Dusík

Dusík 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 číslo7Počet stabilních izotopů2
Atomová hmotnost14,0067Elektronová konfigurace[He] 2s2 2p3
Teplota tání [°C]-210,01Teplota varu [°C]-195,80
Elektronegativita3,1Hustota [kg.m-3]1,2506

Za vysokého tlaku vytváří dusík pevný 2D materiál.

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

Radioaktivní izotopy

13N

Poločas rozpadu je 9,96 minut, připravuje se ostřelováním vody urychlenými protony:

16O + p → 13N + α

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.

16O + n → 16N + 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. Za normálních podmínek je to bezbarvý plyn s charakteristickým, intenzivním zápachem, je silně  toxický. V čistém stavu se musí skladovat podchlazený nebo v tlakových nádobách, vzhledem k jeho teplotě varu (−33,3 °C) je možné ho skladovat i ve skleněných ampulích s ventilem. Běžně dostupný amoniak je vodný roztok amoniaku, jeho maximální koncentrace se pohybuje kolem 31 %.

Průmyslově se vyrábí Haber-Boschovým procesem, vyvinutým v první polovině dvacátého století.[9] Tato výroba je energeticky náročná a amoniak se vyrábí v obrovských množstvích (198 miliónů tun v roce 2012),[6] důsledkem toho je, že výroba amoniaku spotřebuje asi jedno procento energie vyrobené člověkem. Tímto procesem se amoniak vyrábí z prvků, vodík a dusík spolu reagují za tlaku 15-25 MPa a teplotě 400-500 °C. Směs plynů prochází přes  katalyzátor a dochází ke vzniku amoniaku, účinnost procesu je jen kolem 15 %, ale průmyslové reaktory mají mnoho pater a nezreagovaný plyn se regeneruje, tím se dosahuje účinnosti až 97 %. Neustále se hledají nové a úspornější cesty syntézy amoniaku, zatím se v praxi stále využívá jen Haber-Boschův proces.[10]

N2 + 3 H2 → 2 NH3

Molekula amoniaku
Molekula amoniaku má tvar trojboké pyramidy, ten je odvozen z tetraedru, jehož poslední vrchol je obsazen nevazebným elektronovým párem

Oxidy

Známe nejméně sedm binárních sloučenin dusíku s kyslíkem:

  1. Oxid dusný – N2O
  2. Oxid dusnatý – NO
  3. Oxid dusitý – N2O3 ≡ NO.NO2
  4. Oxid dusičitý – NO2
  5. Oxid dusičný – N2O5
  6. Nitrosylazid – N4O
  7. Trinitramid – N4O6 ≡ N(NO2)3

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.

Spin1
Zastoupení v přírodě99,63 %
Jaderný magnetický moment+0,4037610
Rozsah chemických posunů0 až 900 ppm
Relativní citlivost k 1H1,01×10-3
Relativní citlivost k 13C5,74

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.

Spin1/2
Zastoupení v přírodě0,368 %
Jaderný magnetický moment-0,2831888
Rozsah chemických posunů-300 až 900 ppm
Relativní citlivost k 1H3,85×10-6
Relativní citlivost k 13C0,0219

Odkazy

  1. Dusík na české wikipedii
  2. Dusík na anglické wikipedii
  3. Surface and Corrosion Chemistry of Plutonium
  4. Nitrogen NMR
  5. 15N NMR Spectroscopy in Structural Analysis: An Update (2001 – 2005)
  6. Market Study Ammonia
  7. Improved 1H Resolution with 14N Decoupling
  8. HÁLA, Jiří. Radioaktivní izotopy. Tišnov: Sursum, 2013. ISBN 978-80-7323-248-1.
  9. Ammonia synthesis: the greatest innovation of the 20th century
  10. Catalytic N2-to-NH3 (or -N2H4) Conversion by Well-Defined Molecular Coordination Complexes

Navigace

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

2 Replies to “Dusík”

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..