Pengertian Nitrogen dan Penjelasannya

Pages: 1 2 3 4 5

Nitrogen (N), unsur non logam dari Grup 15 [Va] dari tabel periodik. Nitrogen adalah gas hambar tidak berwarna, tidak berbau, yang merupakan unsur paling berlimpah di atmosfer bumi dan merupakan konstituen dari semua materi hidup.

Sejarah Nitrogen

Sekitar empat per lima dari atmosfer bumi adalah nitrogen, yang diisolasi dan diakui sebagai zat tertentu selama penyelidikan awal mengenai udara. Carl Wilhelm Scheele, seorang ahli kimia Swedia, menunjukkan pada tahun 1772 bahwa udara merupakan campuran dua gas, salah satunya disebut "udara api," karena mendukung pembakaran, dan yang lainnya "udara kotor," karena itu merupakan yang tersisa setelah "udara api "telah habis setelah pembakaran. "Udara api", adalah oksigen dan "udara kotor" adalah nitrogen. Pada waktu yang sama, nitrogen juga diakui oleh ahli botani Skotlandia, Daniel Rutherford (orang pertama yang mempublikasikan temuannya), oleh kimiawan Inggris Henry Cavendish, dan oleh pendeta Inggris dan ilmuwan Joseph Priestley, yang, dengan Scheele, diberikan kredit untuk penemuan oksigen. Yang lebih lanjut menunjukkan gas baru untuk menjadi konstituen dari sendawa, nama umum untuk kalium nitrat (KNO₃), dan, karenanya, gas ini dinamakan nitrogen oleh kimiawan Perancis Jean-Antoine-Claude Chaptal pada tahun 1790. Nitrogen pertama dianggap sebagai elemen kimia oleh Antoine-Laurent Lavoisier, yang menjelaskan tentang peran oksigen dalam pembakaran akhirnya menggulingkan teori phlogiston, pandangan keliru tentang pembakaran yang menjadi populer pada awal abad ke-18.

Iklan oleh Google

Kejadian dan Distribusi Nitrogen

Di antara unsur-unsur, nitrogen menempati urutan keenam dalam kelimpahan kosmik di alam. Atmosfir Bumi terdiri dari 75,51 persen nitrogen; ini adalah sumber utama nitrogen untuk perdagangan dan industri. Atmosfer juga mengandung berbagai jumlah kecil garam amonia dan amonium, serta nitrogen oksida dan asam nitrat (bahan terakhir yang dibentuk pada badai listrik dan mesin pembakaran internal). Nitrogen murni ditemukan dalam banyak meteorit; dalam gas gunung berapi, tambang, dan beberapa mata air mineral; di Matahari; dan dalam beberapa bintang dan nebula.

Nitrogen juga terjadi pada deposit mineral nitre atau saltpetre (potasium nitrat, KNO₃) dan Chile saltpetre (natrium nitrat, NaNO₃), tetapi deposito ini ada dalam jumlah yang tidak memadai untuk kebutuhan manusia. Bahan lain yang kaya akan nitrogen guano, ditemukan di gua-gua kelelawar dan di tempat-tempat kering yang sering dikunjungi oleh burung. Dalam kombinasi, nitrogen ditemukan dalam hujan dan tanah sebagai garam amonia dan amonium dan air laut sebagai ion amonium (NH₄ ⁺), nitrit (NO₂^-), dan nitrat (NO₃^-). Nitrogen memiliki berat rata-rata sekitar 16 persen dari berat senyawa organik kompleks yang dikenal sebagai protein, hadir di semua organisme hidup. Kelimpahan alami nitrogen dalam kerak bumi adalah 0,3 bagian per 1.000. Estimasi kelimpahan kosmik total alam semesta adalah antara tiga dan tujuh atom per atom silikon, yang diambil sebagai standar.

India, Rusia, Amerika Serikat, Trinidad dan Tobago, dan Ukraina adalah lima produsen nitrogen (dalam bentuk amonia) pada awal abad ke-21.

