Stopnja oksidacije dušika v amoniju

Obstajajo kemijski elementi, ki kažejo različne stopnje oksidacije, kar omogoča tvorbo velikega števila spojin z določenimi lastnostmi med kemičnimi reakcijami. Če poznamo elektronsko strukturo atoma, lahko predpostavimo, katere snovi se bodo oblikovale.

Stopnja oksidacije dušika lahko variira od -3 do +5, kar kaže na raznolikost spojin, ki temeljijo na njej.

Element elementa

Dušik spada med kemične elemente, ki se nahajajo v 15. skupini, v drugem obdobju periodnega sistema D. Mendeleev, ki mu je dodeljena serijska številka 7 in skrajšana črka N. Pri normalnih pogojih je za izvajanje reakcij potreben sorazmerno inerten element.

V naravi se pojavlja v obliki dvoatomnega brezbarvnega plina atmosferskega zraka z volumskim deležem več kot 75%. Vsebuje v sestavi beljakovinskih molekul, nukleinske kisline in dušik anorganske snovi izvora.

Atomska struktura

Za določitev oksidacijsko stanje dušika v spojinah, je treba poznati njegovo jedrsko strukturo in preučiti elektronske lupine.

Naravni element predstavljajo dva stabilna izotopa, z masnim številom 14 ali 15. Prvo jedro vsebuje 7 nevtronskih in 7 protonskih delcev, v drugem pa 1 več nevtronskih delcev.

Obstajajo umetne sorte atoma z maso 12-13 in 16-17, z nestabilnimi jedri.

Pri proučevanju elektronske strukture atomskega dušika je jasno, da obstajata dve elektronski lupini (notranja in zunanja). 1s orbitale vsebujejo en par elektronov.

Na drugi zunanji lupini so samo pet negativno nabitih delcev: dva na 2s-podrazredi in tri na 2p-orbital. Valenčna energijska raven nima prostih celic, kar kaže na nemožnost ločitve elektronskega para. Orbital 2p se šteje le za pol polnjene z elektroni, zaradi česar je mogoče pritrditi 3 negativno nabite delce. V tem primeru je stopnja oksidacije dušika -3.

Glede na strukturo orbitalov lahko sklepamo, da je ta element z koordinacijsko številko 4 maksimalno povezan s samo štirimi drugimi atomi. Za oblikovanje treh vezi se uporablja mehanizem izmenjave, drugi pa se oblikuje z donorsko-akceptorsko metodo.

Oksidacija dušika v različnih spojinah

Največje število negativnih delcev, ki jih atom lahko pripne, je 3. V tem primeru je stopnja njegove oksidacije enaka -3, značilna za spojine, kot je NH3 ali amonijak, NH4 ⁺ ali amonij in nitrid Me3N2. Slednje snovi se tvorijo z naraščajočo temperaturo z reagiranjem dušika s kovinskimi atomi.

Največje število negativno nabitih delcev, ki jih element lahko da, je 5.

Dva atoma dušika se lahko kombinirajo med seboj, da tvorita stabilne spojine z oksidacijskim stanjem -2. Takšna vez opazimo v N2H4 ali hidrazinah, v azidih različnih kovin ali MeN3. Dušikov atom pripisuje 2 elektronima na proste orbitale.

Obstaja oksidacijsko stanje -1, ko ta element prejme samo 1 negativni delec. Na primer, v NH2OH ali hidroksilaminu je negativno nabito.

Obstajajo pozitivni znaki stopnje oksidacije dušika, ko so elektronski delci vzeti iz zunanje plasti energije. Razlikujejo se od +1 do +5.

Polnilo 1+ je prisotno v dušiku v N ₂ O (monovalentni oksid) in v natrijevem hidonitritu s formulo Na2N2O2.

Pri NO (dvovalentni oksid) se element odreče dvema elektronima in se polni pozitivno (+2).

Obstaja stopnja oksidacije dušika 3 (v spojini NaNO ₂ ali nitridu, pa tudi v trivalentnem oksidu). V tem primeru se trije elektroni odcepijo.

Polnjenje +4 se zgodi v oksidu z valenco IV ali njenim dimerjem (N ₂ O ₄ ).

Pozitivni znak oksidacijskega stanja (+5) se pojavi v N ₂ O ₅ ali v pentavalentnem oksidu, v dušikove kisline in njegove derivatne soli.

Spojine iz dušika z vodikom

Naravne snovi na podlagi teh dveh elementov spominjajo na organske ogljikovodike. Samo dušikov vodik izgubi svojo stabilnost, ko se količina atomskega dušika poveča.

Najpomembnejše vodikove spojine so amoniak, hidrazin in hidrazojska kislina. Dobijo se z reagiranjem vodika z dušikom, v slednji pa je tudi kisik.

Kaj je amonijak

Imenuje se tudi vodikov nitrid, njegova kemijska formula pa je označena kot NH ₃ z maso 17. V pogojih normalne temperature in tlaka ima amoniak obliko brezbarvnega plina z močnim vonjem, podobnim amoniaku. Po gostoti je 2-krat manjši od zraka, se ga v vodnem okolju zlahka raztopi zaradi polarne strukture njegove molekule. Zdravi snovi z nizko stopnjo nevarnosti.

