Nitrogen

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
Nitrogen
N-TableImage.svg
Basisdata
Navn Nitrogen
Symbol N
Atomnummer 7
Utseende fargeløs
Plass i periodesystemet
Gruppe 15
Periode 2
Blokk p
Kjemisk serie ikke-metall
Atomegenskaper
Atomvekt 14,0067 u
Empirisk atomradius 65 pm
Kalkulert atomradius 56 pm
Kovalent atomradius 75 pm
Elektronkonfigurasjon [He] 2s2 2p3
Elektroner per energinivå 2, 5
Oksidasjonstilstander −3, +2, +3, +4, +5
Krystallstruktur heksagonal
Fysiske egenskaper
Stofftilstand gass
Smeltepunkt 63,14 K (−210°C)
Kokepunkt 77,35 K (−195,8°C)
Molart volum 22,42 · 10−3 /mol
Tetthet 1,2506 kg/m³
Hardhet ingen (gass)
Kritisk temperatur 126,21 K
Kritisk trykk 3,39 MPa
Fordampningsvarme 2,7928 kJ/mol
Smeltevarme 0,3604 kJ/mol
Damptrykk ? Pa
Lydfart 334 m/s
Diverse
Elektronegativitet etter Pauling-skalaen 3,04
Spesifikk varmekapasitet 1 040 J/(kg·K)
Elektrisk ledningsevne 0 S/m
Termisk ledningsevne 0,02598  W/(m•K)
Første ionisasjonspotensiale 1 407 kJ/mol
Andre ionisasjonspotensiale 2 862,6 kJ/mol
Tredje ionisasjonspotensiale 4 585 kJ/mol

SI-enheter & STP er brukt, hvis ikke annet er nevnt. MV = Manglende verdi – legg gjerne inn.

Nitrogen eller kvelstoff er et grunnstoff med kjemisk symbol N og atomnummer 7.

Historie[rediger | rediger kilde]

Nitrogen (fra latin nitrogenium, der nitrum (fra gresk nitron) betyr salpeter, og genium betyr «å danne») er formelt ansett for å ha blitt oppdaget av Daniel Rutherford i 1772. Det faktum at en andel av luft hindret forbrenning hadde vært kjent for kjemikere sent på 1700-tallet. Nitrogen ble også studert samtidig av Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, og Joseph Priestley som refererte til gassen som «brent luft». Nitrogen var så inert at Antoine Lavoisier kalte den «azote» fra det greske ordet αζωτος som betyr «livløst». Dette navnet brukes fortsatt på fransk. Levende dyr ble kvalt i ren nitrogengass, og det gamle norske navnet «kvelstoff» kommer fra disse egenskapene.

Nitrogenforbindelser var kjent i middelalderen. Alkymistene kalte salpetersyre for aqua fortis (sterkt vann). De tidligste bruk av nitrogenforbindelsen inkluderer salpeter til svartkrutt, og senere til kunstgjødsel.

Nitrogenatomets elektronskall

Egenskaper[rediger | rediger kilde]

Nitrogen er et ikke-metall som har gassform ved romtemperatur, og er fargeløs og luktfri. Mange organiske og uorganiske forbindelser inneholder nitrogen. Grunnstoffet kan ha flere ulike oksidasjonstall i forbindelser. Nitrogen har en elektronegativitet på 3,0. Det har fem elektroner i sitt ytre skall og er derfor trivalent i de fleste forbindelser. Trippelbindingen i molekylært nitrogen (N2) er en av de sterkeste bindingene vi kjenner til. Molekylært nitrogen har vanskelig for å inngå i nye forbindelser, og nitrogenforbindelser har lett for å brytes ned slik at nitrogenet i forbindelsen går tilbake til nitrogen i molekylær form. Dette har hatt en dominerende innvirkning for den rolle nitrogenet spiller både i naturen og i økonomiske aktiviteter.

Ved atmosfærisk trykk kondenseres molekylært nitrogen ved 77 K (-195,8 °C, og fryser ved 63 K (-210,0 °C). Flytende nitrogen, en væske som minner om vann, med med 80,8 % av dets densitet, er et vanlig kryogen.

Faremomenter[rediger | rediger kilde]

Ifølge den europeiske industrigassforeningen EIGA er nitrogen den gassen som ved ulykker i Europa tar livet av flest mennesker hvert år[trenger referanse]. Den er ikke giftig, men den fortrenger luften og dermed oksygenet og forårsaker kvelning.

Gassen er luktfri og er i vanlig bruk i svært mange sammenhenger. Det som gjør oksygenunderskudd så farlig er at kroppen ikke gir noen pålitelige signaler om at det er for lite oksygen. Det er CO2 (karbondioksid)-nivået i blodet som styrer åndedrettet, og ikke behovet for oksygen. Dette gjør at bevisstløshet inntreffer uten forvarsel, etterfulgt av kvelningsdød. Ved en slik ulykke må redningsmannskap ha en eller annen form for frisklufttilførsel. Det er ekstremt farlig å satse på at «jeg holder pusten og dette er fort gjort». Risikoen er da stor for at ikke bare én person omkommer, men redningsmannen også.

