عنصر النيتروجين عناصر المجموعة الرئيسية الخامسة
عـنـصــر النيتــروجـيـــن [N]
نظراً لأن النيتروجين هو أهم عناصر هذه المجموعة وأكثرها انتشاراً؛ سوف نتناوله بالدراسة والتفصيل .
وجوده في الطبيعية :
يوجد في الغلاف الجوي بنسبة (78%) من حجم الهواء الجوي، وبنسبة (75.5%) من وزن الهواء الجوي، ويوجد على هيئة جزئ ثنائي الذرة (N2).
يوجد متحداً مع عناصر هامة مثل: نيترات الصوديوم (NaNO3) ونيترات البوتاسيوم (KNO3).
يدخل في تركيب خلايا الكائنات الحية، لأنه يعتبر المكون الأساسي للبروتينات.
تـحـضـيــــــره :
أولاً : فــي الصنــاعـــــــة :
المصدر التجاري للنيتروجين هو عملية إسالة الهواء .
كيفية تحضير النيتروجين في الصناعة :
نخفض درجة حرارة الهواء حتى يتم إسالته أي تحويله من غاز إلى سائل.
نقوم بالتقطير التجزيئي للهواء السائل فيتصاعد النيتروجين أولاً [علل]؟
لأن درجة غليانه هي الأكثر انخفاضاً (–196 5)، بينما الأكسجين (–183 5).
يتم جمع النيتروجين بعد ذلك.
ملحوظة هامة :
النيتروجين التجاري تقدر نسبة النيتروجين به (99%)؛ أما الكمية الضئيلة هي (1%) تتكون من غازي الآرجون (Ar) والأكسجين (O2).
ثانياً : فـي المعمـل المـدرســــي :
يُحضر النيتروجين في المعمل بطريقتين هما :-
الطريقة الأولى : من الهواء الجوي :
الخطــــوات :
يتم إمرار الهواء الجوي عبر القمع إلى الانائين المحتوين على هيدروكسيد الصوديوم المركز (NaOH Conc.) وحمض الكبريتيك المركز (H2SO4 Conc.) [علل]؟ حيث يقوم هيدروكسيد الصوديوم بامتصاص غاز (CO2) ويقوم حمض الكبريتيك بامتصاص بخار الماء (H2O).
نمرر الهواء الجاف بعد ذلك على أنبوبة محتوية على خراطة النحاس الساخن لدرجة الاحمرار [علل]؟ حيث يتحد الأكسجين مع النحاس مكوناً أكسيد النحاس على سطح الخراطة وبذلك يتم التخلص من الأكسجين.
يتم استقبال الغاز المتبقي وهو النيتروجين في أنبوبة منكسة على حوض به زئبق حيث يجمع النيتروجين بإزاحة الزئبق لأسفل ويتجمع النيتروجين في المخبار.
الطريقة الثانية : من المركبات النيتروجينية :
كيفية تحضير النيتروجين من المركبات النيتروجينية :
الخـطــــوات :
نكون جهاز كالموضح بالرسم المقابل.
نضع في الدورق الزجاجي محلول يحتوي على أحد أملاح الأمونيوم وأحد أملاح النيتريت، ويفضل استخدام محلول كلوريد الأمونيوم (NH4Cl) ونيتريت الصوديوم (NaNO2) [علل]؟ للتقليل من خطورة التجربة.
نقوم بعملية التسخين فتحدث التفاعلات الآتية :
ثم ينحل نيتريت الأمونيوم بالحرارة [علل]؟ لأنه مركب غير ثابت.
وبذلك نحصل على غاز النيتروجين ولكنه محتوياً على بعض الأكاسيد.
كيفية التخلص من أكاسيد النيتروجين :
نقوم بإمرار غاز النيتروجين الناتج في محلول حمضي من ثاني كرومات البوتاسيوم (K2Cr2O7) ثم يجمع بإزاحة الماء كما بالشكل السابق [علل]؟ لأن كثافة النيتروجين أقل من كثافة الماء.
خـواص غــاز النيتــروجيـــن :
أولاً: الخواص الفيزيائية :
غاز عديم اللون والطعم والرائحة .
أخف من الهواء وأقل قابلية للذوبان في الماء والأكسجين.
يصعب إسالته [علل]؟ لأنه يُسال عند درجة (–195.8 5م).
درجة تجمده عند (–210.5 5م).
غير سام ولا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال، ولولا وجوده في الهواء لحدثت الحرائق المدمرة "لو كان الهواء من الأكسجين فقط".
ثانياً: الخواص الكيميائية :
النيتروجين غاز خامل في درجات الحرارة العادية [علل]؟ لوجوده مع الأكسجين في الهواء الجوي، بينما في درجات الحرارة العالية يتحد مع الفلزات أما في درجات الحرارة الأكثر ارتفاعاً فإنه يتحد مع الكثير من الفلزات وهي كالتالي :
1– اتحاده مع الهيدروجين :
يتحد في درجة حرارة عالية وضغط عالي جداً وحفاز لتكوين النشادر،
وفقاً للمعادلة التالية :
2– اتحاده مع غاز الأكسجين :
يتحد عند درجة (2000 5م) بتأثير قوس كهربي، وفقاً للمعادلة التالية :
3– اتحاده مع الفلزات :
يتحد النيتروجين مع الألومنيوم مكوناً نيتريد ألومنيوم، وفقاً للمعادلة التالية:
نيتريد ألومنيوم
يتحد النيتروجين مع الماغنسيوم مكوناً نيتريد ماغنسيوم، وفقاً للمعادلة التالية:
نيتريد ماغنسيوم
يتحد النيتروجين مع الكالسيوم مكوناً نيتريد كالسيوم، وفقاً للمعادلة التالية:
نيتريد كالسيوم
تنحل النيتريدات عند تسخينها مع الماء ويتكون غاز النشادر وهيدروكسيد الفلز أو أكسيد الفلز، وفقاً للمعادلات الآتية :
س/ من الماغنسيوم؛ كيف تحصل على غاز النشادر؟
س/ من النيتروجين؛ كيف تحصل على غاز النشادر بطريقتين مختلفتين؟
استخدامات غاز النيتروجين :
في صناعة غاز النشادر وحمض النيتريك اللذان يستخدمان في صناعة الأسمدة والمفرقعات (T.N.T).
