Slapeklis [N2]

Slapeklis [N₂]

Slapeklis Daba un ta iegūšana. Slapeklis ir visu augu un dzīvnieku olbaltumvielu sastavdaļa. 16% no visas augu olbaltumvielu masas ir slapeklis. Tas atrodams akmeņoglēs un kūdra, to satur arī daži minerali, no kuriem pazīstamakie ir Čīles salpetris NaNO3 un kalija nitrats KNO3 jeb Indijas salpetris.

Laboratorija slapekli iegūst natrija nitrīta reakcija ar amonija hlorīdu vai amonija sulfatu , bet rūpniecība- frakcionēti destilējot sašķidrinatu gaisu.

Slapekļa īpašības un izmantošana. Slapeklis ir bezkrasaina gaze bez smakas. Tas ir nedaudz vieglaks par gaisu, slikti šķīst ūdenī. Ta viršanas temp. ir – 195,81ºC , bet kušanas temp. ir -210,01ºC.

Slapeklis ir ķīmiski inerta gaze. Parastajos apstakļos tas savienojas tikai ar litiju, veidojot nitrīdu:

6Li + N₂ à 2Li₃N

Slapekļa ķīmiska aktivitate palielinas augstas temperatūras, paaugstinata spiediena, izmantojot katalizatorus. Piemēram, slapeklis ar skabekli savienojas 3000ºC temperatūra:

6N₂ + 5O₂ à 2N₆O₅ ,

Bet slapekļa reakcija ar ūdeņradi optimalais amonjaka NH₃ iznakums ir tikai tad, ja temp. Ir 500ºC , spiediens 100 MPa un ja lieto katalizatoru – porainu dzelzi:

N₂ + H₃↔ 2NH₃ + Q

Slapekli lieto galvenokart amonjaka un nitrīdu sintēzei, metalu virsmas nitridēšanai. To izmanto inertas vides radīšanai. Šķidru slapekli lieto aukstumiekartas.

Slapekļa savienojumi. Slapeklim un ta savienojumiem ir liela nozīme dzīvaja daba un tautsaimniecība, taču rūpnieciski izmantojot slapekļa savienojumu krajumi ir niecīgi. Tos nenodrošina arī slapekļa riņķojums daba, jo tikai daļa slapekļa, kas ietilpst augu un dzīvnieku atliekas, atgriežas augsnē. Parējais slapeklis gan pūšanas , gan degšanas procesos izdalas atmosfēra brīva veida, tapēc aktuala ir slapekļa savienojumu iegūšanas problēma , izmantojot gaisu, kur slapeklis ir pietiekama daudzuma. Mūsdienas gaisa slapekļa saistīšanas problēma ir atrisinata, realizējot amonjaka NH₃ sintēzi no gaisa slapekļa un ūdeņraža. Ūdeņradi iegūst dažados rūpnieciskos procesos.

Amonjaks jeb ūdeņraža nitrīds NH₃ ir slapekļa savienojums ar ūdeņradi. Tas ir bezkrasaina gaze ar asu smaku. Amonjaks ir 1,7 reizes vieglaks par gaisu. Ta viršanas temperatūra ir -33,35ºC, bet kušanas temperatūra ir -77,75ºC. pastavot samēra nelielam spiedienam, amonjaks jau parastaja temp. viegli parvēršas šķidruma. Amonjaks ļoti labi šķīst ūdenī.

Parastajos apstakļos amonjaks deg tikai tīra skabeklī:

4NH₃+3O₂à2N₂+6H₂O

Paaugstinata temp. un katalizatora klatbūtnē amonjaks reaģē arī ar gaisa skabekli, tikai tada gadījuma neizdalas vis brīvs slapeklis N₂, bet gan slapekļa(II) oksīds NO

4NH₃+5O₂à4NO+6H₂O

Šo reakciju izmanto slapekļskabes ražošana.

