形成, 科学
窒素は何ですか？ マス窒素。 窒素分子
15基[バージニア州]周期律表の非金属元素 - 窒素原子の2分子を形成するために結合する - 地球の大気の大部分を構成する無色、無臭、無味ガスを、どのすべての生き物の一部です。
発見の歴史
窒素ガスを約4/5地球の大気のです。 これは、初期の航空研究で単離しました。 1772年、スウェーデンのHimik カール・ウィルヘルム・シェーレまず、窒素ことを実証します。 彼によると、空気は、彼が「火の風」と呼ばれるそのうちの一つ2つのガスの混合物である、それが燃焼をサポートすることで、その他 - ..「不純な空気」それは消費最初の後に残っているので。 これらは、酸素と窒素ました。 同じ時間、窒素の周りに最初の彼の調査結果を発表したスコットランドの植物学者ダニエル・ラザフォード、だけでなく、英国の化学者ヘンリー・キャヴェンディッシュと酸素の発見のシェーレの優位性と共有英国の聖職者や科学者Dzhozefom Pristli、によって単離されています。 さらなる研究は、窒素が最初ラヴォアジエの化学元素に起因していた1790年にフランスの化学シャプタルによって（「出生硝石を与える」）新しいガスが硝酸塩または硝酸カリウム（KNO 3）の一部であることが示されている、および、それに応じて、彼は窒素で命名されました18世紀に人気 - その燃焼中の酸素の役割の説明はフロギストン説を反証しました。 誤解燃焼。 生活（ギリシャζωή）をサポートするために、この化学元素のできないことは、ラヴォアジエは、窒素ガスを名付けた理由でした。
出現と普及
窒素は何ですか？ 化学元素が豊富によると、彼は6位。 重量75.51パーセントと体積78.09パーセントに地球の大気は、要素で構成され、それは業界の主要な源です。 雰囲気も小さく、アンモニア及びアンモニウム塩の量、ならびに窒素酸化物及び含ま 硝酸、 雷雨時及び内燃機関で形成されています。 無料窒素は、多くの隕石、火山や鉱山ガスといくつかの鉱泉、太陽、星や星雲で見つかっています。
窒素はまた、カリウムと硝酸ナトリウムの鉱物沈着物中に見出されるが、十分な人間のニーズを満たすために。 この要素の豊富な別の材料は、コウモリの多く、またはドライの場所は、鳥が頻繁に洞窟で見つけることができグアノ、、です。 また、窒素は、アンモニア及びアンモニウム塩の形で雨や土壌に含まれ、アンモニウムイオン（NH 4 +）の形で海水中、亜硝酸塩（NO 2 - ）及び硝酸塩（NO 3 - ）。 平均は、タンパク質のような複雑な有機化合物の約16％は、全ての生物に存在するあります。 ケイ素原子当たり3〜7個の原子から - 地殻の自然含有量がスペースに1000流行0.3重量部です。
21世紀の初めに（アンモニアなど）、窒素の最大の生産国は、インド、ロシア、米国、トリニダード・トバゴ、ウクライナました。
商業生産と使用
窒素の工業生産は、液化空気の分留に基づいています。 その沸点は、このように分離される酸素のより低い-195.8°C、13°Cに等しいです。 窒素は、空気中の炭素又は炭化水素の燃焼によって大規模に生産され、残留窒素に起因する二酸化炭素と水を分離することができます。 小規模で純粋窒素がアジドバリウムのBa（N 3）2を加熱することにより製造されます。 実験室での反応は、水性臭素溶液でまたは加熱したアンモニアの酸化亜硝酸アンモニウム（NH 4 NO 2）の溶液を加熱することが含まれる 銅酸化物 ：
- NH 4 + + NO 2 - →N 2 + 2H 2 O.
