Typpi
| |||||
| Yleistä | |||||
| Nimi | Typpi | ||||
| Tunnus | N | ||||
| Järjestysluku | 7 | ||||
| Luokka | epämetalli | ||||
| Lohko | p-lohko | ||||
| Ryhmä | 15, typpiryhmä | ||||
| Jakso | 2 | ||||
| Tiheys | 0,00125 · 103 kg/m3 | ||||
| Väri | väritön | ||||
| Löytövuosi, löytäjä | 1772, Daniel Rutherford | ||||
| Atomiominaisuudet | |||||
| Atomipaino (Ar) | 14,00674 | ||||
| Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 70 pm | ||||
| Kovalenttisäde | 75 pm | ||||
| Van der Waalsin säde | 92 pm | ||||
| Orbitaalirakenne | [He] 2s2 2p3 | ||||
| Elektroneja elektronikuorilla | 2, 5 | ||||
| Hapetusluvut | −III, −II, −I, +I, +II, +III, +IV, +V | ||||
| Kiderakenne | heksagonaalinen | ||||
| Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
| Olomuoto | kaasu | ||||
| Sulamispiste | 63,25 K (−209,86 °C) | ||||
| Kiehumispiste | 77,35 K (−195,8 °C) | ||||
| Moolitilavuus | 22,4 · 10−3 m3/mol | ||||
| Höyrystymislämpö | 2,7928 kJ/mol | ||||
| Sulamislämpö | 0,3604 kJ/mol | ||||
| Äänen nopeus | 334 (869) m/s 293 (76,15) K:ssa | ||||
| Muuta | |||||
| Elektronegatiivisuus | 3,04 (Paulingin asteikko) | ||||
| Ominaislämpökapasiteetti | 1,040 (N2) kJ/(kg K) | ||||
| Lämmönjohtavuus | 0,03 W/(m·K) | ||||
| Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa | |||||
Typpi on alkuaine, joka esiintyy luonnossa kaksiatomisena typpikaasuna, N2. Typen järjestysluku on 7, kemiallinen merkki N (lat. nitrogenium) ja IUPACin standardin mukainen atomimassa on [14,00643;14,00728][1]. Typpi on osana monissa elämälle välttämättömissä yhdisteissä. Ilmasta noin 78 % on typpeä.
Historia
Daniel Rutherford löysi typen vuonna 1772, mutta jo keskiajan alkemistit tunsivat typen yhdisteitä.[2]
Vuonna 1790 ranskalainen kemisti Jean-Antoine Chaptal antoi aineelle nimen nitrogène (< kreik. νίτρον, nitron ’sooda’ + ransk. -gène ’muodostava’). Antoine Lavoisier oli kutsunut sitä nimellä azote.[3]
Suomenkielinen nimi typpi on johdettu murteellisesta sanasta typehtyä (’tukehtua’, ’sammua’), koska typpi on palamaton ja tukehduttaa palamisen. Sanaa käytti ensimmäisenä Julius Krohn vuonna 1862 teoksessaan Kemiallisia tiedesanoja. 1800-luvulla käytettiin myös nimitystä tuko, joka oli johdettu vastaavalla logiikalla sanasta tukahtua.[4]
Esiintyminen
Typpi on luonnossa hyvin yleinen alkuaine. Vapaana alkuaineena sitä on runsaasti Maan ilmakehässä, jossa on 78 % typpeä.[2] Maaperässä ja vesistöissä sitä esiintyy erilaisina yhdisteinä kuten nitraatteina ja ammoniumsuoloina. Typpiyhdisteitä on myös kaikissa eliöissä maapallolla. Tärkeitä typpipitoisia orgaanisia yhdisteitä ovat ennen kaikkea aminohapot ja niistä muodostuneet proteiinit.
Ominaisuudet
Typpi on epämetalli, jolla on viisi elektronia uloimmalla elektronikuorella. Typpi on hajutonta, mautonta ja väritöntä.
Kahden typpiatomin muodostamassa typpimolekyylissä N2 on kestävä kolmoissidos, mikä tekee typestä kemiallisesti erittäin passiivisen. Korkeassa lämpötilassa se voi kuitenkin yhtyä vedyn kanssa ammoniakiksi tai hapen kanssa typen oksideiksi. Typen oksideja syntyy esimerkiksi polttomoottoreissa, ja ne aiheuttavat happamia sateita.
Käyttö
Nestemäinen typpi soveltuu matalan kiehumispisteensä ansiosta mm. jäähdytykseen. Tämän lisäksi typen passiivisuus mahdollistaa sen käytön suojakaasuna. Teollisuudessa typpeä käytetään ammoniakin, lannoitteiden sekä perinteisten räjähdysaineiden raaka-aineena.[2] Typpihapon ja suolahapon seos, kuningasvesi on yksi harvoja aineita, joka voi liuottaa kultaa. Typpeä käytetään myös elintarvikkeiden suojakaasuna. Tässä tarkoituksessa sen E-koodi on E 941.
Hinnanmuodostus
Typpiyhdisteiden hinta maailmanmarkkinoilla johtuu maakaasun hinnoista, jotka puolestaan seurailevat öljynhintoja. Maailman yleisin typpilannoite on urea, jota käytetään Suomessa vain vähän. Urean tuotantokustannuksista 80 % riippuu ammoniakin hinnasta.[5]
Maailman viiden johtavan lannoitevalmistajan, joiden yhteinen markkinaosuus koko maailman lannoitemarkkinoista on noin kolmasosa, on suurin typpilannoitteiden valmistaja norjalainen Yara International, jolle Suomen valtio myi Kemiran lannoitetuotannon, Kemira GrowHow:n.[6] Yara International myi 2008 typpilannoitteita 21 400 000 tonnia. Yara International tuottaa ammoniakkia enemmän kuin toiseksi ja kolmanneksi suurin tuottaja yhteensä.
