1. Khái niệm khí Nitơ
1.1 Lịch sử ra đời Nitơ
Nitơ (tiếng Latinh nitrum, tiếng Hy Lạp Nitron có nghĩa là “sự ra đời của soda”, “nguồn gốc”, “hình thức”) về hình thức được coi là được Daniel Rutherford phát hiện năm 1772, ông gọi nó là không khí độc hại hay không khí cố định. Đó là bởi vì phần không khí không hỗ trợ quá trình cháy đã được các nhà hóa học biết đến vào cuối thế kỷ 18. Đồng thời, nitơ cũng được nghiên cứu bởi Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish và Joseph Priestley, những người gọi nó là không khí bị cháy hoặc không khí phlogiston. Khí nitơ trơ đến mức Antoine Lavoisier vào năm 1789 coi nó là azode, nghĩa là không có sự sống. Thuật ngữ này trở thành tên tiếng Pháp của “Nitơ” và sau đó lan sang nhiều ngôn ngữ khác. Năm 1790, Jean Antoine Chaptal đặt tên khí đó là Nitơ.
Các hợp chất nitơ đã được biết đến từ thời trung cổ. Các nhà giả kim biết axit nitric (HNO3) là sức mạnh của nước. Hỗn hợp axit nitric và axit clohydric (HCl) được gọi là nước cường toan vì khả năng hòa tan vàng của nó. Việc sử dụng các hợp chất nitơ trong công nghiệp và nông nghiệp sớm nhất là xanthate (có thể là natri nitrat (NaNO3) hoặc kali nitrat (KNO3)), chủ yếu làm thuốc súng, sau đó làm phân bón và sau đó để tạo ra các hóa chất bổ sung. Năm 1910, Lord Rayleigh phát hiện ra rằng sự phóng điện trong khí nitơ tạo ra “nitơ hoạt tính”, một dạng hình thù được gọi là đơn nguyên tử. Một “đám mây xoáy ánh sáng màu vàng sáng” được tạo ra bởi thiết bị của ông ấy phản ứng với thủy ngân để tạo ra thủy ngân nitride dễ nổ.
1.2 Nitơ là gì?
Nitơ là thành phần chính của khí quyển, góp phần trong việc bảo vệ trái đất khỏi sự tác động, phá hủy của bức xạ mặt trời. Nitơ có công thức hóa học là N2 Khí nitơ chiếm khoảng 78 % và đay là thành phần của mọi cơ thể sự sống. Nitơ có hai dạng có tính ứng dụng cao đó là khí nito khí và nitơ lỏng. Nitơ là một nguyên tố quan trọng trong các hợp chất hóa học và có nhiều ứng dụng trong đời sống. Một trong những ứng dụng chính của nitơ là trong sản xuất phân bón. Nitơ được sử dụng để tạo ra các hợp chất phân bón như amoniac (NH3) và nitrat (NO3-), giúp cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở dạng hợp chất và ở dạng tự do. Ở dạng tự do, nitơ chiếm 80% thể tích không khí. Ở dạng hợp chất, nitơ có trong thành phần của protein, axit nucleic và nhiều hợp chất khác... Nitơ có nhiều trong NaNO3, một khoáng chất được gọi là natri muối.
Ngoài ra, Nitơ còn được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như sản xuất axit nitric, sản xuất động cơ máy bay, chế tạo thuốc nổ, sản xuất chất tẩy rửa và chất làm lạnh. Nitơ cũng có tác dụng bảo quản thực phẩm và chất dẻo. Tuy nhiên, nồng độ cao của nitơ trong môi trường cũng có thể gây ra các vấn đề môi trường như ô nhiễm nước và đất, và gây hại đến sức khỏe con người nếu hít phải trong thời gian dài. Trong đó nitơ lỏng được mọi người bắt gặp thường xuyên hơn bởi những đặc tính hữu ích của nó.
1.3 Cấu tạo phân tử của Nitơ N2
- Thuộc nhóm VA có cấu hình electron ngoài cùng là ns2np3 vì thế nito vừa có tính khử vừa có tính oxi hóa.
