Nitrogen: Pengertian, Sifat, kegunaan, isotop, kelimpahan

Nitrogen, juga dikenal sebagai nitrogen diatomik, adalah unsur metaloid yang ditemukan di atmosfer dalam bentuk gas dan dalam berbagai senyawa organik dan anorganik yang tidak berfungsi untuk respirasi atau pembakaran.

Nitrogen adalah unsur kimia yang diidentifikasi dengan nomor atom 7, dengan berat atom 144.008 dan diwakili oleh huruf N. Nitrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa yang terdapat di udara di atmosfer dan menempati 3% dari komposisi unsur tubuh manusia.

Nitrogen adalah komponen mendasar dari asam amino dan asam nukleat, penting bagi makhluk hidup.

Kata nitrogen berasal dari bahasa Yunani, terdiri dari penyatuan kata “nitron” yang berarti “kalium nitrat” ​​dan “gen” yang setara dengan “generasi”. Kadang-kadang disebut “ázoe” yang berarti “mati”. Namun, yang menciptakan istilah ini adalah kimiawan Perancis Jean Antonie Chaptal pada tahun 1790.

Di bidang komersial, amonia dapat diperoleh melalui nitrogen melalui proses kredit, prosedur yang ditunjukkan adalah reaksi nitrogen dan hidrogen untuk menghasilkan amonia, yang kemudian digunakan untuk produksi asam nitrat dan pupuk. Mengacu pada poin ini, kerugian diamati karena pupuk nitrogen merupakan sumber kontaminasi tanah, air dan senyawanya termasuk ion sianida yang menciptakan garam yang sangat beracun dan mematikan bagi banyak hewan seperti mamalia.

Demikian juga, di kawasan industri, nitrogen digunakan untuk menghasilkan atmosfer pelindung dan sebagai gas kriogenik untuk mencapai suhu 78K dengan cara yang sederhana dan ekonomis. Lebih lanjut, senyawa nitrogen organik seperti nitrogliserin dan trinitrotoluena sangat baik, dan hidrazin digunakan sebagai bahan bakar roket.

Saat ini, di negara-negara maju nitrogen digunakan untuk inflasi ban karena memungkinkan penghematan dan kontribusi ekologis yang besar dengan mengurangi emisi CO2 sebagai hasil dari upaya yang harus dilakukan oleh mobil dengan terus menerus kehilangan tekanan pada ban ketika mereka mengembang. dengan udara.

Pengertian

Nitrogen adalah unsur kimia dengan simbol kimia N, dan merupakan unsur paling melimpah di atmosfer Bumi. Nitrogen sangat penting untuk kehidupan di bumi karena merupakan bahan penyusun kunci untuk asam nukleat dan amino.

Nitrogen sangat penting untuk tanaman karena merupakan komponen utama dalam klorofil. Tumbuhan mampu menyerap nitrogen dalam bentuk nitrat yang ditemukan di dalam tanah.

Nitrogen dalam tanah berasal dari dua sumber yang berbeda, yaitu mineral yang mengandung nitrogen, dan nitrogen di atmosfer. Nitrogen bisa melalui banyak perubahan di tanah. Transformasi ini dikenal sebagai siklus nitrogen, dan penting untuk memahami manajemen nutrisi dan pupuk. Faktor-faktor yang menentukan kuantitas nitrogen di dalam tanah termasuk penggunaan pupuk sebelumnya dan nitrogen yang dilepaskan oleh dekomposisi.

Meskipun nitrogen adalah nutrisi penting untuk tanaman, terlalu banyak nitrogen dapat berbahaya. Salah satu efek samping dari kelebihan nitrogen adalah dapat menyebabkan air terlepas dari tanaman, membuat mereka dehidrasi. Nitrogen berlebih juga dapat menyebabkan pertumbuhan akar menjidi kerdil dan pertumbuhan daun yang berlebihan.

