Kväve

Kväve
Tecken N Atomnr. 7 Grupp 15 Period 2 Block p
Allmänt
Ämnesklass	icke-metaller
Densitet	1,2506 kg/m3 (273 K)
Hårdhet	-
Utseende	färglös
Atomens egenskaper
Atommassa	14,0067 u
Atomradie (beräknad)	65 (56) pm
Kovalent radie	75 pm
van der Waalsradie	155 pm
Elektronkonfiguration	[ He ]2s22p3
e– per skal	2,5
Oxidationstillstånd (O)	±3, 5, 4, 2 (starkt sur)
Kristallstruktur	hexagonal
Ämnets fysiska egenskaper
Aggregationstillstånd	gas
Magnetiska egenskaper	icke magnetisk
Smältpunkt	63,14 K (-210 °C)
Kokpunkt	77,35 K (-196 °C)
Molvolym	13,54 m3/mol
Ångbildningsvärme	2,7928 kJ/mol
Smältvärme	0,3604 kJ/mol
Ljudhastighet	334 m/s vid 293,15 K
Diverse
Elektronegativitet	3,04 (Paulingskalan)
Värmekapacitet	1 040 J/(kg·K)
Värmeledningsförmåga	0,02598 W/(m·K)
1a jonisationspotential	1 402,3 kJ/mol
2a jonisationspotential	2 856 kJ/mol
3e jonisationspotential	4 578,1 kJ/mol
4e jonisationspotential	7 475,0 kJ/mol
5e jonisationspotential	9 444,9 kJ/mol
6e jonisationspotential	53 266,6 kJ/mol
7e jonisationspotential	64 360 kJ/mol
Stabilaste isotoper
Isotop F % Halv.tid Typ Energi (MeV) Prod. 13N syntetisk 9,965 min ε 2,220 13C 14N 99,634 % 14N, stabil isotop med 7 neutroner 15N 0,336 % 15N, stabil isotop med 8 neutroner
SI-enheter & STP används om ej annat angivits.

Kväve är grundämnet med atomnummer 7. Kväve förekommer som kvävgas (N₂) rikligt i atmosfären där den står för cirka 78 % av volymen.

Egenskaper

Kvävgas är färglös och kemiskt trögreaktivt beroende på att dess två atomer i molekylen (N₂) binds med en trippelbindning som är svår att lösa upp. Vid hög energitillförsel, till exempel elektriska urladdningar, sönderdelas kvävgasmolekylen dock till enskilda atomer som lätt reagerar - vid elektrisk urladdning i luft (kväve, syre och spår av andra gaser) bildas flera kväveoxider, bland annat kväve(mon)oxid NO, (äldre benämning kväveoxidul) och kvävedioxid NO₂. Dessa bildas också vid flera typer av förbränning och kemiska industriella processer och kallas då ofta "NOx". Vid reaktion med vatten bildar dessa gaser salpetersyrlighet HNO₂ och salpetersyra HNO₃, vilka kan ge ett stort bidrag till försurning av miljön vid nederbörd.

Föreningar

Kväve har fem elektroner i sitt yttersta elektronskal. Därmed kan det i sitt grundtillstånd bilda tre kovalenta bindningar. Förlorar den en elektron kan den bilda fyra, som i ammoniumjonen. Kväve bildar inte anjoner direkt. Kvävets viktigaste föreningar är:

• Ammoniak (NH₃) en färglös, giftig och illaluktande gas med kokpunkt -33 °C, som används i kemiindustrin för bland annat framställning av gödselmedel och sprängämnen. Vidare används ammoniak som kylmedium i större kylanläggningar. I vattenlösning är den en stark bas.

• Ammoniumsalter - Ammoniak bildar tillsammans med syror ammoniumsalter, vilka då innehåller den positiva jonen NH₄⁺, vilken kemiskt påminner om en alkalimetalljon. Ett exempel är ammoniumnitraten NH₄NO₃, vilken förr användes som gödselmedel.

• Salpetersyra (HNO₃) en färglös vätska som stelnar vid -42 °C och kokar vid +84 °C. Det är en stark syra som vid reaktion med metaller bildar nitrater innehållande den negativa jonen NO₃^-. Salpetersyra används som råvara för tillverkning av gödsel och sprängämnen.

• Aminosyrorna, med en amino-grupp NH₂ kopplad till kolvätekedjor, utgör de viktigaste byggstenarna för livet - kväve är således av yttersta vikt för den organiska kemin.

• Vätecyanid, HCN är en mycket giftig gas eller vätska. Den används som råvara för tillverkning av plaster och pigment.

