دانلود تحقیق نیتروژن

نیتروژن مولکول نیتروژن به صورت دو اتمی است.

هر اتم نیتروژن پنج الکترون ظرفیت دارد و برای رسیدن به آرایش الکترونی هشتایی، این اتمها با توجه به کوچک بودن نسبی شعاع کوالانسی خودبه اندازه کافی به یکدیگر نزدیک می‌شوند و با تشکیل یک پیوند سیگما و دو پیوند پی قوی که در واقع شامل اشتراک سه جفت الکترون بین این دو اتم است، مولکول را تشکیل می‌دهند.

انرژی تفکیک پیوند در مولکول نیتروژن است که تقریباً دو برابر انرژی پیوند دوگانه در مولکول اکسیژن است.

به علت قدرت زیاد پیوند سه‌گانه در مولکول ، مولکول نیتروژن واکنش‌پذیری خیلی کمی دارد، به طوری که لیتیم یکی از معدود عنصرهایی است که با مولکول نیتروژن در شرایط عادی واکنش می‌دهد.

ترکیبهای نیتروژن با عنصرهای جدول تناوبی، به استثنای عنصرهای گازهای نجیب شناخته شده‌اند، زیرا واکنش‌پذیری نیتروژن با افزایش دما به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد.

مثلاً در دمای زیاد، نیتروژن با هیدروژن واکنش می‌دهد و مولکول آمونیاک به وجود می‌آید و با اکسیژن نیز ترکیب می‌شود و نیتروژن اکسید می‌دهد.

تعدادی از کاتالیزگرها نیز می‌توانند بی‌اثری نیتروژن را در دمای کم از بین ببرند.

آمونیاک نیتروژن یکی از سازنده‌های اصلی پروتئینها، نوکلئیک اسیدها، ویتامینها و هورمونهاست و در تمام موجودات زنده وجود دارد.

جانوران نیتروژن مورد نیاز خود را از گیاهان یا جانوران دیگر تأمین می‌کنند.

گیاهان باید نیتروژن مورد نیاز خود را از خاک تأمین کنند یا آن را از نیتروژن جو جذب کنند.

جذب نیتروژن شامل فرایندی است که طی آن گیاهان را به می‌کاهند یا به عبارتی آن را «تثبیت» می‌کنند.

به طوری که تخمین زده شده است، سالیانه 200 میلیون تن از طریق تثبیت بیولوژیکی نیتروژن تولید می‌شود.

گیاهان به تنهایی نمی‌توانند را به کاهش دهند.

برخی باکتریها که در غده‌های ریشه بقولات (مانند نخود و لوبیا) و شبدر وجود دارند، به کمک آنزیم نیتروژناز، موجود در جو را در شرایط عادی به می‌کاهند.

در مقیاس صنعتی، آمونیاک توسط فرایند هابر تولید می‌شود.

در فرایند هابر، مخلوطی از و را در فشار 200 الی 300 اتمسفر و دمای 400 تا از روی ذرات بسیار ریز آهن به عنوان کاتالیزگر عبور می‌دهند.

مقدار زیادی از آمونیاک تولید شده به کودهای جامد مانند آمونیوم نیترات، آمونیوم فسفات، آمونیوم سولفات و اوره، ، تبدیل می‌شود.

مقداری از آن نیز به عنوان کود شیمیایی به طور مستقیم به خاک تزریق و توسط رطوبت خاک جذب می‌شود.

نیتریک اسید از سوختن آمونیاک در مجاورت کاتالیزگر پلاتین، نیتروژن اکسید بدست می‌آید نیتروژن اکسید (نیتریک اکسید) گازی بیرنگ است که به سرعت با مقدار اضافی اکسیژن واکنش داده، گاز خرمایی رنگ‌ نیتروژن دی‌اکسید را بوجود می‌آورد.

از حل کردن نیتروژن دی‌اکسید در آب، نیتریک اسید و نیتروژن اکسید حاصل می‌شود.

نیتروژن اکسید را مجدداً به چرخه واکنش باز می‌گردانند این روش تهیه نیتریک اسید به روش استوالد مشهور است.

در سال 1245، باروت توسط مخلوط کردن گوگرد، پتاسیم نیترات و گرد زغال ساخته شد و همین امر سبب شد تا نیتراتها به عنوان مواد منفجره مورد توجه قرار گیرند.

از واکنش آمونیاک با نیتریک اسید، آمونیوم نیترات بدست می‌آید که هم به عنوان کود شیمیایی و هم به عنوان ماده منفجره ارزان قیمت مصرف می‌شود.

واکنش انفجاری تجزیه آمونیوم نیترات به صورت زیر است نیتریک اسید یک اسید قوی و یک اکسیدکننده قوی است و بسیاری از فلزها را در خود حل می‌کند (و در این اسید حل نمی‌شوند).

محصولات واکنش به نوع فلز و غلظت اسید بستگی دارد.

مثلاً، در واکنش با مس داریم.

رقیق غلیظ مخلوط نیتریک اسید و هیدروکلریک اسید غلیظ به نسبت 1 به 3 که «تیزاب سلطانی» نامیده می‌شود، می‌تواند طلا و پلاتین را در خود حل کند.

