Objav dusíka. Kto a kedy objavil dusík? História dusíka

Spolu s ďalšími vedcami v roku 1787 navrhol termín „dusík“, ktorý v gréčtine znamená „bez života“. Ale neuplynulo ani pol storočia, keď sa ukázalo, že „neživotný“ dusík je jedným z prvkov života, ktorý je súčasťou bielkovín.

Dusík je súčasťou živých organizmov – rastlín aj živočíchov: je prítomný v každej živej bunke, v jej bielkovinových látkach. Život bez dusíka je nemožný. Napriek nevyčerpateľným zásobám dusíka v atmosfére nemôžu ani zvieratá, ani väčšina rastlín absorbovať voľný dusík priamo zo vzduchu.

Skutočnosť, že dusík má pre život rastlín obrovský význam, zistili vedci už v rokoch 1822–1837. Odkiaľ však rastliny získavajú dusík – z pôdy alebo atmosféry – zostávalo dlho nejasné. Na túto otázku sa podujal odpovedať francúzsky vedec J. B. Boussingault. Jeho výskumná metóda sa volala metóda pieskovej kultúry a odvtedy sa rozšírila medzi botanikmi a agronómami po celom svete.

Boussingault vzal nádoby s kalcinovaným pieskom, pridal tam popol zo semien druhu rastliny, na ktorej robil pokusy, a zasial semená do tejto pôdy. Nádoba sa umiestnila do plochého skleneného pohára s kyselinou sírovou a prikryla sa veľkým skleneným uzáverom. Kyselina sírová mala absorbovať čpavok, ktorý by mohol preniknúť zo vzduchu pod kapotu. Pod uzáver boli vložené dve sklenené trubice: cez jednu sa rastlina zalievala destilovanou vodou a cez druhú sa zavádzal oxid uhličitý potrebný pre rastlinu. Potom bolo zariadenie vystavené svetlu. Pod kapotou okrem atmosférického dusíka neboli žiadne iné zdroje pre rastliny. Množstvo dusíka v semenách sa určilo presnou analýzou tých istých semien. Po 2 až 3 mesiacoch od začiatku experimentu bola zrelá rastlina analyzovaná. Nebolo pozorované žiadne pridávanie dusíka. To viedlo k jasnému záveru: vzdušný dusík rastlina neabsorbuje. Ak zasadíte rastlinu do pôdy zbavenej dusíka, pociťuje hlad rovnako ako zviera bez potravy.

Zavedenie dusíka do pôdy vo forme solí dramaticky ovplyvňuje rast a vývoj rastlín. Ale pokusy na rastlinách z čeľade bôbovitých (fazuľa, hrach, ďatelina, vika, šošovica, lupina atď.) ukazujú, že rastlina takmer nereaguje na pridávanie zlúčenín dusíka do pôdy. Všetky sa dobre vyvíjajú bez dusíkatých hnojív. Okrem toho sami hnojia pôdu dusíkom: po ich smrti a rozklade sa pôda stáva bohatšou na dusík. V takejto pôde začnú produkovať lepšiu úrodu iné rastliny, ktoré sú citlivé na obsah dusíka v nej. To znamená, že rastliny nejakým spôsobom absorbujú atmosférický dusík. Dlho to bola záhada. Pri ďalšom štúdiu problému sa však ukázala zvláštna vlastnosť v štruktúre strukovín: všetky majú na koreňoch špeciálne útvary vo forme uzlín, v ktorých podľa výskumu ruského vedca M.S. Voronin (1838–1903), existujú špeciálne baktérie nazývané „uzlinové baktérie“. Tieto baktérie sú schopné viazať atmosférický dusík a premieňať ho na rôzne zlúčeniny dusíka.

Veľkú zásluhu na vyriešení záhady výživy rastlín pôdnym dusíkom má ruský vedec S. N. Vinogradsky (1856–1953). Objasnenie tejto otázky možno považovať za triumf vedy.

Biológovia, fyziológovia a mikrobiológovia nám spoločne odhalili jeden z najzaujímavejších aspektov prirodzeného života. Stále je tu však veľa nejasného a nedoriešeného. Ako rôzne baktérie metabolizujú dusík? V podstate je to stále nevyriešený problém. Podarilo sa izolovať šťavu z mŕtvych azotobaktérií obsahujúcich enzýmy (enzýmy), pod vplyvom ktorých sa pri normálnej teplote a tlaku viaže dusík. V tomto prípade sa vyskytuje nie menej intenzívne ako v prítomnosti živých baktérií. Tento objav by mohol mať obrovské dôsledky pre vedu a technológiu fixácie dusíka.

Dusík bol považovaný za jednu z najinertnejších látok, s výnimkou inertných plynov. Za normálnych podmienok nereaguje s väčšinou kovov ani nekovov. Vo všeobecnom cykle v prírode však dusík prechádza množstvom rôznych transformácií.

Aké sú zdroje dopĺňania pôdneho dusíka? V dôsledku výboja blesku vzniká oxid dusíka (II), ktorý sa spojením so vzdušným kyslíkom mení na oxid dusíka (IV): N2 + O2 = 2NO, 2NO + O2 = 2NO2.

Výpočty vedcov umožnili zistiť, že pri každom výboji blesku sa vytvorí 80 až 1500 kg oxidov dusíka. Oxid dusíka (IV), ktorý sa rozpúšťa v dažďovej vode, sa s ňou chemicky spája a mení sa na kyselinu dusičnú: 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO. Oxid dusnatý sa pri premene opäť oxiduje na kyselinu dusičnú, ktorá spolu s dažďom padá do pôdy, je neutralizovaná jej uhličitanmi a vytvára soli kyseliny dusičnej (dusičnany), ktoré sú absorbované rastlinami. Odhaduje sa, že v dôsledku výbojov bleskov sa počas roka dostane do pôdy 4 až 15 kg dusíka na 1 hektár zemského povrchu.

