V druhé polovině 18. století byla objevena složka vzduchu, která nepodporujehoření anidýchání. Tento plyn popsal jako první NěmecCarl Wilhelm Scheele v roce 1777 a FrancouzAntoine Lavoisier ho pojmenoval jakoazote (tento název se používá např. ve francouzštině, ruštině (Азот) nebo polštině), což znamená 'dusivý plyn'. Poté, co bylo zjištěno, že jekyselina dusičná odvozena od dusíku, pro něj Chaptal navrhl názevnitrogéne, což znamená 'ledkotvorný', který se udržel vlatinském označenínitrogenium. Český názevdusík vznikl překladem jeho německého názvuStickstoff a pochází odJana Svatopluka Presla;[2][3] podobné názvy jsou ještě např. veslovenštině (dusík) neboslovinštině achorvatštině (dušik).
Dusík jeplyn bezbarvy, chuti a zápachu. Nenítoxický ani jinak nebezpečný. Dusík je v atmosféře tvořendvouatomovýmimolekulami, které jsou spojeny velmi pevnou trojnouvazbou. Tato trojná vazba má za následek jeho nízkou reaktivitu. Dusík jeinertní plyn, to znamená, že reaguje s jinými chemickými sloučeninami pouze za vysokýchteplot atlaků. Za laboratorníteploty reaguje pouze s lithiem ahořčíkem. Za vysokých teplot se však dusík slučuje s většinou prvků – např. skyslíkem okolo teploty 2 500 °C.
Naproti tomuatomární dusík je velmi reaktivní a nelze ho uchovávat. Jeho vysoká reaktivita spočívá v tom, že má ve valenční vrstvě 3 nepárovéelektrony. Stability docílí tím, že buď přijme třielektrony a vytvoří stabilní oktet ve valenční sféře N3−, nebo odevzdá až 5 elektronů a získá tím kladnou valenci, např. N1+, N3+ nebo N5+.
Dusík má po kyslíku afluoru třetí nejvyšší hodnotuelektronegativity, a proto u něj převládá schopnost vytvářetaniont, který se nazývá nitridový N3−. Pouze ve sloučeninách s kyslíkem a fluorem je schopen tvořit ionty, kde se uplatňuje v kladné valenci. Například v dusičnanech má dusík oxidační číslo N5+.
Pomocí přesunů elektronu je možné nalézt a vyjádřit určité mezní elektronové konfigurace valenční sféry atomů dusíku ve sloučeném stavu. Aby tedy dusík dosáhl max. zápornéhooxidačního stavu, musí přijmout tři elektrony. Aby dosáhl max. kladnéhooxidačního stavu 5, musí odtrhnout pět elektronů.
Kvůli své elektronegativitě dusík nemůže spontánně přesunout svou elektronovou hustotu z atomů při vytváření vazeb s jinými elektronegativnějšími prvky, ale zároveň není jeho elektronegativita dostatečně vysoká na "přetáhnutí" vazebných elektronů do valenční sféry při vazbě s elektropozitivními prvky. Z tohoto důvodu jsou atomy dusíku ve většině svých sloučenin zapojeny v kovalentních vazbách a jednoatomové ionty téměř netvoří.
Běžně se u dusíku vyskytují homonukleární vazby. V roce 2025 byla publikována příprava alotropu N6.[4][5][6]
Díky vysoké pestrosti vazebných situací se dusík vyskytuje prakticky ve všech svých oxidačních stavech (−3 až 5).
V elementární podobě se s dusíkem setkáváme prakticky neustále, tvoří totiž 78 % (objemových) zemské atmosféry. Ve stopách se v atmosféře vyskytuje takéamoniak, který se uvolňuje tlením organických sloučenin a při elektrickém výboji (například blesku). Přiblesku může také dojít v atmosféře k reakci dusíku s kyslíkem za vznikuoxidu dusnatého, který ihned reaguje s kyslíkem za vznikuoxidu dusičitého a ten reaguje s vzdušnou vlhkostí a kyslíkem za vznikukyseliny dusičné, která se vyskytuje vkyselých deštích.
