تحقیق در مورد نیتروژن

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 6 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

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.

جدول(الف): عددهای اکسایش متداول نیتروژن

نام

مثال

عدد اکسایش

آمونیاک، یون آمونیوم

هیدرازین

هیدروکسیل آمین

هیدرآزوئیک اسید

نیتروژن

دی‌نیتروژن اکسید

نیتروژن اکسید

نیترو اسید

نیتروژن دی‌اکسید

نیتریک اسید

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.

جدول (ب) : آنتالپی تشکیل اکسیدهای نیتروژن

ترکیب

62.5

90.25

35.98

50.29

9.16

11.3

تحقیق در مورد نیتروژن

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 3 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

تاریخچه

نیتروژن (که لاتین آن nitrum و یونانی آن nitron به معنی جوش شیرین محلی ، شکل دادن و ژن یا عامل می‌باشد) ، توسط شخصی به نام "Daniel Rutherford" که آن را هوای مهلک نامید، در سال 1772 کشف شد. دو اواخر قرن 18 ، شیمیدانان بخشی از هوا را یافتند که عمل احتراق را همراهی نمی‌کرد. در همان زمان ، نیتروژن توسط Carl Wilhelm Scheele ، Henry Cavendish و Joseph Priestley که آن را هوای سوخته نامیدند، مطالعه و برسی شد. گاز نیتروژن به‌قدری بی‌اثر بود که Antoine Lavoisier ، آن را ازت که به معنی بدون زندگی است، نام نهاد.ترکیبات نیتروژن در قرون وسطی شناخته شده بود. کیمیاگران ، اسید نیتریک را به‌عنوان بازدم آب می‌شناختند. ترکیب نیتریک و اسید هیدروکلریک که به‌عنوان تیزاب سلطانی شناخته شده بود، برای آب کردن طلا مشهور بود.

اطلاعات کلی

نیتروژن ، یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن ، N و عدد اتمی آن 7 است. نیتروژن معمولا به صورت یک گاز ، غیر فلز ، دو اتمی بی‌اثر ، بی‌رنگ ، بی‌مزه و بی‌بو است که 78% جو زمین را در بر گرفته و عنصر اصلی در بافتهای زنده است. نیتروژن ، ترکیبات مهمی مانند آمونیاک ، اسید نیتریک و سیانیدها را شکل می‌دهد.

خصوصیات قابل توجه

نیتروژن ، از گروه غیر فلزات بوده ، دارای بار الکترون منفی 3.0 می‌باشد. نیتروژن ، پنج الکترون در پوسته خود داشته ، در نتیجه در اکثر ترکیبات سه‌ظرفیتی می‌باشد. نیتروژن خالص یک گاز بی‌اثر و بی‌رنگ می‌باشد و 78% جو زمین را به خود اختصاص داده است. در 77K منجمد شده و در 63k به‌صورت مایع تبدیل به ماده برودتی معروف Cryogen می‌شود.

کاربردها

مهمترین کاربرد اقتصادی نیتروژن برای ساخت آمونیاک از طریق فرایند هابر (Haber) می‌باشد. آمونیاک ، معمولا برای تولید کود و مواد تقویتی و اسید نیتریک استفاده می‌شود. نیتروژن همچنین بعنوان پر کننده بی‌اثر ، در مخزنهای بزرگ برای نگهداری مایعات قابل انفجار در هنگام ساخت قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور ، دیود و مدار یکپارچه و همچنین برای ساخت فلزات ضد زنگ استفاده می‌شود.نیتروژن همچنین به‌صورت ماده خنک کننده ، برای هم منجمد کردن غذا و هم حمل و نقل آن ، نگهداری اجساد و سلولهای تناسلی (اسپرم و تخم مرغ) و در بیولوژی برای نگهداری پایدار از نمونه‌های زیستی کاربرد دارد. نمک اسید نیتریک شامل ترکیبات مهمی مانند نیترات پتاسیم و سدیم و نیترات آمونیم می‌باشد که اولی ، برای تولید باروت و دومی برای تولید کود بکار می‌رود. ترکیبات نیترات شده مانند نیتروگلیسرین و تری‌نیترو تولوئن (TNT) معمولا منفجر شونده هستند.اسید نیتریک به‌عنوان ماده اکسید کننده در مایع سوخت راکت‌ها استفاده می‌شود. هیدرازین و مشتقات آن نیز در سوخت راکت‌ها بکار می‌روند. نیتروژن ، اغلب در مبردها (Cryogenic) ، به‌صورت مایع (معمولا LN2) استفاده می‌شود. نیتروژن مایع با عمل تقطیر هوا بدست می‌آید. در فشار جو ، نیتروژن در دمای 195.8- درجه سانتی‌گراد (320.4- درجه فارنهایت) مایع می‌شود.

