Dusík N, Nitrogenium Kuchař Petr, 2.A

Charakteristika Lat. Nitrogenium, značka N Nekov 5.A skupiny Plynný, bezbarvý prvek bez chuti a zápachu, tvoří hlavní složku zem. atmosféry Není toxický ani jinak nebezpečný V atmosféře tvořen dvouatomovými molekulami, které jsou spojené velmi pevnou trojnou vazbou Patří mezi biogenní prvky [He]2s2 2p3 Oxidační č.: -III, -II, -I, +I, +II, +III, +IV, +V Tlakové láhve mají černé hrdlo

Fyzikální vlastnosti Plynné skupenství Teplota tání: -210,01 °C Teplota varu: -195,80 °C Má šesterečnou krystalovou strukturu Skupenské teplo varu: 2,7928 kJ/mol Skupenské teplo tání: 0,3604 kJ/mol

Chemické vlastnosti Dusík je inertní plyn. Za laboratorní teploty reaguje pouze s lithiem a plutoniem. Za vysokých teplot se však dusík slučuje s většinou prvků - např. s kyslíkem okolo teploty 2 500 °C. Naproti tomu atomární dusík je velmi reaktivní a nelze ho uchovávat Relativní atomová hmotnost: 14,0067 Elektronegativita: 3,04 (Paulingova stupnice) Nejstabilnější izotopy: 13N, 14N, 15N

Výskyt V elementární podobě se s dusíkem setkáváme prakticky neustále, tvoří totiž 78 % (objemových) zemské atmosféry Ve stopách se v atmosféře vyskytuje také amoniak, který se uvolňuje tlením organických sloučenin, při elektrickém výboji (například blesku) Vzhledem k rozpustnosti prakticky všech svých anorganických solí se téměř nevyskytuje v běžných horninách. Výjimkou je např. chilský ledek neboli dusičnan sodný. Významným zdrojem organického dusíku jsou především objemné vrstvy ptačího trusu, nazývané guano a využívané především jako hnojivo. Vyskytuje se ve významných organických sloučeninách a ve všech živých organismech. Rostliny ho přijímají kvůli svému růstu a nevylučují ho. Živočichové ho využívají k tvorbě bílkovin a vylučují ho v podobě močoviny nebo amoniaku.

Získávání (Laboratorní příprava) Nejvýhodnější laboratorní příprava čistého dusíku se provádí zahříváním koncentrovaného roztoku dusitanu amonného nebo směsi roztoku chloridu a dusitanu amonného NH4NO2 → N2 + 2H2O Často se ještě dusík v laboratoři připravuje vedením vzduchu přes rozžhavenou měď. Měď reaguje s kyslíkem a vzniká černý oxid měďnatý. Vzniklý dusík není úplně čistý, protože vzduch obsahuje okolo 1% argonu a dalších vzácných a netečných plynů. Tomuto dusíku se říká atmosferický dusík. Další možná příprava dusíku v laboratoři, při které získáme obzvláště čistý dusík, je tepelný rozklad amoniaku. Při tomto postupu vedeme amoniak přes práškový nikl při teplotě 1000 °C. Vodík poté od dusíku oddělíme na základě odlišných teplot varu.

Získávání (Průmyslová výroba) Dusík se technicky dříve připravoval vedením vzduchu přes rozžhavené uhlí nebo koks. Oxid uhličitý se od dusíku odstraní promýváním ve vodě jako vedlejší produkt. Takto vzniklý dusík obsahuje okolo 1% vzácných a dalších netečných plynů a nazývá se atmosferický dusík. Dusík se dnes prakticky výlučně vyrábí nízkoteplotní rektifikací zkapalněného vzduchu a tvoří přitom spíše přebytky při výrobě více žádaného kyslíku.

Použití v čistém stavu Plynný dusík: Plynný dusík nalézá využití jako inertní atmosféra např. v prostředí, kde hrozí nebezpečí výbuchu, při výrobě integrovaných obvodů, nerezové oceli a používá se k plnění obalů výrobků, aby nedošlo k jejich zmačkání a zvlhčení – např. sáčky s brambůrky. Kapalný dusík: Kapalný dusík se využívá v řadě kryogenních procesů, při nichž je třeba udržet prostředí na značně nízké teplotě. Příkladem je např. uchovávání tkání nebo spermií a vajíček v lázni z kapalného dusíku. Kapalným dusíkem jsou chlazeny polovodičové detektory rentgenového záření v různých spektrometrických aplikacích.

Organické sloučeniny Mezi organické sloučeniny dusíku se řadí nitrosloučeniny, nitrososloučeniny, aminy, amoniové soli, kyanatany, isokyanatany neboli isokyanáty, thiokyanatany, isothiokyanatany, azosloučeniny, diazoniové soli, deriváty hydrazinu, deriváty hydroxylaminu, aminokyseliny, amidy kyselin, hydrazidy kyselin, laktamy, imidy kyselin a nitrily kyselin Zvláštní skupinou organických sloučenin dusíku jsou heterocyklické sloučeniny a nitráty.

Anorganické sloučeniny a jejich použití Amoniak (NH3) je plyn lehčí než vzduch, bez barvy, rozpustný ve vodě, má charakteristický štiplavý zápach, leptá sliznice a používá se jako hnojivo a surovina pro výrobu dalších anorganických a organických sloučenin. Při rozpouštění amoniaku ve vodě se reakcí s vodou tvoří z části molekul amoniaku tzv. hydroxid amonný. Oxidy dusíku: Oxid dusný N2O Oxid dusnatý NO Oxid dusitý N2O3 Oxid dusičitý NO2 Oxid dusičný N2O5 Kyseliny dusíku: Kyselina dusičná HNO3 Kyselina dusitá HNO2 Kyselina azidovodíková HN3 Kyselina dusná H2N2O2 Kyselina dusnatá H4N2O4

Další použití Hnojiva: Amoniak Dusičnan amonný NH4NO3 Močovina (NH2)2CO Výbušniny: Mimořádných oxidačních vlastností sloučenin dusíku s valencí N+5 se již od dávnověku využívá při výrobě explozivních látek. Již v starověké Číně byla známa výroba střelného prachu, jehož podstatnou složku tvoří dusičnan sodný nebo draselný. V současné době se v tomto oboru uplatňují spíše organické sloučeniny, ať již jde o nitroglycerin nebo trinitrotoluen (TNT). Paliva raketových motorů: V minulosti se používala jak kyselina dusičná jako oxidační činidlo, tak hydrazin jako zdroj spalovaného vodíku. Výroba barviv a léčiv: Např. aminy