota käytetään lääketieteessä anestesiana. NO 2 -oksidilla ei kuitenkaan ole mitään tekemistä kahden ensimmäisen kanssa, koska se on melko haitallinen pakokaasu, joka sisältyy autojen pakokaasuihin ja saastuttaa vakavasti ilmakehää.

Typpihappo, joka muodostuu vedystä, typestä ja kolmesta happiatomista, on vahva happo. Sitä käytetään laajalti lannoitteiden, korujen valmistuksessa, orgaanisessa synteesissä, sotateollisuudessa (räjähteiden tuotanto ja myrkyllisten aineiden synteesi), väriaineiden, lääkkeiden jne. valmistuksessa. Typpihappo on erittäin haitallista ihmiskeholle, jättäen iholle haavaumia ja kemiallisia palovammoja.

Ihmiset uskovat virheellisesti, että hiilidioksidi on typpeä. Itse asiassa alkuaine reagoi kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi vain pienen määrän alkuaineita kanssa normaaleissa olosuhteissa. Ja hiilidioksidi on hiilimonoksidia.

Kemiallisen alkuaineen käyttö

Nestemäistä typpeä käytetään lääketieteessä kylmähoitoon (kryoterapiaan) sekä ruoanlaitossa kylmäaineena.

Tämä elementti on löytänyt laajan käytön myös teollisuudessa. Typpi on kaasu, joka on räjähdys- ja paloturvallinen. Lisäksi se estää mätänemistä ja hapettumista. Nyt typpeä käytetään kaivoksissa luomaan räjähdyssuojattu ympäristö. Kaasumaista typpeä käytetään petrokemiassa.

Kemianteollisuudessa on erittäin vaikea tehdä ilman typpeä. Sitä käytetään erilaisten aineiden ja yhdisteiden, kuten joidenkin lannoitteiden, ammoniakin, räjähteiden, väriaineiden, synteesiin. Nyt suuri määrä typpeä käytetään ammoniakin synteesiin.

Elintarviketeollisuudessa tämä aine on rekisteröity elintarvikelisäaineeksi.

Seos vai puhdas aine?

Jopa 1700-luvun ensimmäisen puoliskon tiedemiehet, jotka onnistuivat eristämään kemiallisen alkuaineen, ajattelivat, että typpi oli seos. Mutta näiden käsitteiden välillä on suuri ero.

Sillä on koko joukko pysyviä ominaisuuksia, kuten koostumus, fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Seos on yhdiste, joka sisältää kaksi tai useampia kemiallisia alkuaineita.

Nyt tiedämme, että typpi on puhdas aine, koska se on kemiallinen alkuaine.

Kemiaa opiskellessa on erittäin tärkeää ymmärtää, että typpi on kaiken kemian perusta. Se muodostaa erilaisia ​​yhdisteitä, joita me kaikki kohtaamme, mukaan lukien naurukaasu, ruskea kaasu, ammoniakki ja typpihappo. Ei ihme, että kemia koulussa alkaa sellaisen kemiallisen alkuaineen kuin typen tutkimuksella.