NH₄⁺ sauc par amonija jonu. Tam ir pozitīvs ladiņš. Ta ka amonjakam ir izteiktas baziskas īpašības, tas reaģē ar skabēm, veidojot normalos un skabos saļus. Piemēram:

NH₃+HCLà NH₄CL (amonija hlorīds)

2NH₃+H₂SO₄à(NH₄)₂SO₄ (amonija sulfats)

NH₃+H₃PO₄à NH₄H₂ PO₄ (amonija dihidrogēnfosfats)

Parastajos un jo sevišķi paaugstinata temperatūra no amonjakūdens izdalas amonjaks, ko nereti izmanto amonjaka iegūšanai laboratorija. Amonjaks reaģē arī ar daudzam citam vielam:

2NH₃+CO₂ ^tº,pàCO(NH₂)₂+H₂O (karbamīds)

4NH₃+AlCl₃^tºàAlN+3NH₄Cl

4NH₃+CuSO₄ ^tºà[Cu(NH₃)₄]SO₄ ( tetraamīnvara(II) sulfats)

Amonjaku lieto mineralmēslu un slapekļskabes ražošanai. Sašķidrinatu amonjaku izmanto par siltumnesēju saldēšanas iekartas. Amonjakūdeni, kura amonjaka masas daļa ir 25%, lieto ķīmijas laboratorijas, rūpniecība, lauksaimniecība, majsaimniecība. 10% amonjakūdeni sauc par ožamo spirtu, ko lieto medicīna.

Amonija saļi ir kristaliskas vielas, kas labi šķīst ūdenī. Tos iegūst amonjaka reakcijas ar skabēm. Amonija saļiem piemīt īpašības, kas ir kopīgas ar citu attiecīgo skabju saļiem. Taču tiem ir arī specifiskas īpašības: amonija saļi ir termiski nestabili, bet reakcijas ar sarmiem izdala amonjaku.

(NH₄)₃PO₄à2NH₃↑+NH₄H₂PO₄

Amonija hidrogēnortofosfati sadalas, tos karsējot:

(NH₄)₂ HPO₄ ^tºà2NH₃↑ + H₃PO₄

Stipri karsēts, sadalas arī amonija hlorīds:

NH₄Cl ^tºà NH₃↑ +HCl↑

Ja amonija saļus sajauc ar sarmiem vai to šķīdumiem, tad izdalas amonjaks. Par to vislabak parliecinaties, ja maisījumu karsē:

(NH₄)₂ SO₄+2NaOH ^tºà Na₂SO₄ + 2H₂O + 2NH₃↑

Amonija saļus lieto par vērtīgu mineralmēslojumu.

Amonija nitrats. NH₄NO₃ ir higroskopisks. Karsējot tas sadalas, bet sausa vieda eksplodē jau 300ºC temp. vai pat no trieciena:

NH₄NO₃ ^tºà + 2H₂O

Amonija nitrats ir vērtīgs slapekļa mineralmēslojums, to lieto arī eksplozīvu maisījumu pagatavošanai.

Amonija hlorīdu NH₄Cl izmanto galvaniskajos elementos un audumu krasošana. To lieto metalu oksīdu parvēršanai gaistošos un šķīstošos savienojumos lodēšanas un metinašanas procesos

Amonija karbonats (NH₄)₂ CO₃  ir nestabila viela, ta sadalas jau parastaja temp:

(NH₄)₂ CO₃à NH₄HCO₃+ NH₃↑

NH₄HCO₃ – amonija hidrogēnkarbonats – sadalas 60ºC temp:

NH₄HCO₃à NH₃↑ + H₂O + CO₂↑

Šo sali lieto konditorejas izstradajumu gatavošana par mīklas izcēlēju. Slapeklis viedo vairakus oksīdus. Pazīstamakie no tiem ir slapekļa(II) oksīds, slapekļa(IV) oksīds, ka arī slapekļa(I) oksīds.

Slapekļa(I) oksīds N₂O ir bezkrasaina gaze ar vaju patīkamu smaržu. To iegūst no amonija nitrata. Slapekļa(I) oksīds ir samēra stabils savienojums. Ieelpojot nelielu daudzumu N₂O, tiek nomakta sapju sajūta, tapēc šo gazi lieto narkozei.

Slapekļa(II) oksīds NO ir bezkrasaina gaze bez smakas. Tas slikti šķīst ūdenī. Daba NO veidojas no gaisa slapekļa un skabekļa zibens ietekmes zona 3000ºC temp:

N₂+O₂^en. à2NO

Rūpniecība NO iegūst no amonjaka slapekļskabes ražošanas procesa, bet laboratorija – iedarbojoties uz varu ar slapekļskabes šķīdumu. Skabekļa klatbūtnē tas  jau parastajos apstakļos parvēršas par brūnu gazi – NO₂

2NO+O₂à2NO

Slapekļa(II) oksīds ir saļus neradošs oksīds.

Slapekļa(IV) oksīds jeb slapekļa dioksīds NO₂ parastajos apstakļos ir sarkanbrūna indīga gaze ar raksturīgu , mazliet smacējošu smaku. Tas veidojas, slapekļa(II) oksīdam pievienojot skabekli:

2NO+ 2O₂à 2NO₂+O₂↑

Laboratorija NO₂ iegūst, iedarbojoties ar koncentrētu slapekļskabi uz varu:

Cu+4HNO₃àCu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

Slapekļa oksīds ir spēcīgs oksidētajs.

Slapekļa(IV) oksīds labi šķīst ūdenī un reaģē ar to, veidojot slapekļskabi HNO₃ un slapekļpaskabi HNO₂

2NO₂+ H₂Oà HNO₃+ HNO₂

Slapekļpaskabe ir nestabila skabe. Ta pastav tikai ļoti atšķaidītos ūdens šķīdumos.

3HNO₂à HNO₃+2NO+ H₂O

Var secinat , ka summarais vienadojums slapekļa dioksīda reakcijai ar ūdeni ir šads:

3NO₂+ H₂Oà2HNO₃+NO

Ja NO₂ reakcija ar ūdeni notiek skabekļa klatbūtnē, tad veidojas tikai slapekļskabe:

4NO₂+2H₂O+O₂à4 HNO₃

Šo reakciju izmanto slapekļskabes iegūšanai rūpniecība.

Slapekļa(IV) oksīdu var uzskatīt par divu skabju - HNO₃ un HNO₂ – skabo oksīdu, jo ta reakcijas ar sarmiem veidojas abu skabju saļi:

2NO₂+2NaOHàNa NO₃+ Na NO₂+ H₂O

Slapekļpaskabes saļus sauc par nitrītiem piem: NaNO₂ un Ca(NO₂) ₂. Tie ir samēra stabili saļi, kam piemīt gan oksidētaju, gan reducētaju īpašības, tapēc šos savienojumus nereti lieto neorganisko un organisko vielu sintēzē. NaNO₂ izmanto medicīna asinsvadu paplašinašana.

Slapekļskabe ir viena no svarīgakajam mineralskabēm, taču daba ta veidojas viai niecīgos daudzumos. Augsnē slapekļskabe veidojas nitrificējošo baktēriju darbības rezultata.

Pamatizejvielas slapekļskabes ražošanai rūpniecība ir amonjaks un gaisa skabeklis. Ta ka amonjaka sintēzei izmanto gaisa slapekli, tad jasecina, ka slapekļskabes galvena izejviela ir gaiss. Slapekļskabi no slapekļa iegūst šada virknē:

N₂+ 3H₂^katà 2NH₃

4NH₃+5O₂ ^katà 4NO +6H₂O

2NO+O₂à 2NO₂

4NO₂+2H₂O+O₂à4 HNO₃

Slapekļa saistīšanai vēl nepieciešams ūdeņradis un katalizators, ka arī spiediena un temp. režīms.

Slapekļskabe ir bezkrasains šķidrums, kam ir asa, smacējoša smaka. Slapekļskabe ir higroskopiska, ta gaisa kūp, jo HNO₃ tvaiki saista gaisa esošo ūdens tvaiku un veido sīkus HNO₃ šķīduma pilieniņus. Slapekļskabe šķīst ūdenī jebkuras attiecības.

Slapekļskabe pieder pie stipram skabēm. Tai piemīt vairakas specifiskas īpašības. Koncentrēta slapekļskabe ir nestabila Siltuma vai gaismas ietekmē ta sadalas:

4HNO₃à2H₂O+4NO₂↑+O₂↑

NO₂ šķīst skabē un piešķir tai brūnu krasu.

Slapekļskabe oksidē vairumu metalu(neoksidē zelta un platīna saimes metalus). Ta iedarbojas arī uz dažiem nemetaliem. Ja uz neaktīvajiem metaliem iedarbojas ar koncentrētu slapekļskabi, tad izdalas galvenokart NO₂, bet, ja uz tiem iedarbojas ar atšķaidītu HNO₃ , tad rodas slapekļa(II) oksīds NO, tapēc gazu NO₂ un NO iegūšanai laboratorija parasti izmanto vara skaidiņas un slapekļskabi.

