Nf3 คือสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจน สารประกอบไนโตรเจนที่สำคัญที่สุด

ก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อมีการสร้างพันธะโควาเลนต์ คู่อิเล็กตรอนจะอยู่ในตำแหน่งเชิงสมมาตรสัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กัน และอะตอมในโมเลกุลไม่มีประจุใดๆ

เมื่อพันธะไอออนิกก่อตัว เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนจากอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวิตี้น้อยลง (EO) ไปยังอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวิตีมากขึ้น ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของไอออน ซึ่งประจุจะถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนที่มอบให้หรือได้รับ ในโมเลกุลที่มีพันธะขั้วโลก เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะถูกแทนที่เพียงบางส่วนไปยังอะตอม EO ที่มากกว่า ในขณะที่ประจุไฟฟ้าเกิดขึ้นกับอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์ แต่ค่าของพวกมันไม่ใช่จำนวนเต็ม ตัวอย่างเช่นในโมเลกุล HCl มีประจุบวกสำหรับไฮโดรเจนและประจุลบบน Cl แต่ค่าของพวกมันน้อยกว่า 1

เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ (เมื่อเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์) จะสะดวกที่จะแสดงประจุของอะตอมในโมเลกุลที่มีพันธะขั้วโลกเป็นจำนวนเต็มเท่ากับประจุที่จะเกิดขึ้นบนอะตอมหากวาเลนซ์อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากขึ้นอย่างสมบูรณ์ กล่าวคือ ถ้าพันธะนั้นเป็นไอออนิกโดยสมบูรณ์ ค่าประจุเหล่านี้เรียกว่า สถานะออกซิเดชัน สถานะออกซิเดชันของธาตุใดๆ ในสารอย่างง่ายจะเป็น 0 เสมอ

ในโมเลกุลของสารเชิงซ้อน ธาตุบางชนิดจะมีอยู่เสมอ สถานะออกซิเดชันคงที่. องค์ประกอบส่วนใหญ่มีลักษณะเฉพาะคือ สถานะออกซิเดชันที่แปรผันแตกต่างกันทั้งเครื่องหมายและขนาดขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโมเลกุล

สำหรับโลหะอัลคาไล เช่นเดียวกับโลหะของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่สอง สถานะออกซิเดชันในสารประกอบทั้งหมดคือ +1 และ +2 ตามลำดับ ฟลูออรีนมีสถานะออกซิเดชันคงที่ที่ -1 โดยทั่วไปออกซิเจนจะมีสถานะออกซิเดชันที่ -2 ไฮโดรเจนในสารประกอบที่ไม่ใช่โลหะมีสถานะออกซิเดชันที่ +1 และในไฮไดรด์ของโลหะ - -1 เพื่อแยกแยะค่าของสถานะออกซิเดชันจากประจุของไอออน ในกรณีแรกจะมีการวางเครื่องหมายไว้หน้าตัวเลข ในส่วนที่สอง - หลังตัวเลข ตัวอย่างเช่น H +1 Cl -1 แต่เป็น Na 1+ Cl 1-

บ่อยครั้งที่เลขออกซิเดชัน (CO) เท่ากับเวเลนซ์และแตกต่างเฉพาะในเครื่องหมายเท่านั้น แต่มีสารประกอบหลายตัวที่สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบไม่เท่ากับความจุของมัน ตามที่ระบุไว้แล้ว ในสารธรรมดา CO ของธาตุจะเป็นศูนย์เสมอ โดยไม่คำนึงถึงความจุของธาตุ ตารางเปรียบเทียบวาเลนซีและสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบบางชนิดในสารประกอบต่างๆ

สารประกอบ องค์ประกอบ ความจุ โครงการ สถานะออกซิเดชัน
โอ 2 ออกซิเจน โอ=โอ
เอช 2 โอ เขาเอ็น -2 +1
เอช 2 โอ 2 Н→О – О←Н -1 +1
ยังไม่มีข้อความ 2 ไนโตรเจน เอ็น≡เอ็น
เอ็นเอช 3 เอช เอ็น เอช เอช -3 +1
เอ็นเอฟ 3 เอฟ เอ็น เอฟ เอฟ +3 -1
N 2 H 4 (ไฮดราซีน) ฮ เอช เอ็น เอ็น เอช -2 +1
NH 2 OH (ไฮดรอกซิลามีน) เอช เอ็น โอ เอช -1 -2 +1

การกำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในโมเลกุลใดๆ ต้องใช้การดำเนินการทางคณิตศาสตร์อย่างง่าย เนื่องจากผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทั้งหมดที่ประกอบเป็นโมเลกุลนั้นเป็นศูนย์ ตัวอย่างเช่นจำเป็นต้องกำหนดระดับการเกิดออกซิเดชันของฟอสฟอรัสในกรดฟอสฟอริก H 3 PO 4 เนื่องจากออกซิเจนมี CO – -2 และไฮโดรเจนมี +1 ดังนั้นเพื่อให้ฟอสฟอรัสมีผลรวมเป็นศูนย์ สถานะออกซิเดชันจะต้องเท่ากับ 5

ไนโตรเจนอาจเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่พบมากที่สุดในระบบสุริยะทั้งหมด หากให้เจาะจงมากขึ้น ไนโตรเจนอยู่ในอันดับที่ 4 ในด้านปริมาณ ไนโตรเจนในธรรมชาติเป็นก๊าซเฉื่อย

ก๊าซนี้ไม่มีสีหรือกลิ่น และละลายในน้ำได้ยากมาก อย่างไรก็ตาม เกลือไนเตรตมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับน้ำได้ดีมาก ไนโตรเจนมีความหนาแน่นต่ำ

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่น่าทึ่ง มีข้อสันนิษฐานว่าได้ชื่อมาจากภาษากรีกโบราณซึ่งแปลว่า "ไร้ชีวิตและนิสัยเสีย" ทำไมทัศนคติเชิงลบต่อไนโตรเจนเช่นนี้? ท้ายที่สุดแล้ว เรารู้ว่ามันเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีน และการหายใจโดยปราศจากโปรตีนนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย ไนโตรเจนมีบทบาทสำคัญในธรรมชาติ แต่ในบรรยากาศก๊าซนี้เป็นก๊าซเฉื่อย หากคุณใช้มันในรูปแบบเดิมก็อาจมีผลข้างเคียงมากมาย เหยื่ออาจเสียชีวิตจากการหายใจไม่ออก ท้ายที่สุดแล้ว ไนโตรเจนถูกเรียกว่าไม่มีชีวิตชีวาเพราะไม่สนับสนุนการเผาไหม้หรือการหายใจ

ภายใต้สภาวะปกติ ก๊าซดังกล่าวจะทำปฏิกิริยากับลิเธียมเท่านั้น โดยก่อตัวเป็นสารประกอบ เช่น ลิเธียมไนไตรด์ Li3N ดังที่เราเห็น สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนในสารประกอบดังกล่าวคือ -3 แน่นอนว่ามันยังทำปฏิกิริยากับโลหะอื่นๆ อีกด้วย แต่เมื่อได้รับความร้อนหรือเมื่อใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ เท่านั้น อย่างไรก็ตาม -3 เป็นสถานะออกซิเดชันต่ำสุดของไนโตรเจน เนื่องจากต้องใช้อิเล็กตรอนเพียง 3 ตัวเท่านั้นในการเติมระดับพลังงานภายนอกให้สมบูรณ์

ตัวบ่งชี้นี้มีความหมายหลายประการ สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนแต่ละสถานะมีสารประกอบของตัวเอง เป็นการดีกว่าที่จะจำการเชื่อมต่อดังกล่าว

