Dušik

Dušik, ₇N

Dušik
Izgovarjava	IPA: [duˈʃiːk]
Videz	brezbarven plin, kapljevina ali trdnina
Standardna atomska teža Ar, std(N)	[7001140064300000000♠14,00643; 7001140072800000000♠14,00728] običajno: 7001140070000000000♠14,007
Dušik v periodnem sistemu
Vodik Helij Litij Berilij Bor Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon Kalij Kalcij Skandij Titan Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson – ↑ N ↓ P ogljik ← dušik → kisik
Vrstno število (Z)	7
Skupina	skupina 15 (pniktogeni)
Perioda	perioda 2
Blok	blok p
Razporeditev elektronov	[He] 2s2 2p3
Razporeditev elektronov po lupini	2, 5
Fizikalne lastnosti
Faza snovi pri STP	plin
Tališče	(N2) −209,86 °C
Vrelišče	(N2) −195,795 °C
Gostota (pri stp)	1,2506 g/L at 0 °C, 1013 mbar
v tekočem stanju (pri TV)	0,808 g/cm3
Trojna točka	−209,999 °C, 12,52 kPa
Kritična točka	−146,94 °C, 3,39 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	−3, −2, −1, +1, +2, +3, +4, +5 (močno kisel oksid)
Elektronegativnost	Paulingova lestvica: 3,04
Ionizacijske energije	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
Spektralne črte dušika
Druge lastnosti
Pojavljanje v naravi	prvobitno
Kristalna struktura	​heksagonalna
Hitrost zvoka	353 m/s (gas, at 27 °C)
Toplotna prevodnost	25,83×10−3 W/(m·K)
Magnetna ureditev	diamagnetik
Številka CAS	17778-88-0 7727-37-9 (N2)
Zgodovina
Odkritje	Daniel Rutherford (1772)
Poimenoval	Jean-Antoine Chaptal (1790)
Najpomembnejši izotopi dušika
Izo­top Pogos­tost Razpolovni čas (t1/2) Razpadni način Pro­dukt 13N sint. 9,965 min ε 13C 14N 99,6% stabilen 15N 0,4% stabilen

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.

Zunanje povezave

Dušik (video), University of Nottingham