Struktura

Dusík

Dusík, nitrogenium, 7N, N2 , N≡N

Dusík se vyskytuje volný v atmosféře jako N2 (78 objemových procent) nebo vázaný např. v chilském ledku NaNO3 a v živých organismech, kde je např. v bílkovinách či nukleových kyselinách.

Laboratorně lze připravit:

NH4NO2  → N2 + 2 H2O                          (tepelný rozklad)

NaNO2 + NH4Cl → N2 + NaCl + 2 H2O

(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4 H2O         (tepelný rozklad)

Průmyslově se vyrábí frakční destilací kapalného vzduchu.

Dusík je bezbarvý plyn bez zápachu, není jedovatý, dá se zkapalnit a ztužit, ve všech třech skupenstvích je molekula N2. Mezi atomy dusíku v molekule dusíku je trojná vazba. Z velké stability N2 vyplývá, že je dusík málo reaktivní, reaguje až při vysokých teplotách a v přítomnosti katalyzátorů:

6 Li + N2 → 2 Li3N

3 Mg + N2 → Mg3N2

N2 + 3 H2 → 2 NH3

Přepravuje se v ocelových lahvích označených zeleným pruhem. Používá se k vytváření netečné atmosféry, při výrobě NH3, NO, HNO3, dusíkatých hnojiv, kapalný jako chladivo.

Sloučeniny dusíku

Amoniak (azan, čpavek) NH3 se vyskytuje v nepatrném množství ve vzduchu – vzniká biologickým rozkladem organických dusíkatých látek. Připravuje se reakcí chloridu amonného s hydroxidem:

2 NH4Cl + Ca(OH)2 → 2 NH3 + CaCl2 + 2 H2O

NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O

Vyrábí se přímou syntézou při vysoké teplotě a tlaku působením katalyzátoru – Fe:

N2 + 3 H2 → 2 NH3

Amoniak je bezbarvý plyn čpavého zápachu, toxický, dráždivý. Volný elektronový pár na atomu N a polarita vazeb N – H způsobují vznik vodíkových vazeb mezi molekulami NH3, polaritu molekuly a zásaditý charakter. Je dobře rozpustný ve vodě, část molekul s vodou reaguje:
NH3 + H2O → NH4+ + OH

Vodný roztok NH3 je zásaditý, jedná se o hydroxid amonný (slabá zásada).
Na vzduchu hoří:
4 NH3 + 5 O→ 4 NO + 6 H2O

Kapalný amoniak je polární rozpouštědlo, podléhá autoprotolýze:
NH3 + NH3 →  NH4+ + NH2

Jeho reakcí se silnými kyselinami vznikají amonné soli:
2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

Reakcí s alkalickými kovy získáme amidy:

2 NH3 + 2 Na → 2 NaNH2 + H2

Amoniak se používá k výrobě HNO3, Na2CO3, průmyslových hnojiv, barviv, plastů, kapalný jako hnojivo, chladicí látka v chladírenských strojích.

Amonné soli obsahují amonné kationty NH4+. Jedná se o bílé krystalické látky dobře rozpustné ve vodě, protože to jsou iontové sloučeniny. Za vyšší teploty se snadno rozkládají:

(NH4)2CO3 → 2 NH3 + CO2 + H2O

Tab.1: Příklady a použití amonných solí

 Vzorec

 Triviální název

 Použití

 NH4Cl 

 salmiak

 při pájení, na suché články, v lékařství

 (NH4)2SO4                      

 

 na průmyslové hnojivo

 (NH4)2CO3              

 

 do prášků na kypření těsta

 (NH4)2S                   

 

 v analytické chemii

 NH4NO

 

 k přípravě NO, k výrobě třaskavin

 

Oxid dusný N2O je bezbarvý plyn příjemného zápachu a nasládlé chuti (rajský plyn). Nereaguje s vodou. V malých dávkách způsobuje opojení, ve větších dávkách bezvědomí. Dříve se používal k narkózám, dnes jako hnací plyn v bombičkách na šlehačku.

Oxid dusnatý NO se připravuje reakcí mědi se zředěnou kyselinou dusičnou:

3 Cu + 8 HNO3 → 2 NO + 3 Cu(NO3)2 + 4 H2O

Vyrábí se z amoniaku:

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

Je to bezbarvý plyn, na vzduchu okamžitě reaguje s kyslíkem:

2 NO + O2 → 2 NO2

Má volný elektronový pár na dusíku, proto při nižších teplotách dimeruje:
2 NO ⇄ N2O2

Oxid dusitý N2O3 se snadno rozkládá:

2 N2O3 → 2 NO + N2O4

Je anhydridem HNO2:

N2O3 + H2O → 2 HNO2

Oxid dusičitý NO2 vzniká oxidací oxidu dusnatého:

2 NO + O2 → 2 NO2

Tento červenohnědý plyn je prudce jedovatý. Má volný elektronový pár na N, proto při nižších teplotách dimeruje:

2 NO2 ⇄ N2O4

Dimer je bezbarvý plyn.

Reaguje s vodou:

2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2

Oxid dusičný N2O5 je bezbarvá tuhá látka. Reaguje s vodou:

N2O5 + H2O → 2 HNO3

Kyselina dusitá HNO2 je velmi slabá jednosytná kyselina. Existuje pouze ve velmi zředěných vodných roztocích, má oxidační i redukční účinky.