5 คือสถานะออกซิเดชันสูงสุดของไนโตรเจน พบได้ในเกลือไนเตรตทั้งหมด

ไนโตรเจนยังไม่มีข้อความ (ไนโตรเจน) , องค์ประกอบทางเคมี (ที่หมายเลข 7) กลุ่มย่อย VA ของตารางธาตุ ชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยไนโตรเจน 78% (โดยปริมาตร) เพื่อแสดงให้เห็นว่าไนโตรเจนสำรองเหล่านี้มีขนาดใหญ่เพียงใด เราสังเกตว่าในบรรยากาศเหนือแต่ละตารางกิโลเมตรของพื้นผิวโลก มีไนโตรเจนมากมายจนโซเดียมไนเตรตมากถึง 50 ล้านตันหรือแอมโมเนีย 10 ล้านตัน (สารประกอบไนโตรเจนที่มี ไฮโดรเจน) สามารถหาได้จากมัน แต่สิ่งนี้ยังถือเป็นส่วนเล็กๆ ของไนโตรเจนที่มีอยู่ในเปลือกโลก การมีอยู่ของไนโตรเจนอิสระบ่งบอกถึงความเฉื่อยและความยากลำบากในการโต้ตอบกับองค์ประกอบอื่น ๆ ที่อุณหภูมิปกติ ไนโตรเจนคงที่เป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์และอนินทรีย์ ชีวิตของพืชและสัตว์ประกอบด้วยไนโตรเจนที่จับกับคาร์บอนและออกซิเจนในโปรตีน นอกจากนี้สารประกอบอนินทรีย์ที่มีไนโตรเจน เช่น ไนเตรต (NO 3), ไนไตรต์ (NO2), ไซยาไนด์ (CN), ไนไตรด์ (N3) และเอไซด์ (N3) การอ้างอิงทางประวัติศาสตร์ การทดลองของ A. Lavoisier ซึ่งอุทิศให้กับการศึกษาบทบาทของบรรยากาศในการรักษาชีวิตและกระบวนการเผาไหม้ได้ยืนยันการมีอยู่ของสารที่ค่อนข้างเฉื่อยในชั้นบรรยากาศ Lavoisier เรียกมันว่า Azote ซึ่งแปลว่า "ไร้ชีวิต" ในภาษากรีกโบราณ โดยไม่ได้กำหนดลักษณะองค์ประกอบของก๊าซที่เหลืออยู่หลังการเผาไหม้ ในปี 1772 D. Rutherford จากเอดินบะระยอมรับว่าก๊าซนี้เป็นองค์ประกอบและเรียกมันว่า "อากาศที่เป็นอันตราย" ชื่อละตินของไนโตรเจนมาจากคำภาษากรีก nitron และ gen ซึ่งแปลว่า "การขึ้นรูปดินประสิว"การตรึงไนโตรเจนและวัฏจักรไนโตรเจน คำว่า "การตรึงไนโตรเจน" หมายถึงกระบวนการตรึงไนโตรเจน N ในบรรยากาศ 2 . ในธรรมชาติ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี: พืชตระกูลถั่ว เช่น ถั่วลันเตา โคลเวอร์ และถั่วเหลือง จะสะสมปมบนราก ซึ่งแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนจะเปลี่ยนเป็นไนเตรต หรือไนโตรเจนในบรรยากาศถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนภายใต้สภาวะฟ้าผ่า S. Arrhenius พบว่าไนโตรเจนมากถึง 400 ล้านตันต่อปีได้รับการแก้ไขด้วยวิธีนี้ ในชั้นบรรยากาศ ไนโตรเจนออกไซด์จะรวมกับน้ำฝนเพื่อสร้างกรดไนตริกและไนตรัส นอกจากนี้ ยังได้กำหนดไว้ว่าด้วยฝนและหิมะ ไนโตรเจน 6,700 กรัม เมื่อถึงดินพวกมันจะกลายเป็นไนไตรต์และไนเตรต พืชใช้ไนเตรตเพื่อสร้างโปรตีนจากพืช สัตว์ที่กินพืชเหล่านี้จะดูดซึมสารโปรตีนของพืชและแปลงเป็นโปรตีนจากสัตว์ หลังจากการตายของสัตว์และพืช พวกมันจะสลายตัวและสารประกอบไนโตรเจนจะกลายเป็นแอมโมเนีย แอมโมเนียถูกใช้ในสองวิธี: แบคทีเรียที่ไม่ก่อให้เกิดไนเตรตจะสลายแอมโมเนียเป็นองค์ประกอบต่างๆ โดยปล่อยไนโตรเจนและไฮโดรเจน และแบคทีเรียอื่นๆ จะเกิดไนไตรต์จากแอมโมเนีย ซึ่งแบคทีเรียอื่นๆ จะถูกออกซิไดซ์เป็นไนเตรต นี่คือวิธีที่วัฏจักรไนโตรเจนเกิดขึ้นในธรรมชาติหรือวัฏจักรไนโตรเจนโครงสร้างของเปลือกนิวเคลียสและอิเล็กตรอน ไนโตรเจนในธรรมชาติมีไอโซโทปเสถียรอยู่ 2 ไอโซโทป โดยมีเลขมวล 14 (ประกอบด้วยโปรตอน 7 ตัว และนิวตรอน 7 ตัว) และด้วยมวลหมายเลข 15 (ประกอบด้วยโปรตอน 7 ตัว และนิวตรอน 8 ตัว) อัตราส่วนคือ 99.635:0.365 ดังนั้นมวลอะตอมของไนโตรเจนคือ 14.008 ไอโซโทปไนโตรเจนที่ไม่เสถียร 12 นิวตัน 13 นิวตัน 16 นิวตัน 17 N ได้รับมาแบบเทียมแผนผังโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมไนโตรเจนคือ: 1 ส 2 2ส 2 2พีเอ็กซ์ 1 2พี วาย 1 2หน้าz 1 . ดังนั้นเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก (ที่สอง) จึงประกอบด้วยอิเล็กตรอน 5 ตัวที่สามารถมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี ออร์บิทัลของไนโตรเจนก็สามารถรับอิเล็กตรอนได้เช่นกัน เช่น สามารถสร้างสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันได้จาก (ครั้งที่สอง I) ถึง (V) และพวกเขาก็เป็นที่รู้จัก ดูสิ่งนี้ด้วยโครงสร้างอะตอมโมเลกุลไนโตรเจน จากการพิจารณาความหนาแน่นของก๊าซ พบว่าโมเลกุลไนโตรเจนเป็นแบบไดอะตอมมิก เช่น สูตรโมเลกุลของไนโตรเจนคือ Nє N (หรือ N 2 ). อะตอมไนโตรเจนสองอะตอมมีอะตอมภายนอกสามอะตอม 2พี- อิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมจะเกิดพันธะสาม:N:::N: ทำให้เกิดคู่อิเล็กตรอน วัดระยะทางระหว่างอะตอม N N เท่ากับ 1.095 Å . เช่นเดียวกับกรณีของไฮโดรเจน (ซม. ไฮโดรเจน)มีโมเลกุลไนโตรเจนที่มีการหมุนของนิวเคลียสต่างกัน - สมมาตรและแอนติสมมาตร ที่อุณหภูมิปกติ อัตราส่วนของรูปแบบสมมาตรและแอนติสมมาตรคือ 2:1 ในสถานะของแข็ง มีการดัดแปลงไนโตรเจนสองแบบ: ก ลูกบาศก์และ ข หกเหลี่ยมที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่าน ก® ข 237.39° ค. การปรับเปลี่ยน ข ละลายที่ 209.96° C และเดือดที่ 195.78° C ที่ 1 เอทีเอ็ม ( ซม. โต๊ะ 1). พลังงานการแยกตัวของโมล (28.016 กรัม หรือ 6.023ตอนที่ 10 23 โมเลกุล) โมเลกุลไนโตรเจนเป็นอะตอม (ไม่มี 2 2N) เท่ากับประมาณ 225 กิโลแคลอรี ดังนั้นอะตอมไนโตรเจนจึงสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการปล่อยกระแสไฟฟ้าอย่างเงียบ ๆ และมีปฏิกิริยาทางเคมีมากกว่าโมเลกุลไนโตรเจนใบเสร็จรับเงินและการสมัคร วิธีการรับธาตุไนโตรเจนขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ที่ต้องการ ได้รับไนโตรเจนในปริมาณมากสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียในขณะที่ยอมรับส่วนผสมเล็กน้อยของก๊าซมีตระกูลได้ไนโตรเจนจากบรรยากาศ ในเชิงเศรษฐกิจ การปล่อยไนโตรเจนออกจากชั้นบรรยากาศเนื่องมาจากวิธีการทำให้อากาศบริสุทธิ์กลายเป็นของเหลวด้วยต้นทุนที่ต่ำ (ไอน้ำ, CO 2 ฝุ่นและสิ่งสกปรกอื่น ๆ จะถูกกำจัด) วงจรการอัด การทำความเย็น และการขยายตัวของอากาศที่ต่อเนื่องกันส่งผลให้อากาศกลายเป็นของเหลว อากาศเหลวจะถูกกลั่นแบบเศษส่วนโดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ก๊าซมีตระกูลจะถูกปล่อยออกมาก่อน จากนั้นไนโตรเจนและออกซิเจนเหลวจะยังคงอยู่ การทำให้บริสุทธิ์ทำได้โดยกระบวนการแยกส่วนซ้ำๆ วิธีนี้ผลิตไนโตรเจนได้หลายล้านตันต่อปี โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียซึ่งเป็นวัตถุดิบตั้งต้นในเทคโนโลยีการผลิตสารประกอบที่มีไนโตรเจนต่างๆ สำหรับอุตสาหกรรมและการเกษตร นอกจากนี้ มักใช้บรรยากาศไนโตรเจนบริสุทธิ์เมื่อไม่สามารถยอมรับการมีออกซิเจนได้วิธีการทางห้องปฏิบัติการ ไนโตรเจนสามารถได้รับในปริมาณเล็กน้อยในห้องปฏิบัติการได้หลายวิธีโดยการออกซิไดซ์แอมโมเนียหรือแอมโมเนียมไอออน ตัวอย่างเช่นกระบวนการออกซิเดชันของแอมโมเนียมไอออนกับไนไตรต์ไอออนนั้นสะดวกมาก:วิธีการอื่นยังเป็นที่รู้จัก: การสลายตัวของเอไซด์เมื่อถูกความร้อน, การสลายตัวของแอมโมเนียกับคอปเปอร์ (II) ออกไซด์, ปฏิกิริยาของไนไตรต์กับกรดซัลฟามิกหรือยูเรีย:การสลายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนียที่อุณหภูมิสูงยังสามารถผลิตไนโตรเจนได้เช่นกัน: คุณสมบัติทางกายภาพ คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของไนโตรเจนแสดงไว้ในตารางที่ 1 1.

