入り口窒素 - 大きな医学百科事典。 窒素：特性、化学的性質、物理的性質、化合物、自然界の場所
窒素は水にわずかに溶ける気体で、色、匂い、味がありません。 窒素は、自由な形でさまざまな産業で使用できます。 窒素を使用する産業を詳しく見てみましょう。
冶金
- アニーリング中、粉末金属で焼結します。
- 中性硬化、硬はんだ付です。
- シアン化中 (鉄および非鉄金属を保護するために窒素が必要です)。
- 窒素も役割を果たします 重要な役割高炉内の装填装置、金属の火はく離用の機械の操作において。
- コークス製造現場。
化学、ガス、石油
- 坑井開発時には窒素ガスが使用されます。 井戸の水位を下げるために使用されます。 この方法は非常に有望であり、信頼性が高く、広範囲の圧力と流量にわたるプロセスの制御と調整が容易であるという特徴があります。 窒素ガスを使用すると空になるのが早くなります 深い井戸、井戸内の圧力が速く急激に、またはゆっくりと滑らかに減少します。 窒素は、液体の流れに必要な圧縮ガスの生成と補充を排出します。
- 窒素は、荷降ろしおよび積み込み作業中にさまざまなコンテナ内に不活性環境を作り出すために使用されます。 窒素は、消火時やパイプラインのテストおよびパージ時にも使用されます。
- 純粋な形の窒素は、アンモニアの合成、窒素系肥料の製造、随伴ガスの処理やメタン変換に使用されます。
- 窒素は、石油精製所での堆積物を減らし、高オクタン価成分を処理し、石油クラッカーの生産性を高めるために使用されます。
消防
- 窒素は不活性な性質を持っているため、酸素を置換して酸化反応を防ぐことができます。 実際、燃焼は、大気中の酸素と火花、電気アーク、または単なる燃焼源の存在による急速な酸化です。 化学反応大量の熱が発生します。 窒素を使用することで、この状況を回避できます。 環境中の窒素濃度が90％であれば火災は発生しません。
- 固定式窒素プラントと移動式窒素製造ステーションの両方が火災を効果的に防止できます。 彼らの助けがあれば、火災もうまく消火することができます。
薬
- 研究室での研究や病院の分析に。
鉱業
- 炭鉱では消火のために窒素も必要です。
医薬品
- 窒素は、さまざまな製品の容器から酸素を包装、輸送、置換するために使用されます。
食品業界
- 窒素は、食品（特に酸素によってすぐに酸化されるチーズや脂肪製品）の取り扱い、保管、包装に必要であり、これらの製品の風味を保つだけでなく、賞味期限を延ばすためにも必要です。
- 窒素と二酸化炭素の混合物は細菌の増殖を防ぎます。
- 窒素は不活性環境を作り出し、有害な昆虫から食品を守るのに役立ちます。
- 窒素は、ガス混合物を生成する希釈剤として機能します。
紙パルプ産業
- 窒素は、ワニスコーティングを重合させるために、紙、ボール紙、さらには一部の木材への陰極ビームプロセスで使用されます。 この方法により、光開始剤のコストを削減できるだけでなく、揮発性化合物の放出を削減し、処理の品質を向上させることができます。
窒素は気体、単純な化学物質、非金属、周期表の元素です。 ラテン語名ニトロゲニウムは「硝石を生み出す」と訳されます。
「窒素」という名前とその子音は、フランス、イタリア、ロシア、トルコ、一部の東スラブ諸国、および一部の国で使用されています。 旧ソ連。 メインバージョンによると、「窒素」という名前は、呼吸に適さないため、ギリシャ語のazoos（「生命のない」）に由来しています。
窒素は主に気体として存在し、空気中には約 78% (体積比) が含まれます。 チリ硝石 (硝酸ナトリウム) やインド硝石 (硝酸カリウム) など、それを含む鉱物の鉱床はほとんど枯渇しているため、工業規模では、試薬は化学合成によって大気中から直接抽出されます。
プロパティ
通常の状態では、N2 は無味、無色、無臭の気体です。 燃えず、耐火性、防爆性があり、水やアルコールに難溶性で、毒性もありません。 熱や電気を通しにくい。 -196 °C 以下の温度では、最初は液体になり、次に固体になります。 液体窒素は透明で動きやすい液体です。
窒素分子は非常に安定しているため、化学試薬は基本的に不活性で、通常の条件下ではリチウム、セシウム、遷移金属錯体とのみ反応します。 他の物質と反応するには、次のものが必要です。 特別な条件: 非常に高い温度と圧力、そして場合によっては触媒。 ハロゲン、硫黄、炭素、シリコン、リンとは反応しません。
この元素はすべての生き物の生命にとって非常に重要です。 タンパク質に不可欠な部分であり、 核酸、ヘモグロビン、クロロフィル、その他多くの生物学的に重要な化合物。 生きた細胞や生物の代謝に主要な役割を果たします。
窒素は 150 気圧で圧縮されたガスの形で生成され、大きく明確な文字が刻まれた黒いシリンダーで供給されます。 黄色。 液体試薬はデュワーフラスコ (二重壁の魔法瓶、内側に銀メッキが施され、壁の間は真空になっている) に保管されます。
窒素の危険性
通常の状態では、窒素は人体や動物に有害ではありませんが、 高血圧麻薬中毒を引き起こし、酸素が不足すると窒息を引き起こします。 非常に危険な減圧症は、窒素と、圧力の急激な低下時の人間の血液への窒素の影響に関連しています。
おそらく誰もが一度は映画やドラマで見たことがあると思いますが、 
液体窒素がどのように人を瞬時に凍らせたり、バーや金庫などの鍵を凍らせたりすると、それらはもろくなり、簡単に壊れてしまいます。 実際、液体窒素は熱容量が低いため、非常にゆっくりと凍結します。 そのため、人を冷凍して後で解凍することはできません。体全体と臓器を均一かつ同時に冷凍することは不可能です。
窒素は、それ自体と同じ周期表のサブグループに属する化学元素であるプニクトゲンに属します。 窒素に加えて、プニクトゲンには、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、および人工的に得られた白カビが含まれます。
液体窒素は、特に貴重品に関わる火災の消火に理想的な物質です。 窒素で消火した後は、水も泡も粉末も残らず、ガスが消えます。
応用
— 世界で生産される窒素の 4 分の 3 がアンモニアの生産に使用され、そこから硝酸が生産され、硝酸はさまざまな産業で広く使用されています。
- で 農業窒素化合物は肥料として使用され、窒素自体は八百屋で野菜の保存性を高めるために使用されます。
— 爆発物、起爆装置、宇宙船用燃料（ヒドラジン）の製造用。
— 染料と医薬品の製造用。
— パイプ、鉱山、電子機器内で可燃性物質をポンプで輸送する場合。
— 冶金におけるコークスの消火、工業プロセスにおける中性雰囲気の生成に。
— パイプやタンクのパージ用。 採掘中の層の破裂。 ロケットに燃料を送り込む。
— 航空機のタイヤ、場合によっては自動車のタイヤへの注入用。
— 特殊セラミックスの製造用 — 機械的、熱的、化学的耐性などが向上した窒化ケイ素 便利な特性.
