Dusík: tak důležitý, tak nezbytný

Dusík je jedním ze tří hlavních prvků výživy rostlin. Spolu s fosforem a draslíkem je základním prvkem. A právě dusíkatá hnojiva jsou nejžádanější.

Ve volné formě se dusík nachází v atmosféře ve formě plynu (78% obsah ve vzduchu), v půdě se nachází především ve formě různých chemických sloučenin. Obsah dusíku v různých půdách není stejný a pro dosažení plného výnosu vyžaduje většina plodin přidání dusíkatých hnojiv.

Stojí za zmínku, že dusík, na rozdíl od fosforu a draslíku, se z půdy snadno vymývá a je poměrně obtížné jej „uložit“ v půdě několik let.

Jaké druhy dusíkatých hnojiv existují?

Téměř všechny druhy dusíkatých hnojiv lze rozdělit do dvou velkých skupin – minerální a organická, existuje však i samostatná skupina – bakterie fixující dusík, o kterých bude řeč níže.

Minerální dusíkatá hnojiva

Nejjednodušší a technologicky nejpokročilejší k použití. Minerální dusíkaté hnojivo je zpravidla granulované, jak čistý dusík, tak komplexní s různým procentem dusíku. Na všech minerálních hnojivech je zpravidla napsán vzorec NPK. Například 10-54-10 +ME znamená, že složení obsahuje 10 % dusíku, 54 % fosforu, 10 % draslíku a další sadu mikroprvků, které jsou také důležité pro výživu rostlin, ale jsou vyžadovány v malých množstvích.

Čistě dusíkatá minerální hnojiva se obvykle používají brzy na jaře, nejoblíbenější a nejdostupnější je karbamid (močovina), obsah dusíku je 46 %. Dobře se rozpouští a velmi snadno se používá.

Ale častěji se dusík používá v kombinaci s jinými makro- a mikroprvky. Absorpce dusíku rostlinami úzce souvisí s přítomností dalších makro- a mikroprvků. Dusík zase ovlivňuje schopnost rostlin absorbovat další látky.

Mikroprvky měď, bór, molybden, které jsou v půdě přítomny v dostatečném množství, zvyšují schopnost absorbovat dusík. Nadměrné množství dusíku snižuje vstřebávání fosforu, draslíku, železa a některých dalších prvků: vápníku, hořčíku, manganu, zinku, mědi. Nedostatek dusíku narušuje vstřebávání draslíku, dále fosforu, hořčíku, železa, manganu a zinku.

Hlavní příznaky nedostatku dusíku

– barva listů ztrácí sytost;

– listy žloutnou a opadávají;

– růst rostlin se zpomaluje;

– velikost listů se zmenšuje;

– zastaví se růst výhonků a větví stromů;

– opadá vaječník nebo nezralé plody;

– U peckovin lze pozorovat zarudnutí kůry.

Nedostatek dusíku je výraznější na půdách s vysokou kyselostí a velkým množstvím plevelů, které odebírají plodinám vzácný dusík.

Za zmínku také stojí, že při přebytku dusíku při pěstování zeleniny se hromadí v zelenině samotné ve formě dusičnanů. Navíc nezáleží na tom, v jaké formě se dusík do půdy přidává – ve formě čerstvého hnoje nebo močoviny.

Dusík může být obsažen v dusíkatých hnojivech jako hlavní prvek v různých formách, které jsou uvedeny níže.

Dusičnan sodný, dusičnan vápenatý

Dusičnan amonný, vápno dusičnan amonný

Síran amonný, chlorid amonný

Močovina, kyanamid vápenatý

Amoniak, sloučeniny amoniaku, močovina dusičnan amonný

Organická dusíkatá hnojiva

V přírodě se dusík dostává do půdy při hnilobě rostlinných a živočišných zbytků, při pěstování rostlin se nejčastěji používají komponenty jako hnůj a různé komposty.

Stojí za to říci, že organická hnojiva, na rozdíl od všeobecného přesvědčení, neobsahují velké množství dusíku, pokud se nejedná o čerstvý hnůj, ale jeho použití je nežádoucí. Hodnota organických hnojiv je jinde: jsou důležitá pro tvorbu humusu, pro rozvoj půdní mikroflóry a obecně pro zvýšení úrodnosti.

Nejjednodušším způsobem se komposty a shnilý hnůj (humus) používají ve formě mulče a také se zaorávají do půdy.