ตารางที่ 1. คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของไนโตรเจน
ความหนาแน่น กรัม/ซม.3 0.808 (ของเหลว)
จุดหลอมเหลว, °C –209,96
จุดเดือด, °C –195,8
อุณหภูมิวิกฤติ°C –147,1
ความดันวิกฤต, atm a 33,5
ความหนาแน่นวิกฤติ, กรัม/ซม 3 ก 0,311
ความจุความร้อนจำเพาะ J/(mol K) 14.56 (15°ซ)
อิเลคโตรเนกาติวีตี้ตามแนวคิดของพอลลิง 3
รัศมีโควาเลนต์ 0,74
รัศมีคริสตัล 1.4 (ม 3–)
ศักย์ไอออไนเซชัน, V b
อันดับแรก 14,54
ที่สอง 29,60
ก อุณหภูมิและความดันซึ่งมีความหนาแน่นสถานะของเหลวและก๊าซไนโตรเจนเหมือนกัน
ข ปริมาณพลังงานที่ต้องใช้เพื่อกำจัดอิเล็กตรอนชั้นนอกตัวแรกและอิเล็กตรอนตัวถัดไปต่ออะตอมไนโตรเจน 1 โมล
คุณสมบัติทางเคมี. ตามที่ระบุไว้แล้ว คุณสมบัติเด่นของไนโตรเจนภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันปกติคือความเฉื่อยหรือมีฤทธิ์ทางเคมีต่ำ โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของไนโตรเจนประกอบด้วยคู่อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 ส-level และสามครึ่งเต็ม 2 ร-ออร์บิทัล ดังนั้น ไนโตรเจน 1 อะตอมสามารถจับกับอะตอมอื่นได้ไม่เกิน 4 อะตอม กล่าวคือ หมายเลขประสานงานของมันคือสี่ ขนาดที่เล็กของอะตอมยังจำกัดจำนวนอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่สามารถเชื่อมโยงกับอะตอมนั้นได้ ดังนั้นสารประกอบจำนวนมากของสมาชิกอื่นในกลุ่มย่อย VA จึงไม่มีความคล้ายคลึงกันระหว่างสารประกอบไนโตรเจนเลยหรือสารประกอบไนโตรเจนที่คล้ายกันกลับไม่เสถียร ดังนั้น บมจ 5 สารประกอบเสถียร และ NCl 5 ไม่ได้อยู่. อะตอมไนโตรเจนสามารถสร้างพันธะกับอะตอมไนโตรเจนอีกอะตอมหนึ่งได้ ทำให้เกิดสารประกอบที่ค่อนข้างเสถียรหลายชนิด เช่น ไฮดราซีน N 2 ชั่วโมง 4 และอะไซด์ของโลหะ MN 3 . พันธะประเภทนี้ถือเป็นเรื่องปกติสำหรับองค์ประกอบทางเคมี (ยกเว้นคาร์บอนและซิลิคอน) ที่อุณหภูมิสูง ไนโตรเจนจะทำปฏิกิริยากับโลหะหลายชนิด ทำให้เกิดไอออนิกไนไตรด์ M บางส่วน เอ็กซ์เอ็น ย . ในสารประกอบเหล่านี้ ไนโตรเจนมีประจุลบ ในตาราง ตารางที่ 2 แสดงสถานะออกซิเดชันและตัวอย่างของสารประกอบที่เกี่ยวข้อง

ตารางที่ 2. สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนและสารประกอบที่สอดคล้องกัน

