Nitrogeno

**Nitrogeno** (aŭ **azoto**) estas kemia elemento, kies simbolo estas **N**, atomnumero **7** kaj molekula maso 14, entenanta 7 protonojn kaj 7 neŭtronojn. Ĝi apartenas al la 15-a grupo aŭ familio de la perioda tabelo kaj estas la 5-a plej abunda elemento de la universo. En la normaj kondiĉoj de temperaturo kaj premo (t. e., je 25&nbsp;°C kaj 1 atm) ĝi troviĝas en la gasa stato, ĉefe en ties molekula formulo (N2), reprezentante ĉirkaŭ 78% de la volumeno de la tera atmosfero. Ĝia plej grava komerca uzo estas en la produktado de la gaso amoniako (NH3) laŭ la Habera Procezo.

## Historio 
La malkovro de la nitrogeno estas atribuita al la skota kuracisto Daniel Rutherford, en 1772, al kiu li nomis **danĝera aero**. Kvankam li ne agnoskis ĝin kiel substancon tute diferencan, li klare distingis ĝin el la fiksa aero (CO2). Tamen, la fakto pri la ekzisto de iu komponanto kiu ne subtenas la bruladon estis evidenta por tiu sciencisto.

Ĉirkaŭ la sama epoko, nitrogeno estis studita de aliaj esploristoj same kiel Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, kaj Joseph Priestley, kiu alnomis ĝin **bruligita aero** aŭ **flogistona aero**. Nitrogeno estis gaso tiel inerta, ke Antoine Lavoisier aludis al ĝi kiel **malutila gaso**, kiun li prenis el la greka vorto **ἄζωτος**, kies signifo estas **azoto** aŭ **senviva**. Ene de ĝi, la bestaro mortadas kaj flamoj estingiĝas. Ĉi-malutila gaso konstituas ĉefe de N2, tamen ĝi eble entenas 1% da argono.

Nitrogeno troviĝas en protoplasmo kaj en la histo de la plantoj kaj la animaloj. Ĝi estas la ĉefa komponanto de la proteinoj. La plantoj akiras nitrogenon el nitrogenaj kombinaĵoj el la grundo. La animaloj akiras la nitrogenon kiam ili manĝas la plantojn aŭ aliajn bestojn. En naturo, la elemento nitrogeno obeas al ciklo konata kiel nitrogena ciklo.

La nomo azoto kreita de Lavoisier ankoraŭ estas uzata en multaj idiomoj kaj ĝi restas en komponaĵoj kiel Hidrazino (N2H4), Azida jono (N3−), ktp. La vorto **Nitrogeno** estis kreita en 1790, de la franca kemiisto Jean-Antoine Chaptal (1756–1832) kiu prenis ĝin el la greka **νίτρον** (nitron) plue la afikso -gen (generi). La nitrogeno estas trovata en la Nitrata acido. Do, Chaptal havis la koncepton, ke nitrogeno estas esenca parto de la nitrata acido, kiu siavice partoprenis en la formado de la kalia nitrato, konata kiel **nitre** liaepoke. La vorto nitro estis konata de la antikvuloj por priskribi la natriajn salojn entenintajn nitraton, kies alnomo estas **natron**.

La nitrogenaj komponaĵoj estis bone konitaj en la Mezepoko. La alkemiistoj konis la nitratan acidon kiel **aqua fortis** (forta akvo). La miksaĵo de la acidoj nitrata kaj klorida estis konata kiel **aqua regia** (reĝa akvo), ĉie fama dank'al ties kapableco je dissolvado de oro, konsiderita kiel la reĝo de la metaloj. La plej fruaj milita, industria kaj agrikultura aplikoj de la nitrogenaj kombinaĵoj uzis la kalian aŭ natrian nitraton, plej ĉefe en la pulvo, kaj pli malfrue kiel sterko. En 1910, Lordo Rayleigh malkovris ke ia elektra malŝarĝo en atmosfero de nitrogeno produktas **aktivan nitrogenon**, ian alotropan formon konsideratan unuatoma. La **turniĝanta nubo da brila flava lumo** produktita de lia aparato reakciis kun la Hidrargo kaj formiĝis nitrido de hidrargo (Hg3N2).