Velmi oblíbená je tzv. kaše, která se připravuje ve formě nálevu z kopřiv nebo čerstvého hnoje. Na 30 litrů vody odebereme přibližně 10-15 litrů (objemově) čerstvého hovězího hnoje nebo čerstvě natrhané kopřivy zalijeme vodou a necháme 1-2 týdny. Tento „vývar“ obsahuje spoustu užitečných látek, ale není dostatek dusíku. Je vhodné přidat humát a nějaké čisté dusíkaté hnojivo, například dostupnou močovinu. Odeberte 1-2 litry vzniklého nálevu, zřeďte ho v 10 litrech vody a přidejte asi 20-40 gramů močoviny. Voda u kořene.

Podmínky aplikace dusíkatých hnojiv

Hlavní dávky dusíku se aplikují brzy na jaře a do poloviny léta, poté se dávky dusíku v hnojivech postupně snižují a na podzim jsou ponechány v minimálních množstvích nutných pro vstřebávání dalších makro- a mikroprvků. To je nezbytné, aby se zabránilo nadměrnému růstu na víceletých plodinách, které nebudou mít čas dozrát před zimou, a také pro zrání a plnění ovoce, protože s přebytkem dusíku jsou tyto procesy zpožděny.

Mikrobiologická dusíkatá hnojiva

V současné době se objevily nové produkty v podobě bakterií fixujících dusík. Droga se nazývá Azotovit. Obsahuje bakterii Beijerinckia fluminensis Bf 2806. Tyto bakterie fixují vzdušný dusík nacházející se v pórech půdy a přeměňují jej do formy přístupné rostlinám. Tato hnojiva dosud nenašla široké průmyslové využití.

* Fotografie k článku byly převzaty z internetu

V tomto článku se podíváme na charakteristiku dusíku v chemii, zjistíme, jaké oxidační stavy může dusík mít a povíme si o nejdůležitějších sloučeninách, které tento chemický prvek obsahují.

29 2021 декабря

· Aktualizováno 6. prosince 2024

Dusík je dvouatomový plyn s chemickým vzorcem N₂, bezbarvý, bez chuti a zápachu. Hlavní složkou je vzduch (78 % objemu). Chemicky inertní, ale reaguje s komplexními sloučeninami přechodných kovů.

• Příklad: Amoniak (NH3) vzniká při reakci dusíku s vodíkem.

Dusík (N.₂) – první zástupce skupiny V hlavní podskupiny a periody 2 periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejeva. Pokud vezmeme v úvahu umístění dusíku v dlouhodobé periodické tabulce, pak zaujímá přední místo ve skupině 15. Pro zástupce této skupiny bylo navrženo jméno pniktogeny (z řeckého kořene πνῑ́γω – dusivé, páchnoucí). To jednoznačně platí pro vodíkové sloučeniny zástupců této skupiny.

Elektronová struktura dusíku

Podívejme se na atomovou strukturu a elektronovou konfiguraci dusíku a pak vyvodíme nějaké závěry.

Atomové nebo atomové číslo dusíku je 7, což odpovídá počtu elektronů a protonů v jádře. Molární hmotnost je 14,00728 g/mol a počet neutronů v atomu tohoto izotopu je sedm.

Nyní přejdeme k elektronické struktuře. V základním stavu je elektronový vzorec dusíku: 1s 2 2s 2 2p 3, ve zkrácené formě – [He]2s 2 2p 3. Vnější energetická hladina má 5 valenčních elektronů, včetně 3 nepárových p-elektronů.

Na základě této konfigurace může dusík vytvořit pouze 3 vazby prostřednictvím výměnného mechanismu a ještě jednu prostřednictvím mechanismu donor-akceptor. To je způsobeno skutečností, že na druhé podúrovni už dusík nemá volné orbitaly, do kterých by se mohly vypařovat elektrony z podúrovně 2s. To znamená maximální valenci dusíku IV.

Neexistuje žádná valence dusíku V!

Dusíková valence je schopnost atomu dusíku tvořit chemické vazby s jinými atomy, určená počtem nepárových elektronů ve valenčním obalu. Ve většině sloučenin je valence dusíku tři.

• Příklady:
• NH3 (amoniak)
• NCl3 (chlorid dusitý)

Dusík se vyznačuje celým spektrem možných oxidačních stavů od -3 do +5.

Podívejme se na stupnici, která ukazuje sloučeniny dusíku v různých látkách.

Struktura molekuly dusíku

Dusík je dvouatomová molekula, jejíž atomy jsou spojeny silnou trojnou vazbou. Délka vazby je 0,110 nm.