สถานะออกซิเดชัน

ตัวอย่างการเชื่อมต่อ
แอมโมเนีย NH 3, แอมโมเนียมไอออน NH 4 +, ไนไตรด์ M 3 N 2
ไฮดราซีน N2H4
ไฮดรอกซิลามีน NH 2 OH
โซเดียมไฮโปไนไตรท์นา 2 N 2 O 2 , ไนตริกออกไซด์ (I) N 2 O
ไนโตรเจน(II) ออกไซด์ NO
ไนโตรเจน (III) ออกไซด์ N 2 O 3, โซเดียมไนไตรท์ NaNO 2
ไนตริกออกไซด์ (IV) NO 2, ตัวหรี่ N 2 O 4
ไนตริกออกไซด์(V) N 2 O 5 ,กรดไนตริก HNO3 และเกลือของมัน (ไนเตรต)
ไนไตรด์ สารประกอบของไนโตรเจนที่มีองค์ประกอบอิเล็กโทรบวกมากกว่า โลหะและไนไตรด์ที่ไม่ใช่โลหะจะคล้ายกับคาร์ไบด์และไฮไดรด์ พวกเขาสามารถแบ่งออกได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของพันธะ MN ออกเป็นไอออนิก โควาเลนต์ และพันธะชนิดกลาง ตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้คือสารที่เป็นผลึกอิออนไนไตรด์ พันธะในสารประกอบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากโลหะไปเป็นไนโตรเจนเพื่อสร้างไอออน N 3 . ไนไตรด์ดังกล่าวรวมถึง Li 3 N, Mg 3 N 2, Zn 3 N 2 และ Cu 3 N 2 . นอกเหนือจากลิเธียมแล้ว โลหะอัลคาไลอื่นๆ จะไม่ก่อตัวเป็นกลุ่มย่อยของไนไตรด์ IA ไอออนิกไนไตรด์มีจุดหลอมเหลวสูงและทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้าง NH 3 และไฮดรอกไซด์ของโลหะโควาเลนต์ไนไตรด์ เมื่ออิเล็กตรอนของไนโตรเจนมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะร่วมกับอิเล็กตรอนขององค์ประกอบอื่นโดยไม่ต้องถ่ายโอนจากไนโตรเจนไปยังอะตอมอื่น ไนไตรด์ที่มีพันธะโควาเลนต์จะเกิดขึ้น ไฮโดรเจนไนไตรด์ (เช่น แอมโมเนียและไฮดราซีน) นั้นเป็นโควาเลนต์โดยสมบูรณ์ เช่นเดียวกับไนโตรเจนเฮไลด์ (NF) 3 และ เอ็นซีแอล 3 ). โคเวเลนต์ไนไตรด์รวมถึง ตัวอย่างเช่น Si 3 N 4 , P 3 N 5 และ BN เป็นสารสีขาวที่มีความเสถียรสูง และ BN มีการดัดแปลงแบบ allotropic สองแบบ: แบบหกเหลี่ยมและแบบเพชร อย่างหลังเกิดขึ้นที่ความดันและอุณหภูมิสูง และมีความแข็งใกล้เคียงกับเพชรไนไตรด์ที่มีพันธะระดับกลาง องค์ประกอบการเปลี่ยนผ่านในการทำปฏิกิริยากับ NH 3 ที่อุณหภูมิสูงจะก่อให้เกิดประเภทของสารประกอบที่ผิดปกติซึ่งมีการกระจายอะตอมของไนโตรเจนระหว่างอะตอมของโลหะที่มีระยะห่างสม่ำเสมอ ไม่มีการกระจัดของอิเล็กตรอนที่ชัดเจนในสารประกอบเหล่านี้ ตัวอย่างของไนไตรด์ Fe ดังกล่าว 4 N, W 2 N, Mo 2 N, Mn 3 N 2 . สารประกอบเหล่านี้มักจะเฉื่อยโดยสมบูรณ์และมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีสารประกอบไฮโดรเจนของไนโตรเจน ไนโตรเจนและไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างสารประกอบที่ชวนให้นึกถึงไฮโดรคาร์บอนอย่างคลุมเครือ (ดูสิ่งนี้ด้วยเคมีอินทรีย์). ความเสถียรของไฮโดรเจนไนเตรตจะลดลงตามจำนวนอะตอมไนโตรเจนในโซ่ที่เพิ่มขึ้น ตรงกันข้ามกับไฮโดรคาร์บอนซึ่งมีความเสถียรในสายโซ่ยาว ไฮโดรเจนไนไตรด์ที่สำคัญที่สุดคือแอมโมเนีย NH 3 และไฮดราซีน N 2 H 4 . สิ่งเหล่านี้ยังรวมถึงกรดไฮโดรไนตริก HNNN (HN 3). แอมโมเนีย NH3 แอมโมเนียเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่สำคัญที่สุดของเศรษฐกิจยุคใหม่ ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 อเมริกาผลิตได้ประมาณ. แอมโมเนีย 13 ล้านตันต่อปี (ในรูปของแอมโมเนียปราศจากน้ำ)โครงสร้างโมเลกุล โมเลกุลของ NH3 มีโครงสร้างเกือบเสี้ยม มุมพันธะ HNH คือ 107° ซึ่งอยู่ใกล้กับมุมจัตุรมุข 109° . คู่อิเล็กตรอนเดี่ยวนั้นเทียบเท่ากับหมู่ที่เกาะติดกัน ส่งผลให้หมายเลขโคออร์ดิเนตของไนโตรเจนอยู่ที่ 4 และไนโตรเจนอยู่ที่ศูนย์กลางของจัตุรมุขคุณสมบัติของแอมโมเนีย คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของแอมโมเนียเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำแสดงไว้ในตาราง 1 3.

ตารางที่ 3. คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของแอมโมเนียและน้ำ

คุณสมบัติ
ความหนาแน่น กรัม/ซม.3 0.65 (–10°ซ) 1.00 (4.0°ซ)
จุดหลอมเหลว, °C –77,7 0
จุดเดือด, °C –33,35 100
อุณหภูมิวิกฤติ°C 132 374
ความดันวิกฤต, atm 112 218
เอนทาลปีของการกลายเป็นไอ, J/g 1368 (–33°ซ) 2264 (100°ซ)
เอนทาลปีของการหลอมเหลว J/g 351 (–77°ซ) 334 (0°ซ)
การนำไฟฟ้า 5H 10 –11 (–33°ซ) 4H 10 –8 (18° C)
จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของแอมโมเนียต่ำกว่าน้ำมาก แม้จะมีน้ำหนักโมเลกุลที่คล้ายคลึงกันและโครงสร้างโมเลกุลที่คล้ายคลึงกันก็ตาม สิ่งนี้อธิบายได้ด้วยความแข็งแรงของพันธะระหว่างโมเลกุลในน้ำที่ค่อนข้างมากกว่าในแอมโมเนีย (พันธะระหว่างโมเลกุลดังกล่าวเรียกว่าพันธะไฮโดรเจน)แอมโมเนียเป็นตัวทำละลาย ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและโมเมนต์ไดโพลที่สูงของแอมโมเนียเหลวทำให้สามารถใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับสารอนินทรีย์ที่มีขั้วหรือไอออนิกได้ ตัวทำละลายแอมโมเนียมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เอทิลแอลกอฮอล์ โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทละลายในแอมโมเนีย เกิดเป็นสารละลายสีน้ำเงินเข้ม สามารถสันนิษฐานได้ว่าการละลายและการแตกตัวเป็นไอออนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนเกิดขึ้นในสารละลายตามแบบแผนสีฟ้ามีความเกี่ยวข้องกับการละลายและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนหรือการเคลื่อนที่ของ "รู" ในของเหลว ที่ความเข้มข้นสูงของโซเดียมในแอมโมเนียเหลว สารละลายจะมีสีบรอนซ์และเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูง โลหะอัลคาไลที่ไม่ถูกผูกมัดสามารถแยกออกจากสารละลายดังกล่าวได้โดยการระเหยแอมโมเนียหรือการเติมโซเดียมคลอไรด์ สารละลายของโลหะในแอมโมเนียเป็นตัวรีดิวซ์ที่ดี การทำให้เป็นไอออนอัตโนมัติเกิดขึ้นในแอมโมเนียเหลวคล้ายกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในน้ำ:คุณสมบัติทางเคมีบางประการของทั้งสองระบบมีการเปรียบเทียบในตารางที่ 1 4.