Vzhledem k rozpustnosti prakticky všech svých anorganických solí se téměř nevyskytuje v běžných horninách. Všechny tyto látky byly v průběhu času dávno spláchnuty do oceánů a tam se opět zapojily do různých biologických cyklů. Výjimkou je např.chilský ledek nebolidusičnan sodný NaNO3, který pravděpodobně vznikl rozkladem rostlinných a živočišných látek zejména na chilském pobřeží. Významným zdrojem organického dusíku jsou především objemné vrstvy ptačího trusu, nazývanéguano a využívané především jakohnojivo.
Nádrž s kapalným dusíkem, užívaná k plnění kryostatů
Nejvýhodnější laboratorní příprava čistého dusíku se provádí zahříváním koncentrovaného roztoku dusitanu amonného nebo směsi roztoku chloridu a dusitanu amonného. Aby se odstranily stopy přimíšených oxidů dusíku, promývá se dusík směsídichromanu draselného akyseliny sírové.
NH4NO2 → N2 + 2 H2O
Často se ještě dusík v laboratoři připravuje vedením vzduchu přes rozžhavenouměď. Měď reaguje skyslíkem a vzniká černýoxid měďnatý. Vzniklý dusík není úplně čistý, protože vzduch obsahuje okolo 1 %argonu a dalších vzácných a netečných plynů. Tomuto dusíku se říká atmosférický dusík.
Další možná příprava dusíku v laboratoři, při které získáme obzvláště čistý dusík, je tepelný rozklad amoniaku. Při tomto postupu vedeme amoniak přes práškový nikl při teplotě 1 000 °C.Vodík poté od dusíku oddělíme na základě odlišných teplot varu.
Dusík se dříve technicky připravoval vedením vzduchu přes rozžhavené uhlí nebo koks, čímž se kyslík spálí na oxid uhličitý. Oxid uhličitý se následně od dusíku odstraní promýváním ve vodě. Takto získaný dusík obsahuje okolo 1 % vzácných a dalších netečných plynů a nazývá se atmosférický dusík.
Dusík se dnes prakticky výlučně vyrábí nízkoteplotní rektifikací zkapalněnéhovzduchu a tvoří přitom spíše přebytky při výrobě více žádanéhokyslíku. Při postupném ochlazování nejprve dochází k oddělení kapalného CO2. Dále dochází ke zkapalnění kyslíku s dusíkem, případně ještě argonem. Hélium zůstává plynné a tím je ze směsi odděleno (vč. jiných vzácných plynů). Kapalná směs je pak dělena v rektifikační koloně. Představa o frakční destilaci vyučovaná na základních a středních školách je jen zjednodušením a má daleko k průmyslové realitě. Taková velkokapacitní výroba dusíku v rámci ČR je realizována např. v průmyslové zóněLitvínov-Záluží (areál spol.Unipetrol RPA). Kromě přímého expedování se přímo v areálu využívá např. k výrobě amoniaku a také jako důležitý prvek zajišťující bezpečnost umístěných chemických výrob.
Amoniak a následně z něj vyrobenákyselina dusičná jsou látky, které se vyrábějí v chemickém průmyslu velmi mnoho. Amoniak hlavně jako hnojivo a chemická látka k výrobě dalších amonných a jiných sloučenin a kyselina dusičná jako významné oxidovadlo, které se používá i k dalším anorganickým a organickým syntézám.
Plynný dusík nalézá využití jako inertní atmosféra např. v prostředí, kde hrozí nebezpečí výbuchu, pro svařování v inertní atmosféře (TIG), při výrobě integrovaných obvodů, nerezovéoceli. Používá se také k plnění obalů, aby se výrobky nezmačkaly a nezvlhly – například brambůrky v sáčku.
Podrobnější informace naleznete v článku Kapalný dusík.
Balonek potopený do tekutého dusíku
Kapalný dusík se využívá v řaděkryogenních procesů, při nichž je třeba udržet prostředí na značně nízké teplotě. Příkladem je uchovávánítkání nebospermií a vajíček v lázni z kapalného dusíku. Kapalným dusíkem jsou chlazenypolovodičové detektoryrentgenového záření v různých spektrometrických aplikacích. V medicíně se používá k místní nekrotizaci tkáně, napříkladbradavic.