Sifat nitrogen

Gas nitrogen (simbol kimia N) umumnya lembam, tidak metalik, tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Nomor atomnya adalah 7, dan memiliki berat atom 14,0067. Nitrogen memiliki kerapatan 1,251 gram / liter pada 0 C dan gravitasi spesifik 0,96737, membuatnya sedikit lebih ringan daripada udara. Pada suhu -210,0 C (63K) dan tekanan 12,6 kilopascal, nitrogen mencapai titik tripelnya (titik suatu unsur dapat ada dalam bentuk gas, cairan, dan padat secara bersamaan).

Keadaan bagian lain:

Pada suhu di bawah titik didih nitrogen -195,79 C (77K), nitrogen gas mengembun menjadi nitrogen cair, cairan yang menyerupai air dan tetap tidak berbau dan tidak berwarna. Nitrogen membeku pada titik leleh -210,0 C (63K) menjadi padatan yang menyerupai salju.

nitrogen gas
Nitrogen adalah unsur kimia dengan simbol kimia N, dan merupakan unsur paling melimpah di atmosfer Bumi.

Kegunaan

Di sini 4 fungsi utama Nitrogen dalam kehidupan sehari-hari:

  1. Pengawetan makanan – Nitrogen digunakan untuk menciptakan atmosfer yang dimodifikasi di mana diaplikasikan bersama dengan karbon dioksida untuk pengawetan paket atau makanan tetap segar dengan menjaga dari kerusakan oksidatif.
  2. Penggunaan dalam Farmasi – Gas nitrogen juga dapat digunakan untuk mengawetkan sperma, telur, saraf, darah, sel induk, dan berbagai spesimen biologis lainnya.
  3. Penggunaan Gas Nitrogen dalam Elektronik – Dalam indrustri manufaktur nitrogen digunakan dalam kerja internal banyak komputer dan membantu untuk mencegah mereka dari pemanasan berlebih setelah berjam-jam penggunaan terus menerus.
  4. Penggunaan nitrogen dalam baja tahan karat – Sejumlah besar nitrogen digunakan untuk memproduksi baja anti karat dan produk pabrik baja lainnya. Penganilan adalah perlakuan panas yang membuat baja lebih mudah diolah.

Molekul nitrogen, dalam keadaan alami, ditemukan terutama di udara. Nitrogen dapat ditemukan dalam air dan tanah dalam bentuk nitrat dan nitrit.

Nitrat dan nitrit diakui karena menyebabkan berbagai efek pada kesehatan manusia, di antaranya kita miliki: nitrit menyebabkan penurunan kapasitas transportasi oksigen melalui darah, nitrat merangsang definisi fungsi kelenjar tiroid dan menghasilkan penyimpanan rendah vitamin A. Keduanya juga menguntungkan produksi nitrosamin, yang merupakan penyebab umum kanker.

Siklus nitrogen

Siklus nitrogen adalah proses biologis yang menyediakan pasokan elemen ke makhluk hidup. Ini adalah salah satu proses biogeokimia penting untuk keseimbangan dinamis dari konstitusi biosfer terestrial.

Mengacu pada hal di atas, siklus nitrogen dibentuk dalam beberapa tahap: yang pertama disebut fiksasi dan asimilasi nitrogen, amonifikasi kedua adalah transformasi menjadi ion amonium nitrogen, nitrifikasi mengacu pada oksidasi biologis amonium menjadi nitrat oleh mikroorganisme aerob yang menggunakan oksigen molekuler sebagai oksidan, dengan cara ini, mikroorganisme tersebut dapat memperoleh energi dan heterotrof memperolehnya dengan mengoksidasi makanan organik melalui respirasi seluler dan, terakhir, denitrifikasi di mana terjadi pengurangan ion nitrat hadir di tanah atau air di bawah nitrogen diatomik.

Nitrogen cair

Nitrogen cair adalah zat tidak berwarna, tidak berbau dan memiliki suhu yang sama dengan atau di bawah suhu mendidihnya sekitar 195,8 ° C. Kemampuan Nitrogen untuk mempertahankan suhu di bawah titik beku air menghasilkan pembekuan instan apa pun, oleh karena itu menguntungkan dalam konteks yang berbeda seperti: menyegel saluran air dalam konstruksi terowongan bawah air, mendinginkan dan mengangkut makanan, membekukan air dari pipa, mendinginkan kamera CCD astronomi, antara lain.