3Cu+8HNO₃à3Cu(NO₃)₂+2NO↑+2H₂O

Parastaja temperatūra slapekļskabe pasivē alumīniju, dzelzi, hromu, niķeli, jo uz to virsmas veidojas blīva oksīdu aizsargkartiņa, tapēc koncentrētu slapekļskabi uzglaba un transportē alumīnija cisternas, bet atšķaidītu slapekļskabi-nerūsoša tērauda cisternas.

Koncentrēta slapekļskabe uzliesmo kvēlojoša oglīte, terpentīns, pat zaģskaidas, papīrs, vate.

Slapekļskabi izmanto slapekļa mēslojumu, plastmasu, makslīgo šķiedru, organisko vielu, laku, arstniecības vielu un spragstvielu rūpniecība, ka arī sērskabes ražošana pēc nitrozes metodes.

Slapekļskabes saļi – nitrati – parastajos apstakļos ir pietiekoši stabilas kristaliskas vielas, kas ļoti labi šķīst ūdenī. Nitrati daba nogulu veida sastopami reti, tapēc tos iegūst no slapekļskabes.

Ja nitratus karsē temperatūra, kas augstaka par to kušanas temperatūru, tie sadalas. Aktīvo metalu(k,Na,Ca,Ba) nitrati parvēršas nitrītos, no vidēji aktīvo metalu, ka arī no magnija un vara nitratiem rodas metalu oksīdi un NO₂, bet , sadalot sudraba un dzīvsudraba(II) nitratus, iegūst metalu un NO₂. Visas nitratu sadalīšanas reakcijas izdalas skabeklis.

2KNO₃^tºà2KNO₂+O₂↑

2Pb(NO₃)₂^tºà2PbO+4NO₂↑+O₂↑

2AgNO₃^tºà2Ag+2NO₂↑+O₂↑

Nitratu pazīšanai noder reakcija, kas noris, karsējot nitrata, koncentrētas sērskabes un vara maisījumu. Šaja reakcija izdalas sarkanbrūna gaze - NO₂ :

4NaNO₃ + 4H₂SO₄ + Cu ^tºà 4NaHSO₄ + Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Vislielaka nozīme ir natrija, kalija, kalcija un amonija nitratiem. Tos mēdz saukt arī par salpetriem. Šos saļus lieto lauksaimniecība par vērtīgu slapekļa mineralmēslojumu, jo slapekļa riņķojums daba nenodrošina augiem nepieciešamo slapekļa daudzumu. Svarīgakie slapekli saturošie mineralmēsli ir šadi:

1. Amonija nitrats NH₄NO₃
2. Čīles salpetris NaNO₃
3. Amonija sulfats (NH₄)₂SO₄
4. kalcija nitrats Ca(NO₃)₂
5. Amonjakūdens NH₃
6. Karbamids CO(NH₂)₂
7. Kalija nitratsKNO₃
8. Amofoss NH₄H₂PO₄ un (NH₄)₂HPO₄ maisījums

NaNO₃ un KNO₃ lieto stikla rūpniecība, ka arī partikas rūpniecība produktu konservēšanai. KNO₃ izmanto arī spragstvielu rūpniecība un pirotehnika.

Slapekļa riņķojums daba. Par slapekļa riņķojumu sauc savstarpēji saistītus, apgriezeniskus procesus, kuros slapeklis no gaisa pariet augsnē un no augsnes gaisa. Augi un dzīvnieki gaisa slapekli uzņemt nevar, taču to spēj saistīt augsnes baktērijas. Tas gaisa slapekli parvērš amonija saļos. Lielaka daļa NH₄⁺ jonu slapekļa nitrifikacijas baktēriju ietekmē oksidējas līdz nitratiem. Nedaudz slapekļskabes veidojas negaisa laika un tadējadi kopa ar lietu nonak augsnē.

Ūdenī sķīstošos amonija saļus un nitratus augi uzņem ar sakņu sistēmu un sarežģītos bioķīmiskos procesos sintezē aminoskabes un olbaltumvielas. Olbaltumvielas trūdot, veidojas amonjaks, no kura atkal tiek sintezētas olbaltumvielas. Taču denitrifikacijas baktēriju ietekmē, ka arī degšanas procesos daļa no slapekļa savienojumiem parvēršas par N₂. Daudz slapekļa savienojumu izskalojas no augsnes ar nokrišņu ūdeņiem. Procesi, kuros augsnē nonak slapeklis, līdzsvarojas ar tiem procesiem, kas izraisa slapekļa zudumu.