Nitrogen

Nitrogen,  ₇N

Ciri-ciri umum
Rupa	gas, cecair atau pepejal tak berwarna
Nitrogen dalam jadual berkala
– ↑ N ↓ P karbon ← nitrogen → oksigen
Nombor atom (Z)	7
Kumpulan, kala	kumpulan tidak berkaitan, kala 15
Blok	Blok p
Konfigurasi elektron	[He] 2s2 2p3
Bil. elektron per petala/cengkerang	2, 5
Ciri-ciri fizikal
Takat lebur	63.23 K ​(−209.86 °C, ​−345.75 °F)
Takat didih	77.355 K ​(−195.795 °C, ​−320.431 °F)
Ketumpatan pada stp (0 °C dan 101.325 kPa)	1.2506 g/L at 0 °C, 1013 mbar
apabila cecair, pada t.d.	0.808 g/cm3
Takat tigaan	63.151 K, ​12.52 kPa
Titik genting	126.21 K, 3.39 MPa
Haba pelakuran	(N2) 0.72 kJ/mol
Haba pengewapan	(N2) 5.57 kJ/mol
Muatan haba molar	(N2) 29.124 J/(mol·K)
Tekanan wap T (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada S (K) 37 41 46 53 62 77
Ciri-ciri atom
Keelektronegatifan	Skala Pauling: 3.04
Tenaga pengionan	pertama: 1402.3 kJ/mol ke-2: 2856 kJ/mol ke-3: 4578.1 kJ/mol (lagi)
Jejari kovalen	71±1 pm
Jejari van der Waals	155 pm
Rampaian
Struktur hablur	​heksagon
Kelajuan bunyi	353 m/s (gas, at 27 °C)
Daya pengaliran terma	25.83×10−3 W/(m·K)
Sifat kemagnetan	diamagnetic
Nombor CAS	17778-88-0 7727-37-9 (N2)
Sejarah
Penemuan	Daniel Rutherford (1772)
Dinamakan oleh	Jean-Antoine Chaptal (1790)
Isotop utama bagi nitrogen
Iso­top Kelim­pahan Separuh hayat Mod reputan Pro­duk 13N sin 9.965 min ε 13C 14N 99.6% adalah stabil dengan 7 neutron 15N 0.4% adalah stabil dengan 8 neutron

Nitrogen (Jawi: ‏نيتروݢن‎code: ms is deprecated ‎) ialah unsur kimia di dalam jadual berkala yang mempunyai simbol N dan nombor atom 7. Biasanya ia gas yang tak berwarna, tak berbau, tanpa rasa dan kebanyakannya lengai, dwiatom, bukan logam, nitrogen merangkumi 78 peratus atmosfera Bumi dan juzuk dalam semua tisu hidupan. Nitrogen membentuk banyak jenis sebatian penting seperti asid amino, ammonia, asid nitrik dan sianida.

Sifat utama

Nitrogen ialah bukan logam, dengan nilai keelektronegatifan 3.0. Ia mempunyai lima elektron pada petala luarnya, maka adalah trivalen pada kebanyakan sebatian. Nitrogen tulen adalah gas dwiatom tak berwarna dan tak reaktif pada suhu bilik, dan merangkumi 78.08% kandungan atmosfera Bumi. Ia meluwap pada 77 K pada tekanan atmosfera dan membeku pada 63 K. Cecair nitrogen ialah kriogen biasa.

Isotop

Rencana utama: Isotop nitrogen

Nitrogen memilikidua isotop stabil, iaitu ¹⁴N dan ¹⁵N. Isotop yang paling banyak ialah ¹⁴N (99.634%), yang dihasilkan dalam kitar CNO dalam bintang-bintang dan yang selebihnya ialah ¹⁵N. Di antara sepuluh isotop yang dihasilkan secara sintetik, ¹³N mempunyai separuh hayat selama 9 minit dan yang selebihnya adalah pada tertib saat atau lebih kecil daripada itu. Tindak balas perantaraan biologi (contoh asimilasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi) mengawal atur ketat dinamik nitrogen di dalam tanah. Tindak balas ini sering mengakibatkan pengayaan ¹⁵N substrat and penyusutan produk tersebut. Walaupun pemendakan sering kali mengandungi kandungan ammonium and nitrat, tetapi oleh kerana ammonium lebih digemari untuk dikekalkan pada kanopi berbanding dengan nitrat atmosfera, kebanyakan nitrogen atmosfera yang sampai ke permukaan tanah adalah dalam bentuk nitrat. Nitrat tanah adalah lebih digemari untuk diasimilasikan oleh akar pokok berbanding dengan ammonium tanah.

