Carl Scheele, kimiku Svediż, u Daniel Rutherford, botaniku Skoċċiż, skoprew in-nitroġenu separatament fl-1772. Ir-Reverendu Cavendish u Lavoisier wkoll kisbu n-nitroġenu b'mod indipendenti madwar l-istess ħin. In-nitroġenu l-ewwel ġie rikonoxxut bħala element minn Lavoisier, li semmieh "azo", li jfisser "inanimat". Chaptal semmiet l-element nitroġenu fl-1790. L-isem huwa derivat mill-kelma Griega "nitre" (nitrat li fih nitroġenu fin-nitrat)
Sorsi ta 'Nitroġenu
In-nitroġenu huwa t-30 l-aktar element abbundanti fid-Dinja. Meta wieħed iqis li n-nitroġenu jammonta għal 4/5 tal-volum atmosferiku, jew aktar minn 78%, għandna ammonti kważi illimitati ta 'nitroġenu disponibbli għalina. In-nitroġenu jeżisti wkoll fil-forma ta 'nitrati f'varjetà ta' minerali, bħal saltpeter Ċilen (nitrat tas-sodju), salpeter jew nitre (nitrat tal-potassju), u minerali li fihom melħ tal-ammonju. In-nitroġenu huwa preżenti f'ħafna molekuli organiċi kumplessi, inklużi proteini u aċidi amminiċi preżenti fl-organiżmi ħajjin kollha
Proprjetajiet fiżiċi
In-nitroġenu N2 huwa gass bla kulur, bla togħma u bla riħa f'temperatura tal-kamra, u ġeneralment mhuwiex tossiku. Id-densità tal-gass taħt kundizzjonijiet standard hija 1.25g/L. In-nitroġenu jammonta għal 78.12% tal-atmosfera totali (frazzjoni tal-volum) u huwa l-komponent ewlieni tal-arja. Hemm madwar 400 triljun tunnellata ta’ gass fl-atmosfera.
Taħt pressjoni atmosferika standard, meta jitkessaħ għal -195.8 ℃, isir likwidu bla kulur. Meta jitkessaħ għal -209.86 ℃, in-nitroġenu likwidu jsir solidu bħal silġ.
In-nitroġenu mhuwiex fjammabbli u huwa meqjus bħala gass asfissianti (jiġifieri, in-nifs tan-nitroġenu pur iċaħħad lill-ġisem tal-bniedem mill-ossiġnu). In-nitroġenu għandu solubilità baxxa ħafna fl-ilma. F'283K, volum wieħed ta 'ilma jista' jinħall madwar 0.02 volumi ta 'N2.
Proprjetajiet kimiċi
In-nitroġenu għandu proprjetajiet kimiċi stabbli ħafna. Huwa diffiċli li tirreaġixxi ma 'sustanzi oħra f'temperatura tal-kamra, iżda tista' tgħaddi minn bidliet kimiċi ma 'ċerti sustanzi taħt temperatura għolja u kundizzjonijiet ta' enerġija għolja, u tista 'tintuża biex tipproduċi sustanzi ġodda utli għall-bnedmin.
Il-formula orbitali molekulari tal-molekuli tan-nitroġenu hija KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Tliet pari ta 'elettroni jikkontribwixxu għat-twaħħil, jiġifieri, żewġ bonds π u bond σ wieħed huma ffurmati. M'hemm l-ebda kontribut għat-twaħħil, u l-enerġiji tat-twaħħil u kontra t-twaħħil huma bejn wieħed u ieħor ikkumpensati, u huma ekwivalenti għal pari ta 'elettroni waħedhom. Peress li hemm rabta tripla N≡N fil-molekula N2, il-molekula N2 għandha stabbiltà kbira, u tieħu 941.69 kJ/mol ta 'enerġija biex tiddekomponiha f'atomi. Il-molekula N2 hija l-aktar stabbli mill-molekuli dijatomiċi magħrufa, u l-massa molekulari relattiva tan-nitroġenu hija 28. Barra minn hekk, in-nitroġenu mhuwiex faċli biex jinħaraq u ma jappoġġjax il-kombustjoni.