— 食品添加物 E941 は、パッケージ内に酸化や微生物の発生を防ぐ保存環境を作り出すために使用されます。 液体窒素は飲料やオイルの瓶詰めに使用されます。
液体窒素は次のように使用されます。
— クライオスタット、真空装置などの冷媒。
— 美容および医療における極低温療法、特定の種類の診断の実行、生体材料、精子、卵子のサンプルの保存。
— 極低温切断において。
- 火を消すため。 試薬が蒸発すると、液体の体積の 700 倍のガスの塊が形成されます。 このガスが炎から酸素を押しのけ、炎は消えます。
窒素
N (窒素),
化学元素(番号 7) 元素周期表の VA サブグループ。 地球の大気には 78% (体積) の窒素が含まれています。 これらの窒素埋蔵量がどれほど大きいかを示すために、平方キロメートルごとに大気中で次のことが注目されます。 地球の表面窒素が非常に多く含まれているため、最大 5,000 万トンの硝酸ナトリウムまたは 1,000 万トンのアンモニア (窒素と水素の化合物) がそこから得られますが、これは地球に含まれる窒素のほんの一部にすぎません。 地球の地殻。 遊離窒素の存在は、その不活性性と、常温では他の元素と相互作用することが難しいことを示しています。 固定窒素は有機物と無機物の両方の一部です。 野菜と 動物の世界タンパク質の炭素と酸素に結合した窒素が含まれています。 さらに、硝酸塩（NO3-）、亜硝酸塩（NO2-）、シアン化物（CN-）、窒化物（N3-）、アジ化物（N3-）などの窒素含有無機化合物が知られており、大量に入手できます。
歴史的な参考資料。生命の維持と燃焼プロセスにおける大気の役割の研究に特化した A. ラヴォアジエの実験では、大気中に比較的不活性な物質が存在することが確認されました。 ラヴォアジエは、燃焼後に残るガスの元素の性質を確立せずに、それを古代ギリシャ語で「生命のない」を意味するアゾットと呼びました。 1772 年、エディンバラの D. ラザフォードは、このガスが元素であることを確立し、それを「有害な空気」と呼びました。 窒素のラテン語名は、「硝石形成」を意味するギリシャ語のニトロンとゲンに由来しています。
窒素固定と窒素循環。「窒素固定」という用語は、大気中の窒素 N2 を固定するプロセスを指します。 自然界では、これは 2 つの方法で起こります。1 つはエンドウ豆、クローバー、大豆などのマメ科植物が根に根粒を蓄積し、窒素固定細菌がそれを硝酸塩に変換するか、または大気中の窒素が雷の状態で酸素によって酸化されるかのいずれかです。 S. アレニウスは、年間最大 4 億トンの窒素がこの方法で固定されることを発見しました。 大気中では、窒素酸化物が雨水と結合して硝酸と亜硝酸を形成します。 さらに、雨と雪が降ると、約 1 日になることが確認されています。 窒素6700g。 土壌に到達すると、亜硝酸塩と硝酸塩に変わります。 植物は硝酸塩を使用して植物タンパク質を形成します。 これらの植物を食べる動物は、植物のタンパク質物質を同化して動物性タンパク質に変換します。 動物や植物は死ぬと分解され、窒素化合物がアンモニアに変わります。 アンモニアは 2 つの方法で使用されます。硝酸塩を形成しない細菌はアンモニアを元素に分解して窒素と水素を放出します。他の細菌はアンモニアから亜硝酸塩を形成し、他の細菌によって酸化されて硝酸塩になります。 これが自然界における窒素循環、つまり窒素循環の仕組みです。
原子核と電子殻の構造。自然界には窒素の安定同位体が 2 つあります。質量数 14 (N には陽子 7 個と中性子 7 個が含まれます) と質量数 15 (陽子 7 個と中性子 8 個が含まれます) です。 それらの比率は 99.635:0.365 であるため、窒素の原子量は 14.008 です。 窒素不安定同位体 12N、13N、16N、17N は人工的に得られました。 概略的には、窒素原子の電子構造は次のとおりです: 1s22s22px12py12pz1。 したがって、外側（2番目）では 電子殻化学結合の形成に関与できる電子は 5 つあります。 窒素軌道は電子を受け入れることもできます。 (-III) から (V) までの酸化状態を持つ化合物の形成が可能であり、それらは既知です。
「原子構造」も参照してください。
窒素分子。ガス密度の測定から、窒素分子は二原子であることが証明されています。 窒素の分子式は NєN (または N2) です。 2 つの窒素原子の場合、各原子の外側の 3 つの 2p 電子が三重結合:N:::N: を形成し、電子対を形成します。 測定された原子間 距離N-N 1.095に相当します。 水素の場合と同様 (「水素」を参照)、窒素分子には異なる核スピン (対称と反対称) が存在します。 常温では、対称形と反対称形の比率は 2:1 です。 固体状態では、窒素の 2 つの変態が知られています。a - 立方晶系と b - 六方晶系で、転移温度は a (r) b -237.39 °C です。変態 b は -209.96 °C で融解し、-195.78 °C で沸騰します。 atm (表 1 を参照)。 窒素分子の原子 (N2 2N) への 1 モル (28.016 g または 6.023 * 10 23 分子) の解離エネルギーは、約 -225 kcal です。 したがって、静かな放電中に原子状窒素が形成される可能性があり、分子状窒素よりも化学的に活性が高くなります。
