SPLOŠNE LASTNOSTI

FIZIKALNE LASTNOSTI

KEMIJSKE IN STRUKTURNE LASTNOSTI

DODATNE OPISNE LASTNOSTI

·         Brezbarven plin brez vonja in okusa, v vodi le malo topen(udi v tekočem in trdnem stanju je brezbarven); je kemijsko precej nereaktiven, kar je posledica zgradbe - trojne vezi. Pri običajni temperaturi reagira le z litijem , pri višjih pa tvori tudi spojine z elementi kot sta Ca in Mg :

3Mg + N₂ --> Mg₃N₂ nastanejo nitriti.

·         Izotopi :

·         Zgodovina elementa :

·         letnica odkritja : 1772

·         kdo je odkril : Rutherford

·         kako je bil odkrit :

NAHAJALIŠČE

Največ dušika v naravi je v elementarnem stanju v ozračju ( 78.1 vol.%). Poleg tega pa je prisoten v spojinah,organsko vezan v beljakovinah (pri razkroju nastaja amoniak NH₃) in anorgansko v mineralih; čilski soliter (NaNO₃), norveški soliter (K₂NO₃) in industrijsko pridobljen Ca(NO₃)₂.

PRIDOBIVANJE

V industrijskem merilu pridobivamo s frakcionirano destilacijo zraka (fizikalno) ali pa z vezavo zračnega kisika na koks (generatorski plin): 4 N₂ + O₂ + 2 C --> 4 N₂ + 2 CO , na žareči baker (kemijsko).

V laboratorijih pa ga pridobivamo iz spojin: NH₄NO₂ --> N₂ + 2 H₂O , s termičnim razkrojem.

UPORABA

V industrijskem merilu se uporablja za pridobivanje amoniaka po Haber-Boschevem postopku za pridobivanjeNH₃ in dušikove kisline. Kot plin se uporablja za inertno atomsfero v metalurgiji in kemijskih procesih, tekoči dušik (pod -196ºC) pa kot hladilno sredstvo.

SPOJINE ELEMENTA

Amoniak - (NH₃) ; je plin z značilnim ostrim vonjem, zelo dobro topen v vodi, higroskopen, je reducent. Z vodo protolitsko reagira, s kislinami dobimo soli: NH₃ + HCl --> NH₄Cl , z mnogimi kovinskimi solmi pa kompleksne spojine: CuSO₄ + 4 NH₃ --> [Cu(NH₃)₄]SO₄. Tekoči amoniak je vodi podobno topilo. V njem reagirajo reagirajo amonijeve soli kot kisline, amidi pa kot baze. Nevtralizacija poteka po enačbi: NH₄⁺ + NH₂^- --> 2 NH₃ . V tekočem se raztapljajo tudi alkalijske in zemelskoalkalijske kovine. Molekula NH₃ je polarna in je dobro topilo za polarne spojine, tvori tudi vodikove vezi in je v trdni in tekoči obliki podoben vodi.

Tehnično se amoniak pridobiva po tako imenovanem Haber-Boschevem postopku. Reakcijsko zmes dobimo v plinskem generatorju na razžarjeni koks z izmeničnim vpihavanjem zrak :

4N₂ + O₂ + 2C --> N₂ + 2CO , in vodno paro : H₂O + C --> H₂ + CO₂ , nastali CO₂ nato raztopimo v vodi pri povišanem tlaku. Amoniak nastaja po ravnotežni reakciji : 3 H₂ (g) + N₂ (g) <--> 2 NH₃ (g), kjer so optimalni pogoji relativno visok tlak in relativno nizka temperatura, kot katalizator se uporablja železo. V laboratoriju dobimo amoniak s predvidenim segrevanjem amonijevih soli s hidroksidi :

NH₄⁺ + OH^- --> NH₃ + H₂O

Uporablja se za kemijske sinteze : za pridobivanje dušikove(V) kisline in njenih derivatov (gnojil, eksploziv, barvil,…), za amonijeve soli, sečnino, vodikov cianid, amine in amide ipd.