Metodu tat-test
Poġġi l-bar tal-Mg li jaħarqu fil-flixkun tal-ġbir tal-gass mimli bin-nitroġenu, u l-bar tal-Mg se tkompli tinħaraq. Oħroġ l-irmied li jifdal (trab kemmxejn isfar Mg3N2), żid ammont żgħir ta 'ilma, u tipproduċi gass (ammonja) li jdawwar il-karta litmus ħamra mxarrba blu. Ekwazzjoni ta 'reazzjoni: 3Mg + N2 = tqabbid = Mg3N2 (nitrur tal-manjeżju); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Karatteristiċi ta 'rbit u struttura ta' bond ta 'valenza tan-nitroġenu
Minħabba li s-sustanza waħda N2 hija estremament stabbli taħt kundizzjonijiet normali, in-nies spiss jemmnu bi żball li n-nitroġenu huwa element kimikament inattiv. Fil-fatt, għall-kuntrarju, in-nitroġenu elementali għandu attività kimika għolja. L-elettronegattività ta 'N (3.04) hija t-tieni biss għal F u O, li tindika li tista' tifforma rabtiet qawwija ma 'elementi oħra. Barra minn hekk, l-istabbiltà tal-molekula N2 tas-sustanza waħda turi biss l-attività tal-atomu N. Il-problema hija li n-nies għadhom ma sabux l-aħjar kundizzjonijiet biex jattivaw molekuli N2 f'temperatura u pressjoni tal-kamra. Iżda fin-natura, xi batterji fuq noduli tal-pjanti jistgħu jikkonvertu N2 fl-arja f'komposti tan-nitroġenu taħt kundizzjonijiet ta 'enerġija baxxa f'temperatura u pressjoni normali, u jużawhom bħala fertilizzant għat-tkabbir tal-uċuħ.
Għalhekk, l-istudju tal-iffissar tan-nitroġenu dejjem kien suġġett importanti ta 'riċerka xjentifika. Għalhekk, huwa meħtieġ għalina li nifhmu l-karatteristiċi tat-twaħħil u l-istruttura tal-bonds tal-valenza tan-nitroġenu fid-dettall.
Tip ta' bond
L-istruttura tas-saff ta 'l-elettroni ta' valenza ta 'l-atomu N hija 2s2p3, jiġifieri, hemm 3 elettroni singoli u par ta' pari ta 'elettroni waħedhom. Abbażi ta 'dan, meta jiffurmaw komposti, jistgħu jiġu ġġenerati t-tliet tipi ta' bonds li ġejjin:
1. Li jiffurmaw rabtiet joniċi 2. Li jiffurmaw bonds kovalenti 3. Jiffurmaw rabtiet ta' koordinazzjoni
1. Li jiffurmaw bonds joniċi
L-atomi N għandhom elettronegatività għolja (3.04). Meta jiffurmaw nitrides binarji b'metalli b'elettronegatività aktar baxxa, bħal Li (elettronegatività 0.98), Ca (elettronegatività 1.00), u Mg (elettronegatività 1.31), jistgħu jiksbu 3 elettroni u jiffurmaw joni N3-. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =jaqbad= Mg3N2 N3- joni għandhom ċarġ negattiv ogħla u raġġ akbar (171pm). Se jkunu idrolizzati b'mod qawwi meta jiltaqgħu ma 'molekuli ta' l-ilma. Għalhekk, komposti joniċi jistgħu jeżistu biss fi stat niexef, u mhux se jkun hemm joni idratat ta 'N3-.
2. Formazzjoni ta' rabtiet kovalenti
Meta l-atomi N jiffurmaw komposti b'non-metalli b'elettronegattività ogħla, jiġu ffurmati r-rabtiet kovalenti li ġejjin:
⑴N atomi jieħdu stat ta 'ibridizzazzjoni sp3, jiffurmaw tliet rabtiet kovalenti, iżommu par ta' pari ta 'elettroni waħedhom, u l-konfigurazzjoni molekulari hija piramidali trigonali, bħal NH3, NF3, NCl3, eċċ. Jekk jiġu ffurmati erba' bonds kovalenti singoli, il-konfigurazzjoni molekulari hija tetrahedron regolari, bħal joni NH4+.
⑵N atomi jieħdu stat ta 'ibridizzazzjoni sp2, jiffurmaw żewġ bonds kovalenti u bond wieħed, u jżommu par ta' pari ta 'elettroni waħedhom, u l-konfigurazzjoni molekulari hija angolari, bħal Cl—N=O. (N atomu jifforma rabta σ u rabta π ma 'atomu Cl, u par ta' pari ta 'elettroni waħedhom fuq atomu N jagħmel il-molekula trijangolari.) Jekk ma jkunx hemm par ta' elettroni waħdu, il-konfigurazzjoni molekulari hija trijangolari, bħal molekula HNO3 jew NO3- jone. Fil-molekula ta 'aċidu nitriku, l-atomu N jifforma tliet bonds σ bi tliet atomi O rispettivament, u par ta' elettroni fuq l-orbital π tiegħu u l-elettroni π singoli ta 'żewġ atomi O jiffurmaw bond π delokalizzat bi tliet ċentri ta' erba 'elettroni. Fil-jone tan-nitrat, bond π kbir delokalizzat ta 'erba' ċentri ta 'sitt elettroni huwa ffurmat bejn tliet atomi O u l-atomu N ċentrali. Din l-istruttura tagħmel in-numru ta 'ossidazzjoni apparenti ta' l-atomu N fl-aċidu nitriku +5. Minħabba l-preżenza ta 'bonds π kbar, in-nitrat huwa stabbli biżżejjed taħt kundizzjonijiet normali. ⑶N atomu jadotta sp ibridizzazzjoni biex jifforma bond triplu kovalenti u jżomm par ta 'pari ta' elettroni solitarji. Il-konfigurazzjoni molekulari hija lineari, bħall-istruttura ta 'l-atomu N fil-molekula N2 u CN-.