受け取りと申請。元素状窒素を取得する方法は、必要な純度によって異なります。 窒素はアンモニアの合成のために大量に得られますが、少量の希ガスの混合物は許容されます。
大気からの窒素。経済的には、大気から窒素が放出されるのは、精製空気 (水蒸気、CO2、塵、その他の不純物が除去されたもの) を液化する方法が低コストであるためです。 このような空気の圧縮、冷却、膨張の連続サイクルにより液化が起こります。 液体空気は、ゆっくりと温度が上昇しながら分別蒸留されます。 最初に希ガスが放出され、次に窒素が放出され、液体酸素が残ります。 精製は分別プロセスを繰り返すことによって達成されます。 この方法では、主に工業および農業用のさまざまな窒素含有化合物の生産技術の原料であるアンモニアの合成のために、年間数百万トンの窒素が生産されます。 さらに、酸素の存在が許容できない場合には、精製窒素雰囲気がよく使用されます。
実験室の方法。窒素は実験室で少量入手可能 違う方法酸化アンモニアまたはアンモニウムイオン、たとえば:
アンモニウムイオンを亜硝酸イオンで酸化するプロセスは非常に便利です。
他の方法も知られています - 加熱時のアジドの分解、アンモニアと酸化銅(II)の分解、亜硝酸塩とスルファミン酸または尿素との相互作用:
高温でのアンモニアの触媒分解でも窒素が生成されます。
物理的特性。いくつかの 物理的特性窒素は表に示されています。 1.
表 1. 窒素のいくつかの物理的特性
密度、g/cm3 0.808 (液体) 融点、°C -209.96 沸点、°C -195.8 臨界温度、°C -147.1 臨界圧力、atma 33.5 臨界密度、g/cm3 a 0.311 比熱、J/(mol ) 14.56 (15℃) ポーリング電気陰性度 3 共有結合半径、0.74 結晶半径、1.4 (M3-) イオン化ポテンシャル、Wb
最初 14.54 秒 29.60
あ液体窒素と気体窒素の密度が同じになる温度と圧力。
b窒素原子 1 モルあたり、最初の外側の電子と次の電子を除去するのに必要なエネルギー量。
化学的特性。すでに述べたように、通常の温度および圧力条件下での窒素の主な特性は、その不活性、または化学的活性の低さです。 窒素の電子構造には、2s 準位の電子対と 3 つの半分満たされた 2p 軌道が含まれているため、1 つの窒素原子は他の原子 4 つまでしか結合できません。 その配位数は 4 です。 原子のサイズが小さいと、それに関連付けることができる原子または原子グループの数も制限されます。 したがって、VA サブグループの他のメンバーの多くの化合物は、窒素化合物の間に類似体がないか、類似の窒素化合物が不安定であることが判明します。 つまり、PCl5 は安定な化合物ですが、NCl5 は存在しません。 窒素原子は別の窒素原子と結合することができ、ヒドラジン N2H4 や金属アジド MN3 などのいくつかのかなり安定した化合物を形成します。 このタイプの結合は、化学元素 (炭素とシリコンを除く) では珍しいものです。 高温では、窒素は多くの金属と反応して、部分的にイオン性の窒化物 MxNy を形成します。 これらの化合物では、窒素はマイナスに帯電しています。 テーブル内 表 2 に酸化状態と対応する化合物の例を示します。
表 2. 窒素および対応する化合物の酸化状態
酸化状態 化合物の例
-III アンモニア NH3、アンモニウムイオン NH4+、窒化物 M3N2 -II ヒドラジン N2H4 -I ヒドロキシルアミン NH2OH I 次亜硝酸ナトリウム Na2N2O2、一酸化窒素(I) N2O II 一酸化窒素(II) NO III 窒素酸化物 N2O3、亜硝酸ナトリウム NaNO2 IV 酸化物窒素(IV) ) NO2、二量体 N2O4 V 窒素酸化物 (V) N2O5、硝酸 HNO3 およびその塩 (硝酸塩) 窒化物。 より多くの電気陽性元素、金属および非金属を含む窒素の化合物 (窒化物) は、炭化物や水素化物に似ています。 それらは、M-N 結合の性質に応じて、イオン結合、共有結合、結合結合に分類できます。 中間型コミュニケーション。 通常、これらは結晶質の物質です。
イオン性窒化物。これらの化合物の結合には、金属から窒素への電子の移動が含まれ、N3- イオンが形成されます。 このような窒化物には、Ｌｉ ３ Ｎ、Ｍｇ ３ Ｎ ２ 、Ｚｎ ３ Ｎ ２ およびＣｕ ３ Ｎ ２ が含まれる。 リチウムを除けば、他のアルカリ金属は窒化物の IA サブグループを形成しません。 イオン性窒化物は融点が高く、水と反応して NH3 と金属水酸化物を形成します。
共有結合性窒化物。窒素の電子が窒素から別の原子に移動せずに、別の元素の電子と結合の形成に関与すると、共有結合を持つ窒化物が形成されます。 窒化水素 (アンモニアやヒドラジンなど) は、ハロゲン化窒素 (NF3 や NCl3) と同様、完全に共有結合しています。 共有結合性窒化物には、たとえば、Si3N4、P3N5、BN などの安定性の高い白色物質が含まれ、BN には六方晶系とダイヤモンド状の 2 つの同素体修飾があります。 後者は高圧および高温で形成され、ダイヤモンドに近い硬度を持っています。
中間型の結合を有する窒化物。遷移元素は高温で NH3 と反応して、窒素原子が規則的に配置された金属原子間に分布する珍しい種類の化合物を形成します。 これらの化合物には明確な電子置換はありません。 このような窒化物の例としては、Ｆｅ ４ Ｎ、Ｗ ２ Ｎ、Ｍｏ ２ Ｎ、Ｍｎ ３ Ｎ ２ がある。 これらの化合物は通常完全に不活性であり、良好な導電性を持っています。
