Đơn chất nitrogen SVIP

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

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

- Nitrogen là nguyên tố chiếm tỉ lệ lớn nhất trong khí quyển (78% thể tích).

- Trong tự nhiên, nitrogen tồn tại ở dạng hai đồng vị bền là ¹⁴N (99,63%) và ¹⁵N (0,37%).

- Trong vỏ Trái Đất, nitrogen tồn tại dưới dạng sodium nitrate (NaNO₃), còn gọi là diêm tiêu Chile.

- Nitrogen là nguyên tố quan trọng cấu tạo nên các phân tử sinh học như nucleic acid, protein,... Trong cơ thể người, nitrogen chiếm khoảng 3% khối lượng.

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Nitrogen là khí không màu, không mùi, khó hóa lỏng (-196 °C), tan rất ít trong nước và không duy trì sự cháy hay sự hô hấp.

Thí nghiệm chứng minh nitrogen không duy trì sự cháy:

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

- Ở điều kiện thường, nitrogen trơ hóa học.

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

- Phân tử nitrogen gồm hai nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị (E_b = 945 kJ/mol) không phân cực.

- Nguyên tử nitrogen có độ âm điện lớn (3,04).

Tác dụng với hydrogen

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

\(N_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)\overset{t^{o},p,xt}{\rightleftharpoons}2NH_3\left(g\right)\) \(\Delta_{r}H_{298}^{o}=-91,8\) \(kJ\)

Tác dụng với oxygen

Ở trên 3000 ^oC hoặc có tia lửa điện, nitrogen phản ứng với oxygen tạo NO với hiệu suất rất thấp.

\(N_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\overset{t^{o}}{\rightleftharpoons}2NO\left(g\right)\) \(\Delta_{r}H^{o}=180\) \(kJ\)

IV. QÚA TRÌNH TẠO VÀ CUNG CẤP NITRATE CHO ĐẤT TỪ NƯỚC MƯA

Các dạng nitrogen trong tự nhiên luôn được chuyển hóa qua lại theo một vòng tuần hoàn.

Chu trình nitrogen trong tự nhiên

Nitrogen được thực vật hấp thụ dưới dạng nitrate và ammonium để tổng hợp protein, sau đó chuyển qua động vật qua chuỗi thức ăn. Chất thải và xác động vật bị phân hủy thành các hợp chất chứa nitrogen, tiếp tục chuyển thành ammonia, nitrate hoặc giải phóng vào khí quyển. Ngoài ra, đốt cháy chất hữu cơ cũng tạo ra nitrogen tự do.

V. ỨNG DỤNG

Nitrogen dạng khí và lỏng được ứng dụng trong sản xuất và hoạt động nghiên cứu.

- Nitrogen được dùng để loại bỏ oxygen trong sản xuất rượu bia nhằm ngăn oxi hóa.

- Trong đóng gói thực phẩm, nitrogen làm phồng túi và bảo quản thực phẩm khỏi hư hỏng do tiếp xúc với không khí.

- Nitrogen được sử dụng trong bình chữa cháy để tạo môi trường trơ, hạn chế cháy nổ.

- Trong y tế, nitrogen lỏng dùng để bảo quản tế bào, mô sống và mẫu sinh học ở nhiệt độ thấp.

- Trong khai thác dầu khí, nitrogen được bơm vào giếng để tăng áp suất và đẩy dầu khí lên mặt đất.