แอมโมเนียเหลวในฐานะตัวทำละลายมีข้อได้เปรียบในบางกรณีที่ไม่สามารถทำปฏิกิริยาในน้ำได้เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างส่วนประกอบกับน้ำอย่างรวดเร็ว (เช่น ออกซิเดชันและการรีดักชัน) ตัวอย่างเช่น ในแอมโมเนียเหลว แคลเซียมจะทำปฏิกิริยากับ KCl เพื่อสร้าง CaCl 2 และ K เนื่องจาก CaCl 2 ไม่ละลายในแอมโมเนียเหลว และ K ละลายได้ และปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ ในน้ำปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นไปไม่ได้เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่าง Ca กับน้ำอย่างรวดเร็ว

การผลิตแอมโมเนีย ก๊าซ NH 3 ถูกปล่อยออกมาจากเกลือแอมโมเนียมภายใต้การกระทำของเบสแก่ เช่น NaOH:วิธีการนี้สามารถใช้ได้กับสภาพห้องปฏิบัติการ การผลิตแอมโมเนียขนาดเล็กยังขึ้นอยู่กับการไฮโดรไลซิสของไนไตรด์ เช่น Mg 3 เอ็น 2 , น้ำ. แคลเซียมไซยานาไมด์ CaCN 2 เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำจะเกิดแอมโมเนียด้วย วิธีการทางอุตสาหกรรมหลักในการผลิตแอมโมเนียคือการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาจากไนโตรเจนในบรรยากาศและไฮโดรเจนที่อุณหภูมิและความดันสูง:ไฮโดรเจนสำหรับการสังเคราะห์นี้ได้มาจากการแตกร้าวด้วยความร้อนของไฮโดรคาร์บอน การกระทำของไอน้ำบนถ่านหินหรือเหล็ก การสลายตัวของแอลกอฮอล์ด้วยไอน้ำ หรืออิเล็กโทรไลซิสของน้ำ ได้รับสิทธิบัตรจำนวนมากสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนีย โดยมีเงื่อนไขของกระบวนการที่แตกต่างกัน (อุณหภูมิ ความดัน ตัวเร่งปฏิกิริยา) มีวิธีการผลิตทางอุตสาหกรรมโดยการกลั่นด้วยความร้อนจากถ่านหิน ชื่อของ F. Haber และ K. Bosch มีความเกี่ยวข้องกับการพัฒนาเทคโนโลยีของการสังเคราะห์แอมโมเนีย

ตารางที่ 4. การเปรียบเทียบปฏิกิริยาในน้ำและสภาพแวดล้อมแอมโมเนีย

สภาพแวดล้อมทางน้ำ

สภาพแวดล้อมของแอมโมเนีย

การวางตัวเป็นกลาง
OH – + H 3 O + ® 2H 2 O

NH 2 – + NH 4 + ® 2NH 3

ไฮโดรไลซิส (โปรโตไลซิส)
PCl 5 + 3H 2 O POCl 3 + 2H 3 O + + 2Cl –

PCl 5 + 4NH 3 PNCl 2 + 3NH 4 + + 3Cl –

การแทน
สังกะสี + 2H 3 O + ® สังกะสี 2+ + 2H 2 O + H 2

สังกะสี + 2NH 4 + ® สังกะสี 2+ + 2NH 3 + H 2

การแก้ปัญหา (คอมเพล็กซ์ )
อัล 2 Cl 6 + 12H 2 O 2 3+ + 6Cl –

อัล 2 Cl 6 + 12NH 3 2 3+ + 6Cl –

ความเป็นแอมโฟเทอริซิตี้
สังกะสี 2+ + 2OH – สังกะสี(OH) 2

สังกะสี 2+ + 2NH 2 – สังกะสี(NH 2) 2
สังกะสี(OH) 2 + 2H 3 O + สังกะสี 2+ + 4H 2 O

สังกะสี(NH 2) 2 + 2NH 4 + สังกะสี 2+ + 4NH 3
สังกะสี(OH) 2 + 2OH – สังกะสี(OH) 4 2–