- 8NH 3 + 3BR 2→N 2 + 6NH 4 + + 6BR - 。
- 2NH 3 + 3CuO→N 2 + 3H 2 O + 3Cu。
窒素元素は酸素と水分の排除を必要とする反応のための不活性雰囲気として使用することができます。 使用し、液体窒素です。 水素、メタン、一酸化炭素、酸素、フッ素、及び - 窒素の沸点は、固体結晶状態ではない、唯一の物質。
化学工業では、この化学元素は、熱または化学物質、ならびに火災や爆発防止剤を除去するために、不活性希釈剤として、反応性ガスを酸化または他の損傷を防止するために使用されます。 食品業界では、窒素ガスが腐敗を防止するために使用され、そして液体 - 凍結乾燥及び冷却システムのため。 電気業界では、ガスは、酸化および他の化学反応を防止するケーブルシースを加圧してモータを保護します。 冶金では、窒素は酸化、浸炭、脱炭を防止し、溶接およびろう付けに使用されます。 それは多孔質ゴム、プラスチックおよびエラストマーの製造に使用される不活性ガスとしては、エアゾール缶に噴射剤として機能し、また、液体燃料ジェットの圧力を生成します。 医学では、液体窒素で急速凍結は、血液、骨髄、組織、細菌および精子を保存するために使用されます。 彼は、極低温研究に応用されています。
接続
窒素のほとんどは、化学化合物の製造に使用されます。 元素の原子間の三重結合は、窒素分子はほとんどの他の化合物に進入しないこと、（分子状水素の2倍以上のモル当たり226キロカロリー）が強いです。
主な産業方法の固定要素は、への依存軽減するために、第二次世界大戦、ドイツの間に開発されたアンモニアの合成のためハーバー・ボッシュ法である チリの硝酸塩を。 刺激、刺激臭を有する無色の気体- -直接その要素から、NH 3の直接合成を含みます。
アンモニアのほとんどは、硝酸（HNO 3）に変換し、そして硝酸塩れる-硝酸の塩及びエステル、ソーダ灰（Na 2 CO 3）、ヒドラジン（N 2 H 4） -無色の噴射剤として使用される液体、及び多くの産業でプロセス。
硝酸は、要素の他の主要な商業化学化合物です。 無色、腐食性の高い液体は肥料、染料、麻薬や爆発物の製造に使用されます。 硝酸アンモニウム（NH 4 NO 3） - 、アンモニアと硝酸の塩は、 -最も一般的な窒素肥料成分です。
酸素+窒素
Cは、酸素、窒素酸化物、R。H.亜酸化窒素（N 2 O）のシリーズを形成し、ここでそれは+1酸化物（NO）（+2）と二酸化炭素の原子価に等しい（NO 2）（4）。 多くの揮発性の高い窒素酸化物; 彼らは、大気中の汚染の主要な源です。 また、笑気ガスとして知られている亜酸化窒素は、時々、麻酔薬として使用されています。 吸入した場合、それは穏やかなヒステリーを起こします。 一酸化窒素は、茶色二酸化中間生成物を形成するために酸素と迅速に反応して 硝酸の産生 および化学プロセスおよび噴霧剤で強力な酸化剤。
また、高温での窒素化合物を有する金属により形成されたいくつかの窒化物も使用されます。 ホウ素、チタン、ジルコニウム及びタンタルの窒化物は、特別なアプリケーションを持っています。 窒化ホウ素（BN）の1つの結晶形態は、例えば、硬度がダイヤモンドに劣っていないと、高研磨用い従って悪い酸化しました。
無機シアン化合物は、CN基を含みます- 。 シアン化水素またはシアン化水素酸 HCN、燻蒸濃度のために使用される揮発性の高い、非常に有毒ガスは、他の工業プロセス鉱石れます。 シアン（CN）2は 、中間及び燻蒸用化学物質として使用されます。
アジドは、3個の窒素原子、-N 3の基を含む化合物です。 それらのほとんどは不安定と衝撃に非常に敏感です。 そのような起爆装置およびプライマーに用いられるリードアジド、鉛（N 3）2などのそれらの一部、。 アジドは、ハロゲンのような、容易に複数の化合物を形成するために他の物質と相互作用します。
窒素は、有機化合物の数千の一部です。 それらのほとんどは、アンモニア、シアン化水素、シアン、亜硝酸または由来しています。 アミン、アミノ酸、アミド、例えば、アンモニアまたはそれに密接に関連由来します。 ニトログリセリン、ニトロセルロース - 硝酸エステル。 亜硝酸塩は亜硝酸（HNO 2）から調製しました。 プリンおよびアルカロイドは、窒素が1個以上の炭素原子を置換した複素環式化合物です。
プロパティとの反応
窒素は何ですか？ これは、-195,8°C、無色、低粘度の液体に凝縮無色、無臭のガスです。 N ::: N：、唯一一酸化炭素（モルあたり256キロカロリー）への第2モルあたり226キロカロリーに等しいにおける結合エネルギー、要素がN 2の形で表される分子の形態で存在します。 この理由のため、窒素分子の活性化エネルギーが非常に高いので、通常の状態で要素は、比較的不活性です。 また、安定性の高い窒素分子が大幅に十分な、どの接続であっても強い多くの窒素化合物の熱力学的不安定性が、劣っ関係窒素分子に貢献しています。
比較的最近、そして予想外に発見された窒素分子の能力は、複雑な化合物のためのリガンドとして働きます。 ルテニウム錯体のいくつかのソリューションは、大気中の窒素を吸収することができ、観察はすぐに要素を固定する単純でより良い方法を見つけることができるものに導きました。