Voľný dusík zo vzduchu absorbujú baktérie nachádzajúce sa v uzlinách strukovín (ďatelina, lucerna, lupina, hrach). Dusík z atmosféry je absorbovaný voľne žijúcimi pôdnymi baktériami a stáva sa súčasťou ich zloženia. Zvieratá počas života vylučujú výkaly a moč s obsahom dusíkatých látok a po uhynutí zvieraťa sa celé jeho telo s obsahom bielkovín dostane do pôdy. Malé množstvá dusíka pridávajú do pôdy plesne a iné organizmy.

Čo sa stane s organickou hmotou v pôde? Rozkladá sa za vzniku amoniaku. Tento proces tiež prebieha nie bez účasti špeciálneho druhu baktérií a nazýva sa amoniak.

Vedci zistili, že v pôde sa amoniak za účasti špeciálnych baktérií oxiduje na kyselinu dusičnú HNO2. Tieto baktérie sa v rôznych krajinách líšia veľkosťou a tvarom. HNO2 sa potom oxiduje na HNO3. Deje sa tak pomocou iného druhu baktérií (Nitrobacter). Takmer vo všetkých krajinách sveta majú rovnakú veľkosť a tvar. Tým sa proces nitrifikácie končí. Následne proces prebieha podľa nasledujúcej schémy: kyselina dusičná v pôde sa neutralizuje, t.j. Vznikajú dusičnany, sú absorbované koreňmi rastlín, vzniká rastlinná bielkovina; zvieratá, jesť rastlinu, absorbovať dusík, získava sa živočíšna bielkovina, tá skončí v tej či onej forme v pôde a... všetko sa opakuje.

Okrem uvedených rodín baktérií v pôde existuje ešte jedna, ktorá sa podieľa na rozklade HNO3, ktorý je pre farmára veľmi nežiaduci, s uvoľňovaním dusíka. Tento jav sa nazýva denitrifikácia. Množstvo fixovaného dusíka v pôde klesá.

Dá sa redukovať aj iným spôsobom: dusitany, dusičnany a amónne soli majú veľmi dobrú rozpustnosť a ľahko sa vymývajú z pôdy spodnou a spodnou vodou. Z pôdy ich voda odnáša do potokov a riek, z riek do morí a tam sa rozložia (opäť pomocou baktérií!) a opäť sa získa voľný dusík, ktorý sa dostáva do atmosféry.

Možno rozlíšiť tri okruhy zmien, ktorým podlieha dusík:

• veľký kruh - nitrifikácia vzdušného dusíka v pôde rozklad dusičnanov denitrifikačnými baktériami vzdušný dusík;
• malý kruh - živočíšny rozklad tela živočícha a jeho odpadu so vznikom amoniaku oxidácia NH3 na HNO2 oxidácia HNO2 na HNO3 a vznik dusičnanov absorpcia solí rastlinami s tvorbou rastlinných bielkovín tvorba živočíšnych bielkovín návrat rastlinných a živočíšnych bielkovín do pôdy;
• druhý malý (podzemný) kruh - pôdne dusičnany, baktérie konzumujúce ľadok, bakteriálna telová bielkovina - rozklad bakteriálneho tela za vzniku dusičnanov.

Môže byť vytvorených niekoľko ďalších cyklov, ale tie označené sú najdôležitejšie.

Sme zvyknutí pozerať sa na baktérie ako na našich nepriateľov. Je ich medzi nimi naozaj veľa. Ale napadlo už niekomu, že všetok život na Zemi, vrátane toho nášho, vďačí za všetko tým istým baktériám?! Napriek tomu, že máme prirodzený spôsob, ako doplniť pôdu dusíkom, pre kultúrne rastliny je dusíka absolútne málo, najmä pri vysoko rozvinutom hospodárení. Vysvetľuje to predovšetkým skutočnosť, že dusík je obsiahnutý najmä v potravinových častiach rastlín (zrná, ovocie), ktoré si človek odnáša z poľa spolu s inými rastlinnými produktmi. Dusík sa do pôdy dostáva pomocou hnoja, ale pri rozvinutom (intenzívnom) hospodárení nie je dostatok hnojív. Zásobovanie pôd fixovaným dusíkom vo forme prírodných alebo umelých látok je preto úloha nesmierneho významu.

Aké zásoby látok s obsahom dusíka sú na Zemi, ktoré by sa dali využiť na výrobu umelých hnojív? Ide predovšetkým o ľadok a potom uhlie. Saltpeter sa nachádza na rôznych miestach po celom svete. Jeho najväčšie zásoby sa nachádzajú v Čilskej republike (Južná Amerika) medzi pobrežnými a vysokými Kordillerami. Jej ložiská vznikli pravdepodobne nasledovným spôsobom. Celá táto oblasť bola kedysi morským dnom a potom pomaly stúpala. Rozsiahle lesy morských rias, ktoré sa tam nahromadili, rozložili baktérie, ktoré premenili dusík organickej hmoty na kyselinu dusičnú, ktorá sa potom premenila na dusičnany. Túto teóriu potvrdzuje prítomnosť jodidových solí v dusičnane, ktoré, ako je známe, sa nachádzajú v morskej vode a sú z nej absorbované riasami. V súčasnosti sú náleziská ľadku v Čile púštnou oblasťou nazývanou Atacama. Ledok tu bol objavený v roku 1821. Obsahuje asi 7% viazaného dusíka. Pred odoslaním je ľadok rekryštalizovaný, takže obsah NaNO3 v ňom dosahuje 90%. Saltpeter sa začal vyvážať z Čile v roku 1830 a odvtedy začal jeho export do Európy a ďalších krajín rásť neuveriteľnou rýchlosťou. Ložiská ledku sa našli aj v Kalifornii, Afrike, Malej Ázii, Egypte, no všade v malom množstve. U nás sa ľadok nachádza na mnohých miestach, no ani jedno ložisko nie je veľké priemyselné. Cárske Rusko doviezlo ľadok v hodnote státisícov zlatých rubľov.