Dum multe da tempo, la nitrogenaj komponaĵoj estis limigitaj. Naturaj fontoj formiĝis aŭ biologie aŭ el nitrataj deponejoj produktitaj en la atmosferaj reakcioj. La nitrogena fiksado pere de industria manufakturo same kiel la Procezo de Frank-Caro (1895-1899) aŭ tiu de Haber-Bosch (1908-1913) provizis la mondan malabundecon de nitrogenaj komponaĵoj, laŭmezure kiel duono de la monda manĝoproduktado nuntempe baziĝas sur la sintezaj nitrogenaj sterkoj. Paralele, la aplikado de la Procezo Ostwald (1902) kondukis al larĝaskale industria produktiĝo de nitratoj, kiuj nutris la eksplodfabrikantojn en la du mondaj militoj dum la 20-a jarcento.

## Trajtoj
### Atomaj
Nitrogenatomo havas sep elektronojn. En la baza stato, ili estas aranĝitaj en la elektrona aranĝo 1s2s2p2p2p. Ĝi, tial, havas kvin valentajn elektronojn en la 2s kaj 2p orbitaloj, el kiuj tri (la p-elektronoj) estas neparaj. Ĝi havas unu el la plej altaj elektronegativecoj inter la elementoj (3,04 sur la Pauling-skalo), superita nur de kloro (3,16), oksigeno (3,44) kaj fluoro (3,98). (Ankaŭ la malpezaj noblaj gasoj, heliumo, neono kaj argono, supozeble estus pli elektronegativaj, kaj fakte estas sur la Allen-skalo.) La manko de radialaj nodoj en la 2p-subŝelo rekte respondecas pri multaj el la anomaliaj ecoj de la unua vico de la p-bloko, precipe en nitrogeno, oksigeno kaj fluoro. La 2p-subŝelo estas tre malgranda kaj havas tre similan radiuson al la 2s-ŝelo, faciligante orbitan hibridigon. Ĝi ankaŭ rezultas en tre grandaj elektrostatikaj altiraj fortoj inter la nukleo kaj la valentaj elektronoj en la 2s kaj 2p-ŝeloj, rezultante en tre altaj elektronegativecoj. Hipervalenteco estas preskaŭ nekonata en la 2p elementoj pro la sama kialo, ĉar la alta elektronegativeco malfaciligas por malgranda nitrogenatomo esti centra atomo en elektronriĉa tri-centra kvar-elektrona ligo, ĉar ĝi emus forte altiri la elektronojn al si. Tiel, malgraŭ la pozicio de nitrogeno ĉe la kapo de grupo 15 en la perioda tabelo, ĝia kemio montras grandegajn diferencojn de tiu de ĝiaj pli pezaj kongeneroj, nome fosforo, arseno, antimono kaj bismuto.

Nitrogeno povas esti utile komparata kun karbono kaj oksigeno, nome siaj horizontalaj najbaroj, same kiel kun siaj vertikalaj najbaroj en la pniktogena kolumno, nome fosforo, arseno, antimono kaj bismuto. Kvankam ĉiu elemento de la dua periodo, de litio ĝis oksigeno, montras iujn similecojn al la elemento de la tria periodo en la sekva grupo (de magnezio ĝis kloro; ĉi tiuj estas konataj kiel diagonalaj rilatoj), ilia grado abrupte falas preter la bor-silicia paro. La similecoj de nitrogeno al sulfuro estas plejparte limigitaj al sulfurnitridaj ringaj kombinaĵoj kiam ambaŭ elementoj estas la solaj ĉeestantaj.

Ĝi similas al oksigeno pro sia alta elektronegativeco kaj akompananta kapablo por hidrogena ligado kaj la kapablo formi kunordigajn kompleksojn donacante siajn solajn parojn de elektronoj. Ekzistas kelkaj paraleloj inter la kemio de amoniako NH3 kaj akvo H2O. Ekzemple, la kapablo de ambaŭ kombinaĵoj esti protonigitaj por doni NH4+ kaj H3O++ aŭ deprotonigitaj por doni NH2− kaj OH−, kaj ĉiuj ĉi tiuj povas esti izolitaj en solidaj kombinaĵoj.