Proč trojitá vazba a z čeho se skládá?

Připomeňme, že každý atom v molekule dusíku má 3 nepárové elektrony, které následně tvoří trojnou vazbu, která se zase skládá z jedné vazby sigma a dvou vazeb pí.

Jaké povolání vám vyhovuje? Zjistěte to za 10 minut!

Získejte další výhody od Skysmart:

• Připravte se na OGE s A.
• Připravte se na sjednocenou státní zkoušku s vysokým skóre.
• Přihlaste se do bezplatných kurzů pro děti.
• Řešte úkoly v bezplatném simulátoru Unified State Exam.

Fyzikální vlastnosti dusíku

Dusík jako jednoduchá látka je bezbarvý plyn, který je bez zápachu a špatně rozpustný ve vodě. Dusík je v molární hmotnosti lehčí než vzduch. Díky přítomnosti trojité nepolární vazby a relativně malým atomovým poloměrům má dusík nízké body varu a tání: t_pl = -210 °С a t_žok = -196 °C. Dusík nemá žádné alotropní modifikace. Navzdory skutečnosti, že hlavní skupenství dusíku je plynné, může být také kapalné. Například 1 litr kapalného dusíku se při zahřátí na 20 °C změní na 700 litrů plynného dusíku. Podrobnější informace najdete v našem videu:

Chemické vlastnosti dusíku

Dusík je chemicky neaktivní kvůli přítomnosti stejné trojné vazby. Určuje také nízkou tepelnou stabilitu sloučenin dusíku při zahřívání. V chemických reakcích může dusík působit jak jako oxidační činidlo, tak jako redukční činidlo díky široké škále možných oxidačních stavů.

Jak reaguje dusík redukčního činidla:

Tyto reakce probíhají při teplotách nad 1000 stupňů Celsia nebo pod elektrickým nábojem.

Jak reaguje oxidační činidlo dusík:

• s kovy
  N₂ + 6Li = 2Li₃N dusík reaguje za normálních podmínek pouze s lithiem a s kovy alkalických zemin pouze při zahřátí;
• s vodíkem
  N₂ + 3H₂ = 2NH₃ reakce probíhá reverzibilně v přítomnosti kovového železa jako katalyzátoru.

Podívejme se na způsoby, jak dusík získat. V průmyslu se získává frakční destilací kapalného vzduchu, ale v laboratoři se dusík získává jinak. Zde je jen několik způsobů:

• reakce mezi chloridem amonným a dusitanem sodným
  Starší bratr₂ +NH₄Cl = N₂ + NaCl + 2H₂O
• rozklad některých amonných solí (na příkladu dusitanu amonného)
  NH₄NE₂ = N₂ + 2H₂O

Dusík je hlavní složkou jakékoli bílkoviny v lidském těle. Podívejme se na způsoby, jak získat výchozí složky pro syntézu vlastních bílkovin.

Nejdůležitější sloučeniny dusíku

Amoniak

Nejprve si povíme něco o vodíkové sloučenině dusíku – čpavku. Amoniak je bezbarvý plyn s charakteristickým štiplavým zápachem. Podívejme se na strukturu molekuly amoniaku:

Amoniak má tvar trigonální pyramidy. Tento plyn je velmi toxický a může způsobit chemické poleptání očí a výpary silně dráždí sliznice dýchacího ústrojí. Amoniak má zároveň poměrně vysokou rozpustnost ve vodě díky tvorbě vodíkových vazeb s molekulami vody. Přivedl vás někdy po ztrátě vědomí k rozumu vatový tampon namočený v něčem páchnoucím? Gratulujeme, byla to vaše první zkušenost s amoniakem ve vodě.

Pojďme si nyní říci něco o chemických vlastnostech tohoto plynu.

Na rozdíl od samotného dusíku je amoniak extrémně reaktivní sloučenina. Protože dusík je v amoniaku v nejnižším oxidačním stavu (-3), vykazuje amoniak pouze redukční vlastnosti.

Například amoniak reaguje s kyslíkem (při zahřátí):

Jak je vidět z rovnic, amoniak vstupuje do oxidačních reakcí a produkty jeho oxidace přímo závisí na síle oxidačního činidla a reakčních podmínkách.

Amoniak reaguje se složitými látkami – oxidačními činidly takto:

Amoniak reaguje s kyselinami díky svým základním vlastnostem, což vede k tvorbě různých solí:

Nyní se podíváme na výrobu čpavku. Existují dva typy metod: průmyslové a laboratorní.