V roku 1898 slávny anglický vedec William Crookes na vedeckom kongrese v Bristole vydal alarmujúce varovanie, že ak sa bude ľadok vyvážať z Čile týmto tempom, do roku 1950 sa všetok ľadok vyčerpá a svet bude čeliť hroznej hrozbe hladomor. Toto nebezpečenstvo sa podľa Crookesa dotkne najmä obyvateľov Európy, ktorej hlavným potravinovým produktom je pšenica, ktorá si vyžaduje veľké množstvo dusíkatých hnojív. V menšej miere toto nebezpečenstvo ohrozovalo obyvateľov Ázie, ktorí jedia ryžu, ktorá nevyžaduje veľké množstvo fixovaného dusíka.

Všetky tieto argumenty a vyhlásenia mimoriadne znepokojili vlády, farmárov a výrobcov rôznych krajín. Čilská vláda sa poponáhľala s vymenovaním špeciálnej komisie na prieskum zásob liadku. Závery komisie boli nasledovné: Crookes nebezpečenstvo nepreháňal a ľudstvu skutočne hrozí strašná hrozba vyhynutia hladom.

Kde môžeme získať obrovské množstvo zlúčenín dusíka, ktoré sú tak potrebné pre život zvierat a rastlín? Prirodzene, myšlienky vedcov sa v prvom rade obrátili na zemskú atmosféru – na túto gigantickú zásobáreň dusíka. Množstvo dusíka v atmosfére je vyjadrené skutočne astronomickým číslom: ~4 milióny miliárd ton (~4 1015 ton). Na každý hektár zemského povrchu pripadá viac ako 80 tisíc ton atmosférického dusíka. Ako opraviť dusík z tohto prakticky nevyčerpateľného zdroja a premeniť ho na hnojivo na polia? Chemici museli vyriešiť problém, ako zachrániť svet pred hladom. "Fixácia atmosférického dusíka je jedným z najväčších objavov, ktoré možno očakávať od vynaliezavosti chemikov," povedal Crookes vo svojom prejave. A chemici problém vyriešili so cťou! Veda uviedla nie jednu, ale niekoľko metód na výrobu viazaného dusíka, z ktorých najdôležitejšie sú tieto tri: amoniak, kyánamid a oblúk.

Na začiatku 20. stor. problém získania dostatočného množstva fixovaného dusíka zo vzduchu bol úspešne vyriešený. Obrovský oceán dusíka obklopujúci našu Zem bol dobytý. Hrozné strašidlo hladu po dusíku bolo zničené silou chémie!

Každý vie: inertný. Často sa kvôli tomu sťažujeme na prvok č. 7, čo je prirodzené: musíme zaplatiť príliš vysokú cenu za jeho relatívnu zotrvačnosť, na jeho premenu na životne dôležité zlúčeniny treba vynaložiť príliš veľa energie, úsilia a peňazí. Ale na druhej strane, ak by to nebolo také inertné, v atmosfére by prebiehali reakcie dusíka s kyslíkom a život na našej planéte vo formách, v ktorých existuje, by sa stal nemožným. Rastliny, zvieratá, vy aj ja by sme sa doslova udusili prúdmi oxidov a kyselín neprijateľných pre život. A „pre to všetko“ sa snažíme premeniť čo najviac atmosférického dusíka na kyselinu dusičnú. Toto je jeden z paradoxov prvku č.7. (Tu autor riskuje obvinenie z triviality, pretože paradoxnosť dusíka, respektíve jeho vlastnosti, sa stala podobenstvom. A predsa...)

Mimoriadny prvok. Niekedy sa zdá, že čím viac sa o ňom dozvedáme, tým je nepochopiteľnejší. Protirečivé vlastnosti prvku č. 7 sa odzrkadlili aj v jeho názve, pretože zviedol aj takého brilantného chemika, akým je Antoine Laurent. Dusík navrhol nazvať dusíkom po tom, čo nebol ani prvý, ani posledný, kto získal a študoval časť vzduchu, ktorá nepodporuje dýchanie a spaľovanie. Podľa slov „dusík“ znamená „bez života“ a toto slovo je odvodené z gréckeho „a“ – negácia a „zoe“ – život.

Termín „dusík“ sa stále používal v slovníku alchymistov, odkiaľ si ho francúzsky vedec požičal. Znamenalo to určitý „filozofický princíp“, akési kabalistické kúzlo. Odborníci tvrdia, že kľúčom k rozlúšteniu slova „dusík“ je posledná veta z Apokalypsy: „Ja som alfa a omega, začiatok a koniec sú prvé a posledné...“ V stredoveku tri jazyky ​boli obzvlášť uctievané: latinčina, gréčtina a hebrejčina. A alchymisti zložili slovo t z prvého písmena „a“ (a, alfa, aleph) a posledných písmen: „zet“, „omega“ a „tov“ týchto troch abecied. Toto tajomné syntetické slovo teda znamenalo „začiatok a koniec všetkých začiatkov“.