窒素の水素化合物。窒素と水素は相互作用して、炭化水素になんとなく似た化合物を形成します (「有機化学」も参照)。 長鎖で安定している炭化水素とは対照的に、硝酸水素の安定性は鎖内の窒素原子の数が増加するにつれて低下します。 最も重要な窒化水素は、アンモニア NH3 とヒドラジン N2H4 です。 これらには、硝酸 HNNN (HN3) も含まれます。
アンモニアNH3。アンモニアは現代経済の最も重要な工業製品の 1 つです。 20世紀の終わり。 米国は約 3000 万ドルを生産しました。 年間1,300万トンのアンモニア（無水アンモニア換算）。
分子構造。 NH3 分子はほぼピラミッド型の構造をしています。 コーナー H-N-H 接続は 107° であり、四面体角 109° に近い値です。 孤立電子対は結合基に相当し、窒素の配位数は 4 となり、窒素は四面体の中心に位置します。
アンモニアの性質。水と比較したアンモニアのいくつかの物理的特性を表に示します。 3.
表 3. アンモニアと水のいくつかの物理的性質
アンモニアの沸点と融点は、分子量と分子構造が類似しているにもかかわらず、水よりもはるかに低くなります。 これは、水中の分子間結合の強度がアンモニア中よりも相対的に大きいことで説明されます (このような分子間結合は水素結合と呼ばれます)。
溶媒としてのアンモニア。液体アンモニアは誘電率と双極子モーメントが高いため、極性またはイオン性物質の溶媒として使用できます。 有機物。 アンモニア溶媒は、水とエチルアルコールなどの有機溶媒の中間的な位置を占めます。 アルカリ金属およびアルカリ土類金属はアンモニアに溶解し、濃青色の溶液を形成します。 溶液中では価電子の溶媒和とイオン化がスキームに従って起こると仮定できます。
青色は溶媒和と、液体中の電子の移動または「正孔」の移動度に関連しています。 液体アンモニア中のナトリウム濃度が高いと、溶液は青銅色を帯び、導電性が高くなります。 アンモニアを蒸発させるか塩化ナトリウムを添加することにより、結合していないアルカリ金属をこのような溶液から分離することができる。 金属のアンモニア溶液は優れた還元剤です。 液体アンモニア中で自動イオン化が起こる
水中で起こるプロセスと同様
いくつかの 化学的特性両方のシステムを表で比較します。 4. 液体アンモニアを溶媒として使用すると、成分と水の急速な相互作用（酸化や還元など）により、水中での反応が不可能な場合に有利になります。 たとえば、液体アンモニアでは、CaCl2 は液体アンモニアに不溶で、K は可溶であるため、カルシウムは KCl と反応して CaCl2 と K を生成し、反応は完全に進行します。 水中では、Ca と水が急速に相互作用するため、このような反応は不可能です。 アンモニアの生成。 ガス状の NH3 は、NaOH などの強塩基の作用下でアンモニウム塩から放出されます。
この方法は実験室条件でも適用可能です。 小規模のアンモニア生成も、Mg3N2 などの窒化物の水による加水分解に基づいています。 カルシウムシアナミド CaCN2 も、水と相互作用するとアンモニアを生成します。 アンモニアを製造する主な工業的方法は、高温高圧下で大気中の窒素と水素から触媒合成することです。
この合成に使用される水素は、炭化水素の熱分解、石炭または鉄に対する水蒸気の作用、水蒸気によるアルコールの分解、または水の電気分解によって得られます。 アンモニアの合成に関しては、プロセス条件（温度、圧力、触媒）の違いにより、多くの特許が取得されています。 石炭を熱蒸留して工業的に生産する方法があります。 F. ハーバーと K. ボッシュの名前は、アンモニア合成の技術開発に関連しています。
アンモニアの化学的性質。表に記載されている反応に加えて。 4、アンモニアは水と反応して化合物NH3×H2Oを形成しますが、これは水酸化アンモニウムNH4OHと誤ってみなされることがよくあります。 実際、溶液中に NH4OH が存在することは証明されていません。 アンモニア水溶液(" アンモニア") は主に NH3、H2O、および解離中に形成される低濃度の NH4+ および OH- イオンで構成されます。
アンモニアの基本的な性質は、窒素の孤立電子対:NH3 の存在によって説明されます。 したがって、NH3 は最も高い求核活性を有するルイス塩基であり、陽子または水素原子の核と結合する形で現れます。
電子対（求電子性化合物）を受け取ることができるイオンまたは分子は、NH3 と反応して配位化合物を形成します。 例えば：
記号Ｍｎ＋は、遷移金属イオン（周期表のＢ亜族、例えば、Ｃｕ２＋、Ｍｎ２＋など）を表す。 プロトン性（つまり、H を含む）酸は水溶液中でアンモニアと反応して、硝酸アンモニウム NH4NO3、塩化アンモニウム NH4Cl、硫酸アンモニウム (NH4)2SO4、リン酸アンモニウム (NH4)3PO4 などのアンモニウム塩を形成します。 これらの塩は、土壌に窒素を導入するための肥料として農業で広く使用されています。 硝酸アンモニウムは安価な爆発物としても使用されます。 最初は石油燃料 (ディーゼル油) で使用されました。 アンモニア水溶液は、土壌への直接導入または灌漑用水とともに使用されます。 アンモニアと二酸化炭素から合成して得られる尿素NH2CONH2も肥料です。 アンモニアガスは、Na や K などの金属と反応してアミドを形成します。