Produksi komersial dan penggunaan

Produksi komersial nitrogen sebagian besar dengan distilasi fraksional dari udara cair. Suhu didih nitrogen -195,8 ° C (-320,4 ° F), sekitar 13 ° C (-23 ° F) di bawah oksigen. Nitrogen juga dapat diproduksi dalam skala besar dengan membakar karbon atau hidrokarbon di udara dan memisahkan karbon dioksida yang dihasilkan dan air dari sisa nitrogen. Pada skala kecil, nitrogen murni dibuat dengan memanaskan barium azida, Ba (N₃) ₂. Berbagai reaksi laboratorium yang menghasilkan nitrogen meliputi pemanasan larutan amonium nitrit (NH₄NO₂), oksidasi amonia dengan air brom, dan oksidasi amonia dengan tembaga oksida panas.

NH₄⁺ + NO₂^- → N₂ + 2H₂O

8NH₃ + 3Br₂ → N₂ + 6NH₄⁺ + 6Br^-

2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3H₂O + 3Cu

Unsur nitrogen dapat digunakan sebagai atmosfer inert untuk reaksi yang memerlukan pengecualian oksigen dan kelembaban. Dalam keadaan cair, nitrogen memiliki aplikasi kriogenik yang berharga; kecuali untuk gas hidrogen, metana, karbon monoksida, fluorin, dan oksigen, hampir semua zat kimia memiliki tekanan uap yang dapat diabaikan pada titik didih nitrogen dan berbentuk padatan kristal pada suhu tersebut.

Dalam industri kimia, nitrogen digunakan sebagai pencegahan oksidasi produk atau kerusakan lainnya, sebagai pengencer inert gas reaktif, sebagai pembawa untuk menghilangkan panas atau bahan kimia dan sebagai inhibitor kebakaran atau ledakan. Dalam industri makanan gas nitrogen digunakan untuk mencegah pembusukan melalui oksidasi, jamur, atau serangga, dan nitrogen cair digunakan untuk pengeringan beku dan untuk sistem pendinginan. Dalam industri listrik nitrogen digunakan untuk mencegah oksidasi dan reaksi kimia lainnya, untuk menekan pelapis kabel, dan untuk melindungi motor. Nitrogen menemukan aplikasi dalam industri logam dalam pengelasan, solder, dan patri, di mana nitrogen membantu mencegah oksidasi, karburisasi, dan dekarburisasi. Sebagai gas reaktif, nitrogen digunakan untuk membuat busa atau karet segel, plastik, dan elastomer, untuk mengunci gas propelan pada kaleng aerosol, dan untuk menekan propelan cair untuk reaksi jet. Dalam pengobatan pembekuan cepat dengan nitrogen cair dapat digunakan untuk menghentikan darah, sumsum tulang, jaringan, bakteri, dan air mani. Nitrogen cair juga telah terbukti berguna dalam penelitian cryogenic.

Meskipun kegunaan lain Nitrogen penting, sejauh ini sebagian besar dari unsur nitrogen dikonsumsi dalam pembuatan senyawa nitrogen. Ikatan triple antara atom dalam molekul nitrogen begitu kuat (226 kilokalori per mol, lebih dari dua kali lipat dari molekul hidrogen) yang menyebabkan molekul nitrogen sulit untuk masuk ke dalam kombinasi lainnya.

Metode komersial utama untuk memperbaiki nitrogen (menggabungkan unsur nitrogen menjadi senyawa) adalah proses Haber-Bosch untuk sintesis amonia. Proses ini dikembangkan selama Perang Dunia I untuk mengurangi ketergantungan Jerman pada nitrat Chili. Ini melibatkan sintesis langsung amonia dari unsur-unsurnya.

Jumlah besar nitrogen digunakan bersama-sama dengan hidrogen untuk menghasilkan amonia, NH₃, gas tidak berwarna dengan bau menyengat yang menjengkelkan. Metode komersial utama untuk sintesis amonia adalah proses Haber-Bosch. Amonia merupakan salah satu dari dua senyawa nitrogen utama dalam perdagangan; memiliki banyak kegunaan dalam pembuatan senyawa nitrogen penting lainnya. Sebagian besar amonia disintesis secara komersial diubah menjadi asam nitrat (HNO₃) dan nitrat, yang merupakan garam dan ester asam nitrat. Banyak amonia yang digunakan dalam proses amonia-soda (proses Solvay) untuk memproduksi soda abu, Na₂CO₃. Amonia juga digunakan dalam penyusunan hidrazin, N₂H₄, cairan berwarna yang digunakan sebagai bahan bakar roket dan dalam berbagai proses industri.