Lavoisierov súčasník a krajan J. Chaptal bez ďalších okolkov navrhol nazvať prvok č. 7 hybridným latinsko-gréckym názvom „nitrogenium“, čo znamená „nosič ľadku“. Dusičnan je dusičnanová soľ známa už od staroveku. (Povieme si o nich neskôr.) Treba povedať, že výraz „dusík“ sa udomácnil len v ruskom a francúzskom jazyku. V angličtine je prvok č. 7 „Nitrogen“, v nemčine je to „Stickstoff“ (dusivý). Chemický symbol N je poctou Shaptalovmu dusíku.

Kto objavil dusík?

Objav dusíka sa pripisuje študentovi pozoruhodného škótskeho vedca Josepha Blacka Danielovi Rutherfordovi, ktorý v roku 1772 publikoval dizertačnú prácu „O takzvanom fixnom a mefitickom vzduchu“. Black sa preslávil svojimi experimentmi s „pevným vzduchom“ - oxidom uhličitým. Zistil, že po fixácii oxidu uhličitého (naviazanie alkáliou) stále zostáva akýsi „nefixovateľný vzduch“, ktorý sa nazýval „mefitický“ – pokazený – pretože nepodporoval spaľovanie a dýchanie. Black navrhol štúdium tohto „vzduchu“ Rutherfordovi ako dizertačnú prácu.

Približne v rovnakom čase dusík získali K. Scheele, J. Priestley, G. Capeidish, ktorý, ako vyplýva z jeho laboratórnych poznámok, študoval tento plyn pred Relerfordom, ale ako vždy sa neponáhľal s publikovaním výsledky jeho práce. Všetci títo vynikajúci vedci však mali veľmi nejasnú predstavu o povahe toho, čo objavili. Boli vernými zástancami flogistónovej teórie a spájali vlastnosti „mefického vzduchu“ s touto imaginárnou substanciou. Iba Lavoisier, ktorý viedol útok na flogistón, presvedčil sám seba a presvedčil ostatných, že plyn, ktorý nazval „bez života“, je jednoduchá látka, ako napríklad .

Univerzálny katalyzátor

Dá sa len hádať, čo znamená „začiatok a koniec všetkých začiatkov“ v alchymickom „dusíku“. Ale môžeme vážne hovoriť o jednom zo „začiatkov“ spojených s prvkom č.7. Dusík a život sú neoddeliteľné pojmy. Prinajmenšom vždy, keď sa biológovia, chemici a astrofyzici snažia pochopiť „začiatok začiatkov“ života, určite sa stretnú s dusíkom.

Atómy pozemských chemických prvkov sa rodia v hlbinách hviezd. Odtiaľ, z nočných svetiel a denného svetla, začínajú počiatky nášho pozemského života. Túto okolnosť mal na mysli anglický astrofyzik W. Fowler, keď povedal, že „my všetci... sme častice hviezdneho prachu“...

Hviezdne „popolčeky“ dusíka vznikajú vo veľmi zložitom reťazci termonukleárnych procesov, ktorých počiatočným štádiom je premena vodíka na. Toto je viacstupňová reakcia, o ktorej sa predpokladá, že prebieha dvoma spôsobmi. Jeden z nich, nazývaný uhlíkovo-dusíkový cyklus, priamo súvisí s prvkom č.7. Tento cyklus začína, keď hviezdna hmota okrem jadier vodíka – protónov už obsahuje a. Jadro uhlíka-12 sa pridaním ďalšieho protónu zmení na nestabilné jadro dusíka-13:

12 C + 1 H → 13 N + y

Ale po emitovaní pozitrónu sa dusík opäť stáva uhlíkom a vytvára sa ťažší izotop¹³ C:

Takéto jadro sa po prijatí ďalšieho protónu zmení na jadro najbežnejšieho izotopu v zemskej atmosfére -¹⁴N.

Bohužiaľ, len časť tohto dusíka putuje vesmírom. Pod vplyvom protónov sa dusík-14 mení na kyslík-15, ktorý sa zase emitovaním pozitrónu a gama kvanta mení na ďalší pozemský izotop dusíka -¹⁵ N:

Suchozemský dusík-15 je stabilný, ale tiež podlieha jadrovému rozpadu vo vnútri hviezdy; po jadre¹⁵ N prijme o jeden protón viac, nevznikne len kyslík¹⁶ O, ale aj iná jadrová reakcia:

V tomto reťazci premien je dusík jedným z medziproduktov. Slávny anglický astrofyzik R. J. Tayler píše: „¹⁴ N je izotop, ktorý nie je ľahké zostrojiť. Dusík sa tvorí v cykle uhlík-dusík, a hoci sa následne zmení späť na , ak proces prebieha stacionárne, potom je v látke viac dusíka ako uhlíka. Zdá sa, že toto je hlavný zdroj¹⁴N»…

Stredne zložitý cyklus uhlík-dusík vykazuje zaujímavé vzorce.

Dusík je chemický prvok, ktorý pozná každý. Označuje sa písmenom N. Dá sa povedať, že je základom anorganickej chémie, a preto sa začína študovať v ôsmom ročníku. V tomto článku sa bližšie pozrieme na dusík, ako aj na jeho charakteristiky a vlastnosti.

História objavovania prvkov

Zlúčeniny ako amoniak, dusičnany a kyselina dusičná boli známe a používané v praxi dlho predtým, než sa získal čistý dusík vo voľnom stave.

