Stupanj oksidacije dušika u amoniju

Postoje kemijski elementi koji pokazuju različite stupnjeve oksidacije, što omogućuje stvaranje velikog broja spojeva s određenim svojstvima tijekom kemijskih reakcija. Znajući elektronsku strukturu atoma, možemo pretpostaviti koje će se tvari formirati.

Stupanj oksidacije dušika može varirati od -3 do +5, što ukazuje na različitost spojeva na temelju njega.

Element elementa

Dušik pripada kemijskim elementima koji se nalaze u 15. skupini, u drugom razdoblju u periodnom sustavu D. Mendeleeva, dodjeljuje mu se serijski broj 7 i skraćeno slovo N. Pod normalnim uvjetima, relativno inertan element, potrebni su posebni uvjeti za provođenje reakcija.

U prirodi se javlja u obliku dijatomejskog bezbojnog plina atmosferskog zraka s volumnim udjelom većim od 75%. Sadržana u sastavu proteinskih molekula, nukleinske kiseline i dušik anorganske tvari podrijetlo.

Atomska struktura

Da odredimo oksidacijsko stanje dušika u spojevima, potrebno je znati njegovu nuklearnu strukturu i proučiti elektronske ljuske.

Prirodni element predstavljen je s dva stabilna izotopa, s masenim brojem 14 ili 15. Prva jezgra sadrži 7 neutronskih i 7 protonskih čestica, a druga sadrži još 1 neutronsku česticu.

Postoje umjetne sorte atoma s masom od 12-13 i 16-17, s nestabilnim jezgrama.

Proučavajući elektronsku strukturu atomskog dušika, jasno je da postoje dvije elektronske ljuske (unutarnje i vanjske). Orbitale 1s sadrže jedan par elektrona.

Na drugoj vanjskoj ljusci postoje samo pet negativno nabijenih čestica: dvije na 2-sub-razini i tri na 2p-orbitalnoj. Razina valentne energije nema slobodne stanice, što ukazuje na nemogućnost razdvajanja elektronskog para. Orbitalom 2p smatra se samo polovica ispunjena elektronima, što omogućuje da se pričvrste 3 negativno nabijene čestice. U ovom slučaju stupanj oksidacije dušika je -3.

S obzirom na strukturu orbitala, može se zaključiti da je ovaj element s koordinacijskim brojem 4 maksimalno povezan s samo četiri druga atoma. Za formiranje triju veza koristi se mehanizam razmjene, a drugi se oblikuje donor-akceptorskom metodom.

Oksidacija dušika u različitim spojevima

Maksimalni broj negativnih čestica koje atom može prikačiti je 3. U ovom slučaju stupanj njegove oksidacije je jednak -3, karakterističan za spojeve kao što je NH3 ili amonijak, NH4 ⁺ ili amonij i nitrid Me3N2. Potonje tvari nastaju s povećanjem temperature reagiranjem dušika s atomima metala.

Najveći broj negativno nabijenih čestica koje element može dati jednak je 5.

Dva atoma dušika mogu se međusobno kombinirati da bi formirali stabilne spojeve s oksidacijskim stanjem -2. Takva veza je uočena u N2H4 ili hidrazinima, u azidima različitih metala ili MeN3. Atom dušika pridaje 2 elektrona slobodnim orbitalima.

Postoji oksidacijsko stanje -1 kada taj element prima samo 1 negativnu česticu. Na primjer, u NH2OH ili hidroksilaminu se negativno nabija.

Postoje pozitivni znakovi stupnja oksidacije dušika, kada su elektronske čestice uzete iz vanjskog energetskog sloja. One se kreću od +1 do +5.

Punjenje 1+ je prisutno u dušiku u N20 (monovalentni oksid) i u natrijevom hyonitritu s formulom Na2N202.

U NO (dvovalentni oksid) element odustaje od dva elektrona i napunjen je pozitivno (+2).

Postoji određeni stupanj oksidacije dušika 3 (u spoju NaN02 ili nitrid, te također u trovalentnom oksidu). U ovom slučaju, 3 elektrona se odvajaju.

Punjenje +4 se događa u oksidu s valencijom IV ili njegovim dimerima (N2O4).

Pozitivni znak oksidacijskog stanja (+5) pojavljuje se u N2O5 ili u pentavalentnom oksidu, u dušična kiselina i njegove derivatne soli.

Spojevi iz dušika s vodikom

Prirodne tvari na temelju gore navedenih elemenata podsjećaju na organske ugljikovodike. Samo azotni vodik gubi svoju stabilnost kada se poveća količina atomskog dušika.

Najznačajniji spojevi vodika uključuju amonijak, hidrazin i hidrazoičnu kiselinu. Dobiveni su reakcijom vodika s dušikom, au potonjoj tvari je i kisik.

Što je amonijak

Također se naziva i vodikov nitrid, a njegova kemijska formula označava se NH3 s masom 17. U uvjetima normalne temperature i tlaka amonijak ima oblik bezbojnog plina s jakim mirisom sličnim amonijaku. Po gustoći, to je 2 puta manje od zraka, lako se otapa u vodenom okolišu zbog polarne strukture njegove molekule. Tretira supstance niskog stupnja opasnosti.

U industrijskim volumenima, amonijak se dobiva katalitičkom sintezom iz molekula vodika i dušika. Postoje laboratorijske metode za dobivanje nitrita iz amonijevih soli i natrija.

Struktura amonijaka

U sastavu piramidalne molekule nalazi se jedan dušikov i 3 vodikova atoma. Nalaze se međusobno pod kutom od 107 stupnjeva. U molekuli u obliku tetraedra, dušik je centriran. Zbog tri neparena p-elektrona, povezana je kovalentnim polarnim vezama s 3 atomska vodika, koji imaju po 1 s-elektron svaki. Tako nastaje molekula amonijaka. U ovom slučaju, dušik pokazuje oksidacijsko stanje -3.

Taj je element još uvijek usamljeni par elektrona na vanjskoj razini, koji stvara kovalentnu vezu s vodikovim ionom koji ima pozitivan naboj. Jedan element je donor negativno nabijenih čestica, a drugi je akceptor. Time nastaje amonijev ion NH4 ⁺ .

Što je amonij

To se naziva pozitivno nabijenim poliatomskim ionima ili kationima. Amonij se također smatra kemijskom tvari koja ne može postojati u obliku molekule. Sastoji se od amonijaka i vodika.

Amonij s pozitivnim nabojem u prisutnosti raznih aniona s negativnim predznakom sposoban je formirati amonijeve soli, u kojima se ponaša kao metali s valencijom I. Također se sintetiziraju amonijevi spojevi.

Mnoge amonijeve soli postoje kao kristalne, bezbojne tvari koje se dobro otapaju s vodom. Ako se spojevi iona NH4 ⁺ formiraju od isparljivih kiselina, tada se pod uvjetima zagrