Đơn chất nitrogen SVIP

1. 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 natri.

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

2. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Nitrogen là khí không màu, không mùi, khó hóa lỏng (-196 ^oC), 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:

3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

- Ở điều kiện thường, nitrogen trơ về mặt hóa học.

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

- Phân tử N₂ gồm hai nguyên tử nitrogen 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 ra NO với hiệu suất thấp.

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

4. QUÁ TRÌNH TẠO VÀ CUNG CẤP NITRATE CHO ĐẤT TỪ NƯỚC MƯA

Các dạng nitrogen trong tự nhiên luôn được chuyển hóa qua lại thành 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, rồi chuyển qua động vật qua chuỗi thức ăn. Chất thải và xác động vật bị phân hủy thành các hợp chất chứa nitrogen, sau đó 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.

5. ỨNG DỤNG

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

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

- Trong đóng gói thực phẩm, nitrogen được dùng để làm phồng túi và bảo quản thực phẩm khỏi hư hỏng.

- 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.