V experimente uskutočnenom v roku 1772 spálil Daniel Rutherford fosfor a ďalšie látky v sklenenom zvone. Zistil, že plyn zostávajúci po spaľovaní zlúčenín nepodporuje spaľovanie a dýchanie a nazval ho „dusivý vzduch“.

V roku 1787 Antoine Lavoisier zistil, že plyny, ktoré tvoria obyčajný vzduch, sú jednoduché chemické prvky a navrhol názov „dusík“. O niečo neskôr (v roku 1784) fyzik Henry Cavendish dokázal, že táto látka je súčasťou dusičnanov (skupina dusičnanov). Odtiaľ pochádza latinský názov pre dusík (z neskorolaténskeho nitrum a gréckeho gennao), ktorý navrhol J. A. Chaptal v roku 1790.

Začiatkom 19. storočia vedci objasnili chemickú inertnosť prvku vo voľnom stave a jeho výnimočnú úlohu v zlúčeninách s inými látkami. Od tohto momentu sa „viazanie“ vzdušného dusíka stalo najdôležitejším technickým problémom v chémii.

Fyzikálne vlastnosti

Dusík je o niečo ľahší ako vzduch. Jeho hustota je 1,2506 kg/m³ (0 °C, 760 mm Hg), bod topenia -209,86 °C, bod varu -195,8 °C. Dusík sa ťažko skvapalňuje. Jeho kritická teplota je relatívne nízka (-147,1 °C), zatiaľ čo kritický tlak je pomerne vysoký - 3,39 Mn/m². Hustota v kvapalnom stave - 808 kg/m³. Tento prvok je menej rozpustný vo vode ako kyslík: 23,3 g N sa môže rozpustiť v 1 m³ (pri 0 °C) H2O. Toto číslo je vyššie pri práci s niektorými uhľovodíkmi.

Pri zahrievaní na nízke teploty tento prvok interaguje iba s aktívnymi kovmi. Napríklad s lítiom, vápnikom, horčíkom. Dusík reaguje s väčšinou ostatných látok v prítomnosti katalyzátorov a/alebo pri vysokých teplotách.

Zlúčeniny N s O2 (kyslíkom) N205, NO, N203, N2O, NO2 boli dobre študované. Z nich pri interakcii prvkov (t - 4000 ° C) vzniká oxid NO. Ďalej sa počas procesu chladenia oxiduje na N02. Oxidy dusíka vznikajú vo vzduchu pri prechode atmosférických výbojov. Možno ich získať pôsobením ionizujúceho žiarenia na zmes N a O₂.

Keď sa N203 a N205 rozpustí vo vode, získajú sa kyseliny HN02 a HNO2, ktoré tvoria soli - dusičnany a dusitany. Dusík sa spája s vodíkom výlučne v prítomnosti katalyzátorov a pri vysokých teplotách a vytvára NH3 (amoniak). Okrem toho sú známe ďalšie (sú pomerne početné) zlúčeniny N s H2, napríklad diimid HN = NH, hydrazín H2N-NH2, oktazón N₈H14, kyselina HN3 a iné.

Stojí za zmienku, že väčšina zlúčenín vodíka a dusíka je izolovaná výlučne vo forme organických derivátov. Tento prvok nereaguje (priamo) s halogénmi, takže všetky jeho halogenidy sa získavajú len nepriamo. Napríklad NF3 sa tvorí, keď amoniak reaguje s fluórom.

Väčšina halogenidov dusíka sú slabo stabilné zlúčeniny; oxyhalogenidy sú stabilnejšie: NOBr, NO₂F, NOF, NOCl, NO₂Cl. K priamej kombinácii N so sírou tiež nedochádza, N4S4 sa získava pri reakcii amoniak + kvapalná síra. Keď horúci koks reaguje s dusíkom, vzniká kyanogén (CN)₂. Zahriatím acetylénu C2H2 s dusíkom na 1500 °C možno získať kyanovodík HCN. Keď N interaguje s kovmi pri relatívne vysokých teplotách, vytvárajú sa nitridy (napríklad Mg3N2).

Keď je obyčajný dusík vystavený elektrickým výbojom [pri tlaku 130 – 270 n/m² (zodpovedá 1 – 2 mm Hg)] a pri rozklade Mg₃N₂, BN, TiNx a Ca₃N₂, ako aj pri elektrických výbojoch v vzduch, môže sa tvoriť aktívny dusík so zvýšenými energetickými zásobami. Na rozdiel od molekulárnej veľmi energicky interaguje s vodíkom, sírovými parami, kyslíkom, niektorými kovmi a fosforom.

Dusík je súčasťou mnohých dôležitých organických zlúčenín, vrátane aminokyselín, amínov, nitrozlúčenín a ďalších.

Získanie dusíka

V laboratóriu možno tento prvok ľahko získať zahrievaním koncentrovaného roztoku dusitanu amónneho (vzorec: NH4NO₂ = N₂ + 2H2O). Technický spôsob získavania N je založený na separácii vopred skvapalneného vzduchu, ktorý sa následne podrobí destilácii.

Oblasť použitia

Hlavná časť získaného voľného dusíka sa využíva pri priemyselnej výrobe amoniaku, ktorý sa potom v dosť veľkých množstvách spracováva na hnojivá, výbušniny atď.