Asam nitrat adalah senyawa nitrogen komersial utama. Cairan yang sangat korosif dan tidak berwarna, Nitrogen banyak digunakan dalam produksi pupuk, pewarna, obat-obatan, dan bahan peledak. Amonium nitrat (NH₄NO3), garam amonia dan asam nitrat, merupakan komponen nitrogen yang paling umum dari pupuk buatan.

Dengan oksigen, Nitrogen membentuk beberapa nitrogen oksida, termasuk nitrous oxide, N₂O, di mana nitrogen dalam keadaan oksidasi +1; nitrat oksida, NO, di mana Nitrogen dalam keadaan +2; dan nitrogen dioksida, NO₂, di mana nitrogen dalam keadaan +4. Kebanyakan nitrogen oksida sangat stabil; mereka adalah sumber utama polusi di atmosfer. Nitrous oxide, juga dikenal sebagai gas tertawa, kadang-kadang digunakan sebagai obat bius; ketika dihirup menghasilkan histeria ringan. Oksida nitrat bereaksi cepat dengan oksigen membentuk nitrogen dioksida coklat, perantara dalam pembuatan asam nitrat dan agen pengoksidasi kuat digunakan dalam proses kimia dan bahan bakar roket.

Beberapa nitrogen penting lainnya adalah nitrida, padatan yang dibentuk oleh kombinasi langsung logam dengan nitrogen, biasanya pada suhu yang tinggi. Mereka termasuk agen pengerasan yang dihasilkan ketika paduan baja dipanaskan dalam amonia, sebuah proses yang disebut nitridasi. Bagi boron, titanium, zirkonium, dan tantalum memiliki aplikasi khusus. Salah satu bentuk kristal boron nitrida (BN), yang hampir sekeras berlian dan kurang mudah teroksidasi sehingga berguna sebagai bahan abrasif suhu tinggi.

Sianida anorganik mengandung gugus CN^-. Hidrogen sianida, atau formonitrile, HCN, adalah gas yang sangat volatile dan sangat beracun yang digunakan dalam fumigasi, konsentrasi bijih, dan berbagai proses industri lainnya. Sianogen, atau oxalonitrile, (CN) ₂, juga digunakan sebagai perantara kimia dan fumigan.

Azides, yang berupa organik atau anorganik, yaitu senyawa yang mengandung tiga atom nitrogen sebagai suatu kelompok, direpresentasikan sebagai (-N₃). Kebanyakan azida tidak stabil dan sangat sensitif terhadap guncangan. Beberapa dari mereka, seperti timbal azida, Pb (N₃) ₂, yang digunakan dalam detonator dan sumbu mesiu. Azida, seperti senyawa halogen, mudah bereaksi dengan zat lain dengan perpindahan dari apa yang disebut kelompok azide menghasilkan berbagai jenis senyawa.

Nitrogen membentuk ribuan senyawa organik. Sebagian besar varietas yang dikenal dapat dianggap berasal dari amonia, hidrogen sianida, sianogen, dan nitrous atau asam nitrat. Amina, asam amino, dan amida, misalnya, berasal dari atau terkait erat dengan amonia. Nitrogliserin dan nitroselulosa adalah ester asam nitrat. Senyawa nitro diperoleh dari reaksi (disebut nitrasi) antara asam nitrat dan senyawa organik. Nitrit yang berasal dari asam nitrit (HNO₂). Senyawa nitroso diperoleh oleh aksi asam nitrat pada senyawa organik. Purin dan alkaloid adalah senyawa heterosiklik nitrogen yang menggantikan satu atau lebih atom karbon.

Sifat dan Reaksi Nitrogen

Nitrogen tidak berwarna, tidak berbau, gas yang mengembun pada -195,8 ° C. Molekul N₂, direpresentasikan sebagai: N ::: N :, dimana energi ikatan dari 226 kilokalori per mol yang hanya dilampaui oleh karbon monoksida, 256 kilokalori per mol. Karena energi ikatan nitrogen yang tinggi, energi aktivasi untuk reaksi molekul nitrogen biasanya sangat tinggi, menyebabkan nitrogen relatif inert untuk kebanyakan reagen dalam kondisi biasa. Selain itu, stabilitas tinggi dari molekul nitrogen memberikan kontribusi signifikan terhadap ketidakstabilan termodinamika banyak senyawa nitrogen, di mana ikatannya, meskipun cukup kuat, jauh lebih daripada unsur dalam molekul nitrogen. Untuk alasan ini, unsur nitrogen tampaknya menyembunyikan sifat atom individu cukup efektif yang benar-benar reaktif.

Sebuah penemuan yang relatif baru dan tak terduga adalah bahwa molekul nitrogen dapat berfungsi sebagai ligan dalam senyawa koordinasi kompleks. Pengamatan bahwa solusi ruthenium kompleks tertentu dapat menyerap nitrogen atmosfer telah menimbulkan harapan agar suatu hari metode sederhana dan lebih baik dari fiksasi nitrogen dapat ditemukan.

Bentuk aktif nitrogen, mungkin mengandung atom nitrogen bebas, dapat dibuat dengan bagian gas nitrogen pada tekanan rendah melalui debit listrik tegangan tinggi. Produk dengan lampu kuning bersinar dan jauh lebih reaktif daripada molekul nitrogen biasa, digabungkan dengan atom hidrogen dan belerang, fosfor, dan berbagai logam, dan mampu menguraikan oksida nitrat, NO, menjadi N₂ dan O₂.

Sebuah atom nitrogen memiliki struktur elektron 1s²2s²2p³. Lima elektron kulit terluar cukup buruk menyaring muatan inti, dengan hasil bahwa muatan inti efektif dirasakan pada jarak radius kovalen relatif tinggi. Jadi atom nitrogen yang relatif kecil dalam ukuran dan tinggi elektronegativitas, yang menengah antara karbon dan oksigen di kedua sifatnya ini. Konfigurasi elektron mencakup tiga orbital luar setengah penuh, yang memberikan kapasitas atom untuk membentuk tiga ikatan kovalen. Oleh karena itu, atom nitrogen pastilah menjadi jenis unsur yang sangat reaktif, bergabung dengan sebagian besar unsur-unsur lain untuk membentuk senyawa biner yang stabil, terutama ketika elemen lainnya cukup berbeda dalam elektronegativitas untuk memberikan polaritas besar untuk ikatan. Ketika unsur lain lebih rendah elektronegativitasnya dari nitrogen, polaritas memberikan muatan negatif parsial pada atom nitrogen, membuat elektron tunggal-pasangan tersedia untuk koordinasi. Ketika unsur lain memiliki keelektronegatifan lebih, muatan parsial positif yang dihasilkan pada nitrogen sangat membatasi sifat donor molekul. Ketika polaritas ikatan rendah (karena keelektronegatifan unsur lain yang mirip dengan nitrogen) dari beberapa ikatan yang sangat disukai dibanding ikatan tunggal. Jika perbedaan ukuran atom mencegah ikatan ganda tersebut, maka ikatan tunggal yang membentuk cenderung relatif lemah, dan senyawa ini mungkin tidak stabil bila berhubungan dengan unsur-unsur bebas. Semua karakteristik ikatan nitrogen ini diamati dalam kimia umum.

kimia analitik

Seringkali persentase nitrogen dalam campuran gas dapat ditentukan dengan mengukur volume setelah semua komponen lainnya telah diserap oleh reagen kimia. Dekomposisi nitrat oleh asam sulfat dengan adanya merkuri membebaskan oksida nitrat, yang dapat diukur sebagai gas. Nitrogen dilepaskan dari senyawa organik ketika mereka membakar lebih dari oksida tembaga, dan nitrogen bebas dapat diukur sebagai gas setelah produk pembakaran lainnya telah diserap. Metode Kjeldahl terkenal untuk menentukan kandungan nitrogen dari senyawa organik melibatkan pencernaan senyawa dengan asam sulfat pekat (opsional mengandung merkuri, atau oksidanya, dan berbagai garam, tergantung pada sifat dari senyawa nitrogen). Dengan cara ini, nitrogen yang ada diubah menjadi amonium sulfat. Penambahan kelebihan natrium hidroksida akan melepas amonia bebas, yang dikumpulkan dalam asam standar; jumlah sisa asam yang tidak bereaksi dengan amonia, kemudian ditentukan oleh titrasi.

