Dodaj do ulubionych Udostępnij materiał Wydrukuj

Wieczorami centra miast są rozświetlane przez różnokolorowe światła. Reklamy tego typu z lat 60. i 70. XX wieku zostały zgromadzone w warszawskim Muzeum Neonów, unikalnym w skali europejskiej. Czy barwa neonów zależy od znajdującego się w nich gazu? Czy tym samym gazem wypełnia się poduszka powietrzna podczas kolizji?

RnIEQ7uvk3nVY1
Lampy jarzeniowe zwane potocznie neonami to rurki wypełnione gazem pod niskim ciśnieniem. Przepuszczenie przez taki gaz prądu o odpowiednim napięciu powoduje świecenie gazu w obszarze, w którym płynie prądLampy jarzeniowe zwane potocznie neonami to rurki wypełnione gazem pod niskim ciśnieniem. Przepuszczenie przez taki gaz prądu o odpowiednim napięciu powoduje świecenie gazu w obszarze, w którym płynie prądLampy jarzeniowe zwane potocznie neonami to rurki wypełnione gazem pod niskim ciśnieniem. Przepuszczenie przez taki gaz prądu o odpowiednim napięciu powoduje świecenie gazu w obszarze, w którym płynie prądLampy jarzeniowe zwane potocznie neonami to rurki wypełnione gazem pod niskim ciśnieniem. Przepuszczenie przez taki gaz prądu o odpowiednim napięciu powoduje świecenie gazu w obszarze, w którym ten prąd płynie
Już wiesz
  • co to są symbole pierwiastków chemicznych i jak się nimi posługiwać;

  • co to jest atom i jak jest zbudowany;

  • jaka jest zależność pomiędzy budową atomu pierwiastka a jego położeniem w układzie okresowym.

Nauczysz się
  • wskazywać położenie azotu i gazów szlachetnych w układzie okresowym pierwiastków;

  • wymieniać pierwiastki zaliczane do grupy gazów szlachetnych;

  • podawać przykłady zastosowania azotu w życiu codziennym;

  • omawiać obieg azotu w przyrodzie;

  • opisywać właściwości azotu i gazów szlachetnych;

  • podawać przykłady zastosowania gazów szlachetnych w najbliższym otoczeniu.

idPdgOAyyE_d5e201

1. Azot – występowanie i obieg w przyrodzie

Azot zajmuje piąte miejsce pod względem rozpowszechnienia we wszechświecie. Stanowią 78% objętości powietrza w atmosferze Ziemi. Wraz z tlenem tworzy mieszaninę, którą oddychamy.

Ciekawostka

Wpływ azotu na organizm człowieka
Podczas oddychania oprócz tlenu do płuc transportowany jest także azot. Pierwiastek ten nie uczestniczy w procesach metabolizmu i jest obojętny dla organizmu człowieka. Jednak przy zbyt gwałtownej zmianie ciśnienia (np. podczas szybkiego wynurzania się nurka z wody lub rozszczelnienia kabiny samolotu) tworzy we krwi pęcherzyki powodujące zatory i odcięcie dopływu tlenu do komórek. Efektem są bóle i zawroty głowy, podwójne widzenie, zaburzenia ruchu, bóle stawów, utrata przytomności, a nawet śmierć. Opisane dolegliwości, zwane chorobą kesonową, jako pierwsi odczuli poławiacze pereł i łowcy gąbek. Na tę samą przypadłość zapadają budowniczowie mostów, którzy długo przebywają w kesonach, czyli suchych komorach wypełnionych sprężonym powietrzem, ustawianych na dnie rzek.

Rs92QdKoJMEOR1

Azot jest jednym z najważniejszych pierwiastków, m.in. wchodzi w skład wielu związków chemicznych budujących organizmy żywe (np. białek). Pełni także ważną rolę w rozwoju roślin – warunkuje ich prawidłowy rozwój, pobudza wzrost oraz nadaje im intensywnie zieloną barwę. Reguluje również pobieranie innych składników pokarmowych, co wpływa na jakość i wielkość plonów. Tylko niektóre rośliny, zwane motylkowymi (np. groch, fasola, orzeszki ziemne), za pomocą bakterii występujących w ich korzeniach mają zdolność pobierania azotu z powietrza i wykorzystywania go do tworzenia substancji budujących komórki roślinne. Związki azotu mogą być wprowadzane do gleby w postaci nawozów sztucznych, skąd wraz z wodą są pobierane przez rośliny. Cykliczny proces polegający na przyswajaniu, przekształcaniu oraz oddawaniu azotu i jego związków nazywamy obiegiem azotu w przyrodzie.

