חנקן מקובע גם באטמוספרה באמצעים פוטוכימיים: לאחר שספגה כמות של אור, מולקולת ה-N 2 נכנסת למצב נרגש ומופעל ומסוגלת לשלב עם חמצן ...

מהאדמה נכנסות לצמחים תרכובות חנקן. עוד: "סוסים אוכלים שיבולת שועל", וטורפים אוכלים אוכלי עשב. על ידי שרשרת המזוןיש מחזור של חומר, כולל יסוד מס' 7. במקביל, צורת הקיום של חנקן משתנה, הוא נכנס להרכב של יותר ויותר תרכובות מורכבות ולעתים קרובות מאוד פעילות. אבל זה לא רק חנקן סופת רעמים שעובר דרך רשתות המזון.

אפילו בעת העתיקה, הבחינו שצמחים מסוימים, במיוחד קטניות, מסוגלים להגביר את פוריות הקרקע.

"... או, ככל שהשנה משתנה, זרע דגני זהב במקום בו קטפת יבולים מהשדה, רועש בתרמילים, או במקום בו גדלה בקיה קטנה-פרי עם תורמוס מר..."

קבל הבנה: זוהי מערכת חקלאות בשדה דשא! שורות אלו לקוחות משיר של וירג'יל, שנכתב לפני כאלפיים שנה.

אולי הראשון שחשב מדוע קטניות נותנות עלייה בתפוקת התבואה היה האגרוכימאי הצרפתי J. Bussingault. ב-1838 הוא גילה שקטניות מעשירות את האדמה בחנקן. דגנים (וצמחים רבים אחרים) מדללים את כדור הארץ, ולוקחים, במיוחד, את כל אותו החנקן. Boussengo הציע שעלי הקטניות סופגים חנקן מהאוויר, אך זו הייתה תפיסה מוטעית. באותה תקופה לא היה מתקבל על הדעת שהחומר לא נמצא בצמחים עצמם, אלא במיקרואורגניזמים מיוחדים הגורמים להיווצרות גושים על שורשיהם. בסימביוזה עם קטניות, אורגניזמים אלה מקבעים חנקן אטמוספרי. עכשיו זו אמת נפוצה.

כיום ידועים לא מעט מקבעי חנקן שונים: חיידקים, אקטינומיציטים, פטריות שמרים ועובש, אצות כחולות-ירקות. וכולם מספקים חנקן לצמחים. אבל השאלה היא: איך מיקרואורגניזמים מפרקים מולקולת N 2 אינרטית ללא עלויות אנרגיה מיוחדות? ולמה לחלק מהם יש את היכולת השימושית ביותר עבור כל היצורים החיים, בעוד שלאחרים אין? במשך זמן רבזה נשאר בגדר תעלומה. שקט, ללא רעמים וברקים, מנגנון הקיבוע הביולוגי של יסוד מס' 7 התגלה רק לאחרונה. הוכח שדרכו של חנקן אלמנטרי לחומר חי התאפשרה עקב תהליכי הפחתה, שבמהלכם חנקן הופך לאמוניה. את תפקיד המפתח ממלא האנזים ניטרוגנאז. מרכזיו המכילים תרכובות ברזל ומוליבדן מפעילים חנקן ל"מעגן" עם מימן, שמופעל בעבר על ידי אנזים אחר. אז מחנקן אינרטי מתקבלת אמוניה פעילה מאוד - התוצר היציב הראשון של קיבוע חנקן ביולוגי.

הנה איך זה יוצא! ראשית, תהליכי חיים המירו את האמוניה של האטמוספרה הראשונית לחנקן, ואז החיים שוב הפכו חנקן לאמוניה. האם היה שווה לטבע "לשבור חניתות" על זה? בוודאי, כי כך נוצר המחזור של יסוד מספר 7.

אפיון חנקן

• חַנקָן- יסוד מהקבוצה החמישית, תת-הקבוצה הראשית, התקופה השנייה של המערכת התקופתית של יסודות כימיים D.I. מנדלייב, עם מספר אטומי 7. מסומן בסמל נ(La T. חנקן).

1 ש' 2 ש' 2 עמ'

חַנקָןהוא גז חסר צבע, חסר ריח וטעם. זה מתמוסס גרוע יותר מחמצן במים.

אטום החנקן עשוי להיות בעל מצב חמצון של +1; +2; +3; +4 יכול להפגין גם תכונות מחמצנות וגם מפחיתות.

היסטוריית הפתיחה

בשנת 1777, הנרי קוונדיש ערך את הניסוי הבא: הוא העביר שוב ושוב אוויר על פחם חם, ואז טיפל בו עם אלקלי, וכתוצאה מכך שאריות שקוונדיש כינה אוויר חונק (או מפיטי). מנקודת המבט של הכימיה המודרנית, ברור שבתגובה עם פחם חם, חמצן האוויר נקשר לתוך פחמן דו חמצני, אשר הגיב לאחר מכן עם אלקלי. שאר הגז היה בעיקר חנקן. לפיכך, קוונדיש בודד חנקן, אך לא הצליח להבין שמדובר בחומר פשוט חדש ( יסוד כימי). באותה שנה דיווח קוונדיש על החוויה לג'וזף פריסטלי.

פריסטלי ערך באותה תקופה סדרה של ניסויים שבהם גם קשר את חמצן האוויר והסיר את הפחמן הדו-חמצני שנוצר, כלומר קיבל גם חנקן, אולם בהיותו תומך בתיאוריית הפלוגיסטון הרווחת באותה תקופה, הוא לחלוטין פירש לא נכון את התוצאות שהתקבלו (לדעתו, התהליך היה הפוך - לא הוסר חמצן תערובת גז, להיפך, כתוצאה מירי, האוויר היה רווי בפלוגיסטון; את האוויר הנותר (חנקן) הוא כינה פלוגיסטון רווי, כלומר, פלוגיסטית). ברור שפריסטלי, למרות שהצליח לבודד חנקן, לא הצליח להבין את מהות תגליתו, ולכן אינו נחשב למגלה החנקן.

במקביל, ניסויים דומים עם אותה תוצאה בוצעו על ידי קארל שילה.

בשנת 1772, חנקן כחומר פשוט תואר על ידי דניאל רתרפורד, הוא פרסם את עבודת המאסטר שלו, שם הצביע על התכונות העיקריות של חנקן (אינו מגיב עם אלקליות, אינו תומך בעירה, אינו מתאים לנשימה). זה דניאל רתרפורד שנחשב למגלה החנקן.

מאוחר יותר, חנקן נחקר על ידי הנרי קוונדיש (עובדה מעניינת היא שהוא הצליח לקשור חנקן עם חמצן באמצעות פריקות זרם חשמלי, ולאחר ספיגת תחמוצות חנקן בשאריות, הוא קיבל כמות קטנה של גז, אינרטי לחלוטין, אם כי, כמו ב במקרה של חנקן, לא הצלחתי להבין שבידדתי יסודות כימיים חדשים - גזים אינרטיים). עם זאת, רתרפורד היה גם תומך בתיאוריית הפלוגיסטון, ולכן הוא גם לא הצליח להבין מה הוא הבחין. לפיכך, אי אפשר לזהות בבירור את מגלה החנקן.

ייצור חנקן

במעבדות ניתן להשיג אותו על ידי תגובת הפירוק של אמוניום ניטריט:

NH4NO2 → N2 + 2H2O

התגובה היא אקסותרמית, משחררת 80 קק"ל (335 קילו ג'יי), ולכן נדרש קירור של הכלי במהלך שלו (אם כי נדרש אמוניום ניטריט כדי להתחיל את התגובה).