Okrem priamej syntézy NH₃ z prvkov sa používa kyánamidová metóda vyvinutá začiatkom minulého storočia. Vychádza zo skutočnosti, že pri t = 1000 °C karbid vápnika (vzniknutý zahrievaním zmesi uhlia a vápna v elektrickej peci) reaguje s voľným dusíkom (vzorec: CaC₂ + N₂ = CaCN₂ + C). Výsledný kyanamid vápenatý sa vplyvom zahriatej vodnej pary rozkladá na CaCO3 a 2NH3.

Vo voľnej forme sa tento prvok používa v mnohých priemyselných odvetviach: ako inertné médium v ​​rôznych metalurgických a chemických procesoch, pri čerpaní horľavých kvapalín, na vypĺňanie priestoru v ortuťových teplomeroch atď. V kvapalnom stave sa používa v rôznych chladiacich jednotkách . Prepravuje a skladuje sa v oceľových Dewarových nádobách a stlačený plyn sa skladuje vo fľašiach.

Mnohé zlúčeniny dusíka sú tiež široko používané. Ich výroba sa začala prudko rozvíjať po prvej svetovej vojne a v súčasnosti dosiahla skutočne obrovské rozmery.

Táto látka je jedným z hlavných biogénnych prvkov a je súčasťou najdôležitejších prvkov živých buniek – nukleových kyselín a bielkovín. Množstvo dusíka v živých organizmoch je však malé (približne 1–3 % sušiny). Molekulárny materiál prítomný v atmosfére asimilujú iba modrozelené riasy a niektoré mikroorganizmy.

Pomerne veľké zásoby tejto látky sú sústredené v pôde vo forme rôznych minerálnych (dusičnany, amónne soli) a organických zlúčenín (zložených z nukleových kyselín, bielkovín a produktov ich rozpadu, vrátane ešte nie úplne rozložených zvyškov flóry a fauny).

Rastliny dokonale absorbujú dusík z pôdy vo forme organických a anorganických zlúčenín. V prírodných podmienkach majú veľký význam špeciálne pôdne mikroorganizmy (amonifikátory), ktoré sú schopné mineralizovať pôdny organický N na amónne soli.

Dusičnanový dusík v pôde vzniká počas života nitrifikačných baktérií, objavených S. Winogradským v roku 1890. Oxidujú amónne soli a amoniak na dusičnany. Časť látky asimilovanej flórou a faunou sa stráca pôsobením denitrifikačných baktérií.

Mikroorganizmy a rastliny dokonale absorbujú dusičnan aj amónny N. Aktívne premieňajú anorganický materiál na rôzne organické zlúčeniny - aminokyseliny a amidy (glutamín a asparagín). Posledne menované sú súčasťou mnohých proteínov mikroorganizmov, rastlín a zvierat. Syntézu asparagínu a glutamínu amidáciou (enzymatickou) kyseliny asparágovej a glutámovej vykonávajú mnohí predstavitelia flóry a fauny.

K produkcii aminokyselín dochádza prostredníctvom redukčnej aminácie množstva ketokyselín a aldehydových kyselín, ktoré sú výsledkom enzymatickej transaminácie, ako aj v dôsledku oxidácie rôznych uhľohydrátov. Konečnými produktmi asimilácie amoniaku (NH3) rastlinami a mikroorganizmami sú bielkoviny, ktoré sú súčasťou bunkového jadra, protoplazmy a tiež sa ukladajú vo forme takzvaných zásobných proteínov.

Ľudia a väčšina zvierat dokáže syntetizovať aminokyseliny len v dosť obmedzenom rozsahu. Nie sú schopné produkovať osem esenciálnych zlúčenín (lyzín, valín, fenylalanín, tryptofán, izoleucín, leucín, metionín, treonín), a preto sú ich hlavným zdrojom dusíka bielkoviny konzumované potravou, teda v konečnom dôsledku vlastné bielkoviny mikroorganizmov. a rastliny.