Nitrogeno kunhavas kun ambaŭ siaj horizontalaj najbaroj preferon por formado de pluraj ligoj, tipe kun karbono, oksigeno aŭ aliaj nitrogenatomoj, per p*π*–p*π* interagadoj.

### Izotopoj
 nuklidoj; blua koloro elektronan emision (beta-disfalo); kaj viola koloro neŭtronan emision (nuklidoj ekster la neŭtrona gutlinio). La protona nombro pliiĝas suprenirante laŭ la vertikala akso kaj la neŭtrona nombro dekstren sur la horizontala akso.]]
Nitrogeno havas du stabilajn izotopojn: 14N kaj 15N. La unua estas multe pli ofta, konsistigante 99,634% de natura nitrogeno, kaj la dua (kiu estas iomete pli peza) konsistigas la ceteran 0,366%. Ĉi tio kondukas al atompezo de ĉirkaŭ 14,007 u. Ambaŭ ĉi tiuj stabilaj izotopoj estas produktitaj en la CNO-ciklo en steloj, sed 14N estas pli ofta, ĉar ĝia protona kapto estas la limiganta paŝo. 14N estas unu el la kvin stabilaj neparaj nuklidoj (nuklido havanta neparan nombron da protonoj kaj neŭtronoj); la aliaj kvar estas 2H, 6Li, 10B, kaj 180mTa.

La relativa abundo de 14N kaj de 15N estas preskaŭ konstanta en la atmosfero sed povas varii aliloke, pro natura izotopa frakciigo el biologiaj redoksaj reakcioj kaj la vaporiĝo de natura amoniako aŭ de nitrata acido. Biologie mediaciitaj reakcioj (ekz., asimilado, nitrigado kaj denitrigado) forte regas la nitrogenan dinamikon en la grundo. Ĉi tiuj reakcioj tipe rezultas en 15N-riĉiĝo de la substrato kaj malplenigo de la produkto.

La peza izotopo 15N estis unue malkovrita de S. M. Naudé en 1929, kaj baldaŭ poste ankaŭ pezaj izotopoj de la najbaraj elementoj oksigeno kaj karbono estis malkovritaj. Ĝi prezentas unu el la plej malaltaj termikaj neŭtronaj kaptaj sekcoj el ĉiuj izotopoj. Ĝi estas ofte uzata en nuklea magneta resonanca (NMR) spektroskopio por determini la strukturojn de nitrogen-entenantaj molekuloj, pro sia frakcia nuklea spino de unu duono, kiu havigas avantaĝojn por NMR kiel ekzemple pli mallarĝa linilarĝo. 14N, kvankam ankaŭ teorie uzebla, havas entjeran nuklean spinon de unu kaj tiel havas kvadrupolan momenton, kiu kondukas al pli larĝaj kaj malpli utilaj spektroj. Ĉi tio povas esti iom mildigita per izotopa riĉigo de 15N per kemia interŝanĝo aŭ frakcia distilado. 15N--riĉigitaj kombinaĵoj havas la avantaĝon, ke sub normaj kondiĉoj, ili ne spertas kemian interŝanĝon de siaj nitrogenatomoj kun atmosfera nitrogeno, male al kombinaĵoj kun markitaj hidrogenaj, karbonaj kaj oksigenaj izotopoj, kiuj devas esti tenataj for de la atmosfero.

El la dek tri aliaj izotopoj produktitaj sinteze, game de 9N ĝis 23N, 13N havas duoniĝan tempon de dek minutoj kaj la ceteraj izotopoj havas duoniĝotempojn de malpli ol ok sekundoj. Konsiderante la duoniĝotempan diferencon, 13N estas la plej grava nitrogena radioizotopo, estante relative longviva sufiĉe por uzado en pozitrona emisia tomografio (PET), kvankam ĝia duoniĝotempo estas ankoraŭ mallonga kaj tial ĝi devas esti produktita ĉe la loko de la PET, ekzemple en ciklotrono per protona bombado de 16O produktante 13N kaj alfa-partiklon.

La radioizotopo 16N estas la domina radionuklido en la fridigaĵo de premakvaj reaktoroj aŭ bolakvaj reaktoroj dum normala funkciado. Ĝi estas produktita el 16O (en akvo) per (n,p) reakcio, en kiu la 16O-atomo kaptas neŭtronon kaj elpelas protonon. Ĝi havas mallongan duoniĝotempon de ĉirkaŭ 7.1 s, Pro tio, aliro al la primara fridigaĵa tubaro en premakva reaktoro devas esti limigita dum funkciado de reaktora potenco.

Konsiderante la grandan reakciemon de atoma nitrogeno, elementa nitrogeno kutime troviĝas kiel molekula N2, nome dinitrogeno. Ĉi tiu molekulo estas senkolora, senodora kaj sengusta diamagneta gaso sub normaj kondiĉoj: ĝi fandiĝas je −210 °C kaj boliĝas je −196 °C.

Aliaj nitrogenaj oligomeroj kaj polimeroj eblas. Se ili povus esti sintezitaj, ili eble havus eblajn aplikojn kiel materialoj kun tre alta energidenseco, kiuj povus esti uzataj kiel potencaj propelaĵoj aŭ eksplodaĵoj. Sub ekstreme altaj premoj (1.1 milionoj da atmosferoj) kaj altaj temperaturoj (2000 K), kiel produktitaj en diamanta ambosĉelo, nitrogeno polimeriĝas en la unu-ligitan kuban fuŝan kristalstrukturon. Ĉi tiu strukturo similas al tiu de diamanto, kaj ambaŭ havas ekstreme fortajn kovalentajn ligojn, rezultante en ĝia kromnomo "nitrogena diamanto".

 apud akvoglaciaj montoj (sur la supra maldekstra flanko de la bildo).]]
Ĉe atmosfera premo, molekula nitrogeno kondensiĝas (likviĝas) je 77 K (−195.79 °C) kaj frostiĝas je 63 K (−210.01 °C) en la beta-seslateran dense pakitan kristalan alotropan formon. Sub 35.4 K (−237.6 °C) nitrogeno alprenas la kuban kristalan alotropan formon (nomatan la alfa-fazo). Likva nitrogeno, senkolora fluido simila al akvo laŭ aspekto, sed kun 80.8% de la denseco (la denseco de likva nitrogeno ĉe ĝia bolpunkto estas 0.808 g/mL), estas ofta kriogeno. Solida nitrogeno havas multajn kristalajn modifojn. Ĝi formas signifan dinamikan surfacan kovraĵon sur Plutono
 kaj eksteraj lunoj de la Sunsistemo kiel ekzemple Tritono. Eĉ ĉe la malaltaj temperaturoj de solida nitrogeno ĝi estas sufiĉe volatila kaj povas sublimiĝi por formi atmosferon, aŭ kondensiĝi reen en nitrogenan froston. Ĝi estas tre malforta kaj fluas en formo de glaĉeroj, kaj sur Tritono de gejseroj de nitrogena gaso venas de la polusa glaĉerregiono.

## Uzo kiel sterko 
La nitrogenhava sterko estas la substanco, kiun la plantaro plej bezonas. Ĝi estas makronutraĵo primara aŭ nobla. Tamen, pro la plurdiverseco de kemiaj kaj biologiaj reakcioj, pro la dependeco de la mediaj kondiĉoj kaj pro ties efekto sur la alta produktaro de la plantokulturoj, la nitrogeno estas ankaŭ la elemento kiu prezentas pli grandan malfacilecon rilate al la agrikultura produktado, eĉ en alte teknikaj propraĵoj. La preferaj absorboformoj de nitrogeno fare de la plantaro estas la Amonio (NH3) kaj la Nitrato (NO3−). Simplaj nitrogenhavaj komponaĵoj, samkiel la ureo kaj kelkaj aminoacidoj, ankaŭ estas absorbeblaj, sed ili estas malmulte trovataj liberforme en la grundo.