V industrijskih količinah se amoniak pridobiva s katalitsko sintezo vodikovih in dušikovih molekul. Obstajajo laboratorijske metode za pridobivanje nitritov iz amonijevih soli in natrija.

Struktura amoniaka

V sestavi piramidne molekule je en dušikov in 3 vodikov atom. Nahajajo se relativno med seboj pod kotom 107 stopinj. V molekuli v obliki tetraedra je dušik centriran. Zaradi treh neparnih p-elektronov je povezan s kovalentnimi polarnimi vezmi s 3 atomskimi vodiki, ki imajo vsak po 1 s-elektron. Tako nastane amonijačna molekula. V tem primeru ima dušik oksidacijsko stanje -3.

Ta element je še vedno osamljen par elektronov na zunanji ravni, ki ustvarja kovalentno vez z vodikovim ionom s pozitivnim nabojem. En element je donor negativno nabitih delcev, drugi pa je akceptor. To tvori amonijev ion NH ₄ ⁺ .

Kaj je amonij

Nanašajo se na pozitivno nabite poliatomske ione ali katione. Amonij je tudi kemična snov, ki ne more obstajati v obliki molekule. Sestoji iz amoniaka in vodika.

Amonij s pozitivnim nabojem v prisotnosti različnih anionov z negativnim predznakom je zmožen tvoriti amonijeve soli, v katerih se obnaša kot kovine z valenco I. Tudi z njegovo udeležbo se sintetizirajo amonijeve spojine.

Obstaja veliko amonijevih soli kot kristalinične, brezbarvne snovi, ki se dobro raztopijo z vodo. Če spojine ionov NH4 ⁺ tvorijo hlapne kisline, se v pogojih segrevanja razgradijo in sprostijo plinaste snovi. Njihovo naknadno hlajenje vodi v reverzibilen proces.

Stabilnost takšnih soli je odvisna od jakosti kislin, iz katerih nastanejo. Stabilne amonijeve spojine ustrezajo močnemu kislinskemu ostanku. Na primer, iz stabilnega amonijevega klorida se proizvaja klorovodikovo kislino. Pri temperaturi do 25 stopinj se ta sol ne razgradi, kar ne moremo reči za amonijev karbonat. Slednja spojina se pogosto uporablja pri kuhanju za dvigovanje testa, ki nadomešča pecilni soda.

Slaščičarji iz amonijevega karbonata se imenujejo preprosto amonij. To sol uporabljajo pivovarji za izboljšanje fermentacije pivskega kvasa.

Kakovostna reakcija za odkrivanje amonijevih ionov je delovanje hidroksidov alkalijskih kovin na njegove spojine. V prisotnosti NH4 ⁺ se sprosti amoniak.

Kemična struktura amonija

Konfiguracija njegovega iona je podobna običajnemu tetraedru z dušikom v središču. Atomi vodika se nahajajo na vrhu slike. Da bi izračunali stopnjo oksidacije dušika v amoniju, se morate zavedati, da je skupni naboj kationa +1, vsak vodikov ion pa ima en elektron, vendar jih je samo 4. Celotni potencial vodika je +4. Če odštejemo naboj vseh vodikovih ionov od kationskega naboja, dobimo: +1 - (+4) = -3. To pomeni, da ima dušik oksidacijsko stanje -3. V tem primeru pripne tri elektrone.

Kaj so nitridi

Dušik lahko združuje z več elektropozitivnimi atomi kovinske in nekovinske narave. Tako nastanejo spojine, podobne hidridom in karbidom. Takšne snovi, ki vsebujejo dušik, se imenujejo nitridi. Med kovinskim in dušikovim atomom v spojinah oddajajo kovalentne, ionske in vmesne vezi. To je značilnost, ki je podlaga za njihovo razvrstitev.

Kovalentni nitridi vključujejo spojine v kemijski vezavi, pri katerih elektroni ne prehajajo iz atomskega dušika, ampak tvorijo skupaj z negativno nabitimi delci drugih atomov skupni elektronski oblak.

Primeri takšnih snovi so vodikovi nitridi, kot so molekule amoniaka in hidrazina, pa tudi dušikovi halidi, ki vključujejo trikloride, tribromide in trifluoride. Delijo skupni elektronski par, ki je enakovredno dvema atomoma.

Ionski nitridi vključujejo spojine s kemijsko vezjo, ki nastane s prehodom elektronov iz kovinskega elementa v proste ravni dušika. V molekulah takšnih snovi opazimo polarnost. Nitridi imajo stopnjo oksidacije dušika 3-. Skladno s tem bo skupni naboj kovine 3+.

Take spojine vključujejo nitride magnezija, litija, cinka ali bakra, razen alkalijskih kovin. Imajo visoko točko taljenja.

Nitridi z vmesno vezjo vključujejo snovi, pri katerih so atomi kovin in dušika enakomerno porazdeljeni in ni jasnega premika elektronskega oblaka. V take inertne spojine sodijo nitridi železa, molibdena, mangana in volframa.

Opis železovega oksida

Imenuje se tudi anhidrid, pridobljen iz dušikove kisline s formulo HNO ₂ . Glede na stopnjo oksidacije dušika (3+) in kisika (2) v trioksidu dobimo razmerje atomov elementov 2 do 3 ali N ₂ O ₃ .

Tekoča in plinasta oblika anhidrida sta zelo nestabilni spojini, zlahka se razgradita v dva različna oksida z valencama IV in II.