1. Průmyslová metoda – syntéza z jednoduchých látek:
2. Laboratorní metoda: Při této metodě se čpavek shromažďuje v baňce obrácené dnem vzhůru, protože čpavek je lehčí než vzduch.

Kyselina dusičná

Kyselina dusičná – jedna z nejdůležitějších anorganických kyselin. Je to těkavá, bezbarvá kapalina se štiplavým zápachem, kterou lze smíchat s vodou v libovolném poměru.

V průmyslu se získává v několika fázích. Podívejme se blíže na každý z nich:

1. Oxidace amoniaku vzdušným kyslíkem na platinovém katalyzátoru
   4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O
2. Oxidace oxidu dusnatého (II)
   2NO+O₂ = 2 NE₂
3. Absorpce vzniklého oxidu dusíku (IV) vodou v přebytku vzduchu
   4NO₂ + O.₂ + 2H₂O = 4HNO₃

Kyselina dusičná má speciální chemické vlastnosti založené na její koncentraci.

Tato kyselina například nikdy nereaguje s kovy a uvolňuje plynný vodík. Zvažte tabulku s příklady kovů s různými koncentracemi kyseliny dusičné:

Také kyselina dusičná, jako silné oxidační činidlo, je schopna oxidovat některé nekovy na jejich kyseliny. Podívejme se na příklady:

Kyselina dusičná v poměru 1:3 s kyselinou chlorovodíkovou tvoří směs tzv aqua regia. Jedná se o žlutooranžovou dýmavou kapalinu, která dostala své jméno od alchymistů díky své schopnosti rozpouštět „královské“ kovy – zlato a platinu.

Oxidy dusíku

Na rozdíl od jiných chemických prvků tvoří dusík velké množství oxidů: N₂O,NE,N₂O₃, NE₂, N₂O₄ a N₂O₅, z nichž každý je kyselý. Tabulka ukazuje, který oxid odpovídá které kyselině:

Oxid dusnatý (I)N₂O. Nesolnotvorný oxid, je to bezbarvý plyn s příjemnou vůní a nasládlou chutí. Jeho molární hmotnost je těžší než vzduch a rozpustná ve vodě. Tento oxid má další názvy, z nichž nejběžnější je oxid dusičitý. Oxid dusnatý (I) byl používán v lékařství jako anestetikum před více než 200 lety. Při vdechování tohoto plynu člověka přepadne radost a neovladatelný smích, a proto dostal oxid jiný název – rajský plyn.

Oxid dusnatý (II) NO. Nesolnotvorný oxid, který je za normálních podmínek bezbarvým plynem, je špatně rozpustný ve vodě a ve vysokých koncentracích je pro člověka jedovatý.

Oxid dusnatý (III) N₂O₃. Směs je velmi nestabilní a existuje pouze při nízkých teplotách. V pevném a kapalném skupenství je oxid dusíku (III) jasně modrý. Při teplotách nad 0 stupňů se rozkládá na oxid dusnatý (II) a oxid dusnatý (IV).

Oxidy dusíku (IV) NO₂ a N₂O₄. Pevný oxid dusnatý (IV) je bezbarvý, protože se skládá z molekul N2O4. Při zahřátí se objeví hnědá barva, která se zintenzivňuje s rostoucí teplotou, jak se zvyšuje NO₂ ve směsi. Tyto oxidy jsou vysoce rozpustné ve vodě a reagují s ní.

Oxid dusnatý (V)N₂O₅. Anhydrid dusnatý, který se tvoří ve formě těkavých, bezbarvých, hygroskopických krystalů. Jedná se o extrémně nestabilní látku, která se rozpadá během několika hodin. Při zahřátí se explozivně rozkládá na oxid dusíku (IV) a plynný kyslík.

Samotestovací otázky

1. Jakou vazbu mezi sebou tvoří atomy dusíku?
   1. Singl.
   2. Dvojnásobek.
   3. Trojnásobný.
   1. −3 a +5,
   2. −5 a +3,
   3. 0 a +4,
   4. −3 a +3.
   1. V,
   2. III,
   3. IV,
   4. II.
   1. Pouze oxidační činidlo.
   2. Pouze redukční činidlo.
   3. Jak oxidační činidlo, tak redukční činidlo.
   4. Neúčastní se reakcí se změnami oxidačních stavů.
   1. NE,
   2. N₂O₃,
   3. N₂O,
   4. N₂O₄.