Dušik

Dušik,  ₇N

Tekoči dušik
Spekter dušika
Splošno
Ime, znak	dušik, N
Izgovarjava	dušík
Videz	brezbarvni plin, tekočina ali trdnina
Dušik v periodnem sistemu
– ↑ N ↓ P ogljik ← dušik → kisik
Vrstno število	7
Standardna atomska teža (Ar)	14,007 (14,00643 – 14,00728)
Kategorija elementa	dvoatomna nekovina
Skupina, blok	skupina 15 (dušikova skupina), p-blok
Perioda	perioda 2
Razporeditev elektronov	[He] 2s2 2p3
po lupini	2, 5
Fizikalne lastnosti
Faza snovi	plin
Tališče	−210,00 °C ​(63,15 K, ​−346,00 °F)
Vrelišče	−195,795 °C ​(77,355 K, ​−320,431 °F)
Gostota pri stp (0 °C in 101,325 kPa)	1,251 g/L
v tekočem stanju, pri TV	0,808 g/cm3
Trojna točka	63,151 K, ​12,52 kPa
Kritična točka	126,192 K, 3,3958 MPa
Talilna toplota	(N2) 0,72 kJ/mol
Izparilna toplota	(N2) 5,56 kJ/mol
Toplotna kapaciteta	(N2) 29,124 J/(mol·K)
Parni tlak P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pri T (°C) −236,2 −232,2 −227,2 −220,2 −211,2 −196,2
Lastnosti atoma
Oksidacijska stanja	5, 4, 3, 2, 1, −1, −2, −3 ​(močno kisel oksid)
Elektronegativnost	Paulingova lestvica: 3,04
Ionizacija	1.: 1402,3 kJ/mol 2.: 2856 kJ/mol 3.: 4578,1 kJ/mol (več)
Kovalentni polmer	71±1 pm
Van der Waalsov polmer	155 pm
Razno
Kristalna struktura	​heksagonalna
Hitrost zvoka	353 m/s (plin, pri 27 °C)
Toplotna prevodnost	25,83×10−3 W/(m·K)
Magnetna ureditev	diamagnetik
Številka CAS	7727-37-9
Zgodovina
Odkritje	Daniel Rutherford (1772)
Poimenoval	Jean-Antoine Chaptal (1790)
Najstabilnejši izotopi
izo NA Razpol. doba DM DE (MeV) DP 13N sint. 9,965 min ε 2,220 13C 14N 99,634% 14N je stabilen z 7 nevtroni 15N 0,366% 15N je stabilen z 8 nevtroni

Dušík (latinsko nitrogenium) je kemični element v periodnem sistemu s simbolom N in atomskim številom 7. Ta pogosta neaktivna dvoatomska plinasta nekovina, običajno brez barve, vonja in okusa, sestavlja 78 odstotkov Zemljinega ozračja in je sestavni del vseh živih tkiv. Dušik tvori številne pomembne spojine, kot so aminokisline, DNK, RNK, amonijak, dušikova kislina in cianidi.

Pomembne lastnosti

Dušik je nekovina, z elektronegativnostjo 3,0. V svoji zunanji lupini ima pet elektronov, zato je v večini spojin trivalenten. Čisti dušik, N₂, je pri sobni temperaturi nereaktiven brezbarven dvoatomski plin, ki sestavlja okoli 78 % Zemljinega ozračja. Kondenzira se pri 77 K, zmrzne pa pri 63 K. Tekoči dušik je pogost kriogen.

Uporaba

Napogostejša posamezna raba dušika je kot komponenta pri pridobivanju amonijaka s Haberjevim procesom. Amonijak se nato uporablja za izdelavo gnojil in dušikove kisline. Dušik se uporablja kot neaktivno ozračje v tankih z eksplozivnimi tekočinami, med izdelavo elektronskih delov kot so tranzistorji, diode, in integriranih vezij, in pri izdelavi nerjavečega jekla. Dušik se uporablja kot hladilo tako za potapljanje zamrzovanih prehranskih izdelkov pred prevozom hrane, kot za ohranjanje teles in reproduktivnih celic (sperme in jajčec) in za stabilno hranjenje bioloških vzorcev v biologiji.

Soli dušikove kisline vključujejo nekatere pomembne sestavine, denimo kalijev nitrat (soliter) in amonijev nitrat. Prva spojina je sestavina smodnika, zadnja je pomembna v gnojilih. Dušikove organske spojine, kot sta nitroglicerin in trinitrotoluen, so pogosto eksplozivi.

Dušikova kislina se uporablja kot oksidant v raketah na tekoče gorivo. Hidrazin in njegovi derivati se uporabljajo v raketnem gorivu.

Dušik se v svojem tekočem stanju (pogosto imenovanem LN₂) pogosto uporablja v kriogeniki. Tekoči dušik naredijo z destilacijo iz tekočega zraka. Pri atmosferskem tlaku se dušik utekočini pri -195,8 stopinjah Celzija. Dušik je tekoče zamrzovalno sredstvo, ki se pogosto uporablja pri demonstracijah pri poučevanju naravoslovja.

Zgodovina

Odkritje dušika (latinsko nitrum, grško Nitron, kar pomeni "naravna sodavica", "geni", "izdelava") formalno pripisujemo Danielu Rutherfordu, ki ga je leta 1772 imenoval škodljivi zrak ali vnetljivi zrak. Da obstaja del zraka, ki ne podpira gorenja, je bilo kemikom dobro znano že v poznem 18. stoletju. Skoraj hkrati so dušik preučevali Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, Joseph Priestley, ki ga je imenoval zgoreli zrak ali nevnetljivi zrak. Dušik je bil dovolj neaktiven, da ga je Antoine Lavoisier imenoval azote, kar pomeni brez življenja.

Spojine dušika so bile dobro znane v srednjem veku. Alkimisti so poznali dušikovo kislino pod imenom aqua fortis. Mešanica dušikove in klorovodikove kisline je bila znana kot aqua regia, cenjena zaradi svoje zmožnosti raztapljanja zlata; od tod poimenovanje zlatotopka.

Biološka vloga

Dušikove spojine, kot so amino- in nukleinske kisline, so ključni sestavni del vseh živih organizmov na Zemlji. Večina organizmov ne more absorbirati elementarnega dušika, ki je prisoten v ozračju, in lahko uporablja le reducirano (»fiksirano«) obliko. Nekaj reduciranega dušika pride do tal s padavinami, v obliki amonija in nitratov, pomembnejši vir za rastline pa so določene bakterije, ki so sposobne reducirati elementarni dušik z nitrogenaznimi encimi. Proces zahteva veliko energije in anoksične pogoje; mnogo vrst fiksacijskih bakterij živi v sožitju z rastlinami, ki jih hranijo v koreninskih nodulih in jih v zameno za reducirane dušikove spojine oskrbujejo s hranilnimi snovmi. Drug vir dušika za rastline so nitrati mineralnega izvora in tisti, ki se sprostijo v procesu dekompozicije organskih snovi. Živali dobijo dušikove spojine s hrano in jih v procesu prebave razgradijo do osnovnih gradbenih molekul.

Kroženje dušika v ekosistemu se zaključi s procesom denitrifikacije, v kateri oksidirajoče bakterije pretvorijo reducirane dušikove spojine nazaj v amonijak, s čemer pridobivajo energijo.