בפועל, תגובה זו מתבצעת על ידי הוספת תמיסה רוויה של נתרן ניטריט לטיפה לתמיסה רוויה מחוממת של אמוניום גופרתי, בעוד האמוניום ניטריט הנוצר כתוצאה מתגובת החליפין מתפרק באופן מיידי.

הגז המשתחרר במקרה זה מזוהם באמוניה, תחמוצת חנקן וחמצן, מהם הוא מטוהר על ידי מעבר רצוף דרך תמיסות של חומצה גופרתית, ברזל (II) גופרתית ומעל נחושת חמה. לאחר מכן מייבשים את החנקן.

• שיטת מעבדה נוספת להשגת חנקן היא בחימום תערובת של אשלגן דיכרומט ואמוניום גופרתי (ביחס של 2:1 במשקל). התגובה הולכת לפי המשוואות:

K2Cr2O7 + (NH4)2SO4 = (NH4)2Cr2O7 + K2SO4

(NH4)2Cr2O7 →(t) Cr2O3 + N2 + 4H2O

• ניתן להשיג את החנקן הטהור ביותר על ידי פירוק של אזידי מתכת:

2NaN3 →(t) 2Na + 3N2

• מה שנקרא "אוויר", או חנקן "אטמוספרי", כלומר תערובת של חנקן עם גזים אצילים, מתקבל על ידי תגובת אוויר עם קולה חם:

O2+ 4N2 + 2C → 2CO + 4N2

במקרה זה, מה שנקרא "גנרטור", או "אוויר", מתקבל גז - חומר הגלם עבור סינתזות כימיותודלק. במידת הצורך ניתן להפריד ממנו חנקן על ידי ספיגת פחמן חד חמצני.

• חנקן מולקולרי מיוצר באופן תעשייתי על ידי זיקוק חלקי של אוויר נוזלי. ניתן להשתמש בשיטה זו גם להשגת "חנקן אטמוספרי". כמו כן, נעשה שימוש נרחב בצמחי חנקן, המשתמשים בשיטת הספיחה והפרדת גזי הממברנה.

• אחת משיטות המעבדה היא העברת אמוניה על תחמוצת נחושת (II) בטמפרטורה של ~700 מעלות צלזיוס:

2NH3 + 3CuO → N2 + 3H2O + 3Cu

אמוניה נלקחת מהתמיסה הרוויה שלה על ידי חימום. כמות CuO גדולה פי 2 מזו המחושבת. מיד לפני השימוש, חנקן מטוהר מזיהומי חמצן ואמוניה על ידי מעבר על נחושת ותחמוצתה (II), ולאחר מכן מיובש בחומצה גופרתית מרוכזת ואלקלי יבש. התהליך איטי למדי, אבל שווה את זה: הגז טהור מאוד.

מאפיינים של חנקן

מאפיינים כימיים

• בשל החוזק הגבוה של מולקולת החנקן, רבות מהתרכובות שלה הן אנדותרמיות, האנטלפיה של היווצרותן שלילית ותרכובות חנקן אינן יציבות תרמית ומתפרקות בקלות בחימום. לכן החנקן בכדור הארץ נמצא ברובו במצב חופשי.

• בשל האדישות המשמעותית שלו, חנקן בתנאים רגילים מגיב רק עם ליתיום:

• כאשר הוא מחומם, הוא מגיב עם כמה מתכות אחרות ולא-מתכות, גם יוצר ניטרידים:

6Li + N2 → 2Li3N,

3Mg + N2 → Mg3N2,

2B + N2 →2BN,

קיבוע תעשייתי של חנקן אטמוספרי

תרכובות חנקן נמצאות בשימוש נרחב ביותר בכימיה, אי אפשר אפילו לפרט את כל התחומים שבהם משתמשים בחומרים המכילים חנקן: זוהי תעשיית הדשנים, חומרי הנפץ, הצבעים, התרופות וכו'. למרות שכמויות עצומות של חנקן זמינות במובן המילולי של המילה "מהאוויר", בשל חוזקה של מולקולת החנקן N2 שתוארה לעיל, בעיית השגת תרכובות המכילות חנקן מהאוויר נותרה בלתי פתורה במשך זמן רב; רוב תרכובות החנקן הופקו מהמינרלים שלה, כמו מלפטר צ'יליאני. עם זאת, צמצום העתודות של מינרלים אלה, כמו גם הגידול בביקוש לתרכובות חנקן, הצריכו להאיץ את העבודה על קיבוע תעשייתי של חנקן אטמוספרי.

• שיטת האמוניה הנפוצה ביותר לקשירת חנקן אטמוספרי. תגובת סינתזת אמוניה הפיכה:

3H2 + N2 ↔ 2NH3

אקסותרמית (השפעה תרמית 92 קילו-ג'יי) והולכת עם ירידה בנפח, לכן, על מנת להסיט את שיווי המשקל ימינה, בהתאם לעקרון Le Chatelier-Brown, יש צורך לקרר את התערובת לחצים גבוהים. עם זאת, מאז נקודה קינטיתמנקודת המבט, הורדת הטמפרטורה היא לא חיובית, שכן זה מפחית מאוד את קצב התגובה - כבר ב-700 מעלות צלזיוס, קצב התגובה נמוך מדי בשביל זה. שימוש מעשי.

במקרים כאלה, נעשה שימוש בקטליזה, שכן זרז מתאים מאפשר להגביר את קצב התגובה מבלי לשנות את שיווי המשקל. בחיפוש אחר זרז מתאים נוסו כעשרים אלף תרכובות שונות. מבחינת שילוב התכונות (פעילות קטליטית, עמידות להרעלה, עלות נמוכה), זרז המבוסס על ברזל מתכתי עם זיהומים של תחמוצות אלומיניום ואשלגן זכה לשימוש הגדול ביותר. התהליך מתבצע בטמפרטורה של 400-600 מעלות צלזיוס ולחצים של 10-1000 אטמוספרות.

יש לציין כי בלחצים מעל 2000 אטמוספרות, סינתזה של אמוניה מתערובת של מימן וחנקן מתבצעת בקצב גבוה וללא זרז. לדוגמה, ב-850 מעלות צלזיוס ו-4500 אטמוספרות, תפוקת המוצר היא 97%.

• קיימת שיטה נוספת, פחות נפוצה, לקשירה תעשייתית של חנקן אטמוספרי - שיטת הציאנמיד, המבוססת על תגובה של סידן קרביד עם חנקן ב-1000 מעלות צלזיוס. התגובה מתרחשת לפי המשוואה:

CaC2 + N2 → CaCN2 + C.

התגובה היא אקסותרמית, ההשפעה התרמית שלה היא 293 קילו-ג'יי.

כ-1 × 106 טון חנקן נלקחים מהאטמוספרה של כדור הארץ מדי שנה באמצעים תעשייתיים.

• האינטראקציה של תחמוצת החנקן עם חמצן:

2NO + O2 2NO2

תכונות גשמיות

חנקן בטבע

מחזור החנקן בטבע

קיבוע חנקן אטמוספרי בטבע מתרחש בשני כיוונים עיקריים - אביוגני וביוגני. המסלול הראשון כולל בעיקר תגובות של חנקן עם חמצן. מכיוון שחנקן אינרטי מאוד מבחינה כימית, נדרשות כמויות גדולות של אנרגיה לחמצון ( טמפרטורה גבוהה). תנאים אלו מושגים במהלך פריקות ברק, כאשר הטמפרטורה מגיעה ל-25,000 מעלות צלזיוס או יותר. במקרה זה, מתרחשת היווצרות של תחמוצות חנקן שונות. קיימת גם אפשרות שקיבוע אביוטי מתרחש כתוצאה מתגובות פוטו-קטליטיות על פני השטח של מוליכים למחצה או דיאלקטריים בפס רחב (חול מדברי).

