Dusík

Dusík, N, je za normální teploty plyn bez barvy a zápachu. Má dva stabilní izotopy – ¹⁴N a ¹⁵N a dva umělé – ¹³N a ¹⁶N.[8] Oba stabilní izotopy jsou důležité v NMR spektroskopii. Dusík je velmi nereaktivní plyn, čehož se využívá např. při práci s látkami citlivými na kyslík a vzdušnou vlhkost. Za laboratorní teploty reaguje pouze s lithiem[2] a plutoniem.[3]

Atomové číslo	7	Počet stabilních izotopů	2
Atomová hmotnost	14,0067	Elektronová konfigurace	[He] 2s²2p³
Teplota tání [°C]	-210,01	Teplota varu [°C]	-195,80
Elektronegativita	3,1	Hustota [kg.m^-3]	1,2506

Vlastnosti dusíku

Za vysokého tlaku vytváří dusík pevný 2D materiál.

Obsah

Dusík se získává frakční destilací zkapalněného vzduchu. V menším měřítku je možné jej získat pomocí speciálních selektivních membrán, které dokáží dusík separovat od ostatních složek vzduchu. Příp. využít vhodnou reakci, asi nejpoužívanější jsou termický rozklad azidu sodného nebo dusičnanu, příp. dusitanu amonného.

2 NaN₃ (s) → 2 Na + 3 N₂

NH₄NO₂(aq) → N₂ + 2 H₂O

2 NH₄NO₃(s) → 2 N₂ + 2 O₂ + 4 H₂O

Izotopy

Přírodní dusík se skládá ze dvou stabilních izotopů a stopového množství radioizotopu ¹³N.

Izotop	Poločas rozpadu	Zastoupení [%]
¹³N	9,965 minut	stopy
¹⁴N	stabilní	99,6
¹⁵N	stabilní	0,4

⁹N

V roce 2023 byl pozorován exotický izotop ⁹N, který obsahuje 7 protonů a pouze dva neutrony. Tento izotop byl zachycen v rozpadové řadě izotopu ¹³O, jeho poločas rozpadu je méně než 1 attosekunda (1 as = 1.10^-18 s). Rozpadá se za vzniku jádra ⁴He a uvolnění pěti protonů.[11]

$$^9_7\textrm{N}\ \rightarrow\ ^4_2\textrm{He}\ +\ 5\ ^1_1\textrm{p}$$

¹³N

Tento izotop v přírodě vzniká interakcí gamma záření s neutrony jader ¹⁴N a ¹⁶O:

$$^{14}_{\ \ 7}\textrm{N}\ +\ \gamma\ \rightarrow\ ^{13}_{\ \ 7}\textrm{N}\ +\ ^1_0\textrm{n} \\
^{16}_{\ \ 8}\textrm{O}\ +\ \gamma\ \rightarrow\ ^{15}_{\ \ 8}\textrm{O}\ +\ ^1_0\textrm{n}$$

Poločas přeměny je 9,965 minut, uměle se připravuje ostřelováním vody urychlenými protony:

$$^{16}_{\ \ 8}\textrm{O}\ +\ ^1_1\textrm{p}\ \rightarrow\ ^{13}_{\ \ 7}\textrm{N}\ +\ ^4_2\textrm{He}$$

Využívá se v lékařské diagnostice, ve formě značené molekuly dusíku nebo amoniaku, k vyšetřování dýchacích cest a prokrvení tkání.

¹⁶N

Poločas rozpadu 7,13 s. Vyrábí se ostřelováním kyslíku ¹⁶O rychlými neutrony.

$$^{16}_{\ \ 8}\textrm{O}\ +\ ^1_0\textrm{n}\ \rightarrow\ ^{16}_{\ \ 7}\textrm{N}\ +\ ^1_1\textrm{p}$$

Měření aktivity ¹⁶N v chladící vodě se využívá k regulaci výkonu některých jaderných reaktorů.

Sloučeniny

Amoniak

Amoniak nebo azan (NH₃) je jednou z průmyslově nejdůležitějších sloučenin dusíku, více informací najdete na samostatné stránce.

Oxidy

Známe nejméně sedm binárních sloučenin dusíku s kyslíkem:

Oxid dusný – N₂O
Oxid dusnatý – NO
Oxid dusitý – N₂O₃ ≡ NO.NO₂
Oxid dusičitý – NO₂
Oxid dusičný – N₂O₅
Nitrosylazid – N₄O
Trinitramid – N₄O₆ ≡ N(NO₂)₃

Hexazin

Hexazin je dusíkový analog benzenu, kde jsou všechny uhlíky nahrazeny atomy dusíku. Zatím (2024) nebyl připraven, ale v roce 2022 byla publikována příprava antiaromatického aniontu [N₆]^2- a v roce 2023 příprava aromatického aniontu [N₆]^4-.

Anion [N₆]^2- byl připraven působením vysokého tlaku (>45 GPa) na azid draselný (KN₃) v diamantové kovadlině za ohřevu laserem na teplotu cca 2200 °C.[14]

NMR

¹⁴N NMR

Jádro ¹⁴N je kvadrupól, tzn. že signály jsou rozšířené. To značně ztěžuje měření, zvláště u nesymetrických molekul, výhodou je ale vysoké zastoupení tohoto izotopu v přírodě.

Spin	1
Zastoupení v přírodě	99,63 %
Jaderný magnetický moment	+0,4037610
Rozsah chemických posunů	0 až 900 ppm
Relativní citlivost k ¹H	1,01×10^-3
Relativní citlivost k ¹³C	5,74

Jádro ¹⁴N může způsobit rozšíření signálů jader v jeho okolí, tomu lze předejít dekaplováním během měření.[7]

¹⁵N NMR

¹⁵N NMR poskytuje podstatně užší linie, ale pokud nemáme obohacené vzorky, tak je nutné měřit pomocí technik INEPT nebo HSQC, příp. HMBC. Kvůli minimálnímu zastoupení izotopu v přírodním dusíku je citlivost velice nízká.

Spin	1/2
Zastoupení v přírodě	0,368 %
Jaderný magnetický moment	-0,2831888
Rozsah chemických posunů	-300 až 900 ppm
Relativní citlivost k ¹H	3,85×10^-6
Relativní citlivost k ¹³C	0,0219

Izotopy

⁹N

¹³N

¹⁶N