Selain itu, terdapat 10 isotop sintetik hidrogen, iaitu ¹²N ke ²³N. ¹³N memiliki separuh hayat selama 10 minit manakala isotop-isotop sintetik lain memiliki separuh hayat selama beberapa saat atau milisaat. Isotop-isotop lain adalah tidak mungkin kerana telah menjangkaui kestabilan nukleus atom, menyebabkan proton atau neutron akan terlepas.

¹³N ialah radioisotop nitrogen yang paling penting disebabkan oleh separuh hayatnya yang lama, dan digunakan dalam mesin tomografi pancaran positron dalam bidang perubatan. Namun begitu, memandangkan jangka separuh hayat ¹³N masih boleh dianggap singkat, isotop ini perlu dihasilkan di kawasan yang diperlukan, seperti kaedah perlanggaran proton terhadap ¹⁶O untuk menghasilkan ¹³N dan zarah alfa.

Sebatian

Hidrida utama nitrogen ialah ammonia (NH₃) walaupun hidrazina (N₂H₄) juga diketahui ramai. Ammonia ialah lebih bes daripada air, dan dalam larutan membentuk ion ammonium (NH₄⁺). Cecair ammonia sebenarnya sedikit amfiprotik dan membentuk ion ammonium dan amida (NH₂^-); kedua-dua garam amida dan nitrida (N^3-) diketahui, tetapi mengurai dalam air. Sebatian penggantian tunggal atau kembar ammonia dipanggil amina. Rantai, cincin atau struktur hidrida nitrogen yang lebih besar juga diketahui tetapi adalah tak stabil.

Lain-lain kelas anion nitrogen ialah azida (N₃^-), yang merupakan linear dan isoelektronik kepada karbon dioksida. Molekul lain dengan struktur yang sama ialah dinitrogen monoksida (N₂O), atau gas ketawa. Ini ialah salah satu daripada bermacam jenis oksida, yang paling utama ialah nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO₂), di mana kedua-dua mengandungi elektron tak berpasangan. Nitrogen dioksida menunjukkan kecenderungan untuk membentuk dimer dan juzuk penting dalam asbut.

Oksida yang lebih standard, dinitrogen trioksida (N₂O₃) dan dinitrogen pentoksida (N₂O₅), adalah agak kurang stabil dan mudah meletup. Asid-asid yang berpadanan adalah asid nitrus (HNO₂) dan asid nitrik (HNO₃), dan garam yang berpadanan adalah nitrit dan nitrat. Asid nitrik adalah salah satu daripada asid-asid yang lebih kuat daripada hidronium.

Kegunaan

Sebatian nitrogen

Nitrogen molekul dalam atmosfera adalah secara relatifnya tidak reaktif, tetapi dalam alam semulajadi ia boleh secara perlahan ditukar menjadi sebatian berguna dalam biologi (dan industri) oleh sesetengah organisma, lebih jelas pada sesetengah bakteria (lihat peranan biologi di bawah). Kebolehan menggabungkan atau "mengikat" nitrogen adalah ciri utama kimia perindustrian moden, di mana nitrogen dan gas asli ditukar menjadi ammonia melalui Proses Haber. Ammonia pula boleh digunakan secara terus (terutamanya sebagai baja), atau sebagai bahan mentah kepada kebanyakan hasil seperti bahan letupan, kebanyakannya melalui penghasilan asid nitrik dalam proses Ostwald.

Garam-garam asid nitrik termasuklah sebatian penting seperti kalium nitrat dan ammonium nitrat, sejenis baja penting. Pelbagai jenis sebatian organik bernitrat lain, seperti nitrogliserin dan trinitrotoluena, digunakan sebagai bahan letupan. Asid nitrik digunakan sebagai bahan pengoksida dalam roket bahan api cecair. Hidrazina dan terbitan hidrazina digunakan sebagai bahan api roket.