אזוטובקטרו קלוסטרידיום Rhizobium, ציאנובקטריה אנאבאנה, נוסטוק

עם זאת, החלק העיקרי של חנקן מולקולרי (כ-1.4×108 t/שנה) מקובע ביוטי. במשך זמן רב האמינו שרק מספר קטן של מיני מיקרואורגניזמים (אם כי נפוצים על פני כדור הארץ) יכולים לקשור חנקן מולקולרי: חיידקים אזוטובקטרו קלוסטרידיום, חיידקי גושים של צמחי קטניות Rhizobium, ציאנובקטריה אנאבאנה, נוסטוקואחרים.עכשיו ידוע שלאורגניזמים רבים אחרים במים ובאדמה יש יכולת זו, למשל, אקטינומיציטים בפקעות של אלמון ועצים אחרים (160 מינים בסך הכל). כולם הופכים חנקן מולקולרי לתרכובות אמוניום (NH4+). תהליך זה דורש כמות משמעותית של אנרגיה (כדי לקבע 1 גרם של חנקן אטמוספרי, חיידקים בגושים של קטניות מוציאים כ-167.5 קילו-ג'יי, כלומר, הם מחמצנים כ-10 גרם גלוקוז). לפיכך ניכרת התועלת ההדדית של סימביוזה של צמחים וחיידקים מקבעי חנקן - הראשונים מספקים לאחרונים "מקום מגורים" ומספקים את "הדלק" המתקבל כתוצאה מהפוטוסינתזה - גלוקוז, השניים מספקים את החנקן הכרחי לצמחים בצורה שהם מטמיעים.

חנקן הנכלל ברקמות של צמחים ובעלי חיים, לאחר מותם, עובר אמוניפיקציה (פירוק תרכובות מורכבות המכילות חנקן עם שחרור יוני אמוניה ואמוניום) ודניטריפיקציה, כלומר שחרור חנקן אטומי, כמו גם תחמוצות שלו. . תהליכים אלו נובעים לחלוטין מפעילותם של מיקרואורגניזמים בתנאים אירוביים ואנאירוביים.

בהיעדר פעילות אנושית, תהליכי קיבוע החנקן והניטריפיקציה מאוזנים כמעט לחלוטין על ידי תגובות הפוכות של דניטריפיקציה. חלק מהחנקן נכנס לאטמוספירה מהמעטפת בהתפרצויות געשיות, חלק מקובע היטב בקרקעות ומינרלים חרסית, בנוסף, חנקן זולג כל הזמן מ שכבות עליונותהאטמוספירה לתוך החלל הבין-פלנטרי.

תפקיד ביולוגי

חנקן הוא יסוד הכרחי לקיומם של בעלי חיים וצמחים, הוא חלק מחלבונים (16-18% במשקל), חומצות אמינו, חומצות גרעין, נוקלאופרוטאין, כלורופיל, המוגלובין ועוד. בתאים חיים מספר אטומי החנקן הוא כ-2%, לפי חלק מסה - כ-2.5% (מקום רביעי אחרי מימן, פחמן וחמצן). בהקשר זה, כמות משמעותית של חנקן קשור נמצא באורגניזמים חיים, "חומר אורגני מת" וחומר מפוזר של הימים והאוקיינוסים. כמות זו מוערכת בכ-1.9 × 1011 טון כתוצאה מתהליכי ריקבון ופירוק של חומרים אורגניים המכילים חנקן, בכפוף לגורמים חיוביים סביבה, משקעים טבעיים של מינרלים המכילים חנקן יכולים להיווצר, למשל, "סלפטר צ'יליאני" (חנקתי נתרן עם זיהומים של תרכובות אחרות), מלח נורווגי, הודי.

שְׁכִיחוּת

מחוץ לכדור הארץ, חנקן נמצא בערפיליות גז, באטמוספירה הסולארית, באורנוס, בנפטון, בחלל הבין-כוכבי וכו'. חנקן הוא היסוד הרביעי בשכיחותו מערכת השמש(אחרי מימן, הליום וחמצן).

חנקן, בצורה של מולקולות N2 דו-אטומיות, הוא רובאטמוספירה, שבה התוכן שלה הוא 75.6% (במסה) או 78.084% (בנפח), כלומר כ-3.87 × 1015 טון.

תכולת החנקן בקרום כדור הארץ, על פי מחברים שונים, היא (0.7-1.5) × 1015 טון (יתר על כן, בחומוס - כ-6 × 1010 טון), ובמעטפת כדור הארץ - 1.3 × 1016 טון. יחס זה מרמז על מסה שהמקור העיקרי לחנקן הוא חלק עליוןמעטפת, משם היא נכנסת לקונכיות אחרות של כדור הארץ עם התפרצויות געשיות.

מסת החנקן המומס בהידרוספירה, בהתחשב בכך שתהליכי המסת החנקן האטמוספרי במים ושחרורו לאטמוספירה בו-זמנית, היא כ-2 × 1013 טון, בנוסף, כ-7 × 1011 טון חנקן כלולים במים. הידרוספירה בצורה של תרכובות.

טוקסיקולוגיה של חנקן ותרכובותיו

כשלעצמו, חנקן אטמוספרי אינרטי מספיק כדי להשפיע ישירות על גוף האדם ועל היונקים. עם זאת, ב לחץ דם גבוהזה גורם להרדמה, שיכרון או חנק (עם חוסר חמצן); עם ירידה מהירה בלחץ, חנקן גורם למחלת דקומפרסיה.

תרכובות חנקן רבות הן פעילות מאוד ולעתים קרובות רעילות.

יישום חנקן

חנקן נוזלי בעל רתיחה נמוכה בכוס מתכת.

חנקן נוזלי משמש כחומר קירור ולקריותרפיה.

יישומים תעשייתייםחנקן גזי נובע מתכונותיו האדישות. חנקן גזי הוא חסין אש ופיצוץ, מונע חמצון, ריקבון. בתעשייה הפטרוכימית משתמשים בחנקן לטיהור מכלים וצינורות, בדיקת פעולת צינורות בלחץ והגברת ייצור משקעים. בכרייה, ניתן להשתמש בחנקן ליצירת סביבה חסינת פיצוץ במכרות, כדי לפרוץ שכבות סלע

בייצור אלקטרוניקה, חנקן משמש לטיהור אזורים שבהם חמצן מחמצן אינו יכול להיות נוכח. אם, בתהליך המבוצע באופן מסורתי באמצעות אוויר, חמצון או ריקבון הוא גורמים שליליים- חנקן יכול להחליף בהצלחה אוויר.

תחום יישום חשוב של חנקן הוא השימוש בו לסינתזה נוספת של מגוון רחב של תרכובות המכילות חנקן, כגון אמוניה, דשני חנקן, חומרי נפץ, צבעים וכו'. כמויות גדולות של חנקן משמשות לייצור קולה ("מרווה קולה יבשה") ") במהלך פריקת קולה מסוללות של תנורי קוק, וכן ל"סחיטת" דלק ברקטות ממיכלים למשאבות או מנועים.

בתעשיית המזון, חנקן רשום כ תוסף מזון E941, כמדיום גז לאריזה ואחסון, נעשה שימוש בקירור ובחנקן נוזלי בעת ביקבוק שמנים ומשקאות לא מוגזים ליצירת לחץ יתר ואווירה אינרטית במיכלים רכים.