活性窒素は、高電圧の電気放電を介して低圧ガスを通過させることにより得ることができます。 生成物は琥珀色であり、はるかに容易に分子、原子状水素、硫黄、リン、および様々な金属よりも反応し、また、N 2及びO 2へのNO分解することが可能です。
あるもの窒素のより明確な理解は、原因フォーム1S、2S 2 2 3 2Pを有し、その電子構造を得ることができます。 五個の外部電子殻は、わずかに有効核電荷を生じる、電荷を画面共有結合半径の領域で感じました。 窒素原子は、比較的小さく、炭素と酸素との間に位置する高い電気陰性度を有します。 E構成は3個の共有結合を形成することを可能にする、3つの外部半軌道を含みます。 したがって、窒素原子は、他の要素は、実質的に異なる電気陰性度で有意な極性接続を付与する場合は特に、ほとんどの他の元素、安定な二元化合物で形成する、極めて高い反応性を有していなければなりません。 別の要素は、配位結合に関与するために、その非共有電子を解放部分負電荷の窒素原子に結合低い極性を電気場合。 他の元素より電気陰性の窒素分の正電荷は、実質的に分子のドナー特性を制限します。 低極性に起因するため、電気陰性の別の要素は、複数の通信単一に優先に等しいです。 原子サイズの不一致ができない場合、単結合を形成する複数の結合の形成は、比較的弱い可能性がある、との接続が不安定です。
分析化学
多くの場合、ガス混合物中の窒素の割合は、化学試薬の他の成分の吸収後、その体積を測定することによって決定することができます。 水銀硝酸の存在下で硫酸の分解ガスとして測定することができる一酸化窒素を放出します。 窒素は、それらが酸化銅の上に燃焼される場合、有機化合物から遊離し、遊離の窒素は、他の燃焼生成物の吸収後ガスとして測定することができます。 有機化合物にここで考慮物質の決意するための周知のケルダール法は、濃硫酸（任意に含有する水銀又はその酸化物、および種々の塩）を有する化合物を分解することからなります。 従って、窒素を硫酸アンモニウムに変換されます。 従来の酸によって収集された水酸化ナトリウムを放出するアンモニアを添加します。 未反応の酸の残留量を、滴定により決定されます。
生物学的および生理的意義
生命体中の窒素の役割は、有機化合物のその生理活性を確認しました。 ほとんどの生物は、その化合物へのアクセス権を持っている必要があり、この化学元素自体を使用することはできません。 そのため、窒素固定は必要不可欠です。 自然界では、この2つの基本的なプロセスの結果として生じます。 窒素と酸素分子が解離するように、一つの自由原子がNOとNO 2を形成することができ、大気への電気エネルギーの効果です。 二酸化炭素を水と反応：3NO 2 + H 2 O 2HNO 3 + NO→。
HNO 3を溶解し、弱液の形で雨から地球に来ています。 最終的には酸は亜硝酸塩および硝酸塩を形成するために中和された合成土壌窒素の一部となります。 栽培土壌中のNの含有量は、通常、受精含有硝酸塩およびアンモニウム塩を通って回収されます。 動物や植物をスピンし、その分解は土壌や空気中の窒素化合物を返します。
もう一つの主要な自然の定着処理は、マメ科植物の生命活動です。 細菌との共生のために、これらの培養物は、その化合物に直接大気中の窒素を変換することができます。 このようアゾトバクターChroococcumやクロストリジウム・パスツリアヌムなどの一部の微生物は、自分のN.を修正することができます
ガス自体、不活性であり、無害、それらが圧力下で呼吸する場合を除いて、それはより高い濃度で血液及び他の体液中に溶解します。 これは、薬の効果が発生し、圧力があまりにも急速に減少した場合、過剰窒素は体内の異なる場所での気泡として放出されます。 これは、筋肉や関節、失神、部分的な麻痺や死の痛みを引き起こす可能性があります。 これらの症状は、減圧症と呼ばれています。 したがって、このような状況では空気を呼吸することを余儀なくされる人は、気泡の形成なしに、肺を介して過剰な窒素に対して垂直に圧力を減少させるために非常に遅くなければなりません。 より良い代替手段は、酸素とヘリウムの通気性の混合物を使用することです。 ヘリウムは、体液中にはるかに少ない可溶性であり、リスクが減少します。
同位体
窒素は、二つの安定同位体14 N（99,63％）および15 N（0,37％）として存在します。 これらは、化学交換により、または熱拡散によって分離することができます。 人工の放射性同位体の形態での窒素の質量範囲10-13及び16-24です。 10分の中で最も安定した半減期。 最初の人工的に誘発核変換は、英国の物理学者によって1919年に作られた アーネスト・ラザフォード、 核17酸素とプロトンを得窒素-14アルファ粒子を衝突します。
プロパティ
最後に、窒素の基本的なプロパティを一覧表示します：
- 原子番号：7。
- 窒素の原子量：14,0067。
- 融点：-209,86℃、
- ・沸点：-195,8℃、
- 密度（1気圧、0℃）：リットル当たりの窒素の1.2506グラム。
- -3、+3、+5の従来の酸化状態。
- 電子配置：1秒2秒2 2 3 2P。
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