Raztopina amoniaka v vodi obstaja v ravnotežju: NH₃ + H₂O <--> NH₄⁺ + OH^- , vsebuje ione amonijevega hidroksida (NH₄OH). Je šibka baza, iz katere nastajajo amonijeve soli. Uporablja se za nevtralizacijo kislin, kot sredstvo za raztapljanje CuO v čistilih za kovine, za umetna gnojila.

Nekatere amonijeve spojine:

Amonijev klorid - (NH₄Cl) ; bela vodotopna, kristalinična, trdna snov. Nastaja pri reakciji amonijevega hidroksiada in klorovodikove kisline: NH₄OH + HCl --> NH₄Cl + H₂O .

Uporablja se pri spajkanju, za suhe galvanske člene, kot gnojilo, v medicini kot zdravilo proti bronhialnemu katarju.

Amonijev sulfat - ((NH₄)₂SO₄) ; bela, vodotopna, kristalinična, trdna snov, ki nastaja v reakciji med amoniakom in žveplovo(VI) kislino. Uporablja se kot vir dušika za pridobivanje kvasa i za zaščito papirja pred ognjem.

Amonijev nitrat - (NH₄NO₃) ; bela, vodotopna, kristalainična, trdna snov, ki se tvori pri reakciji amonijevega hidroksida z razredčeno dušikovo(V) kislino. Pri segrevanju oddaja N₂O (smejalni plin). Uporablja se kot surovina za gnojila in eksploziva.

Hidrazin - (H₂N-NH₂) ; je tekočina, ki nastane pri oksidaciji amoniaka z natrijevim kloratom(I); prisotnost kovinskih ionov usmeri reakcijo v nastanek N₂ : NH₃ + NaOCl --> NH₂-NH₂ + NaCl + H₂O.

Je močnejši reducent od amoniaka, šibkejša dvoprotonska baza od amoniaka. Hidrazin je obstojna spojina , tvori obstojni hidrat, ki se meša z vodo, pri višjih temperaturah eksplozivno razpade. V zmesi z vodikovim peroksidom in ali dušikovim tetraoksidom se uporablja kot raketno gorivo.

Vodikov azid - (HN₃) ; (tudi dušikovodikova kislina) Pri sobni temperaturi je tekočina, šibka kislina, ki tvori soli azide : HN₃ --> H⁺ + N₃^- ;Kislina rada eksplodira: 2 HN₃ --> H₂ + 2 N₂ ,tudi azidi težkih kovin, kot sta Pb(N₃)₂ in AgN₃ . Je oksidant : Cu + 3 HN₃ --> Cu(N₃)₂ + N₂ + NH₃.

Dobimo ga pri oksidaciji hidrazina z dušikovo(III) kislino: HNO₃ + H₄N₂ --> HN₃ + 2 H₂O ; pri reakciji dušikovega oksida z natrijevim amidom: NaN₂ + N₂O --> NaN₃ + H₂O in pri segrevanju natrijevega azida z nehlapno močno kilino, npr žveplovo kislino: NaN₃ + H₂SO₄ --> HN₃ + NaHSO₄.

DUŠIKOVI OKSIDI:

Dušikov(I) oksid - (N₂O) ; brezbarven, prijetno sladkobno dišeč plin (smejalni plin), v vodi zmerno topen ni strupen. Nastane pri segrevanju amonijevega nitrata(V): NH₄NO₃ --> N₂O + 2 H₂O ; pri reakciji dušikovodikove kisline z dušikovo(V) kislino : HN₃ + HNO₃ --> 2 N₂O + 2 H₂O . Zelo pripraven način sinteze N₂O iz amonijevega sulfata in natrijevega sulfata, ki je veliko bolj varen od segrevanja amonijevega nitrata: (NH₄)₂SO₄ + 2 NaNO₃ --> 2 N₂O + Na₂SO₄ + 4 H₂O.

Pri vdihavanju povzroča občutek omotičnosti, v zmesi z kisikom pa se še vedno uporablja kot anestetik.

