질소 란 무엇입니까? 질소의 질량. 질소 분자

주기율표의 15 번째 그룹 [Va]의 비금속 원소는 질소이며, 결합 된 2 개의 원자는 지구 대기의 대부분을 구성하고 모든 생물의 필수적인 부분 인 분자, 무색, 무취 및 맛없는 가스를 형성합니다.

탐지의 역사

질소 가스는 지구 대기의 약 4/5입니다. 그것은 초기 공기 연구 중에 격리되었습니다. 1772 년에 스웨덴의 화학자 인 Karl-Wilhelm Scheele은 처음으로 질소가 무엇인지를 보여주었습니다. 그의 의견으로는, 공기는 두 개의 가스가 혼합 된 것이고, 그 중 하나는 불타는 공기를, 다른 하나는 "더러운 공기"라고 불렀다. 그것은 산소와 질소였습니다. 거의 같은 시간에 질소는 영국의 화학자 인 Henry Cavendish와 Sheelle과 산소 발견의 우월성을 공유 한 영국 목회자이자 Joseph Priestley뿐 아니라 그의 발견을 처음 발표 한 스코틀랜드의 식물 학자 Daniel Rutherford에 의해 분리되었다. 더 많은 연구 결과에 따르면 새로운 가스는 질산염 또는 질산 칼륨 (KNO ₃ )의 일부이며 따라서 1790 년 프랑스의 화학자 인 Shaptal에 의해 니트로겐 ( "질산염")이라고 불 렸습니다. 질소는 먼저 Lavoisier의 화학 원소에 기인 한 것으로, 연소에서 산소의 역할에 대한 어떤 설명이 플로 게스 톤 이론을 부인 했는가? XVIII 세기에 널리 퍼졌다. 불타는 잘못된 생각. 이 화학 원소가 생명을 유지할 수 없기 때문에 (그리스어 ζωή에서) Lavoisier는 가스 질소를 호출하게되었습니다.

발생 및 배포

질소 란 무엇입니까? 화학 원소의 보급으로 6 위를 차지합니다. 지구의 대기는 75.51 중량 %이고 부피는 78.09 %이며이 요소로 구성되며 산업의 주된 원천입니다. 대기에는 또한 암모니아 및 암모늄염뿐만 아니라 뇌우 중에 생성되는 질소 산화물 및 질산 과 내부 연소 엔진이 포함됩니다. 유리 질소는 많은 운석, 화산 및 광산 가스 및 일부 미네랄 온천, 태양, 별 및 성운에서 발견됩니다.

질소는 또한 질산 칼륨과 나트륨의 광상에서 발견되지만 인간의 필요를 충족 시키기에는 충분하지 않습니다. 이 요소가 풍부한 또 다른 재료는 많은 박쥐가있는 동굴이나 조류가 자주 찾는 건조한 장소에서 찾을 수있는 구아노입니다. 또한 질소는 암모니아와 암모늄염의 형태로 비와 토양에, 암모니아 이온 (NH ₄ ⁺ ), 아질산염 (NO ₂ ^- )과 질산염 (NO ₃ ^- )의 형태로 해수에 함유되어있다. 평균적으로 모든 유기체에 존재하는 단백질과 같은 복잡한 유기 화합물의 약 16 %입니다. 지구의 지각에있는 그것의 자연적인 내용은 1000 년 당 0.3 부품이다. 공간에있는 보급은 실리콘 원자 당 3 개에서 7 개의 원자이다.

XXI 세기 초에 질소를 암모니아 형태로 생산하는 가장 큰 국가는 인도, 러시아, 미국, 트리니다드 토바고, 우크라이나였다.

상업 생산 및 사용

질소의 산업적 생산은 액화 공기의 분별 증류를 기본으로합니다. 끓는점은 -195.8 ° C로 산소보다 13 ° C 낮아 분리됩니다. 질소는 또한 대기 중의 탄소 또는 탄화수소를 연소시키고 생성 된 이산화탄소와 물을 잔류 질소로부터 분리시킴으로써 대규모로 생산 될 수있다. 소규모에서 바륨 아 지드 Ba (N ₃ ) ₂ 를 가열하면 순수한 질소가 생성됩니다. 실험실 반응은 아질산 암모늄 (NH ₄ NO ₂ )의 용액을 가열하고 암모니아를 브롬 또는 가열 된 산화 구리 의 수용액으로 산화시키는 것을 포함한다 :

• NH ₄ ⁺ + NO ₂ → → N ₂ + 2H ₂ O.
• 8NH ₃ + 3Br ₂ → N ₂ + 6NH ₄ ⁺ + 6Br ^- .
• 2NH3 + 3CuO → N2 + 3H2O + 3Cu.