Nitrogen molekul

Gas nitrogen

Gas nitrogen terhasil dengan membolehkan cecair nitrogen (lihat di bawah) dipanaskan dan mengewap. Ia mempunyai pelbagai penggunaan, termasuk berperanan sebagai pengganti kepada udara sebagai bahan lengai apabila pengoksidaan tidak dikehendaki;

• mengekal kesegaran makanan yang dibungkus atau makanan pukal (dengan melambatkan ketengikan dan lain-lain bentuk kerosakan akibat pengoksidaan)
• di atas permukaan bahan letupan cecair untuk keselamatan
• dalam penghasilan peranti-peranti elektronik seperti transistor, diod, dan litar bersepadu.
• dalam perusahaan besi waja
• untuk mengisi tayar kenderaan dan pesawat

Berbeza daripada sesetengah pendapat, nitrogen tidak meresap keluar daripada tayar getah lebih lambat daripada udara. Udara sebenarnya mengandungi kebanyakan campuran nitrogen dan oksigen (iaitu N₂ dan O₂), dan molekul nitrogen adalah lebih kecil. Sekiranya semua malar, molekul kecil akan meresap melalui bahan telap lebih cepat.

Contoh lanjut mengenai kepelbagaian penggunaannya adalah penggunaannya sebagai alternatif pilihan kepada karbon dioksida dalam memberi tekanan dalam tong bir, terutamanya staut, kerana buih kecil yang terhasil, yang menyebabkan bir yang dituang lebih lembut. Penggunaan moden ialah kapsul nitrogen peka tekanan yang dikenali sebagai "widget" yang membolehkan bir berisi nitrogen dipek dalam tin dan botol.

Cecair nitrogen

Rencana utama: Nitrogen cecair

Cecair nitrogen dihasilkan dalam perindustrian pada kuantiti yang banyak melalui penapisan daripada udara cecair dan selalunya disingkatkan dalam kuasi-formula LN₂ (tetapi lebih tepat ditulis sebagai N_2(l)). Ia adalah bendalir kriogenik (sangat sejuk) yang boleh mengakibatkan ketipan ibun (frostbite) sekiranya disentuh secara terus. Apabila ditebat dengan secukupnya daripada haba ambien, ia boleh berperanan sebagai sumber gas nitrogen tanpa tekanan yang senang dibawa dan padat. Tambahan pula, kebolehannya unutk mengekalkan suhu beratus-ratus darjah di bawah takat beku air apabila ia mengewap (77 K, -196 °C or -320 °F) menjadikannya sangat berguna dalam pelbagai jenis kegunaan sebagai bahan penyejuk kitar terbuka, termasuk;

• penyejukbekuan rendaman dan pengangkutan keluaran makanan
• pengawetan badan, sel pembiakan (sperma dan ovum), serta bahan dan sampel biologi
• kajian kriogenik
• untuk pertunjukan dalam pendidikan sains
• sebagai bahan pendingin dalam pengesan kepekaan tinggi dan amplifier hingar rendah
• dalam dermatologi untuk membuang lesi kulit yang menyakitkan pandangan mata atau yang berpotensi menjadi malignan seperti ketuat dan keratosis aktinik
• sebagai bahan pendingin tambahan untuk pengoperasian pemprosesan lebih laju overclock dalam unit pemprosesan pusat, unit pemprosesan grafik dan perkakasan.

Sejarah

Nitrogen (Latin: nitrum, Bahasa Yunani: Nitron, bermaksud "soda asli", "gen", "pembentukan") secara rasminya dianggap dijumpai oleh Daniel Rutherford pada 1772, yang memanggilnya udara beracun atau udara tetap. Pengetahuan bahawa terdapat pecahan udara yang tidak membantu dalam pembakaran telah diketahui oleh ahli kimia semenjak akhir kurun ke-18 lagi. Nitrogen juga dikaji pada masa yang lebih kurang sama oleh Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, dan Joseph Priestley, yang menggelarnya sebagai udara terbakar atau udara telah flogistat. Gas nitrogen adalah cukup lengai sehingga dinamakan oleh Antoine Lavoisier sebagai azote, daripada perkataan Yunani, αζωτος yang bermaksud "tak bernyawa". Istilah tersebut telah menjadi nama kepada nitrogen dalam perkataan Perancis dan kemudiannya merebak ke bahasa-bahasa lain.