Dušikov(II) oksid - (NO) ; brezbarven, strupen,v vodi netopen, zelo reaktiven plin, s kisikom se spaja v rjav NO₂ : 2NO + O₂ --> 2NO₂ , je tudi ligand (donor elektronov, ki se kordinativno vežejo v komplekse). Lahko je oksidant: NO + Mg --> ½ N₂ + MgO , ali pa reducent: 2NO + O₂ --> 2NO₂. V zmesi z vodikom eksplodira: NO + H₂ --> ½ N₂ + H₂O.

Nastaja pri reakcijah dušikove(V) kisline s kovinami: 3Cu + 8HNO₃ --> 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O. Dušikov oksid pa dobimo tudi pri katalitičnem sežigu amoniaka : 4 NH₃ + 5 O₂ --> 4 NO + 6 H₂O , sintetiziramo ga lahko z oksidacijo atomsferskega dušika, pri pihanju skozi električni lok . To je tako imenovani Birkeland-Eyderjev postopek : N₂ + O₂ --> 2 NO.

Dušikov(IV) oksid - (NO₂) ; temno rjav, dušljiv, zelo strupen plin, ki konsenzira v rdečerjavo tekočino, v trdni obliki pa se nahaja v obliki brezbarvnih kristalov. Je osnovna sestavina za nitronih plinov, ki nastajajo pri reakciji dušikove(V) kisline s kovinami: Cu + 4HNO₃ --> Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O , pri segrevanju nitratuv(V) težkih kovin: Pb(NO₃)₂ --> PbO + 2NO₂ + ½ O₂ , pri razkroju ntratov(III) s kislinami, tudi pri avtogenem varjenju in sijajnem jedkanju medenine in bakra.

Dušikov dioksid reagira z vodo, nastane zmes dušikove(III) kisline HNO₂ in dušikove(V) kisline HNO₃ : 2 NO₂ + H₂O --> HNO₂ + HNO₃ . Z bazami daje ustrezne soli .

Je v ravnotežju s svojo dimerno obliko (didušikov tetraoksid): 2 NO₂ <--> N₂O₄ , ki brezbarvna in termično neobstojna.

Dušikov(III) oksid - (N₂O₃) ; (tudi dušikov trioksid) je modrozelena tekočina, ki se pod 2°C pretvori v svetlo modre kristale. Je metastabilen in razpada : N₂O₃ --> NO₂ + NO . Je anhidrid dušikove(III) kisline in z vodo tvori kislino: N₂O₃ + H₂O --> 2 HNO₂ , z bazami pa tvori ustrezne soli nitrate(III):

N₂O₃ + 2 NaOH --> 2 NaNO₂ + H₂O .

Dušikov(V) oksid - (N₂O₅) ; (tudi dušikov pentaoksid) je v obliki brezbarvnih eksplozivnih kristalov, ki burno reagirajo z vodo v dušikovo(V) kislino (je njen anhidrid) : N₂O₅ + H₂O --> 2 HNO₃

Je močan oksidant, ki razpade na dušikov trioksid in kisik : 2 N₂O₅ --> 2 N₂O₃ + O₂ .

Dušikova(V) kislina - (HNO₃) ; čista je brezbarvna tekočina, sicer rumenkasta zaradi delnega razpada pod vplivom sončne svetlobe v dušikov dioksid : 4 HNO₃ (aq) --> 2 H₂O + 4 NO₂ + O₂ (g) . Je zelo reaktivna, obnaša se kot kislina, oksidant in reagent za nitriranje. Odlikuje se po kislinski reakciji : HNO₂(aq) +H₂O --> H₃O⁺(aq) + NO₃^- (aq) (delokalizacija e^- v strukturi aniona stabilizira njegov nastanek). Vodna raztopina je srednje močna kislina, z hidroksidi tvori soli nitrate(V). Sama in njene soli so oksidanti; oksidirajo P in S do okso kislin : S + 6 HNO₃ --> H₂SO₄ + 2 H₂O + 6 NO₂ .