アンモニアは水素化物や窒化物とも反応してアミドを形成します。
アルカリ金属アミド (NaNH2 など) は、加熱すると N2O と反応してアジドを形成します。
ガス状の NH3 は高温で重金属酸化物を金属に還元しますが、これは明らかにアンモニアが N2 と H2 に分解することによって生成される水素によるものです。
NH3 分子内の水素原子はハロゲンに置き換えることができます。 ヨウ素は NH3 の濃縮溶液と反応し、NI3 を含む物質の混合物を形成します。 この物質は非常に不安定で、わずかな機械的衝撃でも爆発します。 NH3 と Cl2 の反応により、クロラミン NCl3、NHCl2、NH2Cl が生成されます。 アンモニアが次亜塩素酸ナトリウム NaOCl (NaOH と Cl2 から生成) にさらされると、最終生成物はヒドラジンになります。
ヒドラジン。上記の反応は、組成が N2H4×H2O であるヒドラジン一水和物を生成する方法を表します。 無水ヒドラジンは、BaO または他の水分除去物質を使用した一水和物の特別な蒸留によって形成されます。 ヒドラジンの特性は、過酸化水素 H2O2 にわずかに似ています。 純粋な無水ヒドラジンは無色の吸湿性液体で、113.5℃で沸騰します。 水によく溶け、弱塩基を形成する
酸性環境 (H+) では、ヒドラジンは []+X- タイプの可溶性ヒドラゾニウム塩を形成します。 ヒドラジンおよびその一部の誘導体 (メチルヒドラジンなど) は酸素と反応しやすいため、液体ロケット燃料の成分として使用できます。 ヒドラジンとその誘導体はすべて非常に有毒です。 窒素酸化物。 酸素との化合物では、窒素はすべての酸化状態を示し、酸化物 (N2O、NO、N2O3、NO2 (N2O4)、N2O5) を形成します。 過酸化窒素 (NO3、NO4) の生成に関する情報はほとんどありません。 酸化窒素(I) N2O (一酸化二窒素) は、硝酸アンモニウムの熱解離から得られます。
分子は直線構造をしています
N2O は非常に不活性です 室温、しかし、 高温酸化しやすい物質の燃焼をサポートできます。 笑気ガスとして知られる N2O は、医療における軽度の麻酔に使用されます。 窒素酸化物 (II) NO は無色の気体で、酸素の存在下でのアンモニアの接触熱解離の生成物の 1 つです。
NO は、硝酸の熱分解中、または銅と希硝酸の反応中にも生成されます。
NO は、非常に高温で、たとえば放電中、単体 (N2 と O2) から合成することによって生成できます。 NO 分子の構造には 1 つの不対電子があります。 このような構造との接続は、電気的および相互作用します。 磁場。 液体または固体状態では、不対電子が液体状態では部分的な会合を引き起こし、固体状態では弱い二量体化 (2NO N2O2) を引き起こすため、酸化物の色は青色です。 一酸化窒素 (III) N2O3 (三酸化窒素) - 亜硝酸無水物: N2O3 + H2O 2HNO2。 純粋な N2O3 は、低温 (-20℃) で NO と NO2 の等分子混合物から青色の液体として得られます。 N2O3 は低温（融点 -102.3 °C）では固体状態でのみ安定ですが、液体および気体状態では再び NO と NO2 に分解されます。 一酸化窒素 (IV) NO2 (二酸化窒素) も分子内に不対電子を持っています (上記の一酸化窒素 (II) を参照)。 分子の構造は 3 電子結合を想定しており、分子はフリーラジカルの特性を示します (1 本の線が 2 対の電子に対応します)。
NO2 は、過剰酸素中でのアンモニアの触媒酸化、または空気中での NO の酸化によって得られます。
また、反応によって:
室温では、NO2 は暗褐色の気体です。 磁気特性不対電子が存在するためです。 0℃未満の温度では、NO2 分子は二量体化して四酸化二窒素になり、-9.3℃では完全に二量体化が起こり、2NO2 N2O4 になります。 液体状態では、二量化されていない NO2 は 1% だけであり、100℃では 10% の N2O4 が二量体の形で残ります。 NO2 (または N2O4) は次のように反応します。 温水硝酸の生成を伴う: 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO。 したがって、NO2 テクノロジーは、工業的に重要な製品である硝酸の製造における中間段階として非常に重要です。 一酸化窒素 (V) N2O5 (旧式の無水硝酸) は、酸化リン P4O10 の存在下で硝酸を脱水することによって得られる白色の結晶物質です。
N2O5 は空気中の水分に容易に溶解し、再び HNO3 を形成します。 N2O5 の性質は平衡によって決まります
N2O5 は優れた酸化剤であり、金属や有機化合物と容易に、時には激しく反応し、純粋な状態では加熱すると爆発します。 N2O5 の推定構造は次のように表すことができます。
窒素オキソ酸。窒素については、次亜窒素性 H2N2O2、窒素性 HNO2、硝酸 HNO3 の 3 つのオキソ酸が知られています。 次亜硝酸 H2N2O2 は非常に不安定な化合物で、別の酸 M2N2O2 + 2HX 2MX + H2N2O2 の作用により、重金属の塩である次亜硝酸塩から非水媒体中で形成されます。 溶液が蒸発すると、予想される構造 H-O-N=N-O-H を持つ白色の爆発物が形成されます。
亜硝酸 HNO2 は純粋な形では存在しませんが、亜硝酸バリウムに硫酸を加えることによって低濃度の水溶液が形成されます。