Dusík (anglicky Nitrogen, francúzsky Azote, nem. Stickstoff) objavili takmer súčasne viacerí výskumníci. Cavendish získaval dusík zo vzduchu (1772) jeho prechodom cez horúce uhlie a potom cez alkalický roztok, aby absorboval oxid uhličitý. Cavendish nedal novému plynu špeciálne meno, označoval ho ako mefitický vzduch (Air mephitic z latinského mephitis - dusivé alebo škodlivé vyparovanie zeme). Priestley čoskoro zistil, že ak vo vzduchu dlho horí sviečka alebo je prítomné zviera (myš), potom sa takýto vzduch stáva nevhodným na dýchanie. Oficiálne sa objav dusíka zvyčajne pripisuje Blackovmu študentovi Rutherfordovi, ktorý v roku 1772 publikoval dizertačnú prácu (pre titul doktora medicíny) „O nehybnom vzduchu, inak nazývanom dusenie“, kde sú uvedené niektoré chemické vlastnosti dusíka boli prvýkrát opísané. V tých istých rokoch Scheele získaval dusík z atmosférického vzduchu rovnakým spôsobom ako Cavendish. Nový nazval „plynom skazený vzduch (Verdorbene Luft). Keďže prechod vzduchu cez žeravé uhlie považovali flogistickí chemici za jeho flogistizáciu, Priestley (1775) nazval dusíkom flogistický vzduch (Air phlogisticated). Cavendish tiež predtým hovoril o flogistizácii vzduchu v r. svoj experiment.Lavoisier v rokoch 1776 - 1777 podrobne študoval zloženie atmosférického vzduchu a zistil, že 4/5 jeho objemu tvorí dusivý plyn (Air mofette – atmosférická mofeta, alebo jednoducho Mofett).Názvy dusíka – flogistický vzduch, mefický vzduch , atmosférická mofeta, skazený vzduch a niektoré ďalšie sa používali pred uznaním novej chemickej nomenklatúry v európskych krajinách, teda pred vydaním slávnej knihy „The Method of Chemical Nomenclature“ (1787).
Zostavovatelia tejto knihy - členovia nomenklatúrnej komisie Parížskej akadémie vied - Guiton de Morveau, Lavoisier, Berthollet a Fourcroix - prijali iba niekoľko nových názvov pre jednoduché látky, najmä názvy „kyslík“ a „vodík“. navrhol Lavoisier. Pri výbere nového názvu pre dusík sa komisia na základe princípov kyslíkovej teórie ocitla v ťažkostiach. Ako je známe, Lavoisier navrhol uviesť jednoduché názvy látok, ktoré by odrážali ich základné chemické vlastnosti. Preto by sa tento dusík mal nazývať „dusičnanový radikál“ alebo „dusičnanový radikál“. Takéto názvy, píše Lavoisier vo svojej knihe „Principles of Elementary Chemistry“ (1789), sú založené na starých termínoch nitre alebo saltpeter, akceptovaných v umení, v chémii a v spoločnosti. Boli by celkom vhodné, ale je známe, že dusík je tiež základom prchavej zásady (amoniak), ako nedávno zistil Berthollet. Preto názov radikál, alebo zásada dusičnanovej kyseliny, nevyjadruje základné chemické vlastnosti dusíka. Nie je lepšie pozastaviť sa nad slovom dusík, ktoré podľa členov názvoslovnej komisie odráža hlavnú vlastnosť prvku – jeho nevhodnosť na dýchanie a život? Autori chemickej nomenklatúry navrhli odvodiť slovo dusík z gréckej zápornej predpony „a“ ​​a slova život. Názov dusík teda podľa ich názoru odzrkadľoval jeho neživotnosť, či nežiteľnosť.
Slovo dusík však nevymyslel Lavoisier ani jeho kolegovia z komisie. Je známa už od staroveku a používali ju filozofi a alchymisti stredoveku na označenie „primárnej hmoty (základu) kovov“, takzvanej ortuti filozofov alebo dvojitej ortuti alchymistov. Slovo dusík sa do literatúry dostalo pravdepodobne v prvých storočiach stredoveku ako mnohé iné zašifrované názvy s mystickým významom. Nachádza sa v dielach mnohých alchymistov, počnúc Baconom (XIII. storočie), - u Paracelsa, Libavia, Valentina a ďalších. Libavius ​​​​dokonca poukazuje na to, že slovo dusík (azoth) pochádza zo starého španielsko-arabského slova azoque (azoque alebo azoc), čo znamená ortuť. Je však pravdepodobnejšie, že tieto slová sa objavili v dôsledku pisárskych skreslení koreňového slova dusík (azot alebo azoth). Teraz bol presnejšie stanovený pôvod slova dusík. Starovekí filozofi a alchymisti považovali „primárnu hmotu kovov“ za alfu a omegu všetkého, čo existuje. Tento výraz je vypožičaný z Apokalypsy - poslednej knihy Biblie: „Ja som alfa a omega, začiatok a koniec, prvý a posledný. V staroveku a v stredoveku kresťanskí filozofi považovali za správne používať pri písaní svojich pojednaní iba tri jazyky, ktoré boli uznané za „posvätné“ – latinčina, gréčtina a hebrejčina (nápis na kríži pri ukrižovaní Krista , podľa evanjeliového príbehu bol vyrobený v týchto troch jazykoch). Na vytvorenie slova dusík sa vzali začiatočné a posledné písmená abecedy týchto troch jazykov (a, alfa, aleph a zet, omega, tov - AAAZOT).
Zostavovatelia nového chemického názvoslovia z roku 1787 a predovšetkým iniciátor jeho vzniku Guiton de Morveau si dobre uvedomovali existenciu slova dusík už od staroveku. Morvo zaznamenal v „Metodickej encyklopédii“ (1786) alchymický význam tohto výrazu. Po vydaní Metódy chemického názvoslovia odporcovia kyslíkovej teórie - flogistika - ostro kritizovali nové názvoslovie. Najmä, ako sám Lavoisier poznamenáva vo svojej učebnici chémie, bolo kritizované prijatie „starobylých mien“. Najmä La Mettrie, vydavateľ časopisu Observations sur la Physique, bašta odporcov kyslíkovej teórie, poukázal na to, že slovo dusík používali alchymisti v inom význame.
Napriek tomu bol nový názov prijatý vo Francúzsku, ako aj v Rusku, čím nahradil predtým akceptované názvy „flogistický plyn“, „moffeta“, „základňa mofety“ atď.
Spravodlivé komentáre vyvolalo aj slovotvorba dusíka z gréčtiny. D. N. Pryanishnikov vo svojej knihe „Dusík v živote rastlín a v poľnohospodárstve ZSSR“ (1945) celkom správne poznamenal, že tvorba slov z gréčtiny „vyvoláva pochybnosti“. Očividne mali tieto pochybnosti aj Lavoisierovi súčasníci. Sám Lavoisier vo svojej učebnici chémie (1789) používa slovo dusík spolu s názvom „radikálny nitrik“.
Je zaujímavé si všimnúť, že neskorší autori, ktorí sa zrejme snažili nejakým spôsobom zdôvodniť nepresnosť členov nomenklatúrnej komisie, odvodili slovo dusík z gréčtiny – životodarný, životodarný, čím vytvorili umelé slovo „azotikos“, ktoré chýba v gréckom jazyku (Diergart, Remy atď.). Tento spôsob utvorenia slova dusík však sotva možno považovať za správny, pretože odvodené slovo pre názov dusík by malo znieť „azotikon“.
Nevhodnosť názvu dusík bola zrejmá mnohým Lavoisierovým súčasníkom, ktorí plne sympatizovali s jeho kyslíkovou teóriou. Preto Chaptal vo svojej učebnici chémie „Elements of Chemistry“ (1790) navrhol nahradiť slovo dusík slovom dusík (dusík) a nazval plyn v súlade s názormi svojej doby (každá molekula plynu bola reprezentovaná ako obklopená kalorickou atmosférou), „dusíkový plyn“ (plynný dusík). Chaptal svoj návrh podrobne odôvodnil. Jedným z argumentov bolo naznačenie, že pomenovanie s významom bez života by s väčším opodstatnením mohli dostať aj iné jednoduché telá (majú napríklad silne jedovaté vlastnosti). Názov dusík, prijatý v Anglicku a Amerike, sa neskôr stal základom pre medzinárodný názov prvku (Nitrogenium) a symbol pre dusík - N. Vo Francúzsku začiatkom 19. storočia. Namiesto symbolu -N bol použitý symbol Az. V roku 1800 jeden zo spoluautorov chemickej nomenklatúry, Fourcroy, navrhol iný názov - alkaligén, založený na skutočnosti, že dusík je „základom“ prchavej alkálie (Alcali volatil) amoniaku. Tento názov však chemici neprijali. Na záver spomeňme názov dusík, ktorý používali flogistickí chemici a najmä Priestley koncom 18. storočia - septón (Septon z franc. Septique - hnilobný). Toto meno zrejme navrhol Mitchell, Blackov študent, ktorý neskôr pracoval v Amerike. Davy toto meno odmietol. V Nemecku od konca 18. storočia. a dodnes sa dusík nazýva Stickstoff, čo znamená „dusivá látka“.
Čo sa týka starých ruských názvov dusíka, ktoré sa objavovali v rôznych dielach konca 18. – začiatku 19. storočia, sú tieto: dusivý plyn, nečistý plyn; mofetický vzduch (to všetko sú preklady francúzskeho názvu Gas mofette), dusivá látka (preklad nemeckého Stickstoff), flogistický vzduch, rozhorčený, horľavý vzduch (flogistické názvy sú prekladom termínu navrhnutého Priestleym – Plogistický vzduch). Používali sa aj mená; skazený vzduch (preklad Scheeleho výrazu Verdorbene Luft), ledok, ledkový plyn, dusík (preklad názvu navrhnutý Chaptalom – dusík), alkálie, zásada (Fourcroyove výrazy preložené do ruštiny v rokoch 1799 a 1812), septón, hnilobný činiteľ (Septon ) atď. Spolu s týmito početnými názvami sa najmä od začiatku 19. storočia používali aj slová dusík a plynný dusík.
V. Severgin vo svojom „Sprievodcovi najpohodlnejším chápaním cudzích chemických kníh“ (1815) vysvetľuje slovo dusík takto: „Azoticum, Azotum, Azotozum – dusík, dusivá látka“; "Azot - dusík, ľadok"; „dusičnanový plyn, dusíkový plyn“. Slovo dusík sa konečne dostalo do ruskej chemickej nomenklatúry a nahradilo všetky ostatné názvy po publikácii „Základy čistej chémie“ od G. Hessa (1831).
Odvodené názvy zlúčenín obsahujúcich dusík sa tvoria v ruštine a iných jazykoch buď zo slova dusík (kyselina dusičná, azozlúčeniny atď.) alebo z medzinárodného názvu dusíka (dusičnany, nitrozlúčeniny atď.). Posledný výraz pochádza zo starodávnych názvov nitr, nitrum, nitrón, ktoré zvyčajne znamenali soľanku, niekedy prírodnú sódu. Rulandov slovník (1612) hovorí: "Nitrum, bór (baurach), ledok (Sal petrosum), nitrum, u Nemcov - Salpeter, Beggsalz - to isté ako Sal petrae."