Svetovno se v velikih količinah pridobiva z Oswaldovim postopkom: V prvi stopnji se pridobi NO z oksidacijo amoniaka: 4 NH₃ + 5 O₂ --> 4 NO + 6 H₂O , v nadalje se oksidira do NO₂, ki se v absorbcijskih stolpih raztaplja v vodi: 4 NO + 2 H₂O + O₂ --> 4 HNO₃ .Tako dobimo koncentrirano, 60% raztopina dušikove(V) kisline. Koncentrirana dušikova(V) kislina je strupena reaktivna snov z neprijetnim vonjem, je tudi močan oksidant in reagira z bakrom, srebrom in z živim srebrom, pri čemer nastanejo ustrezne soli in nitrozni plin - raztaplja žlahtne kovine, med tem ko nekatere kovine ne reagirajo s koncentrirano kislino, se pred njo pasivizirajo, tvorijo obrambno oksidno plast ( železo, aluminij, nežlahtne kovine). Razredčena raztopina pa ne raztaplja žlahtnih kovin, ampak nežlahtne in z njimi daje ustrezne soli, nitrate(V) : Zn + 2HNO₃ (aq) --> Zn(NO₃)₂ + H₂ ( glej - nitrati ).

Uporaba dušikove(V) kisline in nitratov(V) je zelo široka. Kislina se uporablja kot nitrirno sredstvo, v proizvodnji razstreliv, za pridobivanje umetnih gnojil, zlasti NH₄NO₂ ipd.

Nitrati(V) ; so soli dušikove(V) kisline, ki nastanejo pri učinkovanju le te kisline na kovine, okside : ZnO + 2HNO₃ --> Zn(NO₃)₂ + H₂O , hidrokside : Al(OH)₃ + 3HNO₃ --> Al(NO₃)₃ + 3H₂O ali karbonate : CaCO₃ + 2HNO₃ --> Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂ .Vsi nitrati kovin so lahko topni. Pri segrevanju razpadajo in nastanejo - od kationa odvisni - produkti:

-        Nitrati(V) alkalijskih kovin v nitrate(III) in kisik : 2KNO₃ --> 2KNO₂ + O₂ ,

-        Amonijev nitrat(V) v dušikov(I) oksid in vodo : NH₄NO₃ --> N₂O + 2 H₂O ,

-        Ostali nitrati(V) v kovinski oksid, dušikov(IV) oksid in kisik : 2Pb(NO₃)₂ --> 2PbO + 4NO₂ + O₂ .

Nitrate(V) pogosto trivialno poimenujemo solitri. Tako poznamo:

Dušikova(III) kislina - (HNO₂) ;je bledo modra vodna raztopina, obstojna le kot hladno razredčena, je trmično nestabilna in disproporcionira : 3HNO₂(aq) --> HNO₃(aq) +2NO₂(g) + H₂O . Njena vodna raztopina ja šibka kislina, ki disocira : HNO₂ --> H⁺ + NO₂^- . Lahko reagira kot oksidant in kot reducent; oksidant: 2HNO₂ + H⁺ + e^- --> 2NO + H₂O , reducent: 2HNO₂ + H₂O --> 2HNO₃ + H⁺ +2e^-. Njene soli nitrati(III), v vodi so lahko topne, strupene in dajo z močnimi kislinami rjav niterozni plin, npr. : 2NaNO₂ + H₂SO₄ --> Na₂SO₄ + H₂O + NO + NO₂ , in so obstojnejši od same kisline.

Pridobivamo jo z uvajanjem zmesi nitroznega plina v vodo : H₂O + NO + NO₂ --> 2 HNO₂ , ali pa z močimi kislinami iz njenih soli : NaNO₂ + H₂SO₄ --> HNO₂ + NaHSO₄ .

Uporablja se pri sintezah barvil.

Dušikov triklorid - (NCl₃) ; je temno rumena oljnata ekspozivna tekočina, z ostrim vonjem.

Duškova gnojila :

Tržne oblike

Umetna gnojila so predvsem kalijeve, dušikove in fosforjeve spojine. Največ uporabljamo mešana in NPK gnojila. Mešena gnojila pripravljajo z mešanjem enostavnih gnojil. NPK gnojilo vseguje dušik, fosfor in kalij hkrati.

Naravna gnojila dajejo zemlji tudi sestavine, ki so pomembne za tvorbo humosa, tako da izboljšemo tudi fizikalne lastnosti zemlje.