Pevný dusík se používá ve směsi s kapalným pro rychlejší chlazení, např. při kryokonzervaci spermií.[7] Také je využíván jakomatrice pro studium a uchovávání nestabilních sloučenin, např. volných radikálů.[8] Příkladem může být studiumkomplexů kovů s N2ligandy.[9]
Dusíkatá hnojiva jsou látky, které se rostlinám dodávají, aby rostly rychleji. Rostliny dusík nevylučují a plně ho využívají k růstu. Rostliny, které byly hnojeny nadbytkem hnojiv s obsahem dusíku, lze poznat podle dužnatých tkání křehkých dužnatých orgánů, velkých, sytě zelených, listů. Takové rostliny se snadno poškodí a také více trpí chorobami a škůdci.
Amoniak NH3 a jeho sloučeniny jsou jedním z nejvyužívanějších hnojiv v zemědělství. Plynný amoniak se v poslední době stává náhradoufreonů v chladírenství. Amoniak se vyrábí přímou syntézou z plynů tzv.Haberovým–Boschovým procesem.
Dusičnan amonný NH4NO3 je další často používané hnojivo bohaté na obsah dusíku. Dnes se však stejně jakosíran amonný (NH4)2SO4 a dusíkaté vápno nebolikyanamid vápenatý CaCN2 využívá méně. Dusičnan amonný se také využívá k výrobě výbušnin, bengálských ohňů a samozápalných směsí.
Močovina (NH2)2CO neboli diamid kyseliny uhličité se jako hnojivo v poslední době využívá stále více. Její výroba je nenáročná a velmi levná. Močovina se také používá k výroběkopolymerů, jako jsou například močovinoformaldehydové pryskyřice.
Ostatní dusičnany, které se používají jako hnojiva, nejsou samy o sobě významné. Používají se hlavně ve směsi s dalšími látkami a vytváří tak komplexní hnojiva. Například dusičnan sodný NaNO3 a dusičnan draselný KNO3.
Použití dusíku je ale třeba zefektivnit, aby například nedocházelo ke zbytečnému znečišťování vod.[10]
Mimořádných oxidačních vlastností sloučenin dusíku s valencí N5+ se již od dávnověku využívá při výrobě explozivních látek. Již v starověké Číně byla známa výrobastřelného prachu, jehož podstatnou složku tvoří dusičnan sodný nebo draselný. V současné době se v tomto oboru uplatňují spíše organické sloučeniny, ať již jde onitroglycerin nebotrinitrotoluen (TNT).
Organické sloučeniny dusíku jako napříkladaminy se používají k výrobě barviv a léčiv. Jiné dusíkaté organické deriváty se používají například k výrobě indikátorů v analytické chemii.
Vodný roztok močoviny (32,5%) se používá pod komerčním názvemAdBlue vevznětových motorech jako aditivum, sloužící ke snížení emisí výfukových plynů.
Mezi deriváty amoniaku se řadíamidy,imidy anitridy, které vznikají nahrazováním atomů vodíků v jeho molekule. Dálehydrazin,hydroxylamin, halogenidy a oxidohalogenidy dusíku a sloučeniny síry s dusíkem.
Amoniak NH3 je plyn lehčí než vzduch, bez barvy, rozpustný ve vodě, má charakteristický štiplavý zápach, leptá sliznice a používá se jako hnojivo a surovina pro výrobu dalších anorganických a organických sloučenin. Při rozpouštění amoniaku ve vodě se reakcí s vodou tvoří z části molekul amoniaku tzv.hydroxid amonný.
Derivát, který vzniká nahrazením jednoho atomu vodíku v amoniaku, se nazývá amid nebo amin.Amidy jsou deriváty amoniaku, které mají atom vodíku nahrazen kovem (např. amid sodný NaNH2) nebo si je můžeme představit odvozené náhradou skupiny OH v kyselinách za skupinu -NH2 (např. diamid kyseliny uhličité nebolimočovina (NH2)2CO). Jako aminy se označují ostatní sloučeniny (např. chloramin NH2Cl). Toto dělení se používá pouze pro anorganické sloučeniny, v organických sloučeninách tyto názvy označují jiné sloučeniny.