초급 질소는 산소와 습기의 배제가 필요한 반응에 대해 불활성 분위기로 사용할 수 있습니다. 액체 질소도 사용됩니다. 수소의 메탄, 일산화탄소, 불소 및 산소는 질소의 끓는점에서 고체 결정 상태로 전환하지 않는 유일한 물질입니다.

화학 산업에서이 화학 원소는 열이나 화학 물질을 제거하기 위해 반응성 가스의 불활성 희석제와 같이 제품의 산화 또는 기타 열화를 방지하고 화재 또는 폭발 방지제로 사용됩니다. 식품 산업에서 질소 가스는 제품의 부패를 방지하기 위해 사용되며 액체는 동결 건조 및 냉각 시스템을 위해 사용됩니다. 전기 산업에서 가스는 산화 및 기타 화학 반응을 방지하고 케이블 외장에 압력을 가하고 전기 모터를 보호합니다. 야금에서는 질소가 용접 및 납땜에 사용되어 산화, 침탄 및 탈탄을 방지합니다. 불활성 가스로서 다공성 고무, 플라스틱 및 엘라스토머의 생산에 사용되며 에어로졸 캔에서 추진체 역할을하며 또한 제트기에서 액체 연료의 압력을 발생시킵니다. 의학에서는 액체 질소를 이용한 급속 냉동이 혈액, 골수, 조직, 박테리아 및 정자를 보존하는 데 사용됩니다. 그는 극저온 연구에 응용 프로그램을 발견했습니다.

연결

대부분의 질소는 화학 물질 생산에 사용됩니다. 원소의 원자 사이의 삼중 결합은 질소 분자가 다른 화합물에 거의 들어 가지 않기 때문에 매우 강하다 (1 분자 당 2 6 킬로 칼로리, 분자 수소의 2 배).

요소를 고정시키는 주요 산업 방법은 칠레 질산염 에 대한 독일의 의존도를 줄이기 위해 1 차 세계 대전 중에 개발 된 암모니아 합성을위한 하버 - 보쉬 (Haber-Bosch) 공정 이다. 이 제품에는 날카 롭고 자극적 인 냄새가 나는 무색의 가스 인 NH ₃ 가 직접적으로 합성됩니다.

대부분의 암모니아는 질산 (HNO ₃ )으로 전환되고 질산염 - 질산, 소성 소다 (Na ₂ CO ₃ ), 히드라진 (N ₂ H ₄ )의 염과 에스테르 - 추진체 및 많은 산업 분야에서 사용되는 무색 액체 프로세스.

질산은이 화학 원소의 또 다른 주요 상업 화합물입니다. 무색의 고 부식성 액체는 비료, 염료, 의약품 및 폭발물 생산에 사용됩니다. 암모니아와 질산의 염 인 질산 암모늄 (NH ₄ NO ₃ )은 질소 비료의 가장 일반적인 성분입니다.

질소 + 산소

산소와 함께 질소는 아산화 질소 (N2O)를 포함하여 일련의 산화물을 형성하며 그 원자가는 +1, 산화물 (NO) (+2) 및 이산화물 (NO2) (+4)이다. 많은 질소 산화물은 매우 휘발성이 있습니다. 대기 오염의 주요 원천입니다. 일산화 질소 (gassing gas)로 알려진 일산화 질소 (nitrous oxide)는 때때로 마취제로 사용됩니다. 흡입하면 온화한 히스테리가 유발됩니다. 질소 산화물은 산소와 신속하게 반응하여 화학 공정 및 로켓 연료에서 질산 및 강력한 산화제 생산의 중간체 인 이산화탄소를 형성합니다.

고온에서 질소와 금속의 조합에 의해 형성된 일부 질화물도 사용된다. 붕소, 티타늄, 지르코늄 및 탄탈의 질화물은 특별한 용도로 사용됩니다. 예를 들어, 질화 붕소 (BN)의 한 결정체는 경도면에서 다이아몬드보다 열등하지 않고 산화가 잘되지 않아 고온 연마제로 사용됩니다.

