Nitrogen

1 skal 2
2 skal 5
3 skal  
4 skal  
5 skal  
6 skal  
7 skal  
Navn på Engelsk
Nitrogen
Navn på Tysk
Stickstoff
Navn på Fransk
Azote (Nitrogène)
Navn
Nitrogen/kvælstof
Symbol
N
Atomnummer
7
Atommasse
14,01
Smeltepunkt
-210°C
Kogepunkt
-196°C
Massefylde
1,25 g/L
Elektronnegativitet
3,0
Oxidationstrin
+3, +5
Isotopmasseområde
10 - 24
Klassifikation
ikke-Metal
 

Opdagelse
Adskillige kemikere f.eks. englænderne H. Cavendish og J. Priestley samt svenskeren C. W. Scheele fremstillede uafhængigt af hinanden og næsten samtidigt nitrogen, men det var den skotske læge og kemiker D. Rutherford, som først offentliggjorde sin opdagelse i en medicinsk doktorafhandling fra 1772. Rutherford udførte en række forsøg med mus, som han indespærrede i tætte beholdere indeholdende et givet volumen atmosfærisk luft. Når musene efter nogen tid døde af mangel på oxygen, behandlede han den tiloversblevne luftmængde med en alkalisk væske. Denne vidste han kunne fjerne tilstedeværende carbondioxid eller 'fixed air', som det kaldtes. Man bør bemærke, at oxygen ikke var kendt som grundstof i 1772. Rutherford havde i øvrigt stort besvær med helt at fjerne den livgivende gas oxygen, idet musene ved deres død efterlod noget heraf, hvilket han kunne iagttage ved, at et lys fortsat brændte med en svag flamme i restgassen. Imidlertid lykkedes det ham omsider fuldstændigt at få fjernet oxygenet ved at afbrænde hvidt phosphor i musenes ikke helt opbrugte luft. Den således for oxygen og carbondioxid befriede luft kaldte Rutherford for 'noxious air', d.v.s. harmfuld eller giftig luft, idet den jo ikke længere kunne anvendes af dyr til ånding. Rutherford var ikke selv klar over, at 'noxious air' bestod af det grundstof, der bliver til rest, når man fjerner oxygen og carbondioxid (samt argon) fra atmosfærisk luft. Dette blev først klarlagt af den franske kemiker A. L. Lavoisier, da han forklarede forbrændingsprocessen. Lavoisier har nitrogen med i sin grundstoftabel fra 1789.

Navn
I 1787 foreslog man i Frankrig, at Rutherfords gas skulle hedde 'gaz azotique' eller blot azote, hvilket kan oversættes med 'ikke levende'. I 1790 foreslog den franske kemiker J. A. C. Chaptal navnet 'nitrogéne', idet azote kan danne 'niter', som er salpeter. Dette navn slog virkelig an rundt omkring i verden, men mærkeligt nok ikke i Frankrig, hvor nitrogen fortsat kaldtes og kaldes azote. Det officielle navn er nu nitrogen, men adskillige sprog har nationale navne. Den danske betegnelse 'kvælstof' kan forklares med, at gassen 'kvæler' ild.

Egenskaber
Nitrogen er et gasformigt grundstof, som står i 5.hovedgruppe i Det Periodiske System. Nitrogen er uden farve, lugt og smag. I nitrogenmolekylet, N2 er de to atomer bundet til hinanden med en stærk tripelbinding. Nitrogen udgør næsten 80 % af atmosfærisk luft (78,08 volumenprocent). Nitrogen opløses næsten ikke i vand. På grund af den omtalte tripelbinding reagerer nitrogen kun vanskeligt med andre stoffer ved stuetemperatur. Ved højere temperatur, og eventuelt under medvirken af katalysator, forøges reaktionshastigheden betydeligt. Ved 500°C. og højt tryk, f.eks. 200 atmosfære eller mere forbinder nitrogen sig med hydrogen til ammoniak, NH3:

N
2 + 3H2 —> 2NH3;

processen kræver også medvirken af katalysator. I 1992 lykkedes det forskere ved Harvard University at fremstille et stof, som synes at være hårdere end diamant. Stoffet er carbonnitrid, C
3N4, som ikke ridses af diamant.

Forekomst
Foruden at være til stede i atmosfærisk luft forekommer nitrogen også bundet til andre grundstoffer i en lang række organiske forbindelser eksempelvis i alle proteiner. Chilesalpeter, NaNO3 er et uorganisk mineral. Naturgas indeholder undertiden betydelige mængder nitrogen.

Udvinding
Industrielt fremstilles nitrogen fra atmosfærisk luft, som afkøles og sammenpresses til en væske. Ved at destillere på den flydende luft, der er ÷200°C., kan nitrogenet opsamles ved ÷196°C. Ved ÷186°C. fås argon og ved ÷183°C. oxygen. I mindre målestok kan nitrogen fremstilles ved opvarmning af ammoniumnitrit:

NH
4NO2 —> N2 + 2H2O

Anvendelse
Nitrogen forhandles i stålflasker under højt tryk. Det anvendes i fremstillingen af ammoniak, NH3 (se ovenfor) og salpetersyre, HNO3, som igen bl.a. anvendes eller indgår i produktionen af f.eks. gødningsprodukter. I elektriske glødelamper bruges nitrogen for at nedsætte glødetrådens fordampning. Flydende nitrogen (ca. ÷200°C.) bruges i stigende grad til hurtig nedfrysning af fødevarer og andre stoffer.

Miljø og Helse
Som bestanddel i proteiner herunder også enzymer, mange vitaminer og hormoner er nitrogen et vigtigt grundstof for dyr og planter. Det tilføres ofte dyrket jord som kunstgødning, men undertiden uden at jorden er fattig på nitrogen. Overskydende nitrogen vaskes da ud i søer og vandløb, eller det trænger ned i grundvandet som nitrat. I søer og vandløb kan dette i forbindelse med phosphat give anledning til ukontrolleret algevækst, som fører til oxygensvind og hermed udryddelse af dyrelivet. Ved forbrænding af benzin i bilmotorer uden katalysator dannes de giftige nitrøse gasser nitrogenoxid, NO og nitrogendioxid, NO2, som sammen med svovldioxid, SO2 bidrager til forsuring af nedbøren. Det er meget få organismer, som kan udnytte atmosfærens indhold af nitrogen direkte og bringe det over på en organisk form. En sådan proces kaldes nitrogenfiksering, og den udføres i naturen af visse bakterier og blågrønalger. Bakterier af slægten Rhizobium lever således i tæt kontakt med rødderne af bælgplanter, som de trænger ind i, hvorved der dannes bakterieknolde på de rødder, hvori bakterierne opholder sig. Bakterierne omdanner nitrogen fra luften til aminosyrer og videre til proteiner, hvilket kommer såvel bakterierne som planterne til gode.