亜硝酸は、NO と NO2 (または N2O3) の等モル混合物が水に溶解したときにも生成されます。 亜硝酸は酢酸よりわずかに強いです。 その中の窒素の酸化状態は +3 (その構造は H-O-N=O)、つまり それは酸化剤にも還元剤にもなり得る。 還元剤の影響下では、通常は NO に還元され、酸化剤と相互作用すると硝酸に酸化されます。 金属やヨウ化物イオンなどの一部の物質の硝酸への溶解速度は、不純物として存在する亜硝酸の濃度に依存します。 亜硝酸の塩（亜硝酸塩）は、亜硝酸銀を除いて水によく溶けます。 NaNO2 は染料の製造に使用されます。 硝酸 HNO3 は、主要な化学物質の最も重要な無機生成物の 1 つです。 化学工業。 爆発物、肥料、ポリマーや繊維、染料、 医薬品や。。など。
こちらも参照化学元素。
文学
窒素学者のハンドブック。 M.、1969 ネクラソフ B.V. 基本 一般化学。 M.、1973 窒素固定の問題。 無機および物理化学。 M.、1982
コリアーの百科事典。 - 開かれた社会. 2000 .
同義語:他の辞書で「NITROGEN」が何であるかを見てください。
- (N) 化学元素、気体、無色、無味、無臭。 4/5 (79%) 空気を構成します。 ビート 重量0.972。 原子量14。 140 °C で凝縮して液体になります。 圧力は200気圧。 成分多くの植物や動物の物質。 辞書… … ロシア語外来語辞典
窒素- 窒素、化学物質。 要素、記号 N (フランスのアリゾナ州)、 シリアルナンバー 7、で。 V. 14.008; 沸点195.7°。 0°、圧力 760 mm で 1 l A。 重さは 1.2508 g [緯度] ニトロゲニウム（「硝石を生成する」）、ドイツ語。 スティックストフ（「息が詰まる……」） 偉大な医学百科事典
- (緯度窒素) N、周期系 V 族の化学元素、原子番号 7、原子質量 14.0067。 名前はギリシャ語の否定的な接頭辞とゾーイ・ライフ（呼吸や燃焼をサポートしない）に由来しています。 遊離窒素は2つの原子から構成されています... ... 大百科事典
窒素- m.アゾット m. アラブ。 1787.レクシス.1。 錬金術師 金属の最初の物質は金属水銀です。 Sl. 18. パラケルススは世界の終わりへ向かい、可能な限りの癒しを求めて、彼のアヘンチンキとアゾットを非常に手頃な価格で皆に提供しました... ... ロシア語ガリシア語の歴史辞典
- (窒素)、N、周期系 V 族の化学元素、原子番号 7、原子質量 14.0067。 ガス、沸点 195.80 shs。 窒素は空気の主成分（体積の 78.09%）であり、すべての生物の一部です（人体の中に……） 現代の百科事典
窒素- (窒素)、N、周期系 V 族の化学元素、原子番号 7、原子質量 14.0067。 ガス、沸点 195.80 °C。 窒素は空気の主成分（体積の 78.09%）であり、すべての生物の一部です（人体の中に……） イラスト付き 百科事典
- (化学記号 N、原子量 14) 化学元素の 1 つ; 無色の気体、無臭、無味。 水にほとんど溶けません。 比重は0.972です。 ジュネーブのピクテとパリのカルエは窒素を露出させて凝縮することに成功した 高血圧 … ブロックハウスとエフロンの百科事典
窒素
窒素-D.I.メンデレーエフの化学元素の周期系の第2周期の第5グループの主要サブグループの元素で、原子番号7。記号N（緯度ニトロゲニウム）で示されます。 単体 窒素 - 通常の状態では全く不活性で、色、味、匂いのない二原子ガス (式 N2)。地球の大気の 4 分の 3 が構成されています。
何度か「発見」され、 さまざまな人。 それは別の呼び名で、ほとんど神秘的な性質に起因し、「フロリスティックな空気」、「メフィティックな空気」、「大気モフェット」、そして単に「窒息性物質」と呼ばれていました。 これまで、英語の Nitrogen、フランス語の Azote、ドイツ語の Stickstoff、ロシア語の「nitrogen」など、いくつかの名前が付けられてきました。
「汚れた空気」の歴史
窒素(ギリシャ語の azoos - 生命のない、ラテン語の Nitrogenium に由来) - 4 番目に一般的な元素 太陽系（後 水素 , ヘリウム そして 酸素 ）。 硝石、硝酸、アンモニアなどの窒素化合物は、窒素が遊離状態で得られるずっと前から知られていました。
1777 年、ヘンリー キャベンディッシュは、熱い石炭に繰り返し空気を通し、その後灰汁で処理しました。 その結果、キャベンディッシュは「窒息する（またはメフィティックな）空気」と呼んだ残留物ができた。 観点から見ると 現代化学高温の石炭との反応において、大気中の酸素が二酸化炭素に結合し、その後アルカリと反応したことは明らかです。 残りのガスはほとんどが窒素でした。 このように、キャベンディッシュは窒素を単離しましたが、それが新しい単体物質（化学元素）であることを理解できませんでした。
同年、キャベンディッシュはこの経験をジョセフ・プリーストリーに報告した。 このときプリーストリーは、大気中の酸素を結合して二酸化炭素を除去する、つまり窒素も受け取るという一連の実験を行ったが、当時有力だったフロギストン理論の支持者であったため、彼は完全に誤解していた。得られた結果（彼の意見では、プロセスは逆でした。ガス混合物から除去されたのは酸素ではありませんでしたが、逆に、発砲の結果、空気はフロギストンで飽和しました。彼は残りの空気を呼びました（窒素）飽和フロギストン、つまりフロギスティック化）。
