مفاهيم

نیتروژن

Nitrogen

عمومی

نام, علامت اختصاری, شماره Nitrogen, N, 7

گروه شیمیایی نافلز

گروه, تناوب, بلوک 15 (VA), 2 , p

جرم حجمی, سختی 1.2506 kg/m³(273K), NA

رنگ بی رنگ

خواص
اتمی

وزن اتمی 14.0067 amu

شعاع اتمی (calc.) 65 (56) pm

شعاع کووالانسی 75 pm

شعاع واندروالس 155 pm

ساختار الکترونی He]2s²2p³]

^-e بازای هر سطح انرژی 2, 5

درجه اکسیداسیون (اکسید) ±3,5,4,2 (اسید قوی)

ساختار کریستالی شش گوش

خواص
فیزیکی

حالت ماده gas

نقطه ذوب 63.14 K (-345.75 ?F)

نقطه جوش 77.35 K (-320.17 ?F)

حجم مولی ש10^-3 * 13.54 ««متر مکعب بر مول

گرمای تبخیر 2.7928 kJ/mol

گرمای هم جوشی 0.3604 kJ/mol

فشار بخار Pa at K

سرعت صوت 334 m/s at 298.15 K

متفرقه

** 3.04 (درجه پائولینگ)

ظرفیت گرمایی ویژه 1040 J/(kg*K)

رسانائی الکتریکی __ 10⁶/m اهم

رسانائی گرمایی 0.02598 W/(m*K)

1^st پتانسیل یونیزاسیون 1402.3 kJ/mol

2^nd پتانسیل یونیزاسیون 2856 kJ/mol

3^rd پتانسیل یونیزاسیون 4578.1 kJ/mol

4^th پتانسیل یونیزاسیون 7475.0 kJ/mol

5^th پتانسیل یونیزاسیون 9444.9 kJ/mol

6^th پتانسیل یونیزاسیون 53266.6 kJ/mol

7^th پتانسیل یونیزاسیون 64360 kJ/mol

پایدارترین
ایزوتوپها

ایزو وفور طبیعی نیمه عمر DM DE MeV DP

¹³N {syn.} 9.965 m e capture 2.220 ¹³C

¹⁴N 99.634% N با 7 نوترون پایدار است

¹⁵N 0.366% N با 8 نوترون پایدار است

واحدهای SI& STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

نیتروژن یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن N و عدد اتمی آن 7 است. نیتروژن معمولا به صورت یک گاز،غیر فلز، دو اتمی بی اثر، بی رنگ، بی مزه و بی بو است که 78% جو زمین را در بر گرفته و عنصر اصلی در بافتهای زنده است. نیتروژن ترکیبات مهمی مانند آمونیاک اسید نیتریک و سیانیدها را شکل می دهد.

ویژگیهای
قابل توجه

نیتروژن از گروه غیر فلزات بوده و دارا بار الکترون منفی 3.0 می باشد. نیتروژن پنج الکترون در پوسته خود داشته و در نتیجه در اکثر ترکیبات سه ظرفیتی می باشد. نیتروژن خالص یک گاز بی اثر و بی رنگ می باشد و 78% جو زمین را به خود اختصاص داده است. در 77K منجمد شده و در 63k به صورت مایع تبدیل به ماده برودتی معروف Cryogen می شود.

کاربردها

مهمترین کاربرد اقتصادی نیتروژن برای ساخت آمونیاک از طریق فرایند هابر (Haber) می باشد. آمونیاک معمولا برای تولید کود و مواد تقویتی و اسید نیتریک استفاده می شود. نیتروژن همچنین بعنوان پر کننده بی اثر، در مخزنهای بزرگ برای نگهداری مایعات قابل انفجار، در هنگام ساخت قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور، دیود و مدار یکپارچه و همچنین برای ساخت فلزات ضد زنگ استفاده می شود. نیتروژن همچنین به صورت ماده خنک کننده، برای هم منجمد کردن غذا و هم حمل و نقل آن، نگهداری اجساد و سلولهای تناسلی (اسپرم و تخم مرغ)، و در بیولوژی برای نگهداری پایدار از نمونه های زیستی کاربرد دارد.
نمک اسید نیتریک شامل ترکیبات مهمی مانند نیترات پتاسیوم و سدیوم و نیترات آمونیوم میباشد. که اولی برای تولید باروت و دومی برای تولید کود به کار می رود. ترکیبات نیترات شده مانند نیتروگلیسرین و تری نیترو تولوئن (TNT) معمولا منفجر شونده هستند.

اسید نیتریک به عنوان ماده اکسید کننده در مایع سوخت راکتها استفاده می شود. هیدرازین و مشتقات آن نیز در سوخت راکتها بکار میروند.
نیتروژن اغلب در مبردها (Cryogenic)، به صورت مایع (معمولا LN₂) استفاده میشود. نیتروژن مایع با عمل تقطیر هوا به دست می آید. در فشار جو، نیتروژن در دمای -195.8 درجه سانتیگراد (-320.4 درجه فارنهایت) مایع می شود.