RklRBWfLySv4Q1
Obieg azotu w przyrodzie – schemat

Obecność niektórych roślin pozwala ocenić, czy gleba jest bogata, czy uboga w azot. Przykładowo masowe występowanie na badanym terenie skrzypu, szczawiu lub jaskra wskazuje na niską zawartość azotu w glebie. W miarę użyźniania tego obszaru nawozem azotowym rośliny te zaczną obumierać, a porastać go będą: pokrzywa, perz bądź jasnota biała.

idPdgOAyyE_d5e283

2. Właściwości azotu

Polecenie 1

Określ położenie azotu w układzie okresowym (numer grupy i numer okresu) oraz podaj liczbę powłok elektronowych i liczbę elektronów walencyjnych w atomie tego pierwiastka.

RlbiWI4Ld1QfP1
Aplikacja interaktywna zawierająca układ okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, a dzięki opcjom zawartym w górnej części okna wyróżnienie graficzne z uwzględnieniem wybranych cech, takich jak metaliczność lub stan skupienia w warunkach normalnych.
Układ okresowy pierwiastków
RlLnXEfsV5qk21
Badanie składu powietrza – azot

Azot jest niemetalem, znajduje się w 15. grupie układu okresowego. W warunkach normalnych (0°C, 1013,25 hPa) jest bezbarwnym i bezwonnym gazem o małej rozpuszczalności w wodzie (23 cmIndeks górny 3N2 w 1 litrze wody w 0°C), występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych. Nie podtrzymuje palenia. W temperaturze pokojowej jest mało aktywny chemicznie.

Azot po raz pierwszy został skroplony w 1883 r. przez polskich uczonych Karola Olszewskiego i Zygmunta Wróblewskiego – pracowników Uniwersytetu Jagiellońskiego. Ciekły azot o temperaturze –196°C powoduje kruchość wielu zanurzonych w nim materiałów.

Ciekawostka

Tlenek azotu(II) to związek chemiczny, który został odkryty podobnie jak tlen w 1770 r. przez Josepha Priestleya. Jednak dopiero w 1997 r. zauważono, że nitrogliceryna i pokrewne leki nasercowe powodują wytwarzanie NO w organizmie. Szczególne zainteresowanie tym związkiem chemicznym nastąpiło w chwili, gdy okazało się, że tlenek ten wywołuje rozszerzenie naczyń krwionośnych. W 1992 r. prestiżowy magazyn Science uznał tlenek azotu(II) za „cząsteczkę roku”, a liczba publikacji naukowych na jego temat znacząco wzrosła. Za badania nad NO Nagrodę Nobla (w 1998 r.) w dziedzinie fizjologii i medycyny otrzymali Robert Furchgott, Louis Ignarro i Ferid Murad (czyt. Robert Ferczgot, Luis Ignaro, Ferid Mjurad). Odkrycie funkcji tlenku azotu(II) w organizmie jest uważane za jedno z najważniejszych we współczesnej medycynie. Jest to tzw. cząsteczka sygnalna odpowiedzialna za funkcjonowanie m.in. układu krążenia. Obecnie bada się na dużą skalę jej znaczenie, m.in. w zwalczaniu infekcji i chorób nowotworowych.

R1RrsAWD8j0AH1
Ferid Murad, Robert Furchgott, Louis Ignarro
Ciekawostka

Czy nowa cząsteczka będzie stosowana do napędu rakiet?
W 2010 roku Szwedzka Rada Naukowa Królewskiego Instytutu Naukowego poinformowała o odkryciu nowego związku azotu z tlenem (trinitroamidu), który może być o 20–30% bardziej efektywnym paliwem rakietowym od istniejących mieszanek. Jednak niektórzy badacze powątpiewają, czy związek ten będzie kiedykolwiek użyteczny poza laboratorium. Obecnie prowadzi się badania nad jego właściwościami.

RU2o9EB5Gl7UQ1
idPdgOAyyE_d5e348

3. Zastosowanie azotu

Ciekły azot jest stosowany jako środek chłodzący – m.in. do zamrażania materiału biologicznego, np. próbek, krwi, tkanek, zastawek serca, oraz podczas zabiegów rehabilitacyjnych – do miejscowych znieczuleń. Wykorzystuje się go również w chirurgii serca i podczas transfuzji krwi.

Gazowy azot stanowi atmosferę ochronną w opakowaniach artykułów spożywczych i farmaceutycznych. Sprężonego azout używa się do rozpylania cieczy, np. w dezodorantach. W postaci związków chemicznych jest stosowany w produkcji nawozów sztucznych i materiałów wybuchowych.

Ciekawostka

Z azotu otrzymuje się amoniak oraz tlenki azotu – związki o dużym znaczeniu przemysłowym. Za jedno z najważniejszych odkryć uważa się opracowanie metody otrzymywania z azotu atmosferycznego – amoniaku. Dokonał tego w przeddzień I wojny światowej Fritz Haber, za co otrzymał on Nagrodę Nobla. Dziś metodą tą produkuje się kilkaset tysięcy ton nawozów azotowych, stosowanych na całym świecie.