สังกะสี(NH 2) 2 + 2NH 2 – สังกะสี (NH 2) 4 2–
คุณสมบัติทางเคมีของแอมโมเนีย นอกจากปฏิกิริยาที่กล่าวถึงในตารางแล้ว 4 แอมโมเนียทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างสารประกอบ NH 3 ฮ ฮ 2 O ซึ่งมักเข้าใจผิดคิดว่าแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ NH 4 โอ้; ในการดำรงอยู่ของความเป็นจริง NH4OH ไม่ได้รับการพิสูจน์ในการแก้ปัญหา สารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำ (“แอมโมเนีย”) ประกอบด้วย NH 3, H 2 O เป็นส่วนใหญ่ และ NH ไอออนที่มีความเข้มข้นต่ำ 4 + และโอ้ เกิดขึ้นระหว่างการแยกตัวลักษณะพื้นฐานของแอมโมเนียอธิบายได้จากการมีไนโตรเจน:NH โลนอิเล็กตรอนคู่ 3. ดังนั้น NH3 เป็นฐานลูอิสที่มีฤทธิ์เป็นนิวคลีโอฟิลิกสูงที่สุด ซึ่งแสดงออกมาในรูปของการเชื่อมโยงกับโปรตอนหรือนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน:ไอออนหรือโมเลกุลใดๆ ที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอนได้ (สารประกอบอิเล็กโทรฟิลิก) จะมีปฏิกิริยากับ NH 3 ด้วยการก่อตัวของสารประสานงาน ตัวอย่างเช่น:สัญลักษณ์ ม n+ แสดงถึงไอออนของโลหะทรานซิชัน (กลุ่มย่อย B ของตารางธาตุ เช่น Cu 2+ , Mn 2+ และฯลฯ) กรดโปรติก (นั่นคือ ที่มี H) ใดๆ จะทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียในสารละลายที่เป็นน้ำเพื่อสร้างเกลือแอมโมเนียม เช่น แอมโมเนียมไนเตรต NH 4 ไม่ 3 ,แอมโมเนียมคลอไรด์ NH 4 Cl, แอมโมเนียมซัลเฟต (NH 4) 2 เอส 4 , แอมโมเนียม ฟอสเฟต (NH 4) 3PO4 . เกลือเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการเกษตรเป็นปุ๋ยเพื่อนำไนโตรเจนเข้าสู่ดิน แอมโมเนียมไนเตรตยังใช้เป็นวัตถุระเบิดราคาถูก ใช้กับเชื้อเพลิงปิโตรเลียม (น้ำมันดีเซล) เป็นครั้งแรก สารละลายแอมโมเนียที่เป็นน้ำจะใช้โดยตรงสำหรับการแนะนำลงในดินหรือกับน้ำชลประทาน ยูเรีย NH 2 คอนห์ 2 ที่ได้จากการสังเคราะห์จากแอมโมเนียและคาร์บอนไดออกไซด์ก็เป็นปุ๋ยเช่นกัน ก๊าซแอมโมเนียทำปฏิกิริยากับโลหะ เช่น Na และ K เพื่อสร้างเอไมด์:แอมโมเนียยังทำปฏิกิริยากับไฮไดรด์และไนไตรด์เพื่อสร้างเอไมด์:เอไมด์ของโลหะอัลคาไล (เช่น NaNH 2) ทำปฏิกิริยากับ N 2 O เมื่อได้รับความร้อน เกิดเป็นอะไซด์:ก๊าซ NH 3 ลดออกไซด์ของโลหะหนักให้เป็นโลหะที่อุณหภูมิสูง เห็นได้ชัด เนื่องจากไฮโดรเจนที่เกิดจากการสลายตัวของแอมโมเนียเป็น N 2 และเอช 2: อะตอมไฮโดรเจนในโมเลกุล NH 3 สามารถถูกแทนที่ด้วยฮาโลเจน ไอโอดีนทำปฏิกิริยากับสารละลาย NH เข้มข้น 3 ทำให้เกิดส่วนผสมของสารที่มี Nฉัน 3 . สารนี้ไม่เสถียรมากและระเบิดเมื่อได้รับแรงกระแทกทางกลเพียงเล็กน้อย เมื่อทำปฏิกิริยากับ NH 3 ซี แคล 2 คลอรามีน NCl 3, NHCl 2 และ NH 2 Cl เกิดขึ้น เมื่อแอมโมเนียสัมผัสกับโซเดียมไฮโปคลอไรต์ NaOCl (เกิดจาก NaOH และ Cl2 ) ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือไฮดราซีน:ไฮดราซีน. ปฏิกิริยาข้างต้นเป็นวิธีการเตรียมไฮดราซีนโมโนไฮเดรตที่มีองค์ประกอบ N 2 ชม. 4 ชม. 2 O. แอนไฮดรัสไฮดราซีนเกิดขึ้นจากการกลั่นโมโนไฮเดรตแบบพิเศษด้วย BaO หรือสารกำจัดน้ำอื่นๆ คุณสมบัติของไฮดราซีนมีความคล้ายคลึงกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H เล็กน้อย 2 โอ 2 . ไฮดราซีนบริสุทธิ์ปราศจากน้ำ– ของเหลวดูดความชื้นไม่มีสี จุดเดือดที่ 113.5องศาเซลเซียส ; ละลายได้ดีในน้ำทำให้เกิดเป็นฐานที่อ่อนแอในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด (H+ ) ไฮดราซีนก่อให้เกิดเกลือไฮดราโซเนียมที่ละลายน้ำได้ประเภท + X . ความง่ายในการที่ไฮดราซีนและอนุพันธ์บางชนิด (เช่น เมทิลไฮดราซีน) ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ทำให้สามารถใช้เป็นส่วนประกอบของเชื้อเพลิงจรวดเหลวได้ ไฮดราซีนและอนุพันธ์ทั้งหมดมีความเป็นพิษสูงไนโตรเจนออกไซด์. ในสารประกอบที่มีออกซิเจน ไนโตรเจนจะแสดงสถานะออกซิเดชันทั้งหมด เกิดเป็นออกไซด์: N2 O, ไม่, N 2 O 3, ไม่ 2 (N 2 O 4), N 2 O 5. มีข้อมูลไม่มากเกี่ยวกับการก่อตัวของไนโตรเจนเปอร์ออกไซด์ (NO 3, หมายเลข 4) ไนตริกออกไซด์ (I)ยังไม่มีข้อความ 2 O (ไดแอนโตรเจนมอนนอกไซด์) ได้มาจากการแยกตัวด้วยความร้อนของแอมโมเนียมไนเตรต:โมเลกุลมีโครงสร้างเชิงเส้นO ค่อนข้างเฉื่อยที่อุณหภูมิห้อง แต่ที่อุณหภูมิสูงสามารถรองรับการเผาไหม้ของวัสดุที่ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย เอ็น 2 O หรือที่รู้จักกันในชื่อแก๊สหัวเราะ ใช้สำหรับการดมยาสลบเล็กน้อยในทางการแพทย์ไนตริกออกไซด์ (II) ไม่มี ก๊าซไม่มีสีเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ของการแยกตัวด้วยความร้อนของตัวเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนียเมื่อมีออกซิเจน:NO ยังเกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวทางความร้อนของกรดไนตริกหรือระหว่างปฏิกิริยาของทองแดงกับกรดไนตริกเจือจาง:NO สามารถหาได้โดยการสังเคราะห์จากสารอย่างง่าย (N 2 และโอ 2 ) ที่อุณหภูมิสูงมาก เช่น ในการปล่อยประจุไฟฟ้า โครงสร้างของโมเลกุล NO มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัว สารประกอบที่มีโครงสร้างนี้มีปฏิกิริยากับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ในสถานะของเหลวหรือของแข็ง ออกไซด์จะเป็นสีน้ำเงินเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ทำให้เกิดการเชื่อมโยงบางส่วนในสถานะของเหลวและการลดขนาดเล็กน้อยในสถานะของแข็ง: 2NOเอ็น2โอ2 ไนตริกออกไซด์ (III) N2O3 (ไนโตรเจนไตรออกไซด์) ไนตรัสแอนไฮไดรด์: N2O3 + H2O2HNO2 N2O3 บริสุทธิ์ สามารถรับเป็นของเหลวสีน้ำเงินได้ที่อุณหภูมิต่ำ (20° C) จากส่วนผสมที่เท่ากันของ NO และ NO 2. N2O3 เสถียรเฉพาะในสถานะของแข็งที่อุณหภูมิต่ำ (mp 102.3° C) ในสถานะของเหลวและก๊าซจะสลายตัวเป็น NO และ NO อีกครั้ง 2 . ไนตริกออกไซด์ (IV)หมายเลข 2 (ไนโตรเจนไดออกไซด์) ยังมีอิเล็กตรอนแบบไม่มีคู่อยู่ในโมเลกุล ( ดูด้านบนไนตริกออกไซด์ (II)) โครงสร้างของโมเลกุลจะมีพันธะสามอิเล็กตรอน และโมเลกุลนั้นแสดงคุณสมบัติของอนุมูลอิสระ (เส้นหนึ่งตรงกับอิเล็กตรอนสองตัวที่จับคู่กัน):ได้จากปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนียในออกซิเจนส่วนเกินหรือการเกิดออกซิเดชันของ NO ในอากาศ:และโดยปฏิกิริยา:ที่อุณหภูมิห้อง NO 2 ก๊าซมีสีน้ำตาลเข้มและมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กเนื่องจากมีอิเล็กตรอนไม่มีคู่ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0°C NO 2 โมเลกุล สลายตัวเป็นไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์และที่ 9.3° การลดขนาด C ดำเนินไปอย่างสมบูรณ์: 2NO2N2O4 . ในสถานะของเหลว มีเพียง 1% NO เท่านั้นที่ไม่ผ่านการไดเมอร์ 2 และที่ 100 ° C ยังคงเป็นไดเมอร์ที่ 10% N 2 โอ 4 . (หรือ N2O4 ) ทำปฏิกิริยาในน้ำอุ่นให้เกิดกรดไนตริก: 3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO เทคโนโลยีหมายเลข 2 จึงมีความสำคัญมากในฐานะขั้นกลางในการได้รับผลิตภัณฑ์ที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม– กรดไนตริกไนตริกออกไซด์ (V) N2O5 (เก่า. ไนตริกแอนไฮไดรด์) สารผลึกสีขาวที่ได้จากการคายน้ำของกรดไนตริกโดยมีฟอสฟอรัสออกไซด์ P 4 ถึง 10: N2O5 ละลายได้ง่ายในความชื้นในอากาศและก่อตัวอีกครั้ง HNO3. คุณสมบัติของ N2O5 ถูกกำหนดโดยความสมดุลN 2 O 5 เป็นสารออกซิไดซ์ที่ดี ซึ่งทำปฏิกิริยาได้ง่าย บางครั้งรุนแรงกับโลหะและสารประกอบอินทรีย์ และในสถานะบริสุทธิ์ จะระเบิดเมื่อถูกความร้อน โครงสร้างที่เป็นไปได้. เมื่อสารละลายถูกระเหย จะเกิดระเบิดสีขาวโดยมีโครงสร้างที่คาดไว้ HON=NOH กรดไนตรัส HNO2 ไม่ใช่ มีอยู่ในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่สารละลายน้ำที่มีความเข้มข้นต่ำเกิดขึ้นโดยการเติมกรดซัลฟิวริกลงในแบเรียมไนไตรท์:กรดไนตรัสยังเกิดขึ้นเมื่อส่วนผสมที่เท่ากันของ NO และ NO ถูกละลาย 2 (หรือ N 2 O 3 ) ในน้ำ. กรดไนตรัสนั้นแรงกว่ากรดอะซิติกเล็กน้อย สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนในนั้นคือ +3 (โครงสร้างของมันฮอน=O) เหล่านั้น. มันสามารถเป็นได้ทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ ภายใต้อิทธิพลของสารรีดิวซ์ก็มักจะกลับคืนสู่เลขที่ และเมื่อทำปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์ก็จะถูกออกซิไดซ์เป็นกรดไนตริก