پیدایش

نیتروژن ، بیشترین عنصر جو کره زمین از نظر حجم می‌باشد. (78.1 % حجمی) و برای اهداف صنعتی با عمل تقطیر هوای مایع بدست می‌آید. ترکیباتی که حاوی این عنصر هستند، در فضای بیرونی نیز مشاهده شده‌اند . نیتروژن -14 در اثر عمل هم‌جوشی هسته‌ای در ستارگان ، تولید می‌گردد. نیتروژن از ترکیبات عمده ضایعات حیوانی (مانند چلغوز یا کود) بوده ، معمولا به‌صورت اوره ، اسید اوریک و ترکیباتی از محصولات نیتروژنی یافت می‌شود.

ترکیبات

اصلی‌ترین هیدرید نیتروژن ، آمونیاک است ( NH3). البته هیدرازین (N2H4) نیز مشهور است. ترکیب آمونیاک ، ساده‌تر از آب بوده ، در محلول ، یون آمونیم (4+NH4) را تشکیل می‌دهد. آمونیاک مایع در حقیقت کمی آمفیروتیک بوده ، آمونیاک و یونهای آمینه (-NH2) را بوجود می‌آورد که البته هر دو نمک آمیدها و نیترید شناخته شده‌اند، ولی در آب تجزیه می‌شوند. ترکیبات جانشین آمونیاک به‌تنهایی یا باهم ، آمین نامیده می‌شوند. زنجیره‌ها ، حلقه‌ها و ساختارهای بزرگتر هیدریدهای نیتروژنی نیز شناخته شده‌اند، ولی در واقع ناپایدار هستند.گروههای دیگر آنیونهای نیتروژن ، آزیدین‌ها (-N3) هستند که خطی بوده ، نسبت به دی‌اکسید کربن ، ایزو الکتریک می‌باشند. مولکول دیگر با ساختار مشابه ، منوکسید دی‌نیتروژن N2O یا گاز خنده می‌باشد و یکی از اکسیدهای گوناگون بوده ، برجسته‌تر از منوکسید نیتروژن (NO ) و دی‌اکسید نیتروژن (NO2) است که هر دوی آنها الکترون غیر زوج دارند که دومی تمایلی را به دی‌مر شدن نشان داده ، از اجزای تشکیل دهنده هوای آلوده است.اکسیدهای استاندارد بیشتری مانند تری‌اکسید دی‌نیتروژن (N2O3) و پنتاکسید دی‌نیتروژن (N2O5) معمولا تا حدی ناپایدار و قابل انفجار هستند. اسیدهای متناظر آنها ، نیتروس (HNO2) و اسید نیتریک (HNO3) بوده ، ‌با نمکهای متناظر که نیتریتها و نیتراتها نامیده می‌شوند. اسید نیتریک یکی از چند اسیدی است که از هیدرونیوم ، قوی‌تر می‌باشد.

نقش بیولوژیکی

نیتروژن ،‌ عنصر اصلی اسیدهای آمینه و اسیدهای هسته‌ای که نیتروژن را ماده ای حیاتی برای ادامه زندگی می‌کنند، می‌باشد. لوبیا مانند اکثر گیاهانی که دانه‌های سبوسی دارند، می‌تواند عمل بازیافت نیتروژن را بطور مستقیم از هوا انجام دهد، چراکه ریشه‌های آنها دارای برآمدگی‌هایی برای نگهداری میکروبهایی است که عمل تبدیل به آمونیاک را با فرایندی به نام تثبیت نیتروژن انجام می‌دهند، می‌باشد. این گیاهان ، آمونیاک را به اکسیدهای نیتروژن و آمینو اسید تبدیل کرده ، پروتئین می‌سازند.

تحقیق در مورد نیتروژن

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 6 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

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.

جدول(الف): عددهای اکسایش متداول نیتروژن

نام

مثال

عدد اکسایش

آمونیاک، یون آمونیوم

هیدرازین

هیدروکسیل آمین

هیدرآزوئیک اسید

نیتروژن

دی‌نیتروژن اکسید

نیتروژن اکسید

نیترو اسید

نیتروژن دی‌اکسید

نیتریک اسید

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.

جدول (ب) : آنتالپی تشکیل اکسیدهای نیتروژن

ترکیب

62.5

90.25

35.98

50.29

9.16

11.3