プリーストリーが窒素を単離することはできたものの、自分の発見の本質を理解できなかったことは明らかであり、したがって窒素の発見者とはみなされていません。 同時に、同じ結果をもたらす同様の実験がカール・シェーレによって実行されました。
それ以前の 1772 年に、ダニエル・ラザフォードはガラスの鐘の中でリンや他の物質を燃やし、燃焼後に残るガス（彼が「窒息する空気」と呼んだ）が呼吸と燃焼をサポートしないことに気づきました。 1787 年になって初めて、アントワーヌ ラヴォアジエは、空気を構成する「生命力のある」ガスと「窒息性の」ガスが単体の物質であることを証明し、「窒素」という名前を提案しました。
それ以前の 1784 年に、G. Cavendish は窒素が硝酸塩の一部であることを示しました。 これが窒素のラテン語の名前の由来です（後期ラテン語のニトルム（硝石）とギリシャ語のゲンナ（私は産む、私は生産します）に由来します）。 19世紀初頭までに。 遊離状態の窒素の化学的不活性性と、他の元素との化合物における結合窒素としての窒素の排他的な役割が明らかになりました。
「生命を維持しない」ことが重要です
タイトルですが「 窒素 「生命を維持しない」という意味ですが、実際には生命に必要な元素です。 動物および人間のタンパク質には 16 ～ 17% の窒素が含まれています。 肉食動物の生体では、草食動物の生体や植物に存在するタンパク質物質が消費されることによりタンパク質が形成されます。 植物は土壌に含まれる主に無機質の窒素物質を同化してタンパク質を合成します。 空気中の遊離窒素を窒素化合物に変換できる窒素固定微生物のおかげで、大量の窒素が土壌に入ります。 植物が（特に集約農業中に）土壌から大量の固定窒素を抽出した結果、土壌は枯渇します。
窒素欠乏は、ほぼすべての国の農業で典型的な問題です。 窒素欠乏は畜産でも観察されます（「タンパク質飢餓」）。 利用可能な窒素が少ない土壌では、植物の発育が悪くなります。 前世紀に、かなり豊富な固定窒素源が自然界で発見されました。 これはチリ硝酸塩、硝酸のナトリウム塩です。 長い間硝酸塩は産業用窒素の主な供給源でした。 南米の鉱床はユニークで、事実上世界で唯一のものです。 そして、1879年に硝石が豊富な国境地帯タラパカ州の領有をめぐってペルー、ボリビア、チリの間で戦争が勃発したのも不思議ではない。 優勝したのはチリでした。 しかし、当然のことながら、チリの鉱床は窒素肥料に対する世界の需要を満たすことができませんでした。
地球の「窒素飢餓」
地球の大気にはほぼ 80% の窒素が含まれていますが、地殻には 0.04% しか含まれていません。 「窒素をどのように固定するか」という問題は古く、農薬化学と同じ時代です。 放電において空気中の窒素が酸素と結合する可能性は、イギリス人のヘンリー・キャベンディッシュによって初めて発見されました。 それは 18 世紀のことです。 しかし、窒素酸化物の制御された合成プロセスは 1904 年になって初めて実行されました。 1913 年、ドイツ人のフリッツ ハーバーとカール ボッシュは、窒素固定のためのアンモニア法を提案しました。 現在、この原理を利用して、全大陸の数百の工場が空気から年間 2,000 万トン以上の固定窒素を生産しています。 その4分の3は窒素肥料の生産に使われます。 しかし、農作物栽培地域では窒素が欠乏しており、 グローブその量は年間8,000万トン以上に達します。 地球には明らかに窒素が不足しています。 生成された遊離窒素の大部分は次の目的で使用されます。 鉱工業生産アンモニア、つまり かなりの量硝酸、肥料、爆薬などに加工される。
窒素の適用
無料 窒素 さまざまな化学プロセスや冶金プロセスにおける不活性媒体として、水銀温度計の空きスペースを埋めるため、可燃性液体をポンプ輸送する際など、多くの産業で使用されています。
液体窒素冷却剤や凍結療法に使用されます。 窒素ガスの産業用途は、その不活性特性によるものです。 窒素ガスは耐火性、防爆性があり、酸化や腐敗を防ぎます。
で 石油化学製品 窒素 タンクやパイプラインのパージ、圧力下でのパイプラインの動作確認、畑の生産量の増加に使用されます。 採掘中 窒素 鉱山内に防爆環境を作り出し、岩層を拡大するために使用できます。
で エレクトロニクス製造 窒素 酸化性酸素の存在を許さないエリアをパージするために使用されます。 従来の空気を使用したプロセスでは、酸化や腐敗はマイナス要因となります。 窒素 うまく空気を入れ替えることができます。
重要な応用分野 窒素 彼のものです さらなる合成に使用するを含む多種多様な化合物 窒素 、アンモニア、窒素肥料、爆薬、染料など。大量 窒素 コークス製造（「コークスの乾式消火」）でコークス電池からコークスを降ろす際に使用されるほか、ロケット内の燃料をタンクからポンプやエンジンに「圧搾」するためにも使用されます。
誤解: 窒素はサンタクロースではない
で 食品業界 窒素 として登録されている 食品添加物 E941、包装および保管用のガス状媒体、冷媒として。 液体 窒素 かなり大きな物体を瞬時に凍らせることができる物質として、映画の中でよく実証されています。 これはよくある間違いです。 花を凍らせるのにも十分な量が必要です 長い間これは部分的には熱容量が非常に低いためです。 窒素 .
