Stopień utlenienia azotu w amoniaku

Istnieją pierwiastki chemiczne wykazujące różne stopnie utlenienia, co pozwala na tworzenie dużej liczby związków o określonych właściwościach podczas reakcji chemicznych. Znając strukturę elektronową atomu, możemy założyć, które substancje zostaną utworzone.

Stopień utlenienia azotu może wynosić od -3 do +5, co wskazuje na różnorodność związków na jego podstawie.

Element funkcji

Azot należy do pierwiastków chemicznych znajdujących się w grupie 15, w drugim okresie w układzie okresowym D. Mendelejewa, któremu przypisano numer seryjny 7 i oznaczenie w skróconym oznaczeniu N. W normalnych warunkach, względnie bezwładnym elemencie, do przeprowadzenia reakcji potrzebne są specjalne warunki.

W naturze występuje w postaci dwuatomowego bezbarwnego gazu atmosferycznego o frakcji objętościowej ponad 75%. Zawarte w składzie cząsteczek białka, kwasy nukleinowe i azotowy substancje nieorganiczne pochodzenie.

Struktura atomu

Aby określić stan utleniania azotu w związkach, konieczna jest znajomość jego struktury jądrowej i badanie powłok elektronowych.

Naturalny pierwiastek jest reprezentowany przez dwa stabilne izotopy o masie 14 lub 15. Pierwszy jądro zawiera 7 neutronów i 7 protonów, a drugi zawiera 1 więcej cząstek neutronowych.

Istnieją sztuczne odmiany jego atomu o masie 12-13 i 16-17, z niestabilnymi jądrami.

Podczas badania struktury elektronowej atomowego azotu widać wyraźnie, że istnieją dwie powłoki elektronowe (wewnętrzne i zewnętrzne). Orbitale 1s zawierają jedną parę elektronów.

Na drugiej zewnętrznej powłoce znajduje się tylko pięć ujemnie naładowanych cząstek: dwie na poziomie 2s i trzy na orbicie 2p. Poziom energii walencyjnej nie ma wolnych komórek, co wskazuje na niemożność oddzielenia pary elektronów. Obwód 2p jest uważany tylko w połowie za wypełniony elektronami, co umożliwia dołączenie 3 ujemnie naładowanych cząstek. W tym przypadku stopień utlenienia azotu wynosi -3.

Biorąc pod uwagę strukturę orbitali, można wywnioskować, że ten element o numerze koordynacyjnym 4 jest maksymalnie związany tylko z czterema innymi atomami. Do tworzenia trzech wiązań stosowany jest mechanizm wymiany, inny tworzy metoda donor-akceptor.

Utlenianie azotu w różnych związkach

Maksymalna liczba ujemnych cząstek, które atom jest w stanie przyłączyć wynosi 3. W tym przypadku stopień utlenienia jest równy -3, charakterystyczny dla związków takich jak NH3 lub amoniak, NH4 ⁺ lub amon i azotki Me3N2. Te ostatnie substancje powstają ze wzrostem temperatury poprzez reakcję azotu z atomami metalu.

Największa liczba ujemnie naładowanych cząstek, które dany element jest w stanie podać, wynosi 5.

Dwa atomy azotu mogą łączyć się ze sobą tworząc trwałe związki o stanie utlenienia -2. Takie wiązanie obserwuje się w N2H4 lub hydrazynach, w azydkach różnych metali lub MeN3. Atom azotu przyłącza 2 elektrony do uwolnienia orbitali.

Istnieje stan utlenienia równy -1, gdy element ten otrzymuje tylko 1 ujemną cząsteczkę. Na przykład w NH2OH lub hydroksyloaminie jest on naładowany ujemnie.

Istnieją pozytywne oznaki stopnia utlenienia azotu, gdy cząstki elektronu są pobierane z zewnętrznej warstwy energetycznej. Różnią się od +1 do +5.

Ładunek 1+ jest obecny w azocie w N2O (tlenek jednowartościowy) i w hyonitrynie sodowym o wzorze Na2N2O2.

W NO (dwuwartościowy tlenek) pierwiastek oddaje dwa elektrony i ładuje się dodatnio (+2).

Istnieje stopień utlenienia azotu 3 (w związku NaNO2 lub azotek, a także w trójwartościowym tlenku). W tym przypadku 3 elektrony są odszczepione.

Ładunek +4 zachodzi w tlenku o wartościowości IV lub jego dimeru (N ₂ O ₄ ).

Pozytywny znak stanu utlenienia (+5) pojawia się w N ₂ O ₅ lub w pięciowartościowym tlenku, w kwas azotowy i jego sole pochodne.

Związki azotu z wodorem

Substancje naturalne oparte na powyższych dwóch elementach przypominają węglowodory organiczne. Jedynie wodór azotowy traci swoją stabilność, gdy zwiększa się ilość atomowego azotu.

Najważniejsze związki wodorowe obejmują amoniak, hydrazynę i kwas hydrazowy. Otrzymuje się je przez reakcję wodoru z azotem, w tej ostatniej substancji znajduje się również tlen.

Co to jest amoniak

Nazywa się go także azotkiem wodoru, a jego wzór chemiczny oznaczono jako NH3 masą 17. W warunkach normalnej temperatury i ciśnienia amoniak ma postać bezbarwnego gazu o silnym zapachu przypominającym amoniak. Przez gęstość jest 2 razy mniejsza niż powietrze, łatwo rozpuszcza się w środowisku wodnym ze względu na polarną strukturę jego cząsteczki. Leczy substancje o niskim ryzyku.