Signifikansi Biologis dan fisiologis

Seperti yang mungkin diharapkan mengingat pentingnya keberadaan nitrogen dalam materi hidup, hampir semua senyawa nitrogen organik secara fisiologis bersifat aktif. Kebanyakan organisme hidup tidak dapat memanfaatkan nitrogen secara langsung dan harus menggunakan senyawanya. Oleh karena itu fiksasi nitrogen sangat penting. Di alam, dua proses utama fiksasi nitrogen telah diketahui. Salah satunya adalah aksi energi listrik pada atmosfer, yang memisahkan molekul nitrogen dan oksigen, yang memungkinkan atom bebas untuk membentuk oksida nitrat, NO, dan nitrogen dioksida, NO₂. Nitrogen dioksida kemudian bereaksi dengan air sebagai berikut:

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ +NO.

Asam nitrat, HNO₃, larut dan jatuh ke bumi bersama hujan sebagai larutan yang sangat encer. Jatuh ke tanah dan menjadi bagian dari nitrogen gabungan dari tanah, di mana nitrogen dinetralkan, menjadi nitrit dan nitrat. Kandungan nitrogen dalam tanah yang dipupuk umumnya diperkaya dan diperbaharui secara artifisial oleh pupuk yang mengandung nitrat dan garam amonium. Ekskresi dan pembusukan hewan dan tumbuhan mekembalikan senyawa nitrogen ke tanah dan udara, dan beberapa bakteri dalam tanah menguraikan senyawa nitrogen kembali ke elemen udara.

Proses utama fiksasi nitrogen alami lainnya adalah oleh tanaman dan sayuran tertentu yang disebut kacang-kacangan. Melalui aksi kerjasama dengan bakteri, kacang-kacangan dapat mengkonversi nitrogen atmosfer langsung menjadi senyawa nitrogen. Bakteri tertentu saja, seperti Azotobacter chroococcum dan Clostridium pasteurianum, juga mampu memperbaiki nitrogen.

Nitrogen itu sendiri inert dan tidak berbahaya kecuali bila kita bernapas di bawah tekanan, bila kita bernafas di bawah tekanan, nitrogen akan larut dalam darah dan cairan tubuh lainnya yang lebih tinggi dari konsentrasi normal. Nitrogen akan menghasilkan efek narkotika, tetapi jika tekanan berkurang terlalu cepat, kelebihan nitrogen dalam tubuh akan berubah sebagai gelembung gas di berbagai tempat di tubuh. Ini dapat menyebabkan nyeri otot dan sendi, pingsan, kelumpuhan parsial, dan bahkan kematian. Gejala-gejala ini disebut sebagai " the bends " atau penyakit dekompresi. Oleh karena itu, penyelam, penerbang, mereka yang bekerja pada daerah tinggi atau rendah dipaksa untuk menghirup udara di bawah tekanan harus sangat berhati-hati dengan tekanan udara yang berkurang sangat cepat. Hal ini memungkinkan kelebihan nitrogen yang ada dalam tubuh dilepas sebagai gelembung. Oleh karena itu mereka harus berhati-hati memantau tekanan udara agar nitrogen dapat dirilis tanpa bahaya melalui paru-paru tanpa membentuk gelembung. Alternatif yang lebih baik adalah dengan mengganti campuran oksigen dan helium untuk udara. Helium jauh lebih larut dalam cairan tubuh, dan bahaya yang demikian dapat berkurang.

Isotop Nitrogen

Terdapat dua isotop nitrogen yang stabil, 14N (kelimpahan 99,63 persen) dan 15N (kelimpahan 0,37 persen). Ini dapat dipisahkan dengan pertukaran kimia atau difusi termal. Isotop radioaktif buatan memiliki massa 10-13 dan 16-24. Yang paling stabil memiliki paruh hanya sekitar 10 menit. Transmutasi nuklir pertama buatan diinduksi dilaporkan (1919) oleh fisikawan Inggris, Ernest Rutherford, yang dibombardir nitrogen-14 dengan partikel alpha untuk membentuk oksigen 17 inti dan proton.

R. Thomas Sanderson

Properti elemen
nomor atom	7
berat atom	14,0067
titik leleh	-209,86 ° C (-345,8 ° F)
titik didih	-195,8 ° C (-320,4 ° F)
density	(1 atm, 0 ° C) 1,2506 gram / liter
oksidasi biasa	-3, 3, 5
elektron konfigurasi	1s22s22p3

Pages: 1 2 3 4 5