Hvad er kvælstof i det periodiske system
Kvælstof, grundstof nummer 7, indtager en prominent plads i det periodiske system, placeret i gruppe 15 med atomtegnet N. Kvælstof udgør en betydelig del (78 %) af atmosfærens sammensætning, primært i form af dinitrogen (N2), hvor to kvælstofatomer er koblet sammen af en robust tripelbinding. Denne særlige binding resulterer i kvælstofs store stabilitet, hvilket gør det velegnet som en inaktiv gas i mange sammenhænge. Kvælstof er en lugt- og farveløs gas.
Faktaboks
- Etymologi
- Ordet nitrogen stammer fra græsk nitron, med semitisk oprindelse, og ligner det hebraiske ord neter, der betegner stoffer som soda og salpeter. Ordet kvælstof er en oversættelse fra tysk Stickstoff, med betydning af kvælning. Dette afspejler stoffets evne til at slukke ild.
- Også kendt som
Kvælstof; atomtegn N
Under tordenvejr kan kvælstof reagere med atmosfærisk ilt og danne nitrogenoxider (NOx). Disse forbindelser reagerer yderligere med vand og ilt og danner salpetersyre, der føres ned til jorden med regnen. Syren interagerer med kalium- og natriumforbindelser, hvilket resulterer i dannelsen af nitrater. Denne process, der blev eftergjort og udnyttet industrielt i 1903 af K. Birkeland og S. Eyde, muliggjorde fremstilling af nitratgødning. Nitrogenoxider dannes også i forbrændingsanlæg og benzinmotorer.
Oversigt over kvælstofs egenskaber
| Egenskab | |
|---|---|
| Nummer | 7 |
| Atomtegn | N |
| Kemisk navn | kvælstof |
| Atommasse | 14,007 |
| Densitet | 1,17 g/l (20 °C) |
| Smeltepunkt | -209,86 °C |
| Kogepunkt | -195,8 °C |
| Opdaget af | D. Rutherford (1772) |
Kvælstof findes i alle levende organismer. Nedbrydning af proteiner kan føre til dannelse af urinstof, en nitrogenforbindelse, der yderligere omdannes til ammoniak i jorden.
Industrielt fremstilles ammoniak af kvælstof og brint i en proces indført i 1913 af F. Haber og C. Bosch. Dernæst omdannes ammoniak til salpetersyre ved brug af atmosfærisk ilt. Ammoniak kan desuden reagere med kuldioxid til urinstof. Disse stoffer fremstilles i store mængder; ammoniaksproduktionen nåede i 2012 140 mio. tons.
Opdagelseshistorie
I slutningen af 1700-tallet udførte Daniel Rutherford forsøg med mus i lukkede beholdere. Da musene døde, analyserede han den tilbageblevne atmosfære. Gennem forsøg med at afbrænde fosfor i beholdere opdagede Rutherford en "skadelig luft" (kvælstof), hvori intet kunne brænde, og ingen levende organismer kunne overleve. A.L. Lavoisier identificerede stoffets karakter som et grundstof og foreslog i 1787 navnet azot. J.A.C. Chaptal foreslog i 1790 navnet nitrogen (grundstoffet, der danner salpeter (niter)).
I mange år var udvinding af kvælstof fra atmosfæren en udfordring. I 1895 konstruerede C. von Linde en kølemaskine, der kunne producere flydende luft i store mængder. Ved fraktioneret destillation kan denne luft separeres i kvælstof, ilt og argon.
Geokemi og mineraler
Kvælstof findes i relativt lave koncentrationer (ca. 20 g/t) i jordskorpen, primært som nitration (NO3-) og som ammoniumion (NH4+). De vigtigste nitratmineraler er kalisalpeter (KNO3) og chilesalpeter (NaNO3).
Produktion i 1000 t ammoniak
| Land | 2006 | 2012 |
|---|---|---|
| USA | 7900 | 8730 |
| Canada | 3700 | 3940 |
| Frankrig | 3500 | |
| Holland | 1700 | 1800 |
| Kina | 39.000 | 45.200 |
| Tyskland | 2300 | 2820 |
| Indien | 10.800 | 12.000 |
| Indonesien | 4400 | 5100 |
| Japan | 1200 | |
| Pakistan | 2100 | 2500 |
| Polen | 2000 | 1900 |
| Rusland | 10.000 | 10.400 |
| Trinidad og Tobago | 5200 | 5250 |
| Ukraine | 4300 | 4200 |
| Andre lande | 28.600 | 31.460 |
| I alt | 122.000 | 140.000 |
| Kilde: Mineral Commodity Summaries 2007 og 2014 |
På grund af den lignende størrelse på ammoniumionen og kaliumionen (henholdsvis 1,43 Å og 1,33 Å) kan ammoniumionen erstatte kaliumionen i mineraler som feldspat og glimmer. Dette gælder også for lermineraler som smectit. De store chilesalpeterforekomster i Atacamaørkenen er ofte forbundet med andre evaporitter og kalisalpeter. Disse forekomster antages at stammer fra nedbrydning af organisk materiale og/eller vulkanske gasser. Store forekomster findes også i Bolivia, Italien og Spanien. Vulkanske gasser indeholder generelt 0,1-4,4 % kvælstof. Nedbør indeholder 0,1-0,6 g/t ammoniumion og 0,05-1,9 g/t nitration. Naturgas kan indeholde op til 15 % kvælstof. Stenmeteoritter kan indeholde nitritmineraler som osbornit (TiN) og sinoit (Si2N2O).
Nitrogenforbindelser
Kvælstof danner forbindelser med de fleste grundstoffer, undtagen ædelgasserne. Disse forbindelser findes i en bred vifte af oxidationstrin fra −3 til +5. En del af dem produceres industrielt i stor skala.
Oxidationstrin −3. Ammoniak, NH3, er en vigtig forbindelse. Det er en farveløs, giftig gas med en stærk, ubehagelig lugt. Med syrer dannes ammoniumforbindelser, som indgår i mange salte.
…
Biologi
…
Plantefysiologi
…
Læs mere i Lex
- Skrevet af:
- Artiklen indeholder tekst fra:
- Senest ændret:
- , se alle ændringer
Vil du citere denne artikel? Kopier denne tekst og indsæt den i din litteraturliste: Madsen, Bent Lauge; Bostrup, Ole; Schjoerring, Jan K.; Rose-Hansen, John; Grunnet, Niels; Dietrich, Ove W.; Rasmussen, Svend Erik: Nitrogen i Lex på lex.dk. Hentet fra https://lex.dk/nitrogen