ליטר חנקן נוזלי, מתאדה ומתחמם עד 20 מעלות צלזיוס, יוצר כ-700 ליטר גז. מסיבה זו, חנקן נוזלי מאוחסן ב-Dewars או מכלי לחץ קריוגניים מיוחדים מבודדים מסוג ואקום. העיקרון של כיבוי שריפות בחנקן נוזלי מבוסס על אותה עובדה. מתאדה, חנקן מחליף את החמצן הדרוש לבעירה, והאש נפסקת. מכיוון שחנקן, בניגוד למים, קצף או אבקה, פשוט מתאדה ונעלם, כיבוי אש בחנקן הוא מנגנון הכיבוי היעיל ביותר מבחינת שימור חפצי ערך.

חנקן הוא יסוד בתת-הקבוצה העיקרית של הקבוצה החמישית של התקופה השנייה של המערכת המחזורית של יסודות כימיים, עם מספר אטומי 7. זה מסומן על ידי הסמל N (lat. Nitrogenium). החומר הפשוט חנקן (מספר CAS: 7727-37-9) הוא גז דו-אטומי חסר צבע, חסר טעם וריח שהוא אינרטי למדי בתנאים רגילים (נוסחה N 2), שממנו מורכבת שלושה רבעים מאטמוספירת כדור הארץ.

היסטוריית גילוי

בשנת 1772, הנרי קוונדיש ערך את הניסוי הבא: הוא העביר שוב ושוב אוויר על פחם חם, ואז עיבד אותו עם אלקלי, וכתוצאה מכך שאריות שקוונדיש כינה אוויר חונק (או מפיטי). מנקודת המבט של הכימיה המודרנית, ברור שבתגובה עם פחם חם, חמצן האוויר נקשר לפחמן דו חמצני, אשר נספג לאחר מכן על ידי האלקלי. שאר הגז היה בעיקר חנקן. לפיכך, קוונדיש בודד חנקן, אך לא הצליח להבין שמדובר בחומר פשוט חדש (יסוד כימי). באותה שנה דיווח קוונדיש על החוויה לג'וזף פריסטלי.
פריסטלי ערך באותה תקופה סדרה של ניסויים שבהם גם קשר את חמצן האוויר והסיר את הפחמן הדו-חמצני שנוצר, כלומר קיבל גם חנקן, אולם בהיותו תומך בתיאוריית הפלוגיסטון הרווחת באותה תקופה, הוא לחלוטין פירש לא נכון את התוצאות שהתקבלו (לדעתו, התהליך היה הפוך - לא הוסר חמצן מתערובת הגז, אלא להיפך, כתוצאה מהירי האוויר היה רווי בפלוגיסטון; הוא קרא לאוויר הנותר (חנקן) ) רווי בפלוגיסטון, כלומר, פלוגיסטית). ברור שפריסטלי, למרות שהצליח לבודד חנקן, לא הצליח להבין את מהות תגליתו, ולכן אינו נחשב למגלה החנקן.
במקביל, ניסויים דומים עם אותה תוצאה בוצעו על ידי קארל שילה.
בשנת 1772, חנקן (תחת השם "אוויר מקולקל") כחומר פשוט תואר על ידי דניאל רתרפורד, הוא פרסם את עבודת המאסטר שלו, שם הצביע על התכונות העיקריות של חנקן (אינו מגיב עם אלקליות, אינו תומך בעירה, לא מתאים לנשימה). זה דניאל רתרפורד שנחשב למגלה החנקן. עם זאת, רתרפורד היה גם תומך בתיאוריית הפלוגיסטון, ולכן הוא גם לא הצליח להבין מה הוא הבחין. לפיכך, אי אפשר לזהות בבירור את מגלה החנקן.
מאוחר יותר, חנקן נחקר על ידי הנרי קוונדיש (עובדה מעניינת היא שהוא הצליח לקשור חנקן עם חמצן באמצעות פריקות זרם חשמלי, ולאחר ספיגת תחמוצות חנקן בשאריות, הוא קיבל כמות קטנה של גז, אינרטי לחלוטין, אם כי, כמו ב במקרה של חנקן, לא הצלחתי להבין שבידדתי יסוד כימי חדש - הגז האינרטי ארגון).

מקור השם

חנקן (מיוונית אחרת ἄζωτος - חסר חיים, lat. nitrogenium), במקום השמות הקודמים ("פלוגיסטי", "מפיטי" ו"אוויר "מקולקל") הוצע ב-1787 על ידי אנטואן לבואזיה, שבאותה תקופה היה חלק מקבוצה מדענים צרפתים אחרים פיתחו את עקרונות המינוח הכימי. כפי שהוצג לעיל, באותה תקופה כבר היה ידוע שחנקן אינו תומך בעירה או נשימה. נכס זה נחשב החשוב ביותר. למרות שמאוחר יותר התברר שחנקן, להיפך, חיוני לכל היצורים החיים, השם נשמר בצרפתית וברוסית.
יש גרסה אחרת. המילה "חנקן" לא נטבעה על ידי לבואזיה או עמיתיו בוועדת המינוח; זה כבר נכנס לספרות האלכימית ימי הביניים המוקדמיםושימש לציון "החומר העיקרי של המתכות", שנחשב ל"אלפא ואומגה" של כל הדברים. ביטוי זה שאול מאפוקליפסה: "אני אלפא ואומגה, ההתחלה והסוף" (התלונות א':8-10). המילה מורכבת מהאותיות הראשוניות והאחרונות של האלפבית שלוש שפות- לטינית, יוונית ועברית, - נחשבים "קדושים", מכיוון שלפי הבשורות, הכתובת על הצלב בצליבתו של ישו נעשתה בשפות אלו (א, אלפא, אלף וזט, אומגה, טאב - AAAZOTH). המהדרים של המינוח הכימי החדש היו מודעים היטב לקיומה של מילה זו; היוזם של יצירתו Guiton de Morvo ציין ב"אנציקלופדיה מתודולוגית" שלו (1786) את המשמעות האלכימית של המונח.
אולי המילה "חנקן" באה מאחת משתי מילים בערבית - או מהמילה "אז-זאת" ("מהות" או "מציאות פנימית"), או מהמילה "זיבאק" ("כספית").
בלטינית, חנקן נקרא "ניטרוגניום", כלומר "מליד סלפטר"; כותרת באנגליתנגזר מלטינית. IN גֶרמָנִיָתנעשה שימוש בשם Stickstoff, שפירושו "חומר חונק".