Kvankam ĝi estas la plej abunda nutroelemento en la surtera atmosfero, la Nitrogeno ne partoprenas en la komponado de ajna tera ŝtonaĵo. Eble pro tio, ĝi estas la plej altkosta elemento de la sterkoj, ĉar, por ĝia formiĝo estas necesaj diversaj kemiaj reakcioj, kiuj bezonas multan energion. Tia aserto praviĝas kaŭze de la malfacila sintezo kaj alta energia kosto por la formiĝo de la (NH3). La formoj preferataj de la nitrogeno en la sterkoj estas la nitratoj (ekzemple: kalcia nitrato), amoniaj (amonia nitrato) kaj amidohavaj (Ureo). La koncentriĝo de nitrogeno en la sterkoj varias elde 82% en la Amoniako anhidra ĝis kelkaj dekopoj de 1% en kelkaj organikaj komponaĵoj.

## Abundo kaj akirado 
La nitrogeno estas la ĉefa komponaĵo de la tera atmosfero (78,1 % en volumo). Ĝi estas produktita, por industriuzoj, pere de la frakcia distiliĝo de la likvigita aero aŭ per mekanikaj procezoj, uzante la gasan aeron. En tiu kazo ekzistas du metodoj: aŭ uzante la osmozan premon aŭ pere de adsorbo laŭ premointerŝanĝo. La komerca nitrogeno ofte estas kromprodukto de la aerprocezado por industrikoncentriĝo de la oksigeno en la ŝtalfabrikado kaj alicele. Kiam provizita en kunpremitaj cilindroj la produkto estas konata kiel oksigenlibera nitrogeno.

En kemia laboratorio la nitrogeno prepariĝas pere de traktado de akva solvaĵo kun amonia klorido kaj natria nitrido, laŭ la ekvacio:

NH4Cl(akvomedie) + NaNO2(akvomedie) → N2(g) + NaCl(akvomedie) + 2 H2O (l)

Malgrandaj kvantoj de malpuraĵoj kiel NO kaj HNO3 formiĝas dum ĉi-reakcio. La malpuraĵoj estas forigeblaj trairigante la gason en akvan sulfatan acidon entenantan kalian dukromiaton. Nitrogeno tre pura estas preparebla pere de terma malkomponiĝo de la baria nitrido aŭ natria nitrido, kiel montras la ekvacio:

2 NaN3 → 2 Na + 3 N2

## Komponaĵoj 
Kun la hidrogeno ĝi formas la amoniakon (NH3) kaj la hidrazinon (N2H4). La likva amoniako, kiu estas amfotera en akva medio, agadas kiel bazo en akva solvaĵo formante amoniajn jonojn (NH4+). La sama amoniako kondutas sin kiel acido en akva malĉeesto, fordonante protonon al iu bazo, kaj formante la anjonon amidan (NH2−). Longĉenaj kaj ciklaj nitrogenkomponaĵoj ankaŭ estas konataj, tamen, ili estas tre malstabilaj.

Kun la oksigeno ĝi formas plurajn oksidojn samkiel Nitrozan oksidon (N2O)aŭ ridigan gason, la Nitratan oksidon (NO) kaj la nitrogenan duoksidon (NO2). Ĉi tiuj du lastaj estas produktoj de la bruladoprocezo, kaj kontribuas por la formado de la fotokemiaj malpuraĵoj. Aliaj konataj oksidoj estas la nitrogena trioksido (N2O3) kaj la nitrogena kvinoksido (N2O5), ambaŭ tre malstabilaj kaj eksplodemaj, kies respektivaj acidoj estas la Nitroza acido (HNO2) kaj la Nitrata acido (HNO3), kiuj, iliavice, formas la salojn nitritajn kaj nitratajn.

## Biologia agado 
La nitrogeno estas la ĉefa komponanto de la aminoacidoj kaj nukleaj acidoj, kiuj estas vitalaj por la vivaj estuloj. La leguminozoj kapablas disvolvi simbiozon kun certaj grundobakterioj nomataj rizobioj, kiuj povas absorbi rekte la nitrogenon de la aero, kaj ĉi-tiuj transformiĝas en amoniakon, kiu rapide estas konsumita de la plantaro. En la plantoj, la amoniako reduktiĝas al nitrido (NO2−) far la enzimo nitrida reduktazo kaj tuj poste transformiĝas en nitraton (NO3−) far la enzimo nitrata reduktazo. Poste, la nitrato estas uzata de la planto por formi la grupon aminon de la aminoacidoj, kiuj, finfine, partoprenas en la Manĝoĉeno. Bona ekzemplo de tiu procezo oni povas konstati en la sojfaba produktado, ĉar tiu kulturado forhavas la nitrogenhavan sterkadon.

## Nitrogena ciklo 
400px|eta|dekstra|Skema reprezentado de la nitrogena ciklo en la vivmedio

La ciklo de la nitrogeno estas la procezo per kiu la nitrogeno konvertiĝas en ties diversajn kemiajn kombinaĵojn. La transformiĝo okazas kaj per biologiaj kaj per fizikaj procezoj. Gravaj procezoj en la nitrogena ciklo inkludas la nitrogenan fiksadon, la Amonifiksadon aŭ mineraligon, la nitrito-konvertiĝon kaj la nitrito-malkonvertiĝon. La plej granda parto de la tera atmosfero (78%) komponiĝas de nitrogeno.

Tamen, la atmosfera nitrogeno havas limigitan uzon por biologiaj celoj, kaj tio rezultas en raraj eblecoj pri la uzo de nitrogeno en multaj sektoroj de la ekosistemo. La ciklo de la nitrogeno estas ĉefe interesa ĉar la nitrogenhavebleco afekteblas la disvolviĝon de la plej gravaj ekosistemaj procezoj, inkluzivante la primaran produktadon kaj la malkomponiĝadon. Homaj aktivecoj, kiel la fosiliaj brulaĵoj, la uzado de artefaritaj nitrogensterkoj, kaj la nitrogenliberigo en la reziduaj akvoj draste ŝanĝis la nitrogenan ciklon de la terglobo.

## Listo de sciencistoj kiuj esploris la nitrogenon 

Cavendish_Henry_signature.jpg|
Priestley.jpg|
CWScheele.jpg|
David - Portrait of Monsieur Lavoisier (cropped).jpg|
Rutherford_Daniel.jpg|
Jean-Antoine_Chaptal_1.jpg|
Adolph_Frank.jpg|
John_William_Strutt.jpg|
Fritz_Haber.png|
Portrait_caro-nikodem.jpg|
Carl_Bosch.jpg|

## Referencoj 
## Bibliografio 
* L. Berti M. Calatozzolo R. di Bartolo, ''L'industria dell'azoto'', Casa Editrice G.D'Anna, 1994
* Harry H. Binder: *Lexikon der chemischen Elemente – das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten*. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
*  Francesco Borgese, *Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico*, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
* Emsley, John (2011). ''Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements* (nova eldono). New York, NY: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.
* Garrett, Reginald H.; Grisham, Charles M. (1999). *Biochemistry* (dua eldono). Fort Worth: Saunders College Publ. ISBN 0-03-022318-0.
* Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). *Chemistry of the Elements* (dua eldono). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
* A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: *Lehrbuch der Anorganischen Chemie*. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 651–743.
* Reich P.B & al. (2006) *Nitrogen limitation constrains sustainability of ecosystem response to CO2*. *Nature* 440, 922–925
* Stevenson F.J (1982) *Inorganic forms of nitrogen in soil*

## Vidu ankaŭ 
* Amido
* Amino
* Nitrogena ciklo
* Listo de kemiaj elementoj laŭ atomnumero
* Perioda tabelo
* Nutraĵo
* Nitrogena fiksado
* Nitroglicerino
* Salpetro

## Eksteraj ligiloj 
* Etymologio de Nitrogeno
* Nitrogen ĉe *The Periodic Table of Videos* (University of Nottingham)
* Nitrogen podcast el verko de Royal Society of Chemistry nome *Chemistry World''

Kategorio:Gasoj
Kategorio:Kemiaj elementoj
Kategorio:Fundamentaj vortoj
Kategorio:Nitrogeno