同じ理由で、たとえばロックを -180 °C まで冷却し、一撃で分割することは非常に困難です。 液体のリットル 窒素 蒸発して20℃まで加熱すると、約700リットルのガスが生成されます。 このため、保管してはなりません 窒素 密閉容器内では高圧には適していません。 液体による消火の原理も同じ事実に基づいています。 窒素 。 蒸発中 窒素 燃焼に必要な空気が追い出され、火が止まります。
なぜなら 窒素 窒素消火は、水、泡、粉末とは異なり、単に蒸発して消失するため、貴重品の保護の観点から最も効果的な消火機構です。 凍結液体 窒素 その後解凍される可能性のある生き物は問題があります。 問題は、凍結の不均一性がその重要な機能に影響を与えないように、生物を迅速に凍結（および凍結解除）することができないことです。 スタニスラフ・レムは、本「大失敗」の中でこのテーマについて空想し、緊急冷凍システムを考案しました。 窒素 歯を打ち抜く窒素の入ったホースが宇宙飛行士の口に突っ込まれ、宇宙飛行士の中に大量の流れが供給された。 窒素 .
上記のように、 窒素 液体と気体は以下から得られます 大気深冷却方式。
気体窒素の品質指標 GOST 9293-74
| インジケーター名 | 特別 | 増加した | 増加した |
|---|---|---|---|
| 2年生 | 1年生 |
2年生 |
|
| 窒素の体積分率以上 | 99,996 |
99,99 |
99,95 |
| 酸素、もういらない | 0,001 |
0,001 |
0,05 |
| 窒素ガス中の水蒸気はもう不要 | 0,0007 |
0,0015 |
0,004 |
| 水素はもういらない | 0,001 | 標準化されていない |
標準化されていない |
| CH 4 に換算した炭素含有化合物の合計、それ以上 | 0,001 | 標準化されていない |
窒素は、原子番号 7 の、化学元素周期表の第 2 周期の第 5 族の主亜族の元素です。記号 N (緯度窒素) で示されます。 窒素単体 (CAS 番号: 7727-37-9) は、通常の状態 (式 N 2) では色、味、匂いのないかなり不活性な二原子気体で、地球の大気の 4 分の 3 が窒素で構成されています。 発見の歴史1772 年、ヘンリー キャベンディッシュは次の実験を行いました。熱した石炭の上に空気を繰り返し通し、それをアルカリで処理すると、キャベンディッシュが窒息（またはメフィティック）空気と呼んだ残留物が生じました。 現代化学の観点から見ると、高温の石炭との反応において、大気中の酸素が二酸化炭素に結合し、その後アルカリに吸収されたことは明らかです。 残りのガスはほとんどが窒素でした。 このように、キャベンディッシュは窒素を単離しましたが、それが新しい単体物質（化学元素）であることを理解できませんでした。 同年、キャベンディッシュはこの経験をジョセフ・プリーストリーに報告した。 名前の由来窒素（古代ギリシャ語 ἄζωτος - 生気のない、緯度窒素に由来）は、以前の名前（「フロリスティックな」、「メフィック」、「甘やかされた」空気）の代わりに、1787 年に当時グループの一員だったアントワーヌ ラヴォアジエによって提案されました。他のフランスの科学者らが化学命名法の原則を開発しました。 上に示したように、窒素は燃焼も呼吸もサポートしないことが当時すでに知られていました。 この特性が最も重要であると考えられました。 後に、窒素は逆にすべての生き物にとって不可欠であることが判明しましたが、その名前はフランス語とロシア語で保存されました。 レシート実験室では、亜硝酸アンモニウムの分解反応によって得られます。 この反応は発熱性であり、80 kcal (335 kJ) を放出するため、反応が起こっている間容器を冷却する必要があります (ただし、反応を開始するには亜硝酸アンモニウムを加熱する必要があります)。 最も純粋な窒素は、金属アジ化物の分解によって得られます。 いわゆる「空気」または「大気」窒素、つまり窒素と希ガスの混合物は、空気とホットコークスを反応させることによって得られます。 これにより、化学合成や燃料の原料となる、いわゆる「発電機」または「空気」ガスが生成されます。 必要に応じて、一酸化炭素を吸収することにより窒素を分離することができます。 アンモニアは飽和溶液から加熱することによって取り出されます。 CuO の量は計算値の 2 倍です。 使用直前に、窒素は銅とその酸化物 (II) (同じく約 700 °C) を通過させることによって酸素とアンモニアから精製され、その後濃硫酸と乾燥アルカリで乾燥されます。 このプロセスは非常に時間がかかりますが、それだけの価値はあります。得られるガスは非常にきれいです。 物理的特性通常の条件下では、窒素は無色、無臭の気体で、水にわずかに溶けます (0 °C で 2.3 ml/100 g、80 °C で 0.8 ml/100 g)、密度 1.2506 kg/m3 (井戸で)。 パスワードの復元
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