Stikstof

Stikstof is die chemiese element in die periodieke tabel met die simbool N (van Latyn: Nitrogenium) en atoomgetal van 7. Dit is normaalweg 'n kleurlose, reuklose, smaaklose en meestal taamlik onreaktiewe diatomiese nie-metaal gas. Stikstof beslaan ongeveer 78 persent van die Aarde se atmosfeer en is 'n bousteen van alle lewende weefsels. Stikstof vorm baie belangrike verbindings soos ammoniak, salpetersuur en sianiede.

Kenmerkende eienskappe

Stikstof is 'n nie-metaal met 'n elektronegatiwiteit van 3,0. Dit het vyf elektrone in sy buitenste skil en kom dus in die trivalente vorm voor in die meeste verbindings. Suiwer stikstof is 'n onreaktiewe kleurlose diatomiese gas by kamertemperatuur en beslaan ongeveer 78.08% van die Aarde se atmosfeer. Dit kondenseer by 77 K en vries teen 63 K. Vloeibare stikstof is 'n algemene kriogeen.

Gebruike

Die grootste enkele kommersiële gebruik van stikstof is as 'n komponent in die vervaardiging van ammoniak deur middel van die Haber-proses. Ammoniak word op sy beurt gebruik vir kunsmis vervaardiging en om salpetersuur te vervaardig.

Stikstofgas word baie keer gebruik as 'n plaasvervanger vir suurstof, wanneer oksidasie verkieslik nie moet plaasvind nie;

Om die varsheid van verpakte kosse te bewaar
In normale ligte, as 'n goedkoper alternatief vir argon
Bo-op vloeibare plofstof as 'n veiligheidsmiddel
Die vervaardiging van elektroniese komponente soos diodes en transistors
In weermagsvliegtuie om die gevaar van 'n brand te verminder
In die maak van vlekvrye staal

Vloeibare stikstof word gebruik as verkoelingsmiddel vir die dompelvries en vervoer van voedselprodukte, vir die bewaring van lyke en voortplantingselle (sperm en eier), en vir die stabiele stoor van biologiese monsters. Dit word ook gebruik in die studie van kriogenie en dikwels in demonstrasies in wetenskaplike opvoeding. Vloeibare stikstof word geproduseer deur distillasie vanuit vloeibare lug.

Die soute van salpetersuur sluit 'n paar belangrike verbindings in soos byvoorbeeld kaliumnitraat of salpeter en ammoniumnitraat. Eersgenoemde verbinding is 'n bestanddeel van buskruit en laasgenoemde van kunsmis. Genitreerde organiese verbindings soos nitrogliserien en trinitrotolueen is dikwels plofstowwe.

Salpetersuur word gebruik as 'n oksideermiddel in vloeibare brandstof aangedrewe vuurpyle. Hidrasien en derivate vind ook gebruik as vuurpylbrandstof.

Geskiedenis

Die ontdekking van Stikstof word algemeen toegeskryf aan Daniel Rutherford in 1772. Die feit dat daar 'n bestanddeel van lug was wat nie verbranding onderhou het nie is welbekend gewees aan die laat 18de eeuse chemici. Stikstof is ook terselfdertyd deur Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish en Joseph Priestley bestudeer.

Verbindings van stikstof was bekend in die Middeleeue. Die alchemiste het salpetersuur as aqua fortis geken. Die mengsel van salpeter- en soutsuur staan bekend as aqua regia, wat bekend is vir sy vermoë om goud op te los.

Met 'n paar uitsonderings brand niks in suiwer stikstof nie en sal dit ook nie lewe onderhou nie. Om hierdie rede het die Franse chemikus Lavoisier dit azote (Frans: sonder lewe) genoem. Stikstof staan in Frankyk nog steeds bekend onder hierdie naam.

Voorkoms

Stikstof is die grootste enkele bestanddeel van die aarde se atmosfeer (78.1% op 'n volumebasis en 75.5% op 'n massabasis) en word vir industriële doeleindes herwin deur die fraksionele distillasie van vloeibare lug.

Stowwe wat hierdie element bevat is in die buiteruim waargeneem. Stikstof-14 word geskep tydens die kernfusie proses in sterre. Stikstof maak 'n groot deel uit van diere reste (byvoorbeeld ghwano) gewoonlik in die vorm van ureum, uriensuur en verbindings van hierdie stikstofbevattende verbindings.

Dit is al 'n geruime tyd bekend dat molekulêre stikstof in Titaan se atmosfeer voorkom en is in interstellêre ruimte deur David Knauth en mede-werkers opgespoor deur van die Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer gebruik te maak.