Användning

Kväve används på grund av sin reaktionströghet som skyddsgas vid metallurgiska processer, och i vissa glödlampor, ofta blandat med argon. Flytande kväve som har en temperatur på cirka -196 °C används till många saker som behöver kylas snabbt och hållas mycket kallt, bland annat för att frysa mat så att inte iskristaller bildas som kan förstöra matens celler samt inom kryologi för att frysa levande organismer.

Flytande kväve används som kylmedel, bland annat för att kyla anordningar som i sin tur kyls med flytande helium för att kyla supraledande magneter till nmr-spektroskopi och MRI.

Flytande kväve används också för att kapa metaller. Om metallen fryses med flytande kväve kan det räcka med en liten stöt för att metallen ska knäckas.

En metallkopp med flytande kväve

Kväve används som förpackningsgas i livsmedel för att bevara varan man förpackar och har E-nummer E941. Även en blandning av kväve och koldioxid är vanlig för detta ändamål, och användningsområdet inkluderar exempelvis kött, charkprodukter och öl.

Ett av de största användningsområdena för kväve är tillverkning av ammoniak. Ammoniaken produceras genom sammanslagning av kväve och väte i en process som kallas Haber-Boschprocessen. I Haber-Boschprocessen blandas kväve och väte i proportionerna 1:3 och utsätts för 200 atmosfärer tryck och leds vid 400 °C förbi en katalysator av järnoxid varvid ammoniak bildas.

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

Ammoniaken kan sedan användas för att bilda salpetersyra genom att ledas över en koppar- eller platinakatalysator tillsammans med syrgas. Ammoniak används även för framställning av bland annat konstgödsel (ammonium- och nitratsalter) samt sprängämnen (ammoniumnitrat) samt som kylmedel.

Kväve är ett nödvändigt grundämne i allt liv, bland annat som en beståndsdel i aminosyrorna - proteinernas byggstenar. Tillgång på kväve är ofta en begränsande faktor för växter i vilt tillstånd. Detta är till viss del ett problem för jordbruket, eftersom gödseln har mindre andel kväve i sig än vad grödan tog med sig in i skörden. Svinnet beror på att djuren mjölkas och skickas till slakt. Kväve är lagrat i djurens mjölk/kött.

Kvävgas i däck

Den vanliga däckfyllningen består av luft, det vill säga den innehåller 78 % kvävgas. Flygplansdäck ska fyllas med torrt kväve av två skäl. Det ena är att fyllning med vanlig luft ibland kan innehålla mycket vattenånga, som kondenserar och fryser vid flygning på hög höjd, något som minskar däcktrycket vid landning. Det andra skälet är att syre långsamt oxiderar däckets gummi vid fyllning med luft, något som också minskar trycket. För vanliga bildäck är kvävefyllning inte viktigt enligt däcktillverkare.

Förekomst och framställning

Kväve är den vanligaste gasen i jordens atmosfär följd av syre, men i jordskorpan är kväve mindre vanligt med en halt av i medeltal 25 gram/ton.

Gas	Kokpunkt	Volymprocent i luft vid havsnivå
Kväve	-196 °C	78,073 %
Syre	-183 °C	20,947 %
Koldioxid	-78 °C	0,04 %
Ädelgaser	varierar	0,94 %

Kväve framställs genom fraktionerad destillation av flytande luft. Den erhålls som en biprodukt vid framställning av den tekniskt viktiga syrgasen (oxygen). Ren kvävgas är därför förhållandevis billig.

Historia

Svensken Carl Wilhelm Scheele visade 1772 att luft består av två komponenter kallade eldsluft (syre) och skämd luft (resten, det vill säga mest kväve) – fransmannen Antoine Laurent de Lavoisier döpte om den skämda luften till azote. Engelsmannen John Dalton presenterade azote som ett grundämne i sin år 1807 publicerade atomteori. Det internationella namnet nitrogene/nitrogenium tillkom 1790 på grund av upptäckta samband mellan kväve och salpetersyra (νίτρον grek. salpeter). Det svenska namnet kväve föreslogs av Pehr von Afzelius och Anders Gustaf Ekeberg år 1795 för dess eld-kvävande egenskaper.

Isotoper

Naturligt förekommande kväve består av två stabila isotoper: ¹⁴N (99,64 %) och ¹⁵N (0,36 %). Dessutom är 14 instabila (och därmed radioaktiva) isotoper kända. De mest stabila av dessa är ¹³N med halveringstid 9,965 minuter, ¹⁶N med halveringstid 7,13 sekunder och ¹⁷N med halveringstid 4,173 sekunder. Alla de resterande isotoperna har halveringstider kortare än en 1 sekund, och de flesta kortare än 110 millisekunder.

CAS-nummer: 7727-37-9

Se även

• Periodiska systemet