קַבָּלָה

במעבדות ניתן להשיג אותו על ידי תגובת הפירוק של אמוניום ניטריט:
NH 4 NO 2 → N2 + 2H 2 O

התגובה היא אקסותרמית, משחררת 80 קק"ל (335 קילו ג'יי), ולכן נדרש קירור של הכלי במהלך שלו (אם כי נדרש אמוניום ניטריט כדי להתחיל את התגובה).
בפועל, תגובה זו מתבצעת על ידי הוספת תמיסה רוויה של נתרן ניטריט לטיפה לתמיסה רוויה מחוממת של אמוניום גופרתי, בעוד האמוניום ניטריט הנוצר כתוצאה מתגובת החליפין מתפרק באופן מיידי.
הגז המשתחרר במקרה זה מזוהם באמוניה, תחמוצת חנקן (I) וחמצן, מהם הוא מטוהר על ידי מעבר רצוף דרך תמיסות של חומצה גופרתית, ברזל (II) גופרתית ומעל נחושת חמה. לאחר מכן מייבשים את החנקן.
שיטת מעבדה נוספת להשגת חנקן היא בחימום תערובת של אשלגן דיכרומט ואמוניום גופרתי (ביחס של 2:1 במשקל). התגובה הולכת לפי המשוואות:
K 2 Cr 2 O 7 + (NH 4) 2 SO 4 \u003d (NH 4) 2 Cr 2 O 4 + K 2 SO 4 (NH 4) 2 Cr 2 O 7 → (t) Cr 2 O 3 + N 2 + 4H2O

ניתן להשיג את החנקן הטהור ביותר על ידי פירוק של אזידי מתכת:
2NaN 3 →(t) 2Na + 3N 2

מה שנקרא "אוויר", או חנקן "אטמוספרי", כלומר תערובת של חנקן עם גזים אצילים, מתקבל על ידי תגובת אוויר עם קולה חם:
O 2 + 4N 2 + 2C → 2CO + 4N 2

במקרה זה, מה שנקרא "גנרטור", או "אוויר", מתקבל גז - חומרי גלם לסינתזה כימית ודלק. במידת הצורך ניתן להפריד ממנו חנקן על ידי ספיגת פחמן חד חמצני.
חנקן מולקולרי מיוצר באופן תעשייתי על ידי זיקוק חלקי של אוויר נוזלי. ניתן להשתמש בשיטה זו גם להשגת "חנקן אטמוספרי". גם מפעלי חנקן ותחנות המשתמשות בשיטת הספיחה והפרדת גזי הממברנה נמצאים בשימוש נרחב.
אחד מ שיטות מעבדה- העברת אמוניה על תחמוצת נחושת (II) בטמפרטורה של ~700 מעלות צלזיוס:
2NH 3 + 3CuO → N 2 + 3H 2 O + 3Cu

אמוניה נלקחת מהתמיסה הרוויה שלה על ידי חימום. כמות CuO גדולה פי 2 מזו המחושבת. מיד לפני השימוש, חנקן מטוהר מזיהומי חמצן ואמוניה על ידי מעבר על נחושת והתחמוצת שלה (II) (גם 700 מעלות צלזיוס), ולאחר מכן מיובש עם חומצה גופרתית מרוכזת ואלקלי יבש. התהליך איטי למדי, אבל שווה את זה: הגז טהור מאוד.

תכונות גשמיות

בתנאים רגילים, חנקן הוא גז חסר צבע, חסר ריח, מסיס מעט במים (2.3 מ"ל/100 גרם ב-0 מעלות צלזיוס, 0.8 מ"ל/100 גרם ב-80 מעלות צלזיוס), צפיפות 1.2506 ק"ג/מ"ר (בבאר).
IN מצב נוזלי(נקודת רתיחה -195.8 מעלות צלזיוס) - חסר צבע, נייד, כמו מים, נוזל. הצפיפות של חנקן נוזלי היא 808 ק"ג/מ"ר. במגע עם אוויר, הוא סופג ממנו חמצן.
ב-209.86 מעלות צלזיוס, חנקן מתמצק כגוש דמוי שלג או גבישים גדולים לבנים כשלג. במגע עם אוויר הוא סופג ממנו חמצן, תוך כדי התכה ויוצר תמיסה של חמצן בחנקן.

נכסים אלמנטים V-Aתת קבוצות

1. מבנה אטומים של יסודות כימיים

נוכחותם של שלושה אלקטרונים בלתי מזווגים ברמת האנרגיה החיצונית מסבירה את העובדה שבמצב הרגיל, הלא נרגש, הערכיות של היסודות של תת-קבוצת החנקן היא שלושה.

לאטומים של היסודות של תת-קבוצת החנקן (פרט לחנקן - רמת החנקן החיצונית מורכבת משתי תת-רמות בלבד - 2s ו-2p) יש תאים פנויים של תת-ה-d ברמות האנרגיה החיצוניות, כך שהם יכולים לאדות אלקטרון אחד מ. את s-sublevel ולהעביר אותו ל-d-sublevel. לפיכך, הערכיות של זרחן, ארסן, אנטימון וביסמוט היא 5.

יסודות מקבוצת החנקן יוצרים תרכובות בהרכב RH 3 עם מימן, ותחמוצות בצורה R 2 O 3 ו- R 2 O 5 עם חמצן. תחמוצות תואמות לחומצות HRO 2 ו- HRO 3 (וחומצות אורתו H 3 PO 4, למעט חנקן).

מצב החמצון הגבוה ביותר של יסודות אלה הוא +5, והנמוך ביותר -3.

מכיוון שמטען גרעין האטומים עולה, מספר האלקטרונים ברמה החיצונית קבוע, מספר רמות האנרגיה באטומים עולה ורדיוס האטום עולה מחנקן לביסמוט, משיכת אלקטרונים שליליים לגרעין החיובי. נחלשת והיכולת לתרום אלקטרונים עולה, ולכן, בתת-קבוצת החנקן עם ככל שהמספר האטומי עולה, התכונות הלא מתכתיות יורדות, בעוד שהתכונות המתכתיות עולות.

חנקן הוא לא מתכת, ביסמוט הוא מתכת. מחנקן לביסמוט, חוזקן של תרכובות RH 3 פוחת, בעוד החוזק של תרכובות חמצן עולה.

החשובים ביותר מבין האלמנטים של תת-קבוצת החנקן הם חנקן וזרחן .

חנקן, פיזי ו תכונות כימיות, קבלה והגשת בקשה

1. חנקן הוא יסוד כימי

N +7) 2) 5

1 s 2 2 s 2 2 p 3 שכבה חיצונית לא גמורה,ע -אלמנט, לא מתכת

Ar(N)=14

2. מצבי חמצון אפשריים

בשל נוכחותם של שלושה אלקטרונים לא מזווגים, חנקן פעיל מאוד, הוא נמצא רק בצורה של תרכובות. חנקן מראה מצבי חמצון בתרכובות מ-"-3" עד "+5"

3. חנקן - חומר פשוט, מבנה מולקולרי, תכונות פיזיקליות

חנקן (מיוונית ἀ ζωτος - חסר חיים, lat. חנקן), במקום השמות הקודמים ("פלוגיסטים", "מפיטי" ו"אוויר "מקולקל") שהוצעו ב 1787 אנטואן לבואזיה . כפי שהוצג לעיל, באותה תקופה כבר היה ידוע שחנקן אינו תומך בעירה או נשימה. נכס זה נחשב החשוב ביותר. למרות שמאוחר יותר התברר שחנקן, להיפך, חיוני לכל היצורים החיים, השם נשמר בצרפתית וברוסית.

N 2 - קשר קוולנטי לא קוטבי, משולש (σ, 2π), סריג גביש מולקולרי

סיכום:

1. תגובתיות נמוכה בטמפרטורה רגילה

2. גז, חסר צבע, חסר ריח, קל יותר מאוויר

אדון ( ב אוויר)/ אדון ( נ 2 ) = 29/28

4. תכונות כימיות של חנקן

5. קבלה:

בתעשייה חנקן מתקבל מהאוויר. לשם כך, האוויר מקורר תחילה, נוזלי, אוויר נוזלי נתון לזיקוק (זיקוק). נקודת הרתיחה של חנקן נמוכה במקצת (-195.8 מעלות צלזיוס) מהרכיב האחר של האוויר, חמצן (-182.9 מעלות צלזיוס), כך שכאשר אוויר נוזלי מחומם בזהירות, חנקן מתנדף ראשון. חנקן גזי מסופק לצרכנים בצורה דחוסה (150 atm. או 15 MPa) בגלילים שחורים עם כיתוב צהוב "חנקן". אחסן חנקן נוזלי בצלוחיות Dewar.