W objętościach przemysłowych amoniak uzyskuje się przez katalityczną syntezę z cząsteczek wodoru i azotu. Istnieją laboratoryjne metody otrzymywania azotynów z soli amonowych i sodu.

Struktura amoniaku

W składzie cząsteczki piramidalnej znajduje się jeden atom azotu i 3 atomy wodoru. Znajdują się one względem siebie pod kątem 107 stopni. W cząsteczce o kształcie czworościanu azot jest wyśrodkowany. Ze względu na trzy niesparowane p-elektrony jest on połączony kowalencyjnymi wiązaniami polarnymi z 3 atomowymi atomami wodoru, które mają po jednym s-elektronu. Tak powstaje cząsteczka amoniakalna. W tym przypadku azot wykazuje stan utlenienia równy -3.

Ten pierwiastek jest wciąż samotną parą elektronów na poziomie zewnętrznym, który tworzy wiązanie kowalencyjne z jonem wodoru mającym ładunek dodatni. Jeden element jest dawcą ujemnie naładowanych cząstek, a drugi jest akceptorem. Tworzy to jon amonowy NH ₄ ⁺ .

Co to jest amon

Jest on określany jako dodatnio naładowane jony lub kationy wieloatomowe. Amon jest również uważany za substancję chemiczną, która nie może istnieć w postaci cząsteczki. Składa się z amoniaku i wodoru.

Amon z ładunkiem dodatnim w obecności różnych anionów o znaku ujemnym jest zdolny do tworzenia soli amonowych, w których zachowuje się jak metale z wartościowością I. Z jego udziałem również syntetyzuje się związki amonu.

Wiele soli amonowych istnieje w postaci krystalicznych, bezbarwnych substancji, które dobrze rozpuszczają się w wodzie. Jeśli związki jonu NH4 ⁺ są utworzone przez lotne kwasy, to w warunkach ogrzewania rozkładają się i uwalniają substancje gazowe. Ich późniejsze chłodzenie prowadzi do odwracalnego procesu.

Stabilność takich soli zależy od siły kwasów, z których są tworzone. Stabilne związki amoniowe odpowiadają silnej pozostałości kwasowej. Na przykład, stabilny chlorek amonu jest produkowany z kwas chlorowodorowy. W temperaturach do 25 stopni sól ta nie ulega rozkładowi, czego nie można powiedzieć o węglanie amonu. Ta ostatnia mieszanka jest często używana do gotowania ciasta, do zastąpienia sody oczyszczonej.

Węglanowe cukierki amonowe nazywa się po prostu amonem. Sól ta jest używana przez browary do poprawy fermentacji drożdży piwowarskich.

Jakościową reakcją na wykrycie jonów amonowych jest działanie wodorotlenków metali alkalicznych na ich związki. W obecności NH4 ⁺ uwalniany jest amoniak.

Struktura chemiczna amonu

Konfiguracja jonu przypomina regularny czworościan z azotem w środku. Atomy wodoru znajdują się w górnej części figury. Aby obliczyć stopień utlenienia azotu w amoniaku, należy pamiętać, że całkowity ładunek kationu wynosi +1, a każdy jon wodorowy ma jeden elektron, ale są tylko 4. Całkowity potencjał wodoru wynosi +4. Jeśli odejmujemy ładunek wszystkich jonów wodorowych od ładunku kationowego, otrzymamy: +1 - (+4) = -3. Oznacza to, że azot ma stan utlenienia równy -3. W tym przypadku przyłącza trzy elektrony.

Czym są azotki

Azot może łączyć się z więcej atomami elektrododatnimi o charakterze metalicznym i niemetalicznym. W wyniku tego powstają związki podobne do wodorków i węglików. Takie substancje zawierające azot są nazywane azotkami. Pomiędzy metalem a atomem azotu związki wydzielają wiązanie kowalencyjne, jonowe i pośrednie. Ta charakterystyka leży u podstaw ich klasyfikacji.

Kowalencyjne azotki zawierają związki w wiązaniu chemicznym, którego elektrony nie przenoszą się z atomowego azotu, ale tworzą razem z ujemnie naładowanymi cząsteczkami innych atomów wspólną chmurę elektronową.

Przykładami takich substancji są azotki wodoru, takie jak cząsteczki amoniaku i hydrazyny, a także halogenki azotu, które obejmują trichlorki, tribromki i trifluorki. Dzielą wspólną parę elektronów jednakowo należy do dwóch atomów.

Azotki jonów obejmują związki ze związkiem chemicznym utworzonym przez przejście elektronów z pierwiastka metalicznego w celu uwolnienia poziomów azotu. W cząsteczkach takich substancji obserwuje się polarność. Azotki mają stopień utlenienia azotu 3-. Odpowiednio całkowity ładunek metalu będzie wynosił 3+.

Takie związki obejmują azotki magnezu, litu, cynku lub miedzi, z wyjątkiem metali alkalicznych. Mają wysoką temperaturę topnienia.

Azotki z wiązaniem pośrednim obejmują substancje, w których atomy metali i azotu są równomiernie rozmieszczone i nie występuje wyraźne przemieszczenie chmury elektronowej. Do takich obojętnych związków należą azotki żelaza, molibdenu, manganu i wolframu.

Opis tlenku żelaza

Jest również nazywany bezwodnikiem, otrzymanym z kwasu azotowego o wzorze HNO2. Biorąc pod uwagę stopień utlenienia azotu (3+) i tlenu (2-) w trójtlenku, otrzymuje się stosunek atomów pierwiastków 2 do 3 lub N2O3.

Ciekłe i gazowe formy bezwodnika są wysoce niestabilnymi związkami, łatwo rozkładają się na 2 różne tlenki o wartościowości IV i II.