Nitơ một nguyên tố thiết yếu

CHÀO MỪNG THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 2
Dương Thị Thu Hà
Trần Thị Ninh Hà
Lê Thị Hải
Nhóm 2
Nitơ- Một nguyên tố thiết yếu
Nội dung chính




Nitơ
Vị trí và cấu hình electron nguyên tử

Tính chất vật lí, trạng thái tự nhiên
Tính chất hóa học
Nitơ đối với đời sống
Chu trình Nitơ
Điều chế
I. Vị trí và cấu hình electron nguyên tử
Cấu hình electron nguyên tử:
- Nguyên tử nitơ thuộc chu kì 2, nhóm VA của bảng tuần hoàn.
- Nguyên tử nitơ có 5e lớp ngoài cùng, 3e độc thân ở phân lớp 2p có thể tạo thành 3 liên kết cộng hóa trị với nguyên tử khác.
Phân tử nitơ gồm hai nguyên tử, giữa chúng hình thành một liên kết ba bền vững.
- Công thức cấu tạo: N≡N
- Công thức phân tử : N2
II. Tính chất vật lý, trạng thái tự nhiên
1, Tính chất vật lý
Nitơ là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí, hóa lỏng ở -1960C.
Khí nitơ tan rất ít trong nước (ở nhiệt độ thường,1 lít nước hòa tan được 0,015 lít khí nitơ).
. Nitơ không duy trì sự cháy và sự hô hấp.

Bơm khí nitơ
N2
O2
Nitơ lỏng
2, Trạng thái tự nhiên
Khoáng chất natri nitrat
Protein của động, thực vật
III, Tính chất hóa học của nitơ
Nitơ là phi kim khá trơ ở điều kiện nhiệt độ và áp suất chuẩn, hoạt động hóa học khá kém,vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.
1, Tính oxi hóa
Tác dụng với hidro và kim loại:
N2 + H2 NH3
3Mg + N2 Mg3N2
2, Tính khử
Tác dụng với oxi:
N2 + O2 2NO
Phản ứng trên xảy ra ở khoảng 3000oC hoạc tia lửa điện. Trong thiên nhiên NO được tạo thành trong cơn giông.


to
IV, Nitơ và đời sống
Khí N2 có 2 đặc tính quan trọng, một là tính trơ và tính khác là nhiệt độ âm sâu (-196oC) ở thể lỏng.Khí N2 có một loạt ứng dụng công nghiệp rộng rãi, với những liên quan đặc biệt đến ngành hóa chất, kính, điện tử, ngành công nghiệp luyện kim.
Khí N2 đươc dùng trong các ngành công nghiệp như:
Dược phẩm & Sinh học
Sản xuất kim loại
Thực phẩm & Nước giải khát
Năng lượng
Hóa chất
Dầu &  Khí






1, Nitơ dạng khí

Khí N2 có nhiều ứng dụng, bao gồm:
- Để bảo quản tính tươi của thực phẩm đóng gói hay dạng rời (bằng việc làm chậm sự ôi thiu và các dạng tổn thất khác gây ra bởi sự ôxi hóa).
- Sản xuất thép không gỉ.
- Bơm lốp ô tô và máy bay do tính trơ và sự thiếu các tính chất ẩm, ôxi hóa của nó, ngược lại với không khí (mặc dù điều này là không quan trọng và cần thiết đối với ô tô thông thường).

Nó cũng được sử dụng trong:
sản xuất các linh kiện điện tử như tranzito, điốt, và mạch tích hợp (IC).
Một ví dụ khác về tính đa dụng của nó là việc sử dụng nó (thay thế cho CO2 ) để tạo áp lực cho các thùng chứa một số loại bia, cụ thể là bia đen có độ cồn cao và bia ale của Anh và Scotland, do nó tạo ra ít bọt hơn, điều này làm cho bia nhuyễn và nặng hơn.
2,Nitơ lỏng

 được sản xuất theo quy mô công nghiệp với một lượng lớn bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng .
Nó là một tác nhân làm lạnh (cực lạnh), có thể làm cứng ngay lập tức các mô sống khi tiếp xúc với nó.Ngoài ra, khả năng của nó trong việc duy trì nhiệt độ một cách siêu phàm, do nó bay hơi ở 77 K (-196°C hay -320°F) làm cho nó cực kỳ hữu ích trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn trong vai trò của một chất làm lạnh chu trình mở.