Verbindings

Die mees algemene hidried van stikstof is ammoniak (NH₃) met hidrasien (N₂H₄) as 'n ander bekende dog skaarsser hidried. Ammoniak is meer alkalies as water en los daarin op om ammonium ione (NH₄⁺) te vorm. Vloeibare ammoniak is effe amfiproties en vorm ammonium en amied ione (NH₂^-); beide amied en nitried (N^3-) soute is bekend, maar hulle ontbind in water. Enkel en dubbel gesubstitueerde verbindings van ammoniak word amiene genoem. Groter kettings, ringe en strukture van stikstof hidriede is ook bekend maar is onstabiel.

Ander klasse van stikstof anione is aziede (N₃^-), wat lineêr is en iso-elektronies ten opsigte van koolstofdioksied. 'n Ander molekuul met dieselfde struktuur is distikstofmonoksied (N₂O), meer algemeen bekend as laggas. Hierdie is een van verskeie stikstofoksied-verbindings, waarvan die mees prominente een stikstofmonoksied (NO) en stikstofdioksied (NO₂), wat beide 'n ongepaarde elektron bevat. Laasgenoemde toon 'n geneigdheid om te dimeriseer en is 'n belangrik bestanddeel van rookmis.

Die ander oksiede, distikstoftrioksied (N₂O₃) en distikstofpentoksied (N₂O₅), is egter redelik onstabiel en plofbaar. Die ooreenstemmende sure is nitroësuur (HNO₂) en salpetersuur (HNO₃), terwyl die ooreenstemmende soute nitriete en nitrate genoem word. Salpetersuur is een van die weinig sure wat sterker is as hidronium.

Sien ook Kategorie:Verbindings van stikstof

Biologiese rol

Die hoofartikel vir hierdie afdeling is: Stikstofsiklus.

Stikstof is 'n noodsaaklike bousteen van aminosure en nukleoonsure wat stikstof onmisbaar maak vir lewe om te bestaan

Molekulêre stikstof in die lug kan nie direk deur plante, diere of mense gebruik word nie. Dit moet eers omgeskakel word na 'n ander vorm, soos ammonium of nitraat. Presipitasie bevat gewoonlik groot hoeveelhede nitrate, as gevolg van donderweer of ander elektriese aktiwiteite in die lug. Die grootste hoeveelheid stikstof wat die aarde se oppervlak bereik is hoofsaaklik in die vorm van nitrate. Nitrate in die grond word dan ook by voorkeur deur plante se wortels geabsorbeer in vergelyking met die ammonium in die grond. Peulgewasse soos die sojaboonplant kan stikstof direk uit die atmosfeer verkry omdat hulle wortels knolletjies het waar mikrobes gehuisves word. Die mikrobes kan die omskakeling na ammoniak bewerkstellig in 'n proses wat bekend staan as stikstoffiksasie. Die peulplant skakel daarna die ammoniak na stikstofoksiede en aminosure om waaruit proteïne vervaardig word.

Stikstof verbindings is een van die boustene in diere biologie. Aminosure van plante, wat stikstof bevat, speel 'n belangrike rol in diere, omdat dit help by die vervaardiging van proteïne en nukleoonsure.

Isotope

Daar bestaan twee stabiele isotope: N-14 en N-15. Die mees algemene isotoop by verre is N-14 (99.634%), wat geproduseer word in die KSS-siklus (Koolstof-Stikstof-Suurstof-siklus) in sterre. Die oorblywende isotoop is N-15. Van die tien isotope wat sinteties voorberei word het een 'n halfleeftyd van nege minute en die oorblywende isotope se halfleeftye is almal in die ordegrootte van sekondes of minder. Biologies bevorderde reaksies (d.w.s. assimilasie, nitrifisering en denitrifisering) het 'n sterk invloed op die dinamika van stikstof in die grond. Hierdie reaksies is byna altyd geneig om N-15 verryking in die grond en 'n daarmee gepaardgaande verarming in die biologiese produk teweeg te bring.

Voorsorgmaatreëls

Stikstof los in 'n mens se bloedstroom op en in ligaamsvette. 'n Vinnige verandering in druk (veral by skubaduikers wat te vinnig styg) kan tot 'n moontlik dodelike toestand lei. Dit gebeur as die stikstof borrels in die bloedstroom, senuwees, gewrigte en ander areas vorm.

Direkte velkontak met vloeibare stikstof vir slegs 'n paar sekondes kan tot verkluiming lei. Dit hang egter af van die tipe stikstof, en die manier waarop die kontak plaasvind. As 'n stikstof-deurweekte materiaal, soos katoen, in aanraking kom met die vel, is die gevolge erger as wanneer die stikstof direk op die vel gemors word. As die stikstof direk op die vel val, word die vel beskerm deur die Leidenfrost effek.

Nitraat kunsmis in die afloop van landerye af is 'n groot bron van grondwater- en rivierbesoedeling. Siano (-CN) bevattende verbindings vorm uiters giftige soute en is dodelik vir baie diere en vir alle soogdiere.