อัตราการละลายของสารบางชนิด เช่น โลหะหรือไอออนไอโอไดด์ ในกรดไนตริกขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของกรดไนตรัสที่เป็นสารเจือปน เกลือของกรดไนตรัสไนไตรต์ละลายในน้ำได้สูง ยกเว้นซิลเวอร์ไนไตรท์

นาNO2 ใช้ในการผลิตสีย้อมกรดไนตริก HNO3 หนึ่งในผลิตภัณฑ์อนินทรีย์ที่สำคัญที่สุดของอุตสาหกรรมเคมีหลัก มันถูกใช้ในเทคโนโลยีของสารอนินทรีย์และอินทรีย์อื่นๆ มากมาย เช่น วัตถุระเบิด ปุ๋ย โพลีเมอร์และเส้นใย สีย้อม ยารักษาโรค ฯลฯ ดูสิ่งนี้ด้วยองค์ประกอบทางเคมีวรรณกรรม ไดเรกทอรีของนักไนโตรเจน. ม., 1969
เนคราซอฟ บี.วี. พื้นฐานของเคมีทั่วไป. ม., 1973
ปัญหาการตรึงไนโตรเจน เคมีอนินทรีย์และฟิสิกส์. ม., 1982

ภารกิจที่ 1 พิจารณาว่าความแข็งแรงของสารประกอบเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในชุด: HF, HCl, HBr, HI

สารละลาย . สำหรับโมเลกุลไดอะตอมมิกเหล่านี้ ความแข็งแรงของพันธะขึ้นอยู่กับความยาวของพันธะ และเนื่องจากรัศมีอะตอมเพิ่มขึ้นระหว่างการเปลี่ยนจากฟลูออรีนเป็นไอโอดีน ความยาวของพันธะ H-ฮาโลเจนในทิศทางนี้จึงเพิ่มขึ้นเช่น ความแข็งแรงของสารประกอบจะลดลงเมื่อเปลี่ยนจากฟลูออรีนไปเป็นไอโอดีน

ภารกิจที่ 2 โมเลกุลและไอออนต่อไปนี้ประกอบด้วยอิเล็กตรอนและโปรตอนจำนวนเท่าใด: a) AlH 4 - ; ข) NF 3?

สารละลาย

ก) จำนวนโปรตอนในอะตอมของธาตุหนึ่งๆ เท่ากับเลขอะตอมของธาตุ ดังนั้น อะตอมของอะลูมิเนียมจึงมีโปรตอน 13 ตัว อะตอมของไฮโดรเจนประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัว โดยรวมแล้วไอออนประกอบด้วยโปรตอน 17 ตัว ประจุของไอออนคือ -1 ดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนจึงมากกว่าจำนวนโปรตอนหนึ่งตัวและเท่ากับ 18

b) อะตอมไนโตรเจนประกอบด้วยโปรตอน 7 ตัว อะตอมฟลูออรีนประกอบด้วยโปรตอน 9 ตัว โดยรวมแล้วโมเลกุล NF 3 ประกอบด้วยโปรตอน 7 + 3 9 = 34 ตัว ประจุของโมเลกุลคือ 0 ดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนจึงเท่ากับจำนวนโปรตอน

คำตอบ . ก) โปรตอน 17 ตัว อิเล็กตรอน 18 ตัว b) 34 โปรตอน 34 อิเล็กตรอน

ภารกิจที่ 3 ความจุและสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคืออะไร: ก) ในกรดไนตริก; b) ในแอมโมเนียมคลอไรด์?

สารละลาย .

ก) สูตรโครงสร้างของกรดไนตริกบางครั้งแสดงด้วยไนโตรเจนเพนตะวาเลนต์ดังนี้:

O // H - O - N \\ O

ในความเป็นจริง เพนตะวาเลนต์ไนโตรเจนไม่มีอยู่จริง เนื่องจากอะตอมไนโตรเจนต้องมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ 5 ตัวจึงจะทำเช่นนั้นได้

การจับคู่อิเล็กตรอนไนโตรเจน 2s ต้องใช้พลังงานจำนวนมากและแทบไม่เกิดขึ้นเลย อะตอมไนโตรเจนในกรดไนตริกมีวาเลนซี IV พันธะโควาเลนต์ N-O สามพันธะเกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ และพันธะหนึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนไนโตรเจนคู่เดียว สูตรโครงสร้างของกรดไนตริกสามารถเขียนได้ดังนี้:

O/H-O-N\\O

โดยที่ลูกศรบ่งบอกถึงพันธะระหว่างผู้บริจาคและผู้รับ สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1 ออกซิเจน -2 และผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลคือ 0 ดังนั้นอะตอมไนโตรเจนจึงมีประจุปกติที่ +5

b) ความจุของไนโตรเจนในไอออนคือ IV พันธะโควาเลนต์ N-H สามพันธะเกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนของไนโตรเจนที่ไม่ได้จับคู่ และอีกพันธะหนึ่งเกิดจากอิเล็กตรอนคู่เดียว

สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1 และผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในไอออนเท่ากับประจุของไอออน (-1) ดังนั้นอะตอมไนโตรเจนจึงมีประจุทั่วไปที่ -3

คำตอบ . ก) วาเลนซ์ IV สถานะออกซิเดชัน +5 b) วาเลนซี IV สถานะออกซิเดชัน -3

ภารกิจที่ 4 กำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารประกอบต่อไปนี้: K 2 MnO 4 ; บา(ClO 3) 2; ฟ 2 โอ; แคลเซียม(หมายเลข 2) 2; ฮ 2 SiF 6 ; H2O2; Cr 2 (SO 4) 3 .