Nitơ dạng lỏng
làm lạnh để vận chuyển thực phẩm
bảo quản các bộ phận thân thể cũng như các tế bào tinh trùng và trứng, các mẫu và chế phẩm sinh học.
trong nghiên cứu các tác nhân làm lạnh
để minh họa trong giáo dục.
Làm đông lạnh mẫu tinh trùng bằng khí N2 hóa lỏng.
trong da liễu học để loại bỏ các tổn thương da ác tính xấu xí hay tiềm năng gây ung thư, ví dụ các mụn cóc, các vết chai sần trên da v.v…
Nitơ lỏng có thể sử dụng như là nguồn làm mát để tăng tốc CPU, GPU, hay các dạng phần cứng khác.
Nitơ lỏng cực kỳ hữu ích được ứng dụng rộng rãi trong ngành dược và nước giải khát. Nitơ được sử dụng để thay thế cho khí dễ cháy, tạo áp lực, ngăn chặng sự oxy hóa, đông lạnh và chế biến thực phẩm, xử lý bề mặt cao su, v.v…

Chấm nitơ lỏng để
điều trị mụn cóc
2, Vai trò của nitơ trong sự sống
a, Đối với thực vật
Hàm lượng nitơ (N) trong thành phần chất khô của thực vật thường dao động từ 1-3%. Tuy hàm lượng trong cây thấp, nhưng N có ý nghĩa quan trọng bậc nhất đối với đời sống thực vật cũng như toàn bộ thế giới hữu cơ. Trong môi trường sống của thực vật, N tồn tại dưới 2 dạng:
- Khí N tự do trong khí quyển (N2) chiếm khoảng 79 % không khí (theo thể tích). Dạng này cây không thể sử dụng được. - Dạng các hợp chất ni tơ hữu cơ và vô cơ. N liên kết chủ yếu ở 3 dạng hợp chất:
+ Hợp chất N vô cơ trong các muối ammonium (NH4 + ), muối nitrate (NO3 - )
+ Ni tơ hữu cơ của các protein ở dạng xác bã động vật, thực vật chưa phân giải hoàn toàn, ở dưới dạng mùn protein.
+ Các sản phẩm phân giải của protein như các acid amine, các peptid và các axit amin.
- N có trong thành phần của acid nucleic (trong các bazơ nitơ ) (AND và ARN). Ngoài chức năng duy trì và truyền thông tin di truyền, acid nucleic đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp protein, sự phân chia và sự sinh trưởng của tế bào...
- N là thành phần quan trọng của chlorophyll, là một trong những yếu tố quyết định hoạt động quang hợp của cây, cung cấp chất hữu cơ cho sự sống của các sinh vật trên trái đất.
- N là thành phần của một số phytohormone như auxin và cytokinin. Đây là những chất quan trọng trong quá trình phân chia và sinh trưởng của tế bào và của cây.
- N tham gia vào thành phần của ADP, ATP, có vai trò quan trọng trong trao đổi năng lượng của cây.
- N tham gia vào thành phần của phytochrome có nhiệm vụ điều chỉnh quá trình sinh trưởng, phát triển của cây có liên quan đến ánh sáng như phản ứng quang chu kỳ, sự nảy mầm, tính hướng quang. Vì vậy cây rất nhạy cảm với N. N có tác dụng hai mặt đến năng suất cây trồng, nếu cây trồng thừa hay thiếu N đều có hại.
+ Thừa N: khác với các nguyên tố khác, việc thừa N có ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất ở cây trồng. Cây sinh trưởng quá mạnh, thân lá tăng nhanh mà mô cơ giới kém hình thành nên cây rất yếu, dễ lốp đổ, giảm năng suất nghiêm trọng và có trường hợp không có thu hoạch.
+ Thiếu N: thiếu N cây sinh trưởng kém, lá vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, sút giảm hoạt động quang hợp và tích lũy, giảm năng suất. Tùy theo mức độ thiếu đạm mà năng suất giảm nhiều hay ít.Trong trường hợp có triệu chứng thiếu đạm thì chỉ cần bổ sung phân đạm là cây sinh trưởng và phát triển bình thường.