R1VaWzButKfhz1
Ciekawostka

KrioNgine – pojazd zbudowany na Politechnice Wrocławskiej
Członkowie Koła Naukowego „Skrzyneczka” z Wydziału Mechaniczno‑Energetycznego Politechniki Wrocławskiej skonstruowali na bazie samochodu typu Fiata 126 p pojazd napędzany ciekłym azotem. Nie wydziela on żadnych spalin i może osiągać prędkość 27 km/h. Wynalazek był nominowany w marcu 2013 r. do finału programu „Polski wynalazek roku”.

R8F8wOSmbtv8d1
Ciekawostka

Azot jest składnikiem mieszanin wypełniających m.in. butle nurków. Mieszanki gazowe mogą mieć różny skład, np.:

  • Nitrox: azot i tlen,

  • Trimix: hel, azot i tlen (mieszanka stosowana podczas nurkowania poniżej 50 m).

    R692Z829WkPVo1
    Butle do nurkowania

idPdgOAyyE_d5e411

4. Gazy szlachetne

Składnikami powietrza są argon i inne pierwiastki tworzące 18. grupę w układzie okresowym. Do helowców zaliczamy: helhel (He, łac. helios)hel, neonneon (Ne, łac. neon)neon, argonargon (Ar, łac. argon)argon, krypton, ksenon, radon. W warunkach normalnych (0°C, 1013,25 hPa) są one bezbarwnymi i bezwonnymi gazami, pozbawionymi smaku. Są niepalne i nie podtrzymują palenia. Hel ma dwa elektrony walencyjne, a pozostałe helowce – po osiem elektronów na ostatniej powłoce. Trwała konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej sprawia, że gazy te są pierwiastkami o najmniejszej aktywności chemicznej (gazy szlachetne). Dlatego, mimo że wszystkie helowce to gazy, ich atomy nie łączą się w cząsteczki. Występują w postaci pojedynczych atomów. Gazy szlachetne znajdują zastosowanie między innymi w medycynie i przemyśle oświetleniowym.

Ciekawostka

Do gazów szlachetnych możemy prawdopodobnie zaliczyć także syntetyczny pierwiastek ununoctium o liczbie atomowej Z=118. Odkrycie zawdzięczamy doświadczeniom przeprowadzonym w Laboratorium Reakcji Jądrowych Flerova (Dubna w Federacji Rosyjskiej) przez zespół naukowców ze Zjednoczonego Instytutu Badań Jądrowych w Federacji Rosyjskiej oraz Narodowego Laboratorium Lawrence Livermore (czyt. lorenc lewermore) w USA. Jeden atom ununoctium uzyskano latem 2002 r., a dwa kolejne – w 2005 roku.

Ciekawostka

Gazy szlachetne ze względu na swoją budowę są bierne chemicznie. Jednak chemicy próbują połączyć je z innymi substancjami. Już w latach 60. otrzymano związki zawierające ksenon, krypton i radon. Niedawno doniesiono, że i argon – najbardziej rozpowszechniony gaz szlachetny – może trwale połączyć się z fluorem i wodorem. Do dziś nie udało się otrzymać żadnego połączenia helu ani neonu.

RvuksBu142K741
Aplikacja interaktywna prezentuje zastosowanie gazów szlachetnych, takich jak Hel, Neon czy Argon. W centralnej części okna aplikacji znajduje się niebieskie koło z białym napisem Zastosowanie gazów szlachetnych od którego odchodzi sześć koncentrycznych linii wiodących do niebieskich prostokątów zawierających symbole pierwiastków oraz zdjęcia lub ilustracje. Kliknięcie na każdy z tych prostokątów powoduje jego powiększenie na całe okno. Licząc od góry w kierunku ruchu wskazówek zegara są to: Hel do wypełniania balonów i sond meteo, neon do lamp przeciwmgielnych w samochodach, hel i neon w stanie ciekłym do chłodzenia urządzeń pracujących w bardzo niskich temperaturach, ksenon i neon w ekranach telewizorów plazmowych, neon i inne gazy szlachetne jako wypełnienie w lampach jarzeniowych oraz krypton wykorzystywany w lampach montowanych na pasach startowych.
Ciekawostka

Prawdziwym bogactwem niemal pozbawionego atmosfery Księżyca jest hel‑3, wysokoenergetyczny izotop helu, wędrujący ze Słońca w postaci wiatru słonecznego. Gaz jest zatrzymywany przez naszą atmosferę, dlatego prawie nie występuje na Ziemi. Jego zasoby szacuje się na tysiące ton na Księżycu i około 10 kg na Ziemi.