- Cấu hình electron của N2 là 1s22s22p3 Chỉ số oxi hóa lần lượt là -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5
>> Xem thêm: Nitơ là gì? Tính chất hóa học, vai trò và ứng dụng của Nitơ
2. Đặc điểm Nitơ
2.1. Đặc điểm vật lý của Nitơ:
Nitơ là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí với d = 28/29) Nó hóa lỏng ở -196 độ C. Nitơ liệu có tan trong nước không? Câu trả lời là nó kém tan trong nước, nó đông đặc ở nhiệt độ rất thấp. Một số người còn thắc mắc rằng khí nitơ có cháy không? Câu trả lời là không, nitơ không hỗ trợ quá trình đốt cháy và hô hấp.
2.2. Đặc điểm hóa học của Nitơ:
Nitơ có EN N = 946 kj/mol nên nito khá trơ nếu ở trong điều kiện nhiệt độ thường. Nitơ hoạt động chủ yếu ở nhiệt độ cao. Số oxi hóa của nitơ lần lượt là -3, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Vì có số oxi hóa là không nên nitơ không chỉ có tính oxi hóa khử mà còn có tính oxi hóa, nhưng tính oxi hóa đặc trưng hơn.
Tính oxi hóa của Nitơ: Cấu tạo của phân tử nitơ tương đối bền vững giữa ba liên kết và chung phát sinh tính oxi hóa với các nguyên tố hóa học sau:
– Phản ứng với hidro tạo thành H2: Nitơ phản ứng với hiđro ở nhiệt độ và áp suất cao và có chất xúc tác tạo thành amoniac.
– Phản ứng với kim loại: Ở nhiệt độ thường, nitơ phản ứng với liti để tạo thành nitrua. Phương trình phản ứng là:
6Li + N2 -> 2Li3N
Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với Mg, tạo thành magie nitrua, phương trình như sau:
3Mg + N2 -> Mg3N2
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nitrat dễ bị thủy phân thành NH3. Nitơ chỉ có tính oxi hóa với những nguyên tố có độ âm điện kém hơn.
Tính khử của khí Nitơ: Khí nitơ là chất khử khi kết hợp với các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn. Ở nhiệt độ khoảng 3000 độ C, nitơ phản ứng với oxi tạo thành monoxit. Ở điều kiện thường, nitơ oxit phản ứng với oxi trong không khí tạo thành nitơ đioxit có màu nâu đỏ đặc trưng. Một số oxit khác của nitơ là N2O, N2O3, N2O5, nhưng chúng không được tạo ra trực tiếp từ oxi và nitơ.
3. Nitơ trong xác động, thực vật tồn tại dạng nào?
Câu hỏi: Nito trong xác thực vật ở dạng nào?
A. Nitơ hữu cơ cây không hấp thu được.
B. Nitơ phân tử tự do nhờ vi sinh vật cố định cây mới sử dụng được.
C. Nitơ độc hại cho cây.
D. Nitơ muối khoáng cây hấp thu được.
Đáp án đúng: A. Nitơ hữu cơ cây không hấp thụ được
Giải thích lý do vì sao chọn A là đúng
Nitơ là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên, tồn tại chủ yếu trong không khí và trong đất.
Nitơ trong không khí: Nitơ phân tử (N2) trong khí quyển chiếm khoảng gần 80%, cây không thể hấp thụ được N2, còn NO và NO2 trong khí quyển là độc hại với thực vật. Các vi sinh vật cố định đạm có enzim nitrogenaza có khả năng liên kết N2 với hidro → NH3 thì cây mới đồng hóa được.
Nitơ trong đất: Nguồn cung cấp chủ yếu nitơ cho cây là đất. Nitơ trong đất tồn tại ở 2 dạng: nitơ vô cơ (nitơ khoáng) và nitơ hữu cơ (trong xác sinh vật). Rễ cây chỉ hấp thụ từ đất nitơ vô cơ ở dạng: NH+4 và NO−3. Cây không hấp thụ trực tiếp nitơ trong xác sinh vật mà phải nhờ các vi sinh vật trong đất khoáng hóa thành: NH+4 và NO−3 .