Mengacu pada hal di atas, nitrogen di area obat digunakan untuk konservasi sampel biologis yang dikenal sebagai kriogenik, memungkinkan penyimpanan sel sampel di laboratorium, memungkinkan konservasi darah, sperma, ovarium, atau jenis sampel lainnya. Jaringan, digunakan untuk mempromosikan mayat dan, digunakan dalam krioterapi untuk pembekuan dan penghancuran sel-sel kulit abnormal dan menghilangkan lesi kulit.

Nitrogen urea

Nitrogen urea darah dikenal sebagai BUN untuk terjemahan bahasa Inggrisnya “Boold urea nitrogen” adalah jumlah nitrogen yang ada dalam aliran darah dalam bentuk urea. Urea adalah zat di tingkat hati sebagai hasil dari metabolisme non-protein yang dieliminasi oleh ginjal.

Tes urea nitrogen darah (BUN) dilakukan untuk menilai fungsi ginjal.

Isotop

Nitrogen memiliki dua isotop stabil: 14N dan 15N. Yang pertama jauh lebih umum, membentuk 99,634% dari nitrogen alami, dan yang kedua (yang sedikit lebih berat) membentuk 0,366% sisanya. Ini menyebabkan berat atom sekitar 14,007 u. Kedua isotop stabil ini diproduksi dalam siklus CNO dalam bintang-bintang, tetapi 14N lebih umum karena penangkapan neutronnya adalah langkah pembatas laju. 14N adalah salah satu dari lima nuklida ganjil-ganjil yang stabil (nuklida yang memiliki jumlah proton dan neutron ganjil); empat lainnya adalah 2H, 6Li, 10B, dan 180mTa.

Kelimpahan relatif 14N dan 15N praktis konstan di atmosfer tetapi dapat bervariasi di tempat lain, karena fraksinasi isotop alami dari reaksi redoks biologis dan penguapan amonia alami atau asam nitrat. Reaksi yang dimediasi secara biologis (mis., Asimilasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi) sangat mengontrol dinamika nitrogen di tanah. Reaksi-reaksi ini biasanya menghasilkan pengayaan substrat dan penipisan produk 15N.

Isotop berat 15N pertama kali ditemukan oleh S. M. Naudé pada tahun 1929, segera setelah isotop berat unsur-unsur tetangga, oksigen dan karbon ditemukan. Ini menyajikan salah satu dari penampang penangkap neutron termal terendah dari semua isotop. Hal ini sering digunakan dalam spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) untuk menentukan struktur molekul yang mengandung nitrogen, karena spin nuklir fraksinya satu-setengah, yang menawarkan keuntungan untuk NMR seperti lebar garis yang lebih sempit. 14N, meskipun secara teori juga dapat digunakan, memiliki putaran nuklir bilangan bulat satu dan dengan demikian memiliki momen quadrupole yang mengarah ke spektrum yang lebih luas dan kurang bermanfaat.

Namun demikian, 15N NMR memiliki komplikasi yang tidak ditemukan pada spektroskopi 1H dan 13C NMR yang lebih umum. Kelimpahan alami yang rendah dari 15N (0,36%) secara signifikan mengurangi sensitivitas, masalah yang hanya diperburuk oleh rasio gyromagnetik yang rendah, (hanya 10,14% dari 1H). Hasilnya, rasio signal-to-noise untuk 1H adalah sekitar 300 kali lipat dari yang untuk 15N pada kekuatan medan magnet yang sama. Ini mungkin sedikit berkurang dengan pengayaan isotop 15N oleh pertukaran kimia atau distilasi fraksional. Senyawa yang diperkaya 15N memiliki keuntungan bahwa dalam kondisi standar, mereka tidak mengalami pertukaran kimia dari atom nitrogennya dengan nitrogen atmosfer, tidak seperti senyawa dengan isotop hidrogen, karbon, dan oksigen yang harus dijauhkan dari atmosfer. Rasio 15N: 14N umumnya digunakan dalam analisis isotop stabil di bidang geokimia, hidrologi, paleoklimatologi, dan paleoceanografi, di mana ia disebut δ15N.