Isotoper[rediger | rediger kilde]

Naturlig forekommende nitrogen består av to stabile isotoper 14N (99,64%) og 15N (0,36%). I tillegg er 14 kunstig fremstilte ustabile (og dermed radioaktive) isotoper kjent. De mest stabile av disse er 13N med halveringstid 9,965 minutter, 16N med halveringstid 7,13 sekunder, og 17N med halveringstid 4,173 sekunder. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 1 sekund, og de fleste kortere enn 110 ms.[1]

CAS-nummer: 7727-37-9

Forekomst[rediger | rediger kilde]

Flytende nitrogen

Nitrogen er den vanligste gassen i atmosfæren (ca. 78%) fulgt av oksygen, men i jordskorpen er nitrogen ganske uvanlig med 25 gram per tonn.

Gass Kokepunkt Volumprosent
i luften
Nitrogen -196°C 78,073%
Oksygen -183°C 20,947%
Karbondioksid -78°C 0,04%
Edelgasser varierer 0,94%

Nitrogen framstilles gjennom fraksjonert destillasjon av flytende luft. Den utgjør et biprodukt ved den teknisk viktige framstillingen av oksygen. Ren nitrogen er derfor forholdsvis billig.

Viktige forbindelser[rediger | rediger kilde]

Organiske[rediger | rediger kilde]

Uorganiske[rediger | rediger kilde]

Nitrogenets kretsløp[rediger | rediger kilde]

Skjematisk fremstilling av nitrogenets kretsløp

Planter, dyr og mennesker trenger nitrogen for oppbygning av proteiner og DNA/RNA. Nitrogen finner man også i klorofyll og en rekke andre biomolekyler. Selv om det meste av lufta består av nitrogengass N2 (78 %), må alle planter ta opp nitrogen i form av nitrat (NO3-) eller som ammonium (NH4+) fra jord og vann.

Det lille kretsløpet[rediger | rediger kilde]

Når organismer dør blir de brutt ned av bakterier og sopp. Proteiner og nukleinsyrer blir spaltet til aminosyrer og nukleotider som bakteriene bruker til sin egen vekst, men det nitrogenet som blir igjen blir frigjort som ammoniakk, NH3. Det frigjør vi også gjennom avføring og ved forbrenning av proteiner.

Ammoniakk er en svak base. Baser tar opp H+ (hydrogen-ioner) fra vann, så i vannløsninger vil ammoniakk foreligge som:

NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH-(aq)

Dette tas opp av planter og kommer på den måten inn i næringskjeden igjen.

Nitrifiserende bakterier[rediger | rediger kilde]

Bakterier som omdanner ammoniakk (NH3) til nitritt (NO2-) og nitrat (NO3-). Formålet er å skaffe seg energi til syntese av eget cellemateriale fra CO2 og vann. Slike bakterier kan altså leve i mørke på bare uorganiske forbindelser, og tilhører de kjemoautotrofe organismene.

Denitrifiserende bakterier[rediger | rediger kilde]

Bakterier som omdanner nitrat (NO3-) til nitrogengass (N2) eller lystgass (N2O). Formålet er å skaffe seg oksygen til sin egen celleånding. Disse bakteriene kan fjerne næringsstoffene fra jordsmonnet og gjøre forholdene svært karrige etterhvert. Vi finner dem der det er lite oksygen tilstede, for eksempel i myrer.

Nitrogenbindende bakterier[rediger | rediger kilde]

Bakterier som omdanner nitrogengass (N2) fra lufta til ammoniakk (NH3). Formålet er å skaffe seg nitrogenholdige forbindelser til oppbyggingen av egne celler. Til denne gruppa hører nitrogenfikserende blågrønnbakterier som vi finner bl.a. i rismarker, og i knoller på belgplanter. De nitrogenbindende bakteriene lever da i symbiose med planterøttene,- de forsyner seg selv og plantene med tilgjengelige nitrogenforbindelser, og mottar til gjengjeld energirike organiske forbindelser fra planten.

At belgplanter som kløver, erter og bønner forbedrer jorda, har man visst siden oldtiden. Ved å dyrke belgplanter på åkeren med jevne mellomrom og pløye dem ned, kan man tilføre jorda nitrogenforbindelser uten å bruke kunstgjødsel.

Anvendelse[rediger | rediger kilde]

  • Ammoniakk og nitrat blir brukt industrielt til å lage kunstgjødsel.
  • Innen vitenskapen blir flytende nitrogen brukt som kjølemiddel.
  • I industrien er det et stort antall anvendelser for nitrogen. Kjøling, frysing og pakking av næringsmidler, inertering offshore og i kjemisk industri, trykksetting osv.
  • Flytende nitrogen blir ofte brukt som kjøling innenfor ekstremoverklokking på PC.
  • Som erstatning for luft i dekk.
  • Nitrogenforbindelsen "Ammonium Nitrate Fuel Oil", ANFO-slurry benyttes som sprengstoff.

Referanser[rediger | rediger kilde]

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]

Commons Commons: Nitrogen – bilder, video eller lyd
Wiktionary-logo-en.png Wiktionary: nitrogen – ordboksoppføring