História objavu dusíka je celkom zaujímavá. Kedy bol dusík objavený, sa dozviete v tomto článku.

Kto a kedy objavil dusík?

Dusík prvýkrát získal v roku 1756 škótsky chemik D. Rutherford. Vedec umiestnil pod kupolu myš, ktorá odtiaľ najskôr vytlačila oxid uhličitý. Myš okamžite zomrela a vedec sa rozhodol, že to bolo spôsobené existenciou „jedovatého“ vzduchu, ktorý sa ukázal byť dusíkom. V roku 1772 zverejnil výsledky svojich výskumov a experimentov v roku 1772.

Dusík neskôr získal v roku 1772 vedec zo Škótska Henry Cavendish. Experimentovaním so vzduchom získaval dusík. Bohužiaľ, neuvedomujúc si, že ide o novú látku, G. Cavendish s radosťou všetko pripisuje flogistónu.

V roku 1773 švédsky chemik Carl Schelle zistil, že vzduch je zmesou dvoch plynov. Jeden z nich podporuje dýchanie, druhý nie. V tomto prípade nazval dusík „skazeným vzduchom“.

Teraz je známe, že obsah dusíka vo vzduchu dosahuje 78%.

Názov plynu v 1787 navrhol Lavoisier spolu s ďalšími výskumníkmi. Predtým sa nazýval skazený, flogistický, jedovatý a mefitický vzduch. Z gréčtiny sa prekladá ako bez života a toto slovo je odvodené z gréckeho „a“ – negácia a „zoe“ – život.