Đơn chất nitrogen SVIP

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA NGUYÊN TỐ NITROGEN

Trong tự nhiên, nitrogen tồn tại ở dạng đơn chất (trong khí quyển) và dạng hợp chất (protein, nucleic acid, nitrate...).

- Nitrogen (N) nằm ở ô số 7 (Z = 7) trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và có độ âm điện là 3,04.

- Ở dạng đơn chất, nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích khí quyển.

- Nitrogen tồn tại chủ yếu dưới dạng ion (NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺) trong đất và nước.

- Nitrogen là nguyên tố quan trọng cấu tạo nên các phân tử sinh học như nucleic acid, protein,...

II. ĐƠN CHẤT NITROGEN

1. Đặc điểm liên kết

Phân tử nitrogen (N₂) tạo thành từ hai nguyên tử nitrogen liên kết với nhau bằng liên kết ba bền vững.

Công thức Lewis của phân tử nitrogen:

2. Tính chất cơ bản

- Ở điều kiện thường, nitrogen trơ hóa học.

- Ở nhiệt độ cao, nitrogen thể hiện cả tính oxi hóa lẫn khử.

a. Tính kém hoạt động hóa học (tính trơ) ở nhiệt độ thấp

Phân tử N₂ có liên kết ba bền vững (946 kJ/mol) nên rất khó bị phá vỡ. Vì vậy, ở điều kiện thường, nitrogen rất khó tham gia phản ứng hóa học.

b. Tính hoạt động hóa học ở nhiệt độ cao

- Ở nhiệt độ, áp suất cao và có xúc tác bột Fe, nitrogen phản ứng với hydrogen tạo thành ammonia.

\(N_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)\overset{t^{o},p,xt}{\rightleftharpoons}2NH_3\left(g\right)\) \(\Delta_{r}H^{o}=-91,8\) \(kJ\)

- Ở nhiệt độ trên 3000 ^oC, nitrogen phản ứng với oxygen tạo nitrogen monoxide với hiệu suất rất thấp.

\(N_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\overset{t^{o}}{\rightleftharpoons}2NO\left(g\right)\) \(\Delta_{r}H^{o}=182,6\) \(kJ\)

Trong mưa dông có sấm sét, N₂ phản ứng với O₂ tạo NO, ngay sau đó NO tiếp tục bị oxi hóa thành NO₂.

\(2NO\left(g\right)+O_2\left(g\right)\rarr2NO_2\left(g\right)\) \(\Delta_{r}H^{o}=-116,2\) \(kJ\)

Sau đó, NO₂ tiếp tục phản ứng với nước và oxygen trong không khí, tạo ra HNO₃.

\(4NO_2\left(g\right)+2H_2O\left(l\right)+O_2\rarr4HNO_3\left(aq\right)\)

Nitric acid sinh ra hòa tan trong nước mưa và cung cấp ion nitrate cho cây trồng phát triển.

3. Ứng dụng

- Nhờ tính trơ, nitrogen khí được dùng thay thế không khí để giảm cháy nổ và hạn chế oxi hóa.

- Nitrogen lỏng (hóa lỏng ở -196 ^oC) được dùng để làm lạnh nhanh và bảo quản thực phẩm.

- Trong sinh học và y học, nitrogen lỏng dùng để bảo quản mẫu vật trong bình chuyên dụng có cách nhiệt.

Cấu tạo của bình bảo quản mẫu vật bằng nitrogen lỏng