Typpiyhdisteet
Biologinen merkitys
- Pääartikkeli: Typen kierto luonnossa
Typpi on elintärkeää kaikelle elämälle, sillä sitä tarvitaan aminohappojen sekä nukleiinihappojen muodostamisessa. Vaikka suurin osa ilmakehästä onkin typpeä, kasvit eivät voi ottaa sitä suoraan ilmasta, vaan ainoastaan maaperässä olevista typen yhdisteistä, joita ovat nitraatit ja ammoniumsuolat. Näin ollen kasveilla voi olla typestä puutettakin, mikä näkyy kasvun vähenemisenä ja klorofyllin hajoamisesta johtuvana lehtien kellastumisena. Myös antosyaanivärejä saattaa alkaa kertyä lehtiin. Tämän vuoksi typpiyhdisteitä tarvitaan runsaasti lannoitteisiin. Muun muassa hernekasvien juurinystyröissä elää kuitenkin typensitojabakteereja, jotka sitovat ilmasta typpeä ja luovuttavat sitä kasvillekin, jonka kanssa ne näin elävät mutualistisessa suhteessa. Myös maan kalkituksella voidaan lisätä typen saantia maasta. Jos typpiyhdisteitä joutuu runsaasti vesistöön, ne aiheuttavat rehevöitymistä.
Eläimet eivät voi sitoa typpeä itse lainkaan, vaan saavat tarvitsemansa typen syödessään kasveja tai muita eläimiä.
Isotoopit
Typellä on kaksi pysyvää isotooppia, jotka ovat 14N ja 15N. Luonnossa olevasta typestä 99,64 % on isotooppia 14N ja 0,36 % isotooppia 15N. Typestä tunnetaan yli kymmenen radioaktiivista isotooppia. Niistä pitkäikäisin on 13N, jonka puoliintumisaika on 9,965 minuuttia.[7]
Vaarallisuus
Laitesukelluksessa käytetyssä paineilmassa oleva typpi voi aiheuttaa sukeltajantaudin, jos syvältä noustaan liian nopeasti pintaan. Sukellettaessa paineilmalaitteilla syvälle (yli 30 m:n syvyyteen) vaarana on myös typpinarkoosi eli syvyyshumala. Riittävän korkeassa paineessa hengityskaasun typpi alkaa vaikuttaa alkoholin tavoin hermostoon.[8] Syvyyshumala muistuttaa humalatilaa eikä se ole sukeltajalle sinällään vaarallista, mutta se aiheuttaa sukeltajassa vastuuntunnon menettämistä sekä välinpitämättömyyttä jolloin sukeltaja saattaa olla vaaraksi itselleen sekä jopa muille sukeltajille.[9]
Koska typpikaasu on hajuton, mauton ja näkymätön kaasu, se on aiheuttanut useita kuolemaan johtaneita onnettomuuksia.[10] Nestemäinen typpi kaasuuntuu välittömästi, jolloin suljetussa tilassa hapen suhteellinen määrä laskee nopeasti normaalista 21 %:sta. Typen hengittäminen aiheuttaa tajuttomuuden 15 sekunnissa ja kuoleman alle minuutissa. Uhrille ei tule sitä tukehtumisen tunnetta, joka yleensä tulee kun hiilidioksidin taso veressä nousee. Typpeä hengitettäessä se korvaa hapen ja jokaisella uloshengityksellä CO2 poistuu normaalisti. Noin kolmannella sisäänhengityksellä veren happipitoisuus on pudonnut niin alas, että henkilö menettää tajuntansa. Usein uhriksi joutuu myös auttamaan rientänyt henkilö, joka ei tiedosta vaaraa.[11][12] Tätä ominaisuutta käytetään teurastamoissa tajuttomuuden ja kuoleman aikaansaamiseksi teuraseläimille.[13]
Lähteet
- http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/aineistot/kaasut/typpi.html (Arkistoitu – Internet Archive)
Viitteet
Aiheesta muualla
- Nesteytetyn typen kansainvälinen kemikaalikortti
- Puristetun typen kansainvälinen kemikaalikortti
- Onnettomuutta ja vaaraa aiheuttavat aineet (Arkistoitu – Internet Archive)
- Kokeita nestemäisellä typellä (Arkistoitu – Internet Archive)
- PubChem: Nitrogen
- Human Metabolome Database: Nitrogen (englanniksi)
- Food Component Database (FooDB): Nitrogen (englanniksi)
- KEGG: Nitrogen (englanniksi)
- Periodictable: Technical data for Nitrogen (englanniksi)
- ChemBlink: Nitrogen (englanniksi)
- CSB Safety Video: Hazards of Nitrogen Asphyxiation Virallinen video
- Webmineral: Mineral Species containing Nitrogen (N) (englanniksi)
- Mindat: The Mineralogy of Nitrogen (englanniksi)
- Luettelo typen isotoopeista The Isotopes Project Home Page (englanniksi)
- Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Nitrogen (englanniksi)
argon (E 398) |butaani (E 943a) |happi (E 948) |helium (E 939) |hiilidioksidi (E 290) |isobutaani (E 943b) |propaani (E 944) |typpi (E 941) |typpimonoksidi (E 942) |vety (E 949)