Trao đổi vật chất qua chu trình sinh địa hóa
– Chu trình sinh địa hóa là chu trình trao đổi các chất vô cơ trong tự nhiên, theo đường từ môi trường ngoài truyền vào cơ thể sinh vật, qua các bậc dinh dưỡng; rồi từ cơ thể sinh vật truyền trở lại môi trường.
– Chu trình sinh địa hóa duy trì sự cân bằng vật chất trong sinh quyển. Chu trình Nitơ – N chiếm 79% thể tích khí quyển và là 1 khí trơ.
– Thực vật hấp thụ N dưới dạng muối NH4+ (amoni), NO3- (nitrat), NO2- (nitrit). – Các muối trên được hình thành trong tự nhiên bằng con đường vật lý, hóa học và sinh học.
Quá trình cố định nitơ phân tử
– Là quá trình liên kết N2N2 với H2H2 → NH3NH3 (trong môi trường nước NH3NH3 → NH+4NH4+).
– Con đường hóa học: xảy ra ở công nghiệp.
– Con đường sinh học: do vi sinh vật thực hiện (các vi khuẩn này có enzim nitrogenaza, có khả năng bẻ gãy 3 liên kết cộng hóa trị của nitơ để liên kết với hidro tạo ra NH3NH3), gồm 2 nhóm:
+ Nhóm vi sinh vật sống tự do như vi khuẩn lam có nhiều ở ruộng lúa.
+ Nhóm vi sinh vật sống cộng sinh với thực vật như vi khuẩn nốt sần ở rễ cây họ Đậu.
Một số dạng phổ biến của nitơ trong cơ thể sống bao gồm:
– Protein: Nitơ là một thành phần chính của protein, một loại hợp chất quan trọng trong các tế bào sống. Nitơ trong protein được sử dụng để tạo ra các amino axit, các đơn vị cấu trúc của protein.
– Acid nucleic: Nitơ cũng có mặt trong acid nucleic (ADN và ARN), các phân tử quan trọng trong việc lưu trữ và truyền tải thông tin di truyền.
– Amoniac: Amoniac (NH3) là một hợp chất chứa nitơ có thể được sản xuất bởi cơ thể sống và được sử dụng để tạo ra các hợp chất khác như ure, guanin và các hợp chất khác.
– Nitrat và nitrit: Nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) là các hợp chất chứa nitơ phổ biến trong các thực phẩm và nước uống, và chúng cũng có thể được sử dụng bởi cơ thể sống để tạo ra các hợp chất khác.
Ứng dụng Nitơ: Nitơ có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất công nghiệp, ví dụ:
– Sản xuất phân bón: Nitơ được sử dụng để sản xuất các hợp chất phân bón như amoniac và nitrat, giúp cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
– Sản xuất chất tẩy rửa: Nitơ được sử dụng để sản xuất các hợp chất tẩy rửa như amoniac, sodium hypochlorite và các chất tẩy rửa khác.
– Sản xuất động cơ máy bay: Nitơ được sử dụng để làm khí nén trong động cơ máy bay.
– Sản xuất chất làm lạnh: Nitơ được sử dụng làm chất làm lạnh trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí.
– Sản xuất axit nitric: Nitơ được sử dụng để sản xuất axit nitric, một hợp chất quan trọng trong sản xuất chất tẩy rửa, thuốc nổ và các sản phẩm khác.
– Sử dụng trong y tế: Nitơ được sử dụng để làm chất làm lạnh trong quá trình phẫu thuật, cũng như để tạo ra các hợp chất như nitơ lỏng và oxy nitơ để sử dụng trong điều trị y tế.
– Sử dụng trong công nghệ thực phẩm: Nitơ được sử dụng để bảo quản thực phẩm và ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn trong thực phẩm.
– Sử dụng trong sản xuất chất dẻo: Nitơ được sử dụng để sản xuất các hợp chất như nylon, polyurethane và các loại chất dẻo khác.
Có thể thấy, Nitơ có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và sản xuất công nghiệp, và đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trên đây là bài viết của Luật Minh Khuê về nội dung khí Nitơ là gì? Nitơ trong xác động vật, thực vật dạng nào. Hy vọng bài viết hữu ích đối với bạn đọc. Trân trọng cảm ơn!