Sebatian nitrogen diketahui semenjak Zaman Pertengahan Eropah. Ahli alkimia mengetahui asid nitrik sebagai aqua fortis. Campuran asid hidroklorik dan asid nitrik dinamakan akua regia, yang disanjung kerana kebolehannya untuk melarutkan emas. Kegunaan sebatian nitrogen dalam bidang pertanian dan perusahaan yang terawal ialah dalam bentuk kalium nitrat,terutamanya dalam penghasilan serbuk peledak (garam mesiu), dan kemudiannya, sebagai baja dan juga stok makanan ternakan kimia.

Ragam kewujudan

Nitrogen ialah satu-satunya juzuk terbanyak dalam atmosfera (78.084% secara isipadu, 75.5% secara berat) dan diperoleh untuk kegunaan perindustrian daripada penyulingan berperingkat udara cecair atau melalui cara mekanikal gas udara (iaitu membran osmosis songsang bertekanan atau penjerapan buaian tekanan). Sebatian yang mengandungi unsur ini telah dikesan dalam ruang angkasa lepas. ¹⁴Nitrogen dihasilkan sebagai sebahagian daripada proses pelakuran pada bintang-bintang. Nitrogen ialah komponen dalam buangan haiwan ternakan (sebagai contoh, guano), biasanya dalam bentuk urea, asid urik, dan sebatian-sebatian produk bernitrogen lain.

Molekul nitrogen ialah juzuk atmosfera Titan dan juga dikesan dalam ruang angkasa antara najam oleh David Knauth dan pekerja sejawatnya menggunakan Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer.

Peranan biologi

Nitrogen ialah juzuk penting dalam asid amino dan asid nukleik, dan ini menjadikan nitrogen penting bagi semua hidupan. Kekacang seperti kacang soya, boleh mendapat semula nitrogen secara terus daripada atmosfera keran akarnya mempunyai nodul yang menyimpan mikrob yang melakukan penukaran kepada ammonia dalam proses yang dinamakan pengikatan nitrogen. Kekacang seterusnya akan menukarkan ammonia menjadi oksida-oksida nitrogen dan asid amino untuk menghasilkan protein.

Keselamatan

Nitrogen secara dasarnya adalah tidak beracun, tetapi boleh menyesarkan gas oksigen daripada bekas tertutup apabila gas nitrogen dilalukan ke dalam bekas lalu membawa kepada bahaya asfiksian. Bahaya ini boleh berlaku tanpa kesan yang ketara kepada manusia kerana badan manusia memiliki sistem pengesanan hipoksia yang perlahan. Dalam tekanan separa tinggi (lebih daripada empat bar, tekanan pada kedalaman air melebihi 30 meter dalam penyelaman skuba), nitrogen boleh menjadi agen anestesia lalu boleh menyebabkan narkosis nitrogen, suatu kerosakan sementera otak yang serupa dengan keracunan nitrus oksida.

Cecair nitrogen, sebagai cecair kriogen adalah berbahaya dan boleh menyebabkan kelecuran apabila disentuh, meskipun kesan Leidenfrost memberikan perlindungan selama satu saat kepada kulit. Perbuatan menelan cecair nitrogen boleh menyebabkan kerosakan dalaman badan yang teruk. Cecair nitrogen secara serta-merta menyejat menjadi gas nitrogen, dan oleh itu, langkah-langkah keselamatan bagi gas nitrogen juga terpakai apabila mengendalikan cecair nitrogen, seperti penggunaan sensor oksigen bagi memberi amaran kepada pekerja sekiranya berlaku kebocoran dalam ruang tertutup.

Kumbahan baja nitrat ialah punca utama pencemaran air sungai dan air bawah tanah. Sebatian yang mengandungi siano (-CN) menghasilkan garam yang sangat beracun dan boleh membawa maut kepada hampir semua mamalia dan hidupan akuatik.

Lihat juga

• Zat
• Kitar nitrogen
• NOx

Rujukan

• Los Alamos National Laboratory – Nitrogen
• Chemistry of the Elements, N. N. Greenwood and A. Earnshaw. ISBN 0-08-022057-6

Pautan luar

• WebElements.com – Nitrogen
• It's Elemental – Nitrogen
• Schenectady County Community College – Nitrogen Diarkibkan 2007-08-22 di Wayback Machine
• Nitrogen N2 Properties, Uses, Applications
• Computational Chemistry Wiki