במעבדהחנקן טהור ("כימי") מתקבל על ידי הוספת תמיסה רוויה של אמוניום כלוריד NH 4 Cl לנתרן ניטריט מוצק NaNO 2 בחימום:

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

אתה יכול גם לחמם אמוניום ניטריט מוצק:

NH 4 NO 2 \u003d N 2 + 2H 2 O. ניסיון

6. יישום:

בתעשייה, גז חנקן משמש בעיקר לייצור אמוניה. כגז אינרטי מבחינה כימית, החנקן משמש לספק סביבה אינרטית בתהליכים כימיים ומתכות שונים, בעת שאיבת נוזלים דליקים. חנקן נוזלי נמצא בשימוש נרחב כחומר קירור, הוא משמש ברפואה, במיוחד בקוסמטיקה. דשנים מינרליים חנקן ממלאים תפקיד חשוב בשמירה על פוריות הקרקע.

7. תפקיד ביולוגי

חנקן הוא יסוד הכרחי לקיומם של בעלי חיים וצמחים, הוא חלק ממנוחלבונים (16-18% במשקל), חומצות אמינו, חומצות גרעין, נוקלאופרוטאין,כלורופיל, המוגלובין ואחרים בהרכב התאים החיים, לפי מספר אטומי החנקן, כ-2%, לפי שבר מסה - כ-2.5% (מקום רביעי אחרי מימן, פחמן וחמצן). בהקשר זה, כמות משמעותית של חנקן קשור נמצא באורגניזמים חיים, "חומר אורגני מת" וחומר מפוזר של הימים והאוקיינוסים. כמות זו נאמדת בכ-1.9 10 11 טון. כתוצאה מתהליכי ריקבון ופירוק של חומר אורגני המכיל חנקן, בכפוף לגורמים סביבתיים נוחים, יכולים להיווצר מרבצים טבעיים של מינרלים המכילים חנקן, למשל, "צ'ילה saltpeterN 2 → Li 3 N → NH 3

מס' 2. הרכיבו את משוואות התגובה לאינטראקציה של חנקן עם חמצן, מגנזיום ומימן. עבור כל תגובה, ערכו איזון אלקטרוני, ציינו את חומר החמצון והחומר המצמצם.

מספר 3. גליל אחד מכיל גז חנקן, אחר מכיל חמצן, והשלישי מכיל פחמן דו חמצני. כיצד להבחין בין גזים אלו?

מס' 4. חלק מהגזים הדליקים מכילים חנקן חופשי כטומאה. האם תחמוצת חנקן (II) יכולה להיווצר במהלך בעירה של גזים כאלה בתנורי גז רגילים? למה?

חַנקָן- אלמנט מהתקופה השנייה של קבוצת V A של המערכת המחזורית, מספר סידורי 7. הנוסחה האלקטרונית של האטום היא [ 2 He] 2s 2 2p 3, מצבי החמצון האופייניים הם 0, -3, +3 ו-+5, לעתים רחוקות יותר +2 ו-+4 וכו'. המצב של N v הוא נחשב ליציב יחסית.

סולם מצב חמצון חנקן:
+5 - N 2 O 5, NO 3, NaNO 3, AgNO 3

3 - N 2 O 3, NO 2, HNO 2, NaNO 2, NF 3

3 - NH 3, NH 4, NH 3 * H 2 O, NH 2 Cl, Li 3 N, Cl 3 N.

לחנקן יש אלקטרושליליות גבוהה (3.07), השלישית אחרי F ו-O. הוא מפגין תכונות אופייניות לא מתכתיות (חומצות), תוך יצירת חומצות, מלחים ותרכובות בינאריות שונות המכילות חמצן, וכן את קטיון האמוניום NH 4 והן שלו. מלחים.

בטבע - השבע עשרהלפי יסוד שפע כימי (תשיעי מבין לא-מתכות). חִיוּנִי אלמנט חשובעבור כל האורגניזמים.

נ 2

חומר פשוט. הוא מורכב ממולקולות לא קוטביות עם קשר N≡N ˚σππ יציב מאוד, מה שמסביר את האינרטיות הכימית של היסוד בתנאים רגילים.

גז חסר צבע, חסר טעם, חסר ריח, שמתעבה לנוזל חסר צבע (בניגוד ל-O2).

בית רְכִיבאוויר 78.09% בנפח, 75.52 במסה. חנקן רותח מהאוויר הנוזלי לפני החמצן. מסיס מעט במים (15.4 מ"ל / 1 ליטר H 2 O ב-20 ˚C), מסיסותו של חנקן קטנה מזו של חמצן.

בטמפרטורת החדר, N 2 מגיב עם פלואור, ובמידה קטנה מאוד, עם חמצן:

N 2 + 3F 2 \u003d 2NF 3, N 2 + O 2 ↔ 2NO

התגובה ההפיכה של קבלת אמוניה מתרחשת בטמפרטורה של 200˚C, בלחץ של עד 350 אטמוספירה, ותמיד בנוכחות זרז (Fe, F 2 O 3, FeO, במעבדה ב- Pt)

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 kJ

בהתאם לעקרון Le Chatelier, עלייה בתפוקת האמוניה צריכה להתרחש עם עלייה בלחץ וירידה בטמפרטורה. עם זאת, קצב התגובה ב טמפרטורות נמוכותהוא קטן מאוד, ולכן התהליך מתבצע ב-450-500 מעלות צלזיוס, ומגיע לתפוקה של 15% של אמוניה. N 2 ו- H 2 שאינם מגיבים חוזרים לכור ובכך מגדילים את היקף התגובה.

חנקן פסיבי מבחינה כימית לגבי חומצות ואלקליות, אינו תומך בעירה.

קַבָּלָה V תַעֲשִׂיָה- זיקוק חלקי של אוויר נוזלי או הסרה כימית של חמצן מהאוויר, למשל, על ידי התגובה 2C (קוק) + O 2 \u003d 2CO כאשר מחומם. במקרים אלו מתקבל חנקן המכיל גם זיהומים של גזים אצילים (בעיקר ארגון).

במעבדה ניתן להשיג כמויות קטנות של חנקן טהור מבחינה כימית על ידי תגובת מיתוג בחימום מתון:

N -3 H 4 N 3 O 2 (T) \u003d N 2 0 + 2H 2 O (60-70)

NH 4 Cl(p) + KNO 2 (p) = N 2 0 + KCl + 2H 2 O (100˚C)

הוא משמש לסינתזה של אמוניה. חומצה חנקתית ומוצרים אחרים המכילים חנקן כמדיום אינרטי לתהליכים כימיים ומטלורגיים ואחסון של חומרים דליקים.

NH 3

תרכובת בינארית, מצב חמצון חנקן הוא - 3. גז חסר צבע בעל ריח אופייני חד. למולקולה יש מבנה של טטרהדרון לא שלם [: N(H) 3 ] (הכלאה sp 3). נוכחות חנקן במולקולת NH 3 של זוג אלקטרונים תורם במסלול ההיברידית sp 3 גורמת לתגובת הוספה אופיינית של קטיון מימן, עם היווצרות קטיון אַמוֹנִיוּם NH4. הוא מתנזל בלחץ חיובי בטמפרטורת החדר. במצב נוזלי, הוא קשור בקשרי מימן. לא יציב תרמית. בואו נתמוסס היטב במים (יותר מ-700 ליטר/1 ליטר H 2 O ב-20˚C); הפרופורציה בתמיסה הרוויה היא 34% במשקל ו-99% בנפח, pH=11.8.