تاریخچه

نیتروژن (که لاتین آن nitrum و یونانی آن Nitron به معنی "جوش شیرین محلی"، "شکل دادن" و "ژن یا عامل" می باشد) توسط شخصی به نام Daniel Rutherford که آن را هوای مهلک نامید، در سال 1772 کشف شد. دو اواخر قرن 18 شیمیدانان بخشی از هوا را یافتند، که عمل احتراق را همراهی نمی کرد. در همان زمان نیتروژن توسط Carl Wilhelm Scheele، Henry Cavendish و Joseph Priestley که آن را هوای سوخته نامیدند مطالعه و برسی شد. گاز نیتروژن به قدری بی اثر بود که Antoine Lavoisier آن را ازت که به معنی بدون زندگی است، نام نهاد.
ترکیبات نیتروژن در قرون وسطی شناخته شده بود. کیمیا گران اسید نیتریک را به عنوان بازدم آب می شناختند. ترکیب نیتریک و اسید هیدروکلریک به عنوان تیزاب سلطانی شناخته شده بود، برای آب کردن طلا مشهور بود.

پیدایش

نیتروژن بیشترین عنصر جو کره زمین از نظر حجم می باشد. (78.1 % حجمی) و برای اهداف صنعتی با عمل تقطیر هوای مایع بدست می آید. ترکیباتی که حاوی این عنصر هستند در فضای بیرونی نیز مشاهده شده اند . نیتروژن -14 در اثر عمل هم جوشی هستهای در ستارگان، تولید می گردد. نیتروژن از ترکیبات عمده ضایعات حیوانی (مانند چلغوز یا کود) بوده و معمولا به صورت اوره، H₃)، البته هیدرازین (N₂H₄) نیز مشهور است. ترکیب آمونیاک ساده تر از آب بوده و در محلول یونهای آمونیاک (NH₄⁺) را تشکیل می دهد. آمونیاک مایع در حقیقت کمی آمفیروتیک بوده و آمونیاک و یونهای آمینه (NH₂^-) را بوجود می آورد؛ که البته هر دو نمک آمیدها و نیترید شناخته شده اند، ولی در آب تجزیه می شوند. ترکیبات جانشین آمونیاک به تنهایی یا باهم، آمینها نامیده می شوند. زنجیره ها، حلقه ها و ساختارهای بزرگتر هیدریدهای نیتروژنی نیز شناخته شده اند، ولی در واقع ناپایدار هستند.

گروههای دیگر آنیونهای نیتروژن، آزیدین ها (N₃^-) هستند، که خطی بوده و نسبت به دی اکسید کربن ایزو الکتریک میباشند. مولوکول دیگر با ساختار مشابه، مونوکسید دی نیتروژن N₂O یا گاز خنده می باشد، و یکی از اکسیدهای گوناگون بوده و برجسته تر از مونوکسید نیتروژن (NO) و دی اکسید نیتروژن (NO₂) است، که هر دوی آنها الکترون غیر زوج دارند. که دومی تمایلی را به dimerize نشان داده و از اجزای تشکیل دهنده هوای آلوده است.

اکسیدهای استاندارد بیشتری مانند تری اکسید دی نیتروژن (N₂O₃) و پنتاکسید دی نیتروژن (N₂O₅) معمولا تا حدی نا پایدار و قابل انفجار هستند. اسیدهای متناظر آنها نیتروس (HNO₂) و اسید نیتریک (HNO₃) بوده با نمکهای متناظر که نیتریتها و نیتراتها نامیده می شوند. اسید نیتریک یکی از چند اسیدی است که از هیدرونیوم قوی تر می باشد.

نقش
بیولوژیکی

نیتروژن عنصر اصلی اسیدهای آمینه و اسیدهای هسته ای که نیتروژن را ماده ای حیاتی برای ادامه زندگی میکنند، میباشد. لوبیا مانند اکثر گیاهانی که دانه های سبوسی دارند میتواند عمل بازیافت نیتروژن را به طور مستقیم از هوا انجام دهد، چراکه ریشه های آنها دارای برآمدگی هایی، برای نگهداری میکروبهایی است که عمل تبدیل به آمونیاک را فرایندی به نام تثبیت نیتروژن انجام میدهد، می باشد. این گیاهان آمونیاک را به اکسیدهای نیتروژن و آمینو اسید تبدیل کرده و چچپروتئینجج می سازند.

ایزوتوپها

نیتروژن دو ایزوتوپ پایدار دارد: (N-14 , N-15). که مهمترین آن دو N-14 (99.634%) می باشد که در چچچرخه CNOجج در ستارگان تولید میشود. مابقی، ایزوتوپ N-15 می باشد. یکی از ده ایزوتوپی که به صورت مصنوعی تولید می شوند دارای چچنیمه عمرجج نه دقیقه ای داشته و ایزوتوپهای دیگر نیمه عمر چند ثانیه یا کمتر دارند.

واکنشهای بیولوژیکی-واسطهای (مانند همانند سازی، جذب و ترکیب نیترات سازی) و ... پویایی نیتروژن در خاک را به شدت کنترل می کنند. این ترکیبات معمولا باعث عمل غنی سازی N-15 لایه زیرین و تخلیه محصول می شود. البته این فرایند سریع اغلب مقادیری از آمونیام و نیترات نیز در بر دارد، زیرا آمونیوم بصورت ترجیحی بوسیله سایبان جو نیترات، نکهداری می شود. خاک نیتراتی نسبت به خاک آمونیومی، توسط ریشه درختان بهتر جذب و ترکیب می شود.

هشدارها

کودهای نیتراتی شسته شده منبع اصلی آلودگی رودها و آبهای زیر زمینی است. سیانو (-CN) حاوی ترکیباتی است که بی نهایت سمی بوده و برای حیوانات و همه چچپستاندارانجج کشنده است.