Typpi

Hiili ← Typpi → Happi — ↑ N ↓ P       Koko taulukko
Yleistä
Nimi	Typpi
Tunnus	N
Järjestysluku	7
Luokka	epämetalli
Lohko	p-lohko
Ryhmä	15
Jakso	2
Tiheys	0,00125×103 kg/m3
Väri	väritön
Löytövuosi, löytäjä	1772, Daniel Rutherford
Atomiominaisuudet
Atomipaino	14,00674 amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)	70 pm
Kovalenttisäde	75 pm
Van der Waalsin säde	92 pm
Orbitaalirakenne	[He] 2s2 2p3
Elektroneja elektronikuorilla	2, 5
Hapetusluvut	-3, +1, +2, +3, +4, +5
Kiderakenne	heksagonaalinen
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto	kaasu
Sulamispiste	63,25 K (−209,86 °C)
Kiehumispiste	77,35 K (−195,8 °C)
Moolitilavuus	17,3×10−6 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 normaalipaineessa

Typpi (lat. nitrogenium) on alkuaine, joka esiintyy luonnossa kaksiatomisena typpikaasuna, N₂. Typen järjestysluku on 7, kemiallinen merkki N ja IUPACin standardin mukainen atomimassa on [14,00643;14,00728]. 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.

Vuonna 1790 ranskalainen kemisti Jean-Antoine Chaptal antoi aineelle nimen nitrogène (< kreik. νίτρον, nitron 'sooda' + ransk. -gène 'muodostava').

Suomenkielinen nimi typpi on vuonna 1862 johdettu murteellisesta sanasta typehtyä 'tukehtua, sammua', koska typpi on palamaton ja tukehduttaa palamisen.

Esiintyminen

Typpi on luonnossa hyvin yleinen alkuaine. Vapaana alkuaineena sitä on runsaasti Maan ilmakehässä, jossa on 78 % typpeä. 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 energiatasolla. 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 typenoksideiksi. Typenoksideja syntyy esimerkiksi polttomoottoreissa, ja ne aiheuttavat happamia sateita.

Käyttö

Nestemäistä typpeä

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. Typpihapon ja suolahapon seos, kuningasvesi on yksi harvoja aineita, joka voi liuottaa kultaa. Typpeä käytetään myös elintarvikkeiden suojakaasuna, missä tarkoituksessa sen E-koodi on E 941.

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.

Öljy-maakaasuperustainen 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. Ammoniakin hinta kohosi 220 %, 258 € / tn tammikuusta 2007 korkeimpaan hintaansa 860 € / tn, syyskuuhun 2008 mennessä. Hinnat puolestaan laskivat lokakuun 2008 kahdella ensimmäisellä viikolla 57 % 830 €/tn 360 €:oon /tn. Marraskuussa 2008 urean hinta oli enää 245 €/tn ja ammoniakin 243 € / tn.

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. Yara International myi 2008 typpilannoitteita 21 400 000 tonnia. Yara International tuottaa ammoniakkia enemmän kuin toiseksi ja kolmanneksi suurin tuottaja yhteensä.

Isotoopit

Typellä on kaksi pysyvää isotooppia, N-14, jota on yli 99,6 % kaikesta typestä, ja harvinaisempi N-15.

Vaarallisuus

Laitesukelluksessa käytetyssä paineilmassa oleva typpi voi aiheuttaa sukeltajantaudin, jos syvältä noustaan liian nopeasti pintaan. Sukellettaessa paineilmalaitteilla syvälle (yli 30 m syvyyteen) vaarana on myös typpinarkoosi eli syvyyshumala. Riittävän korkeassa paineessa hengityskaasun typpi alkaa vaikuttaa alkoholin tavoin hermostoon.. 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.

Koska typpikaasu on hajuton, mauton ja näkymätön kaasu, se on aiheuttanut useita kuolemaan johtaneita onnettomuuksia.Nestemäinen typpi kaasuntuu 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. Tätä ominaisuutta käytetään teurastamoissa tajuttomuuden ja kuoleman aikaansaamiseksi teuraseläimille.

Käyttö teloituksissa

Televisiossa esitetyssä dokumentissa Michael Portillo, brittiläinen poliittinen kommentaattori ja entinen Ison-Britannian parlamentin jäsen, tutki eri teloitusmenetelmiä ja tuli siihen johtopäätökseen, että typpikaasumyrkytys olisi vähiten epäinhimillinen menetelmä. Normaali kaasukammio sopisi typen käyttöön sellaisenaan.

Lähteet

• http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/aineistot/kaasut/typpi.html

Aiheesta muualla

• Nesteytetyn typen kansainvälinen kemikaalikortti
• Typen (puristettu kaasu) kansainvälinen kemikaalikortti
• Onnettomuutta ja vaaraa aiheuttavat aineet
• Kokeita nestemäisellä typellä
• PubChem: Nitrogen
• Human Metabolome Database: Nitrogen (englanniksi)
• KEGG: Nitrogen (englanniksi)
• ChemBlink: Nitrogen (englanniksi)
• CSB Safety Video: Hazards of Nitrogen Asphyxiation Virallinen video
• The Isotopes Project Home Page: Luettelo typen isotoopeista (englanniksi)

Elintarvikelisäaineisiin kuuluvat pakkauskaasut

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)