يستخدم كواقي عند تداول أو نقل كثير من المواد القابلة للاشتعال في الهواء [علل]؟ لأنه غاز خامل يمنع التأكسد والاشتعال.
مـركبـات النيتــروجيـــن :
تنقسم مركبات النيتروجين من حيث اتحادها مع العناصر إلى قسمين هما:-
[أ] مركبات أيونية [ب] مركبات تساهمية .
أولاً: مــركبـــات النيتـــروجيــــن الأيــــونيـــــــة :
يتحد النيتروجين مع الفلزات الموجودة على يسار الجدول مكوناً نيتريدات.
أمــثـلـــــة :
اتحاد النيتروجين مع عناصر المجموعة الرئيسية الأولى في درجة حرارة الغرفة، كما في المعادلات الآتية :
(نيتريد الليثوم)
(نيتريد البوتاسيوم)
اتحاد النيتروجين مع عناصر المجموعة الرئيسية الثانية، ولكنه يحتاج إلى حرارة شديدة، كما بالمعادلات الآتية :
(نيتريد باريوم)
(نيتريد سترانشيوم)
ثانياً: مــركبـــات النيتـــروجيــــن التساهميــــة :
يكون النيتروجين مركبات تساهمية مع العديد من اللافلزات.
أمــثـلـــــة :
تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين، لتكوين النشادر.
تفاعل النيتروجين مع الأكسجين، لتكوين أكاسيد النيتروجين.
إجابات تقويم الوحدة الثالثة
س1/ ارسم الجدول الدوري محدداً فيه موقع عناصر المجموعة الرئيسية الخامسة، من خلال معرفتك لأعدادها الذرية .
ج1/ انـــظـــر الــشــــرح .
س2/ ما الخواص العامة للمجموعة الرئيسية الخامسة في الجدول الدوري للعناصر؟
ج2/ انـــظـــر الــشــــرح .
س3/ ما الجزيئات التي توجد عليه عناصر المجموعة الرئيسية الخامسة؟
ج3/ توجد عناصر هذه المجموعة في صورة جزيئات على النحو التالي :
النيتروجين (N2) ، الفوسفور الأبيض (P4) ، الزرنيخ (As4) ، الأنتيمون (Sb4).
أما البزموث (Bi) فهو الفلز الوحيد فيوجد على هيئة بلورة فلزية.
س4/ ما المقصود بظاهرة التآصل؟ وما علاقتها بالعدد الذري للعنصر؟
ج4/ * ظاهرة التآصل : هي وجود العنصر في أكثر من صورة فلزية تختلف في خواصها الفيزيائية وتتشابه في خواصها الكيميائية.
* علاقتها بالعدد الذري : تزداد هذه الظاهرة في العناصر "في هذه المجموعة" بزيادة العدد الذري من أعلى المجموعة إلى أسفلها.
س5/ كيف يمكن تحضير غاز النيتروجين في الصناعة؟ اشرح ذلك.
ج5/ انـــظـــر الــشــــرح .
س6/ اشرح إحدى الطريقتين اللتين يُحضر بهما غاز النيتروجين في المعمل المدرسي، مع تأكيد شرحك برسم الجهاز المستخدم لذلك، والمعادلات الكيميائية للتفاعل.
ج6/ انـــظـــر الــشــــرح .
س7/ من خواص النيتروجين أنه يتحد مع كل من الهيدروجين، والأكسجين.
كيف يتم ذلك الاتحاد؟ اكتب معادلات التفاعل الموزونة.
ج7/ أ] مع الهيدروجين : لاحظ المعادلة التالية :
ب] مع الأكسجين : لاحظ المعادلة التالية :
س8/ اشرح إحدى الطرق التي من خلالها يمكن تحويل أحد مكونات
الهواء الجوي إلى سماد .
ج8/ النيتروجين العنصر الذي يمكن تحويله إلى سماد:
حيث يتفاعل مع الهيدروجين ويعطي غاز النشادر.
ثم يتفاعل النشادر مع حمض الكبريتيك ليعطي كبريتات الأمونيوم.
المعادلات : انــظــر الــشـــــــــرح.
س9/ اشرح طريقة تستنتج منها أن قابلية ذوبان النيتروجين في الماء أقل منها في الأكسجين.
ج9/ تجربة للمقارنة بين قابلية ذوبان النيتروجين والأكسجين :
الغازات بصفة عامة قليلة الذوبان في الماء، ولكن الأكسجين أكثر
من النيتروجين، ولو جمعنا مخبار من النيتروجين وحاولنا معرفة ذوبانه نجد أنه شحيح الذوبان.