Derivát, který vzniká nahrazením dvou atomů vodíku v amoniaku, se nazýváimid nebo imin. Anion má tvar >NH2−. Rozdíl mezi imidem a iminem a použití těchto názvů je stejné jako u amidu a aminu.
Derivát, který vznikne odtržením všech atomů vodíku z amoniaku, se nazývánitrid nebo (pouze v některých sloučeninách) nitril. Jako nitril se označuje velmi málo sloučenin (např. kyselina nitrilosulfonová N(SO3H)3). Nitridy jsou obecně dvouprvkové sloučeniny dusíku s jinými prvky. Většinou to jsou pevné látky s velmi vysokými teplotami tání a varu.
Hydrazin N2H4 je bezbarvá, na vzduchu silně dýmající kapalina. Má zásaditý charakter a je schopen tvořit soli hydrazínia. Hydrazin se používá jako redukční činidlo a raketové palivo.
Hydroxylamin NH2OH nelze snadno připravit ve volném stavu, protože látka snadno detonuje. Stabilnější jsou její soli hydroxylaminia. Roztok hydroxylaminu reaguje silně zásaditě.
Mezi halogenidy dusíku řadímefluorodusík NF3,chlorodusík NCl3 ajododusík NI3. Bromodusík se nepodařilo připravit čistý, ale pouze jako amoniakát NBr3·6NH3. Fluorodusík je bezbarvý plyn, chlorodusík těkavá tmavě žlutá olejovitá kapalina a jododusík hnědočervená pevná látka. Všechny tyto látky jsou velmi nebezpečné, protože jsou velmi lehce explozivní, jododusík již při dotyku.
Mezi sloučeniny síry s dusíkem patří několik látek. Nejznámější mají složení S4N4 tetranitrid síry a S4N2 dinitrid síry. Obě dvě jsou pevné krystalické látky, které při zahřátí detonují a rozkládají se na dusík a síru.
Oxidy dusíku jsou známy s dusíkem formální valence N1+ až N5+. Oxidy dusíku s mocenstvím N2+ až N5+ jsou hlavními složkami tzv. suchého neboli losangeleského smogu.
Oxid dusný N2O, nazývaný také rajský plyn, je bezbarvý plyn slabého zápachu a nasládlé chuti, který byl v dřívějších dobách používán jako narkotikum při chirurgických operacích. Dnes se používá jako hnací plyn ve sprejích. Jeho struktura N≡N+−O− ↔ N−=N+=O ukazuje, že nejde o dusík jednovalentní.
Oxid dusnatý NO je bezbarvý plyn, velmi jedovatý, který při kontaktu s kyslíkem reaguje na oxid dusičitý. Ve vodě je velmi málo rozpustný a řadí se mezi inertní oxidy.[zdroj?] Je to důležitý meziprodukt při výrobě kyseliny dusičné.
Oxid dusitý N2O3 je temně modrá kapalina, která se za pokojové teploty rychle rozkládá naoxid dusnatý aoxid dusičitý. Stabilní je vedle těchto oxidů pouze v rovnováze.
Oxid dusičný N2O5 je bezbarvá krystalická látka, která se na vzduchu rychle rozplývá.Oxid dusičný není stabilní a může bez vnější příčiny explodovat. Při reakci s ozonem lze získat sloučeninu s větším obsahem kyslíku, která má složení NO3 a nazývá seperoxid nitrosylu. Snadno se rozkládá a nelze ji získat v čistém stavu.