מאוד תגובתי, נוטה לתגובות הוספה. שורף בחמצן, מגיב עם חומצות. מציג תכונות מפחיתות (עקב N -3) ומחמצנות (עקב H+1). הוא מיובש רק עם תחמוצת סידן.

תגובות איכותיות – היווצרות "עשן" לבן במגע עם HCl גזי, השחרה של פיסת נייר הרטובה בתמיסה של Hg 2 (NO3) 2.

מוצר ביניים בסינתזה של מלחי HNO 3 ואמוניום. הוא משמש בייצור סודה, דשני חנקן, צבעים, חומרי נפץ; אמוניה נוזלית היא חומר קירור. רעיל.
משוואות התגובות החשובות ביותר:

2NH 3 (g) ↔ N 2 + 3H 2
NH 3 (g) + H 2 O ↔ NH 3 * H 2 O (p) ↔ NH 4 + + OH -
NH 3 (g) + HCl (g) ↔ NH 4 Cl (g) "עשן" לבן
4NH 3 + 3O 2 (אוויר) = 2N 2 + 6 H 2 O (בעירה)
4NH 3 + 5O 2 = 4NO+ 6 H 2 O (800˚C, cat. Pt/Rh)
2 NH 3 + 3CuO = 3Cu + N 2 + 3 H 2 O (500˚C)
2 NH 3 + 3Mg \u003d Mg 3 N 2 +3 H 2 (600 ˚C)
NH 3 (g) + CO 2 (g) + H 2 O \u003d NH 4 HCO 3 (טמפרטורת החדר, לחץ)
קַבָּלָה. IN מעבדות- עקירה של אמוניה ממלחי אמוניום בחימום בסיד סודה: Ca (OH) 2 + 2NH 4 Cl \u003d CaCl 2 + 2H 2 O + NH 3
או הרתחת תמיסה מימית של אמוניה, ולאחר מכן ייבוש הגז.
בתעשייהאמוניה מתקבלת מחנקן עם מימן. מיוצר על ידי התעשייה או בצורה נוזלית או בצורה של תמיסה מימית מרוכזת תחת השם הטכני מי אמוניה.

הידרט אמוניהNH 3 * ח 2 O. חיבור בין מולקולרי. לבן, בסריג הגביש - מולקולות NH 3 ו- H 2 O הקשורות בקשר מימן חלש. נוכח ב תמיסה מימיתאמוניה, בסיס חלש (תוצרי דיסוציאציה - קטיון NH 4 ואניון OH). לקטיון האמוניום יש מבנה טטרהדרלי רגיל (הכלאה sp 3). לא יציב תרמית, מתפרק לחלוטין כאשר התמיסה מבושלת. מנוטרל על ידי חומצות חזקות. הוא מציג תכונות מפחיתות (עקב N -3) בתמיסה מרוכזת. הוא נכנס לתגובה של חילופי יונים והיווצרות מורכבות.

תגובה איכותית- היווצרות "עשן" לבן במגע עם HCl גזי. הוא משמש ליצירת סביבה מעט בסיסית בתמיסה, במהלך משקעים של הידרוקסידים אמפוטריים.
תמיסת אמוניה של 1 M מכילה בעיקר NH 3 *H 2 O הידרט ורק 0.4% יוני NH 4 OH (עקב פירוק הידרט); לפיכך, ה"אמוניום הידרוקסיד NH 4 OH" היוני כמעט אינו כלול בתמיסה, גם בהידרט המוצק אין תרכובת כזו.
משוואות התגובות החשובות ביותר:
NH 3 H 2 O (קונסולות) = NH 3 + H 2 O (רותח עם NaOH)
NH 3 H 2 O + HCl (בדל) = NH 4 Cl + H 2 O
3(NH 3 H 2 O) (ריכוז) + CrCl 3 = Cr(OH) 3 ↓ + 3 NH 4 Cl
8(NH 3 H 2 O) (ריכוז) + 3Br 2(p) = N 2 + 6 NH 4 Br + 8H 2 O (40-50˚C)
2(NH 3 H 2 O) (ריכוז) + 2KMnO 4 = N 2 + 2MnO 2 ↓ + 4H 2 O + 2KOH
4(NH 3 H 2 O) (ריכוז) + Ag 2 O = 2OH + 3H 2 O
4(NH 3 H 2 O) (ריכוז) + Cu(OH) 2 + (OH) 2 + 4H 2 O
6(NH 3 H 2 O) (ריכוז) + NiCl 2 = Cl 2 + 6H 2 O
תמיסת אמוניה מדוללת (3-10%) נקראת לעתים קרובות אַמוֹנִיָה(השם הומצא על ידי אלכימאים), ותמיסה מרוכזת (18.5 - 25%) היא תמיסת אמוניה (מיוצרת על ידי התעשייה).

תחמוצות חנקן

חנקן חד חמצנילא

תחמוצת שאינה יוצרת מלח. גז חסר צבע. הרדיקל מכיל קשר σπ קוולנטי (N꞊O), במצב מוצק הדימר N 2 O 2 co חיבור N-N. יציב תרמית במיוחד. רגיש לחמצן אטמוספרי (הופך לחום). מסיס מעט במים ואינו מגיב איתם. פסיבי מבחינה כימית ביחס לחומצות ואלקליות. כאשר הוא מחומם, הוא מגיב עם מתכות ולא מתכות. תערובת תגובתית מאוד של NO ו-NO 2 ("גזים חנקניים"). מוצר ביניים בסינתזה של חומצה חנקתית.
משוואות התגובות החשובות ביותר:
2NO + O 2 (לדוגמה) = 2NO 2 (20˚C)
2NO + C (גרפיט) ​​\u003d N 2 + CO 2 (400-500˚C)
10NO + 4P (אדום) = 5N 2 + 2P 2 O 5 (150-200˚C)
2NO + 4Cu \u003d N 2 + 2 Cu 2 O (500-600˚C)
תגובות לתערובות של NO ו-NO 2:
NO + NO 2 + H 2 O \u003d 2HNO 2 (p)
NO + NO 2 + 2KOH(razb.) \u003d 2KNO 2 + H 2 O
NO + NO 2 + Na 2 CO 3 \u003d 2Na 2 NO 2 + CO 2 (450-500˚C)
קַבָּלָה V תַעֲשִׂיָה: חמצון של אמוניה עם חמצן על זרז, ב מעבדות- אינטראקציה של חומצה חנקתית מדוללת עם חומרים מפחיתים:
8HNO 3 + 6Hg \u003d 3Hg 2 (NO 3) 2 + 2 לא+ 4 H 2 O
או הפחתה של חנקות:
2NaNO 2 + 2H 2 SO 4 + 2NaI \u003d 2 לא + I 2 ↓ + 2 H 2 O + 2Na 2 SO 4

