В валентности азота в диапазоне от -3 , как аммиак и амины, к +5 и азотной кислоте (Тиаги, 2009). Этот элемент не расширяет валентности, как другие.
Атом азота является химическим элементом с атомным номером 7 и первым элементом группы 15 (ранее VA) периодической таблицы. Группа состоит из азота (N), фосфора (P), мышьяка (As), сурьмы (Sb), висмута (Bi) и московия (Mc).
Рисунок 1: Диаграмма Бора атома азота.
У элементов есть определенные общие черты в химическом поведении, хотя они явно отличаются друг от друга химически. Эти сходства отражают общие характеристики электронной структуры их атомов (Sanderson, 2016).
Азот присутствует почти во всех белках и играет важную роль как в биохимических, так и в промышленных применениях. Азот образует прочные связи из-за его способности тройной связи с другим атомом азота и другими элементами.
Следовательно, соединения азота содержат большое количество энергии. Раньше 100 лет назад об азоте было мало что известно. Теперь азот обычно используется для сохранения продуктов питания и в качестве удобрения (Wandell, 2016).
Электронная конфигурация и валентности
В атоме электроны заполняют разные уровни в соответствии со своими энергиями. Первые электроны заполняют более низкие энергетические уровни, а затем переходят на более высокий энергетический уровень.
Самый внешний энергетический уровень в атоме известен как валентная оболочка, а электроны, помещенные в эту оболочку, известны как валентные электроны.
Эти электроны в основном обнаруживаются при образовании связей и химической реакции с другими атомами. Следовательно, валентные электроны отвечают за различные химические и физические свойства элемента (валентные электроны, SF).
Азот, как упоминалось ранее, имеет атомный номер Z = 7. Это означает, что его заполнение электронами на их энергетических уровнях или электронной конфигурации равно 1S 2 2S 2 2P 3 .
Следует помнить, что в природе атомы всегда стремятся иметь электронную конфигурацию благородных газов, приобретая, теряя или разделяя электроны.
В случае азота благородный газ, который стремится иметь электронную конфигурацию, - это неон с атомным номером Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6 ) и гелий с атомным номером Z = 2 (1S 2 ) ( Реуш, 2013).
Различные способы соединения азота придают ему валентность (или степень окисления). В конкретном случае азота, поскольку он находится во втором периоде периодической таблицы, он не может расширять свой валентный слой, как это делают другие элементы в его группе.
Ожидается, что он будет иметь валентности -3, +3 и +5. Однако азот имеет валентные состояния от -3, как в аммиаке и аминах, до +5, как в азотной кислоте. (Тяги, 2009).
Теория валентной связи помогает объяснить образование соединений в соответствии с электронной конфигурацией азота для данной степени окисления. Для этого необходимо учитывать количество электронов в валентной оболочке и сколько осталось электронов для получения конфигурации благородного газа.
Соединения азота
Рисунок 2: структура молекулярного азота с валентностью 0.
Учитывая большое количество степеней окисления, азот может образовывать большое количество соединений. В первую очередь следует помнить, что в случае молекулярного азота по определению его валентность равна 0.
Степень окисления -3 - одна из самых распространенных для этого элемента. Примерами соединений с этой степенью окисления являются аммиак (NH3), амины (R3N), ион аммония (NH 4 + ), имины (C = NR) и нитрилы (C≡N).
В степени окисления -2 у азота остается 7 электронов в валентной оболочке. Это нечетное количество электронов в валентной оболочке объясняет, почему соединения с такой степенью окисления имеют мостиковую связь между двумя атомами азота. Примерами соединений с этой степенью окисления являются гидразины (R 2 -NNR 2 ) и гидразоны (C = NNR 2 ).
В степени окисления -1 у азота остается 6 электронов в валентной оболочке. Примерами соединений азота с этой валентностью являются гидроксиламин (R 2 NOH) и азосоединения (RN = NR).
В положительных состояниях окисления азот обычно присоединяется к атомам кислорода с образованием оксидов, оксисолей или оксикислот. В случае степени окисления +1 у азота в валентной оболочке 4 электрона.
Примерами соединений с такой валентностью являются оксид диазота или веселящий газ (N 2 O) и нитрозосоединения (R = NO) (Reusch, Oxidation States of Nitrogen, 2015).
В случае степени окисления +2 примером является оксид азота или оксид азота (NO), бесцветный газ, образующийся при реакции металлов с разбавленной азотной кислотой. Это соединение является чрезвычайно нестабильным свободным радикалом, поскольку оно реагирует с O 2 в воздухе с образованием газа NO 2 .
Нитрит (NO 2 - ) в щелочном растворе и азотистая кислота (HNO 2 ) в кислотном растворе являются примерами соединений со степенью окисления +3. Это могут быть окислители для образования NO (г) или восстановители для образования нитрат-иона.
Триоксид диазота (N 2 O 3 ) и нитрогруппа (R-NO 2 ) являются другими примерами азотистых соединений с валентностью +3.
Диоксид азота (NO 2 ) или диоксид азота представляет собой азотистое соединение с валентностью +4. Это коричневый газ, который обычно образуется в результате реакции концентрированной азотной кислоты со многими металлами. Димеризуется с образованием N 2 O 4 .
В состоянии +5 мы находим нитраты и азотную кислоту, которые являются окислителями в кислых растворах. В этом случае азот имеет 2 электрона в валентной оболочке, которые находятся на 2S-орбитали. (Окислительные состояния азота, SF).
Существуют также такие соединения, как нитросилазид и триоксид диазота, в молекуле которых азот имеет различные степени окисления. В случае нитрозилазида (N 4 O) азот имеет валентность -1, 0, +1 и +2; а в случае триоксида азота он имеет валентность +2 и +4.
Номенклатура соединений азота
Учитывая сложность химии соединений азота, традиционной номенклатуры было недостаточно, чтобы назвать их, не говоря уже о том, чтобы правильно их идентифицировать. Вот почему, среди прочего, Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) создал систематическую номенклатуру, в которой соединения названы в соответствии с количеством содержащихся в них атомов.
Это полезно, когда речь идет о названиях оксидов азота. Например, оксид азота будет называться оксидом азота, а оксид азота (NO) - оксидом азота (N 2 O).
Кроме того, в 1919 году немецкий химик Альфред Шток разработал метод наименования химических соединений на основе степени окисления, которая записывалась римскими цифрами в скобках. Так, например, оксид азота и оксид азота будут называться оксидом азота (II) и оксидом азота (I) соответственно (IUPAC, 2005).
Ссылки
- (2005). НОМЕНКЛАТУРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Рекомендации IUPAC 2005 г. Получено с iupac.org.
- Степени окисления азота. (СФ). Восстановлено с kpu.ca.
- Reusch, W. (5 мая 2013 г.). Электронные конфигурации в периодической таблице. Восстановлено с сайта chemistry.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8 августа). Окислительные состояния азота. Восстановлено с сайта chem.libretexts.org.
- Сандерсон, RT (2016, 12 декабря). Элемент группы азота. Получено с britannica.com.
- Тяги, В. П. (2009). Основная химия Xii. Новый гастроном: Ратна Сагар.
- Валентные электроны. (СФ). Восстановлено с сайта chemistry.tutorvista.com.
- Ванделл, А. (13 декабря 2016 г.). Химия азота. Восстановлено с сайта chem.libretexts.org.