Dusík

Vlastnosti: dusík je plyn bez farby a zápachu, o niečo ľahší ako vzduch, nepatrne rozpustný vo vode (za normálnych podmienok 23 cm3 v 1 litre vody). Pri obyčajných podmienkach je dusík interný (nezlúčivý). Tvorí dvojatómové molekuly N2 , v ktorých sú atómy viazané tromi elektrónovými pármi (:N≡N:). Trojitá väzba v molekule dusíka je obzvlášť stabilná; dvojitá a trojitá väzba medzi atómami iných prvkov sa ľahko poruší (napr. acetylén H−C≡C−H práve preto je veľmi zlúčivý).
Molekulový dusík je energeticky veľmi chudobný, preto na jeho aktiváciu treba dodať veľa tepla (zahriatím na vysokú teplotu) alebo pôsobiť elektrickým výbojom. Aktivovaný dusík je veľmi zlúčivý: reaguje s mnohými prvkami, napr. s vodíkom tvorí amoniak, s kyslíkom kysličníky dusíka a s kovmi nitridy. V zlúčeninách s inými prvkami môže mať dusík oxidačné číslo od –III až V, napr.:

V N2O5 oxid dusičný HNO3 kyselina dusičná
IV NO2 oxid dusičitý
III N2O3 oxid dusitý HNO2 kyselina dusitá
II NO oxid dusnatý
I N2O oxid dusný H2N2O2 kyselina didusná
0 N2 voľný dusík
-I
-II
-III NH3 amoniak NH4OH hydroxid amónny

Výskyt: 78% vzduchu tvoria molekuly dusíka N2. Pri elektrických výbojoch za búrky sa štiepia na atómy, ktoré sa zlučujú s kyslíkom na oxidy dusíka, tie sa v dažďovej vode rozpúšťajú a dostávajú sa s ňou na zem. Zlúčeniny dusíka potrebujú rastliny na tvorbu bielkovinových látok, na stavbu svojich tiel. Rastlinnou potravou sa dostávajú bielkoviny do tiel živočíchov a ľudí. Rozkladom rastlinných a živočíšnych bielkovín vzniká amoniak. Amoniak sa zúčastňuje na vzniku amónnych solí.

Výroba: Dusík sa vyrába frakčnou destiláciou skvapalneného vzduchu. Skladuje sa v oceľových tlakových fľašiach označených zeleným pruhom.

Použitie: Dusík v zmesi z argónom sa používa na plnenie žiaroviek (na utvorenie inertnej atmosféry), uplatňuje sa ako východisková surovina na výrobu amoniaku, kyseliny dusičnej a jej solí (priemyselné dusíkaté hnojivá).

Zlúčeniny: AMONIAK, čiže čpavok NH3 je bezfarebný plyn, ľahší ako vzduch, prenikavo zapácha, dráždi sliznice, pôsobí ako nervový jed. Vo vzduchu nehorí, ale keď sa vedie v zmesi s kyslíkom cez zahriate katalyzátory, mení sa na oxidy dusíka, z ktorých ďalšími reakciami vzniká kyselina dusičná.

Roztok amoniaku vo vode sa nazýva hydroxid amónny (vodný roztok amoniaku). Obsahuje molekuly NH3 a ióny NH4+ a OH–. Hydroxid amónny je slabá zásada. Hydroxid amónny NH4OH možno neutralizovať kyselinami; s kyselinou chlorovodíkovou tvorí chlorid amónny NH4Cl, s kyselinou sírovou síran amónny (NH4)2SO4 a pod.:
NH4OH + HCl → H2O + NH4Cl
2 NH4OH + H2SO4 → 2 H2O+ (NH4)2SO4
V obidvoch prípadoch ide o reakciu voľných iónov v roztoku:
OH– + H3O+ → 2 H2O
Amoniak je zásadou, môže odčerpať protón kyselinám a utvoriť amónny katión čiže amónium NH4+. Ión NH4+ tvorí kladnú súčasť zlúčenín, ktoré označujeme spoločným názvom amónne soli. Takou je napr. chlorid amónny NH4Cl, síran amónny (NH4)2SO4, dusičnan amónny, NH4NO3, uhličitan amónny (NH4)2CO3. Pripravujú sa neutralizáciou kyselín hydroxidom amónnym, napr.:
NH4OH + HCl → H2O + NH4Cl
Amoniak sa v praxi používa najmä na výrobu dusíkatých hnojív, na výrobu kyseliny dusičnej a amónnych solí. Spotreba amoniaku je obrovská. Priemyselne sa využíva dvojako:
1. Pôsobením vzdušného dusíka na acetylid vápenatý ( „karbid“ ) CaC2 vzniká kyanamid vápenatý (dusíkaté vápno) CaCN2, ktorý vo vode hydrolyzuje, vzniká zrazenina uhličitanu vápenatého a vodný roztok amoniaku:
CaC2 + N2 → CaCN2 + C
CaCN2 + 3 H2O → CaCO3 + 2 NH3
2. Priamou syntézou vzdušného dusíka s vodíkom:
N2 + 3 H2 → 2NH3
Z oxidov dusíka majú väčší význam iba dva: NO a NO2. Obidva oxidy sú prudko jedovaté. Oxid dusnatý NO: bezfarebný plyn, ktorý sa vyrába spaľovaním amoniaku alebo oxidáciou atmosferického dusíka. Pri bežnej teplote sa na vzduchu okysličuje a mení sa na oxid dusičitý.
Oxid dusičitý NO2: pri laboratórnej teplote (25°C) je to červenohnedý plyn silných oxidačných vlastností. Pri teplote –10°C tvorí kryštály zloženia N2O4. So studenou vodou tvorí zmes kyseliny dusičnej a dusitej:
2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2,
s teplou vodou dáva kyselinu dusičnú a uvoľňuje sa oxid dusnatý:
3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO

Z kyselín je najvýznamnejšia kyselina dusičná HNO3, bezfarebná kvapalina, veľmi silná kyselina oxidačných vlastností. V jej parách sa zapaľujú sodík, fosfor; vodík a uhlík v nich horia. Kyselina dusičná oxiduje síru na kyselinu sírovú. Fosfor na kyselinu fosforečnú. Reaguje s väčšinou kovov, pričom vznikajú dusičnany. Niektoré kovy reagujú iba so zriedenou kyselinou dusičnou ( Fe, Sn).

S veľmi koncentrovanou kyselinou sa železo, cín, chróm pasivujú: nerozpúšťajú sa potom už ani v zriedenej kyseline; preto sa kyselina dusičná môže prepravovať v železných nádobách. Pri reakcii zriedenej kyseliny dusičnej s kovmi odčerpávajú oxóniové ( vodíkové ) ióny kyseliny valenčné elektróny kovu a vzniká atómový vodík. Ten sa oxiduje na vodu a z reakčnej zmesi uniká kysličník dusnatý, preto sa neuvoľňuje plynný vodík.

Pri reakcii koncentrovanej kyseliny dusičnej s kovom sa oxiduje kov najprv na kysličník a kyselina sa rozkladá na vodu a vzniká oxid dusičitý. Oxid kovu reaguje s ďalšou kyselinou dusičnou: prebieha neutralizácia kyseliny, vzniká voda a dusičnan kovu. Zmes koncentrovanej kyseliny dusičnej a chlorovodíkovej v pomere 1 : 3 je lúčavka kráľovská, ktorá reaguje so zlatom na rozpustnú soľ.
Pri reakciách v organickej chémii sa používa zmes koncentrovanej kyseliny dusičnej a kyseliny sírovej, zvyčajne v pomere 1 : 2 a nazýva sa nitračná zmes ( na prípravu nitrozlúčenín).

Kyselina dusičná sa vyrába dvoma spôsobmi:
1. Dusík sa zlučuje s vodíkom na amoniak, tento sa spaľuje na oxid dusnatý, ktorý sa pri obyčajnej teplote na vzduchu okysličuje na oxid dusičitý. Oxid dusičitý dáva s vodou kyselinu dusičnú.
(N2 + 3 H2) → NH3 →NO → NO2 → HNO3
2. Spaľovaním vzduchu v elektrickom oblúku sa zlučuje dusík s kyslíkom na oxid dusnatý NO (výroba NO priamou syntézou). Ďalší postup je ako pri 1. spôsobe.
vzduch → NO → NO2 → HNO3
Soli kyseliny dusičnej sú dusičnany. Sú dobre rozpustné vo vode a mnohé z nich sú významné priemyselné hnojivá, známe pod menom liadky:
Čílsky liadok (dusičnan sodný NaNO3),
Draselný liadok (dusičnan draselný KNO3),
Amónny liadok (dusičnan amónny NH4NO3).

Všetky tieto látky sú biele, sú silné okysličovadlá. Dusičnan draselný(ľudovo nazývaný aj SANITRA) na vzduchu nevlhne, preto sa v zmesi s dreveným uhlím a sírou používal ako čierny pušný prach.