Známe dvě řady oxohalogenidů dusíku: halogenidy nitrosylu (NOX) a halogenidy nitrylu (NO2X). První jsou velmi reaktivní plyny, které lze vyrobit přímou halogenacíoxidu dusného.Fluorid nitrosylu (NOF) je bezbarvý plyn, jde o silné fluorační a nitrační činidlo, čehož se využívá v syntéze.Chlorid nitrosylu (NOCl) je žlutý plyn, je to silný elektrofil a oxidační činidlo.Bromid nitrosylu (NOBr) je červený plyn, silné oxidační činidlo. Za pokojové teploty částečně disociuje na oxid dusnatý a brom.Fluorid achlorid nitrylu (NO2F a NO2Cl) jsou bezbarvé plyny a silná oxidační činidla.
Kyselina azidovodíková HN3 je bezbarvá, ostře páchnoucí kapalina s jedovatými parami, které explodují velmi prudce, pokud přijdou do styku s horkým předmětem. Ve vodném roztoku je kyselina azidovodíková stálá. Je to slabá kyselina. Její soli azidy jsou ve vodě velmi dobře rozpustné a jsou stálejší než volná kyselina.
Kyselina dusná H2N2O2 je bílá krystalická látka, která je v suchém stavu krajně explozivní. Dobře se rozpouští ve vodě a lihu. Je to velmi slabá kyselina, protože jejídisociace v roztoku je nepatrná. Její soli jsou znatelně stabilnější a nazývají sedusnany neboli hyponitrily.
Kyselina dusnatá H4N2O4 je zatím známá pouze v podobě svých solí, protože se ji doposud nepodařilo připravit.
Kyselina dusitá HNO2 je látka stálá pouze v chladných, silně zředěných roztocích. Při vyšší teplotě nebo ve větší koncentraci se rozkládá na kyselinu dusičnou, oxid dusnatý a vodu. Soli kyseliny dusité, dusitany neboli nitrity, jsou na rozdíl od kyseliny znatelně stabilnější a mají praktické využití při organických syntézách např.diazotaci.[11]
Kyselina dusičná HNO3 je v čistém stavu bezbarvá kapalina, která se ve větší koncentraci na světle rozkládá naoxid dusičitý,vodu akyslík. Kyselina je silnéoxidační činidlo. Je to jedna z průmyslově nejvyráběnějších látek a má velmi široké množství použití v průmyslu stejně jako její soli, dusičnany neboli nitráty.
Kyselina kyanovodíková HCN je vodný roztokkyanovodíku HCN. Je to slabá toxická kyselina, místy využívaná jako postřik. Její soli se nazývají kyanidy (např.kyanid draselný KCN nebokyanid sodný NaCN. Kyanidy se v organismech mění na kyanovodík HCN. Také se mohou měnit nauhličitany.
Nitrosloučeniny obsahují v molekule skupinu -NO2. Mají podle reakčních podmínek mírné oxidační vlastnosti a některé z nich jsou významnými meziprodukty chemického průmyslu, zejména při výrobě aromatických aminů a výbušnin. Vyrábí se nitrací aromátů nitrační směsí nebo nitrací alifátů plynnou HNO3 nebo NOx. Typickým příkladem jsounitrotolueny,trinitrotoluen nebonitromethan.
Aminy jsou deriváty amoniaku, které vznikají náhradou atomů vodíku v jeho molekule, a dělí se na primární se skupinou -NH2, sekundární se skupinou =NH a terciární se skupinou =N-. Aminoskupina je přítomna ve všech aminokyselinách, které jsou základní stavební jednotkou bílkovin. Nejdůležitějším aromatickým aminem jeanilín.
Atom dusíku v aminech má stejně jako v amoniaku volný elektronový pár. Aminy jsou tedy zásadami, mohou poutat H+ a tvořitamoniové soli.
Azosloučeniny jsou dusíkaté deriváty obsahující skupinu -N=N-, na tuto skupinu se mohou vázat dva stejné nebo různé uhlovodíkové zbytky. Např. 4-[4-(dimethylamino)fenylazo]benzen-1-sulfonová kyselina, jejíž sodná sůl, triviálněmethyloranž, se používá jakoindikátor.