Dusitany vznikají mírnou redukcí dusičnanů olovem:

NaNO3 + Pb → NaNO2 + PbO

Kyselina dusičná HNO3 se laboratorně připravuje reakcí kyseliny sírové s dusičnanem sodným:

2 NaNO3 + H2SO4 → 2 HNO3 + Na2SO4

Základní surovinou pro její výrobu je amoniak:

N2 + 3 H2 → 2 NH3

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

2 NO + O2 → 2 NO2

4 NO2 + O2 + 2 H2O → 4 HNO3

Čistá kyselina dusičná je bezbarvá kapalina, světlem se rozkládá za vzniku tmavohnědých par, proto se uchovává v tmavých lahvích:

4 HNO3 → 4 NO2 + O2 + 2 H2O

68 % vodný roztok je koncentrovaná kyselina. Je to silná jednosytná kyselina, má silné oxidační účinky, které závisí na její koncentraci, na druhu oxidované látky a na teplotě:

3 Cu + 8 HNO3 (zředěná) → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

Cu + 4 HNO3 (koncentrovaná) → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O

4 Zn + 10 HNO3 (zředěná) → 4 Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3 H2O

S + 2 HNO3 (koncentrovaná) → H2SO4 + 2 NO

3 I2 + 10 HNO3 (koncentrovaná) → 6 HIO3 + 10 NO + 2 H2O

P4 + 20 HNO3 → 4 H3PO4 + 20 NO2 + 4H2O

Koncentrovaná HNO3 reaguje s většinou kovů včetně Cu, Ag, Hg (lučavka), nereaguje s Au, Pt a platinovými kovy (ty reagují s lučavkou královskou – směs konc. HCl a konc. HNO3 v poměru 3:1). Al, Cr a Fe se konc. HNO3 pasivují – na povrchu kovu se vytvoří souvislá vrstvička oxidů, které brání další reakci. Se zředěnou HNO3 však tyto kovy reagují. Bílkoviny reakcí s HNO3 žloutnou (xantoproteinová reakce).

Kyselina dusičná se používá při výrobě NH4NO(na hnojivo a výrobu výbušnin), barviv, léčiv a výbušnin.

Dusičnany vznikají reakcí kovu s HNO3 nebo oxidu kovu s HNO3.  Můžeme použít také uhličitan nebo hydroxid:

CaCO3 + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O

Jsou dobře rozpustné ve vodě, výbušné, mají silné oxidační účinky. Teplem se rozkládají:

2 KNO3 → 2 KNO2 + O2

Používají se k výrobě černého střelného prachu nebo jako hnojiva – tzv. ledky: chilský NaNO3, draselný KNO3 nebo amonný NH4NO3.

Zdroje

  • BÁRTA, Milan. Chemické prvky kolem nás. 1. vydání. Brno: Edika, 2012. 112s. ISBN 978-80-266-0097-8.
  • BENEŠOVÁ, Marika a Hana SATRANOVÁ. Odmaturuj z chemie. 1.vydání. Brno: Didaktis, 2002. 208 s. ISBN 80-86285-56-1.
  • DVOŘÁČKOVÁ, Svatava. Rychlokurz chemie. 1. vydání. Olomouc: Rubico, 2000. 238 s. ISBN 80-85839-42-3.
  • FLEMR, Vratislav a Bohuslav DUŠEK. Chemie I/Obecná a anorganická. 1. vydání. Praha: SPN, 2001. 120 s. ISBN 80-7235-147-8.
  • KOTLÍK, Bohumír a Květoslava RŮŽIČKOVÁ. Chemie I v kostce. 1. vydání. Havlíčkův Brod: Fragment, 1996. 120 stran. ISBN 80-7200-056-X.
  • ŠRÁMEK, Vratislav a Ludvík KOSINA. Obecná a anorganická chemie. 1. vydání. Olomouc: FIN, 1996. 262 stran. ISBN 80-7182-003-2.

Obrázky

Obrázek

Content 800px liquid nitrogen dsc04496

Obr. 1: Kapalný dusík

Odkaz

Pokusy s kapalným dusíkem:

http://www.youtube.com/watch?v=fXvy2WuKJAk

Zajímavost

V chladném prostředí udržovaném kapalným dusíkem se neuchovávají jen spermie, ale i další biologické materiály, např. krev či ženská vajíčka. Dnes už existují kryobanky, v nichž si můžete uchovat sperma svého oblíbeného psa nebo koně. S kapalným dusíkem se ale běžně setkáme spíše u kožního lékaře, který jej používá k vypalování (spíše vymrazování) bradavic virového původu.

Víte, že se dusíkem chladilo podloží šikmé věže v Pise, když ji bylo potřeba restaurovat?

Příklad

Kolik krychlových centimetrů 64 % kyseliny dusičné (ρ = 1,3866 g∙cm-3) je potřeba na přípravu 1000 cm3 jejího 2M roztoku? 

Mr(HNO3) = 63

Výsledek:

142 cm3

           

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Chemická sopka

Vypočítej

Porovnej procentový obsah dusíku v dusíkatých hnojivech - ledku chilském, draselném a amonném.

Ar(H) = 1; Ar(N) = 14; Ar(O) = 16; Ar(K) = 39,1;

Ar(Na) = 23

Výsledek:

16,5% ; 13,9%; 35%

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Amoniaková fontána

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Bílé dýmy salmiaku

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Reakce mědi s kyselinou dusičnou

Video

This div will be replaced by the JW Player.

Peklo ve zkumavce

Laboratorní cvičení

Logolink