Hình ảnh so sánh lá cây do thiếu nitơ và thừa nitơ
với lá cây được bón đủ
Lá cây do thiếu nitơ có màu vàng
Lá cây do thừa nitơ có màu xanh đậm
2. Vai trò đối với động vật
Là thành phần cấu tạo nên các axit amin-hình thành nên protein, axit nucleic,...
Động vật thu nitơ để sản xuất protein bằng cách ăn các thực vật và các động vật khác.
Protein duy trì và thay thế các tế bào trong cơ thể. Protein chiếm tới trên 50% khối lượng khô của tế bào và là vật liệu cấu trúc của tế bào.
- Thiếu protein dẫn đến suy dinh dưỡng, chậm lớn, suy giảm miễn dịch, ảnh hưởng xấu đến chức năng của các cơ quan trong cơ thể.
- Protein là tham gia vào thành phần cơ bắp, máu, bạch huyết, hocmôn, men, kháng thể, các tuyến bài tiết và nội tiết.
Vì vậy, protein có liên quan đến mọi chức năng sống của cơ thể (tuần hoàn, hô hấp, sinh dục, tiêu hóa, bài tiết hoạt động thần kinh và tinh thần...).

IV,Chu Trình Nitơ
Chu trình nitơ về cơ bản cũng tương tự như các chu trình khí khác, được sinh vật sản xuất hấp thụ và đồng hoá rồi được chu chuyển qua các nhóm sinh vật tiêu thụ, cuối cùng bị sinh vật phân huỷ trả lại nitơ phân tử cho môi trường .
Quá trình này diễn ra phức tạp, gồm nhiều công đoạn theo từng  bước.

1, Quá trình cố định đạm( cố định nitơ)
Là một quá trình mà N2 trong khí quyển được chuyển thành amoni NH4+ .
Các con đường cố định đạm
Con đường hóa lý:Khí nitơ trong khí quyển dưới tác động của các dòng điện tự nhiên (khi có dông bão) cũng có thể tạo thành amoni nitrat, được nước mưa đưa vào đất khoảng vài kilôgam một hecta một năm.
Con đường sinh học: nhờ các loại vi khuẩn sống tự do hoặc cộng sinh.
+ Vi khuẩn tự do: vi khuẩn lam, clostridium,....
+ Vi khuẩn cộng sinh: vi khuẩn nốt sần Rhizobium cộng sinh với các cây họ đậu, vi khuẩn lam Anabaenaazollabe cộng sinh với bèo hoa dâu,...