Aminokyseliny jsou dusíkaté a kyslíkaté deriváty, které obsahujíaminoskupinu -NH2 akarboxylovou skupinu -COOH. Aminokyseliny jsou základní stavební jednotkybílkovin a v organismech se vyskytuje pouze 20 proteinogenních aminokyselin (tzn. takových, které se vyskytují v bílkovinách). Všechny tyto aminokyseliny mají triviální názvy, až naglycin jsou opticky aktivní a patří mezi tzv. L-aminokyseliny.
R-aminokyseliny se vyskytují pouze v savčíchmozcích a mají zde důležitou funkci při mozkových pochodech, jako je uchovávání informací vpaměti.
Imidy jsou dusíkaté deriváty, které obsahujíimidovou skupinu -CO-NH-CO-. Ta vzniká reakcí dvou karboxylových kyselin s amoniakem R1COOH + NH3 + R2COOH → R1CO-NH-COR2 + 2 H2O.
Nitrily jsou dusíkaté deriváty, které obsahujínitrilovou skupinu -C≡N. Pokud pojmenováváme tyto sloučeniny jako nitrily, tak se uhlík vázaný na dusík zahrnuje do názvuuhlovodíkového zbytku. Pokud bychom chtěli pojmenovávat tyto sloučeniny jako kyanidy, tak se uhlík vázaný na dusík nezahrnuje do názvu uhlovodíkového zbytku.
Hydrazidy jsou dusíkaté deriváty, které obsahujíhydrazidovou skupinu R-CO-NH-NH2. V hydrazinu mohou být nahrazeny až všechny čtyři atomyvodíku. R1COOH + NH2NH2 → R1CO-NH-NH2 + H2O.
Nitráty jsouestery kyseliny dusičné, které obsahujínitroskupinu -O-NO2. Nitráty se typicky připravují "nitrací"hydroxysloučenin kyselinou dusičnou ve formě zpravidla nitrační směsi. Ukázkovými představiteli jsou kapalný glyceroltrinitrát "nitroglycerin" nebo krystalický pentaerythritoltetranitrát "pentrit", oba dva brizantní výbušiny.
↑Václav Machek:Etymologický slovník jazyka českého. Praha 1971. („od Presla“, s. 135).
↑PRESL, Jan Svatopluk; BERTHOLD, Bedřich Všemír, hrabě.O přirozenosti rostlin, aneb Rostlinář. Praha: Karel Vilím Enders, 1820.
↑MONDAL, Sanjukta; PHYS.ORG. Successful synthesis of neutral N₆ opens door for future energy storage.phys.org [online]. [cit. 2025-06-22].Dostupné online. (anglicky)
↑ Chemici vyrobili novou molekulu dusíku s obří energií.WIRED CZ [online]. 2025-06-19 [cit. 2025-06-22].Dostupné online.
↑SANSINENA, M.; SANTOS, M.V.; ZARITZKY, N. Comparison of heat transfer in liquid and slush nitrogen by numerical simulation of cooling rates for French straws used for sperm cryopreservation.Theriogenology. 2012-05, roč. 77, čís. 8, s. 1717–1721.Dostupné online [cit. 2020-10-18].ISSN0093-691X.doi:10.1016/j.theriogenology.2011.10.044. (anglicky)
↑BECKER, Edwin D.; PIMENTEL, George C. Spectroscopic Studies of Reactive Molecules by the Matrix Isolation Method.The Journal of Chemical Physics. 1956-08, roč. 25, čís. 2, s. 224–228.Dostupné online [cit. 2020-10-18].ISSN0021-9606.doi:10.1063/1.1742860. (anglicky)
↑OZIN, Geoffrey A.; VOET, Anthony Vander. Binary Dinitrogen Complexes of Rhodium, Rh(N 2 ) n (where n = 1–4), in Low Temperature Matrices.Canadian Journal of Chemistry. 1973-10-15, roč. 51, čís. 20, s. 3332–3343.Dostupné online [cit. 2020-10-18].ISSN0008-4042.doi:10.1139/v73-498. (anglicky)
↑Princeton University. To save the earth, better nitrogen use on a hungrier planet must be addressed.phys.org [online]. 2015-11-23 [cit. 2023-04-26].Dostupné online. (anglicky)