3. Formazzjoni ta' rabtiet ta' koordinazzjoni
Meta l-atomi tan-nitroġenu jiffurmaw sustanzi jew komposti sempliċi, ħafna drabi jżommu pari ta 'elettroni waħedhom, għalhekk sustanzi jew komposti sempliċi bħal dawn jistgħu jaġixxu bħala donaturi ta' par ta 'elettroni biex jikkoordinaw ma' joni tal-metall. Per eżempju, [Cu(NH3)4]2+ jew [Tu(NH2)5]7, eċċ.
Dijagramma ta' l-enerġija ħielsa ta' l-istat ta' ossidazzjoni-Gibbs
Jista 'jidher ukoll mid-dijagramma tal-enerġija ħielsa tal-istat tal-ossidazzjoni-Gibbs tan-nitroġenu li, ħlief għall-joni NH4, il-molekula N2 b'numru ta' ossidazzjoni ta '0 tinsab fl-iktar punt baxx tal-kurva fid-dijagramma, li tindika li N2 huwa termodinamikament stabbli relattiv għal komposti tan-nitroġenu b'numri oħra ta 'ossidazzjoni.
Il-valuri ta 'diversi komposti tan-nitroġenu b'numri ta' ossidazzjoni bejn 0 u +5 huma kollha fuq il-linja li tgħaqqad iż-żewġ punti HNO3 u N2 (il-linja bit-tikek fid-dijagramma), għalhekk dawn il-komposti huma instabbli termodinamikament u suxxettibbli għal reazzjonijiet ta 'sproporzjon. L-uniku wieħed fid-dijagramma b'valur aktar baxx mill-molekula N2 huwa l-jone NH4+. [1] Mid-dijagramma ta 'l-enerġija ħielsa ta' l-istat ta 'ossidazzjoni-Gibbs tan-nitroġenu u l-istruttura tal-molekula N2, wieħed jista' jara li N2 elementali huwa inattiv. Biss taħt temperatura għolja, pressjoni għolja u l-preżenza ta 'katalizzatur jista' nitroġenu jirreaġixxi ma 'l-idroġenu biex jifforma ammonja: Taħt kundizzjonijiet ta' skariku, in-nitroġenu jista 'jgħaqqad ma' ossiġnu biex jifforma ossidu nitriku: N2 + O2 = skariku = 2NO Ossidu nitriku jgħaqqad malajr ma 'ossiġnu biex jiffurmaw dijossidu tan-nitroġenu 2NO+O2=2NO2 Id-dijossidu tan-nitroġenu jinħall fl-ilma biex jifforma aċidu nitriku, ossidu nitriku 3NO2+H2O=2HNO3+NO F'pajjiżi b'enerġija idroelettrika żviluppata, din ir-reazzjoni ġiet użata biex tipproduċi aċidu nitriku. N2 jirreaġixxi ma 'l-idroġenu biex jipproduċi ammonja: N2+3H2=== (sinjal riversibbli) 2NH3 N2 jirreaġixxi ma' metalli b'potenzjal baxx ta 'jonizzazzjoni u li n-nitrudi tagħhom għandhom enerġija ta' kannizzata għolja biex jiffurmaw nitruri joniċi. Per eżempju: N2 jista 'jirreaġixxi direttament mal-litju metalliku f'temperatura ambjentali: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 jirreaġixxi ma' metalli alkaline earth Mg, Ca, Sr, Ba f'temperaturi inkandexxenti: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 jista ' jirreaġixxu biss mal-boron u l-aluminju f'temperaturi inkandexxenti: 2 B + N2=== 2 BN (kompost makromolekula) N2 ġeneralment jirreaġixxi mas-silikon u elementi oħra tal-grupp f'temperatura ogħla minn 1473K.
Il-molekula tan-nitroġenu tikkontribwixxi tliet pari ta 'elettroni għat-twaħħil, jiġifieri, li jiffurmaw żewġ bonds π u bond σ wieħed. Ma tikkontribwixxix għat-twaħħil, u l-enerġiji tat-twaħħil u kontra t-twaħħil huma bejn wieħed u ieħor ikkumpensati, u huma ekwivalenti għal pari ta 'elettroni waħedhom. Minħabba li hemm rabta tripla N≡N fil-molekula N2, il-molekula N2 għandha stabbiltà kbira, u tieħu 941.69kJ/mol ta 'enerġija biex tiddekomponiha f'atomi. Il-molekula N2 hija l-aktar stabbli mill-molekuli dijatomiċi magħrufa, u l-massa molekulari relattiva tan-nitroġenu hija 28. Barra minn hekk, in-nitroġenu mhuwiex faċli biex jinħaraq u ma jappoġġjax il-kombustjoni.
Ħin tal-post: Lulju-23-2024