Vi khuẩn cộng sinh trong nốt sần cây họ Đậu
Vi khuẩn lam cộng sinh trong rễ cây bèo hoa dâu
Tia lửa điện từ sấm sét
Một số loại vi khuẩn
2, Quá trình Amoni hóa( khoáng hóa)
Các VSV chết phân hóa protein và nitơ hữu cơ thành nitơ khoáng.Trong đất chất hữu cơ biến đổi thành mùn sau đó biết đổi thành amoni hay nitrit
Amoni thành nitrit dưới tác động của vi khuẩn hiếu khí Nitrosomonas qua 1 qúa trình OXH nữa trở thành nitrat do vi khuẩn hiếu khí Nitrobacter
Nitơ dưới dạng nitrat là giai đoạn cuối cùng trong quá trình khoáng hóa nitơ hữu cơ trong đất, là dạng thích hợp nhất cho cây trồng.
3, Quá trình nitrat hóa
Sau qúa trình amoni hóa, amoniac hình thành một phần được cây trồng hấp thụ một phần phản ứng với các amoni trong đất tạo thành các muối amoni. Một phần các muối amoni bị cây hấp thụ, một phần oxi hóa thành nitrat.
Quá trình chuyển đổi amoni thành nitrat được tiến hành đầu tiên bởi các vi khuẩn sống trong đất và các loại vi khuẩn nitrat hóa khác.
Nhóm vi khuẩn tiến hành quá trình nitrat hóa gồm 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn nitrit hóa : Oxy hóa NH4+ thành NO2, sự ôxy hóa amoni (NH4+) được tiến hành bởi các loài vi khuẩn Nitrosomonas.
+ Giai đoạn nitrat hóa: Oxy hóa NO2 thành NO3- ,quá trình này do vi khuẩn  Nitrobacter tiến hành.
4, Quá trình phản nitrat hóa
Đây là quá trình khử nitrat thành khí nitơ, hoàn tất chu trình nitơ.
Phản ứng chỉ xảy ra trong điều kiện kị khí
Đối với nông nghiệp quá trình phản nitrat hóa là bất lợi vì làm mất đạm trong đất
Đây là quá trình khử nitrat thành khí nitơ (N2), hoàn tất chu trình nitơ. Quá trình này xảy ra nhờ các loại vi khuẩn như Pseudomonas và Clostridium trong môi trường kỵ khí. Chúng sử dụng nitrat làm chất nhận electron từ ôxy trong quá trình hơ hấp. Các vi khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên này cũng có thể sống trong các môi trường hiếu khí.
Ôxy hóa amoni kỵ khí
Trong quá trình này, nitrit và amoni bị biến đổi trực tiếp thành khí nitơ. Quá trình này tạo nên phần lớn nito trong đại dương.
NH4+ + NO2− → N2 + 2H2O.
VI, Điều chế Nitơ
1, Trong PTN
Đun nóng nhẹ dd bão hòa muối amoni nitrit:
NH4NO2 N2 + 2H2O
Hoặc đun nóng dd bão hòa muối natri nitrit và muối amoni clorua:
NaNO2 + NH4Cl NaCl + N2 + 2H2O
2, Trong công nghiệp
Ni tơ được sản xuất bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Quá trình tách bằng phương pháp chưng cất các nguyên tố trong không khí lỏng dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của chúng, phương pháp này có thể điều chế được nitơ ( từ không khí). Chưng không khí lỏng được thực hiện trong tháp chưng hai cột.
Tháp chưng gồm 3 phần:
- Dưới cùng là cột chưng dưới (1), làm việc ở p = 6 atm.
- Trên cùng là cột chưng trên (2) làm việc ở p = 1 atm.
- Giữa 2 cột là thiết bị ngưng tụ bốc hơi kiểu ống chùm (3).
to
Thiết bị ngưng tụ - bốc hơi này có nắp đậy ở phía trên, bên trong của hệ thống ống chùm thông với cột chưng (1) làm nhiệm vụ thiết bị ngưng nitơ, còn không gian ngoài ống chùm thông với cột chưng (2) làm nhiệm vụ thiết bị bốc hơi oxi.
Không khí nén ở p = 50 -100 atm đã làm lạnh được đưa vào ruột gà (4) của thiết bị bốc hơi không khí lỏng (5) thuộc cột chưng (1) sau đó qua tiết lưu (6), áp suất giảm đến 6 atm.
Toàn bộ hỗn hợp được đưa vào phần dưới cột (1). Trong quá trình chưng trong cột (1), hàm lượng nitơ ở các đĩa phía trên ngày càng cao và lên đến các ống chùm của thiết bị ngưng tụ - bốc hơi (3), hầu như chỉ còn nitơ nguyên chất.
Nitơ truyền nhiệt cho không khí lỏng ở ngoài ống chùm và ngưng tụ. Một phần đọng lại trong các túi (7), còn một phần theo các đĩa chảy xuống phía dưới, tạo điều kiện cho cột chưng (1) làm việc liên tục.
Ở cột (1) là không khí lỏng giàu oxi (khoảng 30 - 40%).
Hỗn hợp không khí lỏng này được đưa qua tiết lưu (8) giảm áp suất xuống áp suất khí quyển rồi đưa vào giữa cột chưng (2) để chưng đến oxi gần nguyên chất.
Nitơ lỏng ở (7) qua tiết lưu (9) vào phía tiêu cột (2) để chưng liên tục. Trong quá trình chưng ở cột (2) được nitơ nguyên chất lấy ra ở đỉnh tháp.
Ở không gian ngoài ống chùm ngưng tụ - bốc hơi (3), oxi nhận nhiệt do quá trình ngưng tụ nitơ truyền cho bay hơi và được lấy ra ở phía trên thiết bị (3) dưới dạng khí nguyên chất.
Cảm ơn thầy cô và các bạn đã chú ý theo dõi!