무기 시아 나이드는 CN ^- 기를 함유한다. 수소 시안화물 또는 시안화 수소산 HCN은 기타 산업 공정에서 훈증, 광석 농축에 사용되는 극도로 불안정하고 극도로 유독 한 가스입니다. Dicyan (CN) _2는 중간 화학 물질 및 훈증을 위해 사용됩니다.

아 지드는 3 개의 질소 원자 -N ₃ 기를 함유하는 화합물이다. 대부분은 불안정하고 충격에 매우 민감합니다. 납 아 지드 Pb (N ₃ ) ₂ 와 같은 이들 중 일부는 기폭 장치 및 캡슐에 사용됩니다. 할로겐과 같은 아 지드는 다른 물질과 쉽게 상호 작용하고 다양한 화합물을 형성합니다.

질소는 수천 가지 유기 화합물의 일부입니다. 대부분은 암모니아, 시안화 수소, 시안, 아산화 질소 또는 질산에서 유래합니다. 예를 들어, 아민, 아미노산, 아미드는 암모니아에서 유래하거나 암모니아와 밀접한 관련이 있습니다. 니트로 글리세린과 니트로 셀룰로오스는 질산 에스테르입니다. 아질산은 아질산 (HNO ₂ )으로 제조됩니다. 퓨린과 알칼로이드는 질소가 하나 이상의 탄소 원자를 대체하는 복 소환 화합물이다.

특성 및 반응

질소 란 무엇입니까? 무색의 무취 가스로서 -195.8 ° C에서 무색의 점성이 낮은 액체로 응축됩니다. 이 원소는 다음과 같이 표현되는 N ₂ 분자로 존재한다 : N ::: N : 결합 에너지가 1 몰당 226 kcal 인 것은 일산화탄소 (2 몰당 256 kcal)에 이어 두 번째이다. 이러한 이유로 분자 질소의 활성화 에너지는 매우 높기 때문에 정상적인 조건에서는 원소가 상대적으로 불활성입니다. 또한, 매우 안정한 질소 분자는 결합이 충분히 강할지라도 분자 질소 결합보다 열등한 많은 질소 - 함유 화합물의 열역학적 불안정성에 상당히 기여한다.

비교적 최근에 그리고 예기치 않게 복잡한 화합물에서 리간드로 작용하는 질소 분자의 능력이 발견되었습니다. 루테늄 착물의 특정 용액이 대기 중 질소를 흡수 할 수 있음을 관찰하면이 원소를 고칠 수있는보다 간단하고 나은 방법이 곧 발견 될 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

활성 질소는 저압 가스를 고전압 전기 방전을 통과시킴으로써 얻을 수있다. 이 제품은 황색으로 빛나고 분자 수소보다 원자 기, 황, 인 및 다양한 금속으로 반응 할 의사가 있으며 N을 NO ₂ 와 O ₂ 로 분해 할 수 있습니다.

질소가 무엇인지에 대한보다 명확한 생각은 1s ² 2s ² 2p ³ 형태의 전자 구조에서 얻을 수 있습니다. 바깥 껍질의 5 개의 전자는 전하를 약하게 차폐하며 그 결과 효과적인 핵 전하가 공유 반경 거리에서 느껴집니다. 질소 원자는 상대적으로 작고 탄소와 산소 사이에 높은 전기 음성도를 갖는다. 전자 구성은 3 개의 공유 결합을 형성하는 것을 가능하게하는 3 개의 반 충전 외부 궤도를 포함한다. 따라서 질소 원자는 매우 높은 반응성을 가져야하며, 특히 다른 원소의 전기 음성도가 크게 달라지면 결합에 중요한 극성을 부여하는 경우 대부분의 다른 원소와 안정한 이원 화합물을 형성해야합니다. 다른 원소의 전기 음성도가 낮을 때, 극성은 질소 원자에 부분적인 음전하를 부여하여, 분할되지 않은 전자가 배위 결합에 참여하게한다. 다른 원소가보다 전기 음성 인 경우, 질소의 부분 양전하는 실질적으로 분자의 도너 특성을 제한한다. 결합의 낮은 극성에서, 다른 원소의 동등한 전기 음성도로 인해, 단일 결합보다 다중 연결이 우선합니다. 원자 차원의 불일치로 인해 다중 결합이 형성되지 않으면 형성되는 단순한 결합이 상대적으로 약하며 연결이 불안정해질 수 있습니다.