สารละลาย . เราใช้กฎต่อไปนี้ในการกำหนดสถานะออกซิเดชัน: 1) ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลเท่ากับ 0; 2) สถานะออกซิเดชันของ H คือ +1 ในสารประกอบที่ไม่ใช่โลหะ 3) สถานะออกซิเดชันของ O คือ -2 ยกเว้นสารประกอบที่มีสารประกอบฟลูออรีนและเปอร์ออกไซด์ 4) สถานะออกซิเดชันของฟลูออรีน F คือ -1; 5) สถานะออกซิเดชันของโลหะเท่ากับประจุของไอออนของโลหะ เมื่อใช้กฎเหล่านี้เราจะพบว่า:

1) K 2 MnO 4: K +1, Mn +6, O -2;

2) Ba(ClO 3) 2: Ba +2, Cl +5, O -2;

3) F 2 O: F -1, O +2;

4) Ca(NO 2) 2: Ca +2, N +3, O -2;

5) ชม 2 SiF 2: H +1, Si +4, F -1;

6) H 2 O 2: H +1, O -1;

7) Cr 2 (SO 4) 3: Cr +3, S +6, O -2

ภารกิจที่ 5 ให้สูตรโครงสร้างของกรด 3-อะมิโนเบนโซอิก ระบุธรรมชาติของพันธะเคมี วาเลนซี และสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ

สารละลาย . พันธะทั้งหมดในโมเลกุลของกรด 3-อะมิโนเบนโซอิกนั้นเป็นโควาเลนต์แบบมีขั้ว ยกเว้นพันธะ C-C ในวงแหวนเบนซีนซึ่งเป็นโควาเลนต์แบบไม่มีขั้ว:

ความจุขององค์ประกอบคือ: C - IV, O - II, H - I, N - III สถานะออกซิเดชัน: H +1, O -2, N -3 สถานะออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอนนั้นแตกต่างกัน อะตอม C ในวงแหวนเบนซีนที่มีพันธะ C-N มีสถานะออกซิเดชันที่ -1 (เนื่องจากคาร์บอนเป็นองค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่าไฮโดรเจน) อะตอม C ที่มีพันธะ C-N มีสถานะออกซิเดชันที่ +1 (ไนโตรเจนมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่าคาร์บอน) ) , อะตอม C ในพันธะ C-C - สถานะออกซิเดชัน 0 (พันธะระหว่างอะตอมที่เหมือนกัน) สุดท้าย อะตอม C ในกลุ่ม COOH เชื่อมต่อกันด้วยพันธะ 3 ตัวกับอะตอม O ที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า และมีสถานะออกซิเดชันที่ +3

คำนิยาม

ไนโตรเจน- องค์ประกอบที่เจ็ดของตารางธาตุ ตั้งอยู่ในช่วงที่ 2 ของกลุ่มย่อยกลุ่ม A การกำหนด – N.

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะโดยทั่วไป ในด้านอิเลคโตรเนกาติวีตี้ (3.0) เป็นอันดับสองรองจากฟลูออรีนและออกซิเจน

ไนโตรเจนธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทปเสถียร 2 ไอโซโทป 14 N (99.635%) และ 15 N (0.365%)

โมเลกุลไนโตรเจนเป็นแบบไดอะตอมมิก มีพันธะสามเท่าระหว่างอะตอมไนโตรเจนในโมเลกุลส่งผลให้โมเลกุล N2 มีความแข็งแรงมาก ไนโตรเจนระดับโมเลกุลไม่มีการใช้งานทางเคมีและมีขั้วอ่อน

ภายใต้สภาวะปกติ โมเลกุลไนโตรเจนจะเป็นก๊าซ จุดหลอมเหลว (-210 o C) และจุดเดือด (-195.8 o C) ของไนโตรเจนต่ำมาก ละลายได้ไม่ดีในน้ำและตัวทำละลายอื่น ๆ

ระดับการออกซิเดชันของไนโตรเจนในสารประกอบ

ไนโตรเจนสร้างโมเลกุลไดอะตอมมิกขององค์ประกอบ N 2 เนื่องจากการจัดตั้งพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วและดังที่ทราบกันดีในสารประกอบที่มีพันธะที่ไม่ใช่ขั้วสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบจะเท่ากับ ศูนย์.

ไนโตรเจนมีลักษณะเฉพาะด้วยสถานะออกซิเดชันสเปกตรัมทั้งหมด รวมทั้งทั้งเชิงบวกและเชิงลบ

สถานะออกซิเดชัน (-3) ไนโตรเจนปรากฏตัวในสารประกอบที่เรียกว่าไนไตรด์ (Mg +2 3 N -3 2, B +3 N -3) ซึ่งรู้จักกันเป็นอย่างดีคือแอมโมเนีย (N -3 H +1 3)

สถานะออกซิเดชัน (-2) ไนโตรเจนปรากฏตัวในสารประกอบประเภทเปอร์ออกไซด์ - เปอร์ไนไตรด์ซึ่งเป็นตัวแทนที่ง่ายที่สุดคือไฮดราซีน (ไดอะไมด์ / ไฮโดรเจนเปอร์ไนไตรด์) - N -2 2 H 2

ในสารประกอบที่เรียกว่าไฮดรอกซิลามีน - N -1 H 2 OH-ไนโตรเจนแสดงสถานะออกซิเดชัน (-1) .

สถานะออกซิเดชันเชิงบวกที่เสถียรที่สุดของไนโตรเจนคือ (+3) และ (+5) . มันแสดงให้เห็นสิ่งแรกในฟลูออไรด์ (N +3 F -1 3), ออกไซด์ (N +3 2 O -2 3), ออกโซฮาไลด์ (N +3 OCl, N +3 OBr เป็นต้น) รวมถึงอนุพันธ์ ไอออน NO 2 - (KN +3 O 2, NaN +3 O 2 ฯลฯ ) สถานะออกซิเดชัน (+5) ของไนโตรเจนปรากฏในออกไซด์ N +5 2 O 5, ออกโซไนไตรด์ N +5 ON, ไดออกโซฟลูออไรด์ N +5 O 2 F รวมถึงในไตรออกโซไนเตรต (V) ไอออน NO 3 - และไดไนไตรโดไนเตรต (V) ไอออน NH 2 - .

ไนโตรเจนยังแสดงสถานะออกซิเดชัน (+1) - ไม่มี +1 2 โอ (+2) - N +2 O และ (+4) N +4 O 2 ในสารประกอบของมัน แต่บ่อยครั้งน้อยกว่ามาก

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย ระบุสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในสารประกอบ: La 2 O 3, Cl 2 O 7, H 2 O 2, Na 2 O 2, BaO 2, KO 2, KO 3, O 2, ของ 2
คำตอบ ออกซิเจนก่อตัวเป็นสารประกอบไบนารีหลายประเภท โดยจะมีสถานะออกซิเดชันที่มีลักษณะเฉพาะ ดังนั้นหากออกซิเจนเป็นส่วนหนึ่งของออกไซด์ สถานะออกซิเดชันของมันจะเป็น (-2) เช่นเดียวกับใน La 2 O 3 และ Cl 2 O 7

ในเปอร์ออกไซด์สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ (-1): H 2 O 2, Na 2 O 2, BaO 2

เมื่อรวมกับฟลูออรีน (OF 2) สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนจะเป็น (+2)

สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารอย่างง่ายจะเป็นศูนย์เสมอ (O o 2)

สารขององค์ประกอบ KO 2 และ KO 3 คือซูเปอร์เปอร์ออกไซด์ (ซูเปอร์ออกไซด์) และโพแทสเซียมโอโซไนด์ ซึ่งออกซิเจนแสดงสถานะออกซิเดชันแบบเศษส่วน: (-1/2) และ (-1/3)
คำตอบ (-2), (-2), (-1), (-1), (-1), (-1/2), (-1/3), 0 และ (+2)

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย ระบุสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนในสารประกอบ: NH 3, N 2 H 4, NH 2 OH, N 2, N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 5
สารละลาย สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารอย่างง่ายจะเป็นศูนย์เสมอ (N o 2)

เป็นที่ทราบกันว่าในออกไซด์สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ (-2) เมื่อใช้สมการอิเล็กโทรนิวตราลิตี้เราพิจารณาว่าสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนในออกไซด์มีค่าเท่ากัน: N +1 2 O, N +2 O, N +3 2 O 3, N +4 O 2, N +5 2 O 5