Dari sepuluh isotop lain yang diproduksi secara sintetis, mulai dari 12N hingga 23N, 13N memiliki waktu paruh sepuluh menit dan sisa isotop memiliki waktu paruh dalam urutan detik (16N dan 17N) atau milidetik. Tidak ada isotop nitrogen lain yang mungkin karena mereka akan jatuh di luar garis tetesan nuklir, membocorkan proton atau neutron.  Mengingat perbedaan waktu paruh, 13N adalah radioisotop nitrogen yang paling penting, yang relatif berumur panjang untuk digunakan dalam positron emission tomography (PET), meskipun waktu paruhnya masih pendek dan oleh karena itu harus diproduksi di tempat dari PET, misalnya dalam siklotron via pemboman proton 16O menghasilkan 13N dan partikel alfa.

Radioisotop 16N adalah radionuklida dominan dalam pendingin reaktor air bertekanan atau reaktor air mendidih selama operasi normal, dan karenanya merupakan indikator sensitif dan segera kebocoran dari sistem pendingin primer ke siklus uap sekunder, dan merupakan sarana utama deteksi untuk kebocoran tersebut. Ini dihasilkan dari 16O (dalam air) melalui reaksi (n, p) di mana atom 16O menangkap neutron dan mengeluarkan proton. Ia memiliki paruh pendek sekitar 7,1 detik, tetapi selama pembusukannya kembali ke 16O menghasilkan radiasi gamma berenergi tinggi (5 hingga 7 MeV).  Karena itu, akses ke pipa pendingin primer dalam reaktor air bertekanan harus dibatasi selama operasi daya reaktor.

Kelimpahan

Nitrogen adalah unsur murni paling umum di bumi, membentuk 78,1% dari seluruh volume atmosfer. Meskipun demikian, itu tidak terlalu banyak di kerak bumi, hanya membuat 19 bagian per juta dari ini, setara dengan niobium, galium, dan lithium. Satu-satunya mineral nitrogen yang penting adalah nitre (kalium nitrat, saltpetre) dan sodanitre (natrium nitrat, saltpetre Chili). Namun, ini belum menjadi sumber nitrat yang penting sejak 1920-an, ketika sintesis industri amonia dan asam nitrat menjadi umum.

Pembuatan

Gas nitrogen adalah gas industri yang dihasilkan oleh distilasi fraksional udara cair, atau dengan cara mekanis menggunakan udara gas (membran reverse osmosis bertekanan atau adsorpsi ayunan tekanan). Generator gas nitrogen yang menggunakan membran atau adsorpsi ayunan tekanan (PSA) biasanya lebih hemat biaya dan energi daripada nitrogen yang dikirim secara massal. Nitrogen komersial sering merupakan produk sampingan dari pemrosesan udara untuk konsentrasi industri oksigen untuk pembuatan baja dan keperluan lainnya. Ketika disuplai terkompres dalam silinder, sering disebut OFN (nitrogen bebas oksigen).  Nitrogen tingkat komersial sudah mengandung paling banyak 20 ppm oksigen, dan kadar murni yang mengandung paling banyak 2 ppm oksigen dan 10 ppm argon juga tersedia.

Di laboratorium kimia, bahan ini disiapkan dengan mengolah larutan amonium klorida berair dengan natrium nitrit.

NH4Cl + NaNO2 → N2 + NaCl + 2 H2O

Sejumlah kecil pengotor NO dan HNO3 juga terbentuk dalam reaksi ini. Pengotor dapat dihilangkan dengan melewatkan gas melalui asam sulfat encer yang mengandung kalium dikromat. [71] Nitrogen yang sangat murni dapat dibuat dengan dekomposisi termal barium azide atau sodium azide.

2 NaN3 → 2 Na + 3 N2

Disprosium: struktur, sifat, perolehan, kegunaan
Fukosa: ciri-ciri, struktur, fungsi
Kegunaan Keton — contoh, rumus, sifat, tata nama
Entalpi larutan: cara menghitung, kegunaan, dan latihan