분석 화학

종종 기체 혼합물 내의 질소의 백분율은 화학 시약에 의한 다른 성분들의 흡수 후에 그 체적을 측정함으로써 결정될 수있다. 수은 존재하에 황산으로 질산염을 분해하면 가스로 측정 할 수있는 산화 질소가 방출됩니다. 질소는 유기 화합물이 산화 구리를 연소 할 때 방출되며 자유 질소는 다른 연소 생성물을 흡수 한 후 가스로 측정 할 수 있습니다. 우리가 유기 화합물에서 고려중인 물질의 함량을 결정하기위한 Kjeldahl의 잘 알려진 방법은 화합물을 진한 황산 (필요하다면 수은 또는 그 산화물뿐만 아니라 다양한 염도 포함)로 분해하는 것입니다. 따라서, 질소는 황산 암모늄으로 전환된다. 수산화 나트륨의 첨가는 암모니아를 방출하며, 이는 통상적 인 산에 의해 수집된다; 이어서, 미 반응 된 산의 잔류량을 적정에 의해 측정한다.

생물학적 및 생리 학적 중요성

생명체에서 질소의 역할은 유기 화합물의 생리 활성을 확인합니다. 대부분의 생물체는이 화학 원소를 직접 사용할 수없고 화합물에 접근 할 수 있어야합니다. 따라서 질소 고정은 매우 중요합니다. 자연에서, 이것은 두 가지 주요 프로세스의 결과입니다. 그 중 하나는 질소와 산소 분자가 해리되어 대기에 미치는 전기 에너지의 영향으로 유리 원자가 NO와 NO ₂ 를 형성하게합니다. 이산화물은 물과 반응한다 : 3NO ₂ + H ₂ O → 2HNO ₃ + NO.

HNO _3는 용해되어 약한 용액의 형태로 비가 내린 지구로옵니다. 시간이 지남에 따라 산은 결합 된 토양 질소의 일부가되어 중화되어 아질산염과 질산염을 형성합니다. 재배 토양의 N 함량은 일반적으로 질산염과 암모늄염을 포함하는 비료의 도입으로 인해 회복됩니다. 동식물을 격리하고 분해하면 질소 화합물이 토양과 공기로 되돌아옵니다.

자연 고정의 또 다른 주요 과정은 콩과 식물의 생활 활동입니다. 박테리아와의 공생 작용 덕분에이 배양 균은 대기 중의 질소를 직접 화합물로 전환시킬 수 있습니다. Azotobacter Chroococcum과 Clostridium pasteurianum과 같은 일부 미생물은 N을 독립적으로 고칠 수 있습니다.

불활성 인 가스 자체는 압력 하에서 호흡 할 때를 제외하고는 무해하며 더 높은 농도로 혈액 및 기타 체액에 용해됩니다. 이것은 마약 효과를 일으키며 압력이 너무 빨리 감소하면 과도한 질소가 몸의 여러 부분에서 기포의 형태로 방출됩니다. 이것은 근육과 관절에 통증을 유발할 수 있으며, 졸도, 부분 마비 및 심지어 사망까지 초래할 수 있습니다. 이러한 증상을 감압병이라고합니다. 따라서 이러한 조건에서 공기를 흡입하도록 강요받는 사람들은 매우 천천히 정상 압력을 줄여서 과도한 질소가 기포없이 폐를 통해 빠져 나가야합니다. 가장 좋은 대안은 호흡을 위해 산소와 헬륨의 혼합물을 사용하는 것입니다. 헬륨은 체액에서 훨씬 덜 용해되며 위험이 감소합니다.

동위 원소

질소는 두 개의 안정 동위 원소 ¹⁴ N (99,63 %)과 ¹⁵ N (0,37 %)로서 존재한다. 이들은 화학적으로 교환 또는 열 확산에 의해 분리 될 수있다. 인공 방사성 동위 원소의 형태로 질소 질량 범위 10-13 및 16-24이다. 10 분 가장 안정적인 반감기. 우선 핵 인위적으로 유도 된 변성는 영국의 물리학 자에 의해 1919 년에 제출되었다 어니스트 러더퍼드, 핵 (17) 산소와 양성자를 얻어 질소 14 알파 입자 포격.

속성

마지막으로 질소의 기본 속성을 나열 :

• 원자 번호 : 7.
• 질소 원자 무게 : 14,0067.
• 녹는 점 : -209,86 ° C.
• 끓는점 : -195,8 ° C.
• 밀도 (1 기압, 0 ° C) 리터당 질소 1.2506 g.
• -3, +3, +5, 종래의 산화 상태.
• 전자 구성 : 1 초 2 초 ^{2 2 3} 2P.