مثلاً، هیدرازین هیدرازین،، مایعی بیرنگ و بوی آن شبیه به بوی آمونیاک است.

هیدرازین در دمای ذوب می‌شود و در دمای می‌جوشد که در مقایسه با دمای ذوب و جوش آمونیاک (به ترتیب، ) نشان می‌دهد که در هیدرازین به حالت جامد و مایع، تشکیل پیوند هیدروژنی گستردگی بیشتری دارد.

هیدرازین از واکنش آمونیاک و سدیم هیپوکلریت در مجاورت ژلاتین بدست می‌آید.

نقش ژلاتین احتمالاً برای حذف مقادیر جزئی یونهای فلزهای واسطه است که این یونهای فلزی می‌توانند کاتالیزگر تجزیه هیدرازین باشند.

هیدرازین در مجاورت اکسیژن می‌سوزد و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند.

کاربرد اصلی هیدرازین به عنوان سوخت موشک است.

هیدرازین در دماهای کم (حدود) منجمد می‌شود، پس در قسمتهای فوقانی جو به حالت جامد در می‌آید؛ از این رو، آن را با ، دی متیل‌هیدرازین،، مخلوط می‌کنند تا محلولی بدست آید که در دماهای کم به حالت مایع باقی بماند.

عددهای اکسایش نیتروژن نیتروژن در نیتریک اسید بیشترین عدد اکسایش ممکن (5+) و در آمونیاک کمترین عدد اکسایش (3-) را دارد.

همچنین، در ترکیبهایی از نیتروژن که در جدول (الف) داده شده است، عدد اکسایش نیتروژن بین این دو حد است.

اکسیدهای نیتروژن ساختار لوئیس هفت اکسید نیتروژن که عدد اکسایش نیتروژن در آنها از 1+ تا 5+ تغییر می‌کند، در شکل داده شده است.

چنانکه از مقادیر مثبت آنتالپی تشکیل برمی‌آید، این اکسیدها نسبت به عنصرهای سازنده خود ناپایدارترند (جدول ب).

دی نیتروژن اکسید،، که به عنوان نیتروکسید نیز شناخته شده است، از تجزیه حرارتی آمونیوم نیترات بدست می‌آید.

دی‌نیتروژن اکسید گازی غیرسمی و بیرنگ است و در جراحیهای کوتاه به عنوان داروی بیهوشی به کار می‌رود و معمولاً آن را به عنوان گاز خنده می‌شناسند.

نیتروکسید به طور کامل در کرم حل می‌شود و به همین دلیل به عنوان «پیشران» برای بیرون‌ راندن کرم از قوطیهای کرم به کار می‌رود.

اگرچه این اکسید نمی‌سوزد، اما برای احتراق مواد دیگر بهتر از هوا عمل می‌کند، زیرا با تجزیه شدن مخلوطی از به وجود می‌آید که یک سوم حجمی (33%) اکسیژن دارد و در مقایسه با هوای عادی که 21% حجمی اکسیژن دارد، از نظر تولید اکسیژن غنی‌تر است نیتروژن اکسید مولکول پایداری است که یک الکترون جفت نشده دارد.

در مقیاس آزمایشگاهی می‌توان آن را از واکنش زیر تهیه کرد.

وقتی یک نمونه گاز را سرد کنیم، یک جفت مولکول با هم به طور برگشت‌پذیر متحد می‌شوند و یک مولکول دیمر با فرمول تشکیل می‌شود که در آن تمام الکترونهای ظرفیت به صورت جفت هستند به سرعت با اکسیژن ترکیب می‌شود و گاز خرمایی رنگ‌ نیتروژن دی‌اکسید می‌دهد که قبلاً به آن اشاره شد.

را می‌توان در مقیاس آزمایشگاهی از حرارت دادن بعضی از نیتراتهای فلزی تهیه کرد نیتروژن دی‌اکسید نیز دارای یک الکترون جفت نشده است.

این مولکول بر اثر سرد کردن مولکول دیمر دی‌نیتروژن تتروکسید را می‌دهد که بیرنگ است مخلوطی از بر اثر سرد کردن با هم متحد شده، مایعی به رنگ آبی روشن می‌دهند که همان دی‌نیتروژن تری‌اکسید است چنانچه از نیتریک اسید غلیظ در دمای کم توسط آب بگیریم، دی‌نیتروژن پنتوکسید حاصل می‌شود.

جامد و بیرنگ است و در معرض نور یا دمای اتاق تجزیه می‌شود.

همان‌طور که انتظار می‌رود، از واکنش با آب محلول نیتریک اسید به وجود می‌آید.

جدول(الف): عددهای اکسایش متداول نیتروژنجدول(الف): عددهای اکسایش متداول نیتروژنجدول(الف): عددهای اکسایش متداول نیتروژنناممثالعدد اکسایشآمونیاک، یون آمونیومهیدرازینهیدروکسیل آمینهیدرآزوئیک اسیدنیتروژندی‌نیتروژن اکسیدنیتروژن اکسیدنیترو اسیدنیتروژن دی‌اکسیدنیتریک اسید جدول (ب) : آنتالپی تشکیل اکسیدهای نیتروژنجدول (ب) : آنتالپی تشکیل اکسیدهای نیتروژنترکیب62.590.2535.9850.299.1611.3