חנקן דו חמצנילא 2

תחמוצת חומצה, מתאימה באופן מותנה לשתי חומצות - HNO 2 ו-HNO 3 (חומצה ל-N 4 לא קיימת). גז חום, מונומר NO 2 בטמפרטורת החדר, דימר חסר צבע נוזלי N 2 O 4 (דיאניטרוגן טטרוקסיד) בקור. מגיב לחלוטין עם מים, אלקליות. חומר חמצון חזק מאוד, מאכל למתכות. הוא משמש לסינתזה של חומצה חנקתית וחנקות מימיות, כמחמצן דלק רקטי, מנקה שמן מגופרית וזרז חמצון. תרכובות אורגניות. רעיל.
משוואת התגובות החשובות ביותר:
2NO 2 ↔ 2NO + O 2
4NO 2 (l) + H 2 O \u003d 2HNO 3 + N 2 O 3 (syn.) (בקור)
3 NO 2 + H 2 O \u003d 3HNO 3 + NO
2NO 2 + 2NaOH (בדל) \u003d NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O
4NO 2 + O 2 + 2 H 2 O \u003d 4 HNO 3
4NO 2 + O 2 + KOH \u003d KNO 3 + 2 H 2 O
2NO 2 + 7H 2 = 2NH 3 + 4 H 2 O (קט. Pt, Ni)
NO 2 + 2HI(p) = NO + I 2 ↓ + H 2 O
NO 2 + H 2 O + SO 2 = H 2 SO 4 + NO (50-60˚C)
NO 2 + K = KNO 2
6NO 2 + Bi(NO 3) 3 + 3NO (70-110˚C)
קַבָּלָה: V תעשייה -חמצון של NO עם חמצן אטמוספרי, ב מעבדות- אינטראקציה של חומצה חנקתית מרוכזת עם חומרים מפחיתים:
6HNO 3 (ריכוז, הרים) + S \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
5HNO 3 (קונ., הורט.) + P (אדום) \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
2HNO 3 (ריכוז, הרים) + SO 2 \u003d H 2 SO 4 + 2 NO 2

תחמוצת דיניטרוגןנ 2 O

גז חסר צבע עם ריח נעים ("גז צחוק"), N꞊N꞊О, מצב חמצון חנקן פורמלי +1, מסיס במים גרוע. תומך בעירה של גרפיט ומגנזיום:

2N 2 O + C = CO 2 + 2N 2 (450˚C)
N 2 O + Mg = N 2 + MgO (500˚C)
מתקבל על ידי פירוק תרמי של אמוניום חנקתי:
NH 4 NO 3 \u003d N 2 O + 2 H 2 O (195-245˚C)
משמש ברפואה כחומר הרדמה.

דיניטרוגן טריאוקסידנ 2 O 3

בטמפרטורות נמוכות, זהו נוזל כחול, ON꞊NO 2, מצב החמצון הפורמלי של חנקן הוא +3. ב-20 מעלות צלזיוס, הוא מתפרק ב-90% לתערובת של NO חסר צבע ו-NO 2 חום ("גזים חנקניים", עשן תעשייתי - "זנב שועל"). N 2 O 3 - תחמוצת חומצה, יוצרת HNO 2 עם מים בקור, מגיבה אחרת בחימום:
3N 2 O 3 + H 2 O \u003d 2HNO 3 + 4NO
עם אלקליות נותן מלחי HNO 2, למשל NaNO 2.
הושג על ידי האינטראקציה של NO עם O 2 (4NO + 3O 2 \u003d 2N 2 O 3) או עם NO 2 (NO 2 + NO \u003d N 2 O 3)
עם קירור חזק. "גזים חנקניים" ומסוכנים לסביבה, פועלים כזרזים להרס שכבת האוזון של האטמוספירה.

דיניטרוגן פנטוקסיד נ 2 O 5

חֲסַר צֶבַע, מוצק, O 2 N - O - NO 2, מצב החמצון של חנקן הוא +5. בטמפרטורת החדר, הוא מתפרק ל-NO 2 ו- O 2 תוך 10 שעות. מגיב עם מים ואלקליות כתחמוצת חומצית:
N 2 O 5 + H 2 O \u003d 2HNO 3
N 2 O 5 + 2NaOH \u003d 2NaNO 3 + H 2
מתקבל על ידי התייבשות של חומצה חנקתית מבעבעת:
2HNO 3 + P 2 O 5 \u003d N 2 O 5 + 2HPO 3
או חמצון של NO 2 עם אוזון ב-78 מעלות צלזיוס:
2NO 2 + O 3 \u003d N 2 O 5 + O 2

ניטריטים וחנקות

אשלגן ניטריטיודע 2 . לבן, היגרוסקופי. נמס ללא פירוק. יציב באוויר יבש. בואו נתמוסס היטב במים (יוצרים תמיסה חסרת צבע), הוא עובר הידרוליזה על אניון. חומר מחמצן ומפחית טיפוסי בסביבה חומצית, מגיב לאט מאוד בסביבה בסיסית. נכנס לתגובות חילופי יונים. תגובות איכותיותעל יון NO 2 - שינוי צבע התמיסה הסגולה של MnO 4 והופעת משקעים שחורים כאשר מוסיפים יוני I. הוא משמש בייצור צבעים, כמגיב אנליטי לחומצות אמינו ויודים, מרכיב בצילום ריאגנטים.
משוואת התגובות החשובות ביותר:
2KNO 2 (t) + 2HNO 3 (קונסול) \u003d NO 2 + NO + H 2 O + 2KNO 3
2KNO 2 (דיל.) + O 2 (לדוגמה) → 2KNO 3 (60-80 ˚C)
KNO 2 + H 2 O + Br 2 = KNO 3 + 2HBr
5NO 2 - + 6H + + 2MnO 4 - (סגול) \u003d 5NO 3 - + 2Mn 2+ (bts.) + 3H 2 O
3 NO 2 - + 8H + + CrO 7 2- \u003d 3NO 3 - + 2Cr 3+ + 4H 2 O
NO 2 - (רווי) + NH 4 + (רווי) \u003d N 2 + 2H 2 O
2NO 2 - + 4H + + 2I - (BC) = 2NO + I 2 (שחור) ↓ = 2H 2 O
NO 2 - (razb.) + Ag + \u003d AgNO 2 (צהוב בהיר) ↓
קַבָּלָה Vתַעֲשִׂיָה- התאוששות של אשלגן חנקתי בתהליכים:
KNO 3 + Pb = KNO 2+ PbO (350-400˚C)
KNO 3 (קונק.) + Pb (ספוג) + H 2 O = KNO 2+ Pb(OH) 2 ↓
3 KNO 3 + CaO + SO 2 \u003d 2 KNO 2+ CaSO 4 (300 ˚C)

ח itrat אֶשׁלָגָן KNO 3
שם טכני אֶשׁלָגָן,אוֹ הוֹדִימלח , מלפח.לבן, נמס ללא פירוק, מתפרק בחימום נוסף. עמיד באוויר. מסיס מאוד במים (גבוה אנדו-אפקט, = -36 קילו-ג'יי), אין הידרוליזה. חומר מחמצן חזק כשהוא מתמזג (עקב שחרור חמצן אטומי). בתמיסה, הוא מופחת רק על ידי מימן אטומי (במדיום חומצי ל-KNO 2, במדיום אלקליין ל-NH 3). משמש בייצור זכוכית כחומר משמר מוצרי מזון, מרכיב של תערובות פירוטכניות ודשנים מינרליים.

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2 (400-500 ˚C)

KNO 3 + 2H 0 (Zn, HCl מדולל) = KNO 2 + H 2 O

KNO 3 + 8H 0 (Al, קונצרן KOH) = NH 3 + 2H 2 O + KOH (80 ˚C)

KNO 3 + NH 4 Cl \u003d N 2 O + 2H 2 O + KCl (230-300 ˚C)

2 KNO 3 + 3C (גרפיט) ​​+ S = N 2 + 3CO 2 + K 2 S (בעירה)

KNO 3 + Pb = KNO 2 + PbO (350 - 400 ˚C)

KNO 3 + 2KOH + MnO 2 = K 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O (350 - 400 ˚C)

קַבָּלָה: בתעשייה
4KOH (אופקי) + 4NO 2 + O 2 = 4KNO 3 + 2H 2 O

ובמעבדה:
KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl ↓