Wstępnie obliczono, że do zasilania Warszawy w energię elektryczną przez cały rok wystarczyłoby 100 kg helu‑3.

RvXSqEn0eFbK81
Ciekawostka

Jedna z firm ogłosiła plany produkcji twardych dysków o pojemności 6 TB (1 terabajt jest równy 1000 GB).
Zwiększenie pojemności dysku można osiągnąć, wypełniając jego wnętrze helem, którego gęstość jest równa 1/7 gęstości powietrza. Powoduje to zmniejszenie oporu obracających się wewnątrz talerzy i umożliwia miniaturyzację. Dzięki temu jest możliwa produkcja cieńszych dysków i zmniejszenie masy o około 30% oraz zużycia energii o 23% – na 1 TB pojemności.

idPdgOAyyE_d5e470

Podsumowanie

  • Głównymi składnikami powietrza są azot (78%), tlen (21%), argon i inne gazy szlachetne.

  • Azot jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 7, należącym do 15. grupy układu okresowego (grupa azotowców), ma pięć elektronów walencyjnych.

  • Azot znalazł zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu i medycynie.

  • 18. grupę układu okresowego pierwiastków tworzą: hel, neon, argon, krypton, ksenon, radon.

  • Gazy szlachetne wykazują najmniejszą aktywność chemiczną spośród wszystkich znanych pierwiastków. Właściwość ta jest związana z trwałością konfiguracji elektronowej helu (dublet elektronowy) oraz pozostałych helowców (oktet elektronowy).

  • Gazy szlachetne są stosowane m.in. w technice oświetleniowej.

Praca domowa
Polecenie 2.1

Zrób zdjęcie neonowej reklamie i ustal, jakie gazy szlachetne zostały użyte do jej wykonania.

Polecenie 2.2

Przygotuj plakat lub infografikę ilustrującą zastosowania azotu oraz helowców.

Zobacz także

Azot jako składnik każdego aminokwasu budującego skomplikowane struktury białek spełniające ważne i różnorodne funkcje w organizmie.iZmMwzmlc0Azot jako składnik każdego aminokwasu budującego skomplikowane struktury białek spełniające ważne i różnorodne funkcje w organizmie.

Dowiedz się więcej

*krioNgine - pojazd zeroemisyjny
idPdgOAyyE_d765t340
idPdgOAyyE_d765t440

idPdgOAyyE_d5e559

Słowniczek

argon (Ar, łac. argon)
argon (Ar, łac. argon)

pierwiastek chemiczny z grupy helowców o największym rozpowszechnieniu na Ziemi; jego zawartość w atmosferze wynosi 0,94% (procenty objętościowe); stosuje się go w procesach chemicznych wymagających obojętnego środowiska, np. podczas spawania, do wypełniania przestrzeni zespolonej w oknach oraz w mieszaninie do wypełniania żarówek razem z azotem

hel (He, łac. helios)
hel (He, łac. helios)

pierwiastek chemiczny z grupy helowców; po wodorze drugi najbardziej rozpowszechniony pierwiastek chemiczny we wszechświecie; jest niepalny; stosuje się go do napełniania balonów, jako czynnik chłodzący w reaktorach jądrowych, a także składnik mieszaniny z tlenem w butlach tlenowych dla nurków

neon (Ne, łac. neon)
neon (Ne, łac. neon)

pierwiastek chemiczny z grupy helowców; stosuje się go do produkcji lamp jarzeniowych (czerwona barwa), w urządzeniach elektronicznych

idPdgOAyyE_d5e871

Zadania

Rozwiąż zadanie.

Ćwiczenie 1.1
R1A37NdlEhVpQ1
Zadanie interaktywne. Aplikacja wyświetla układ okresowy pierwiastków pozbawiony opisów poszczególnych komórek. Zadaniem czytającego jest przeciągnięcie zamieszczonych poniżej bloków siedmiu gazów do wyróżnionych dla nich pól w układzie. Przycisk Sprawdź w prawym dolnym rogu pozwala zweryfikować poprawność dokonanych wyborów.
Ćwiczenie 2
R1Kt95pUTcGDi1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 3
RhURwZq1hEXsE1
zadanie interaktywne

Na podstawie danych w tabeli ustal, czy podane zdania są prawdziwe, czy fałszywe. Każdy z cienkich balonów napełniono taką samą objętością gazów, następnie puszczono je swobodnie.

Zadanie

Nazwa pierwiastka/związku chemicznego/mieszaniny

Gęstość [g/dmIndeks górny 3] w temp. 25°C

hel

0,178

powietrze

1,3

neon

0,82

tlenek węgla(IV)

1,98

Ćwiczenie 4.1
RITpSKi7srOFe1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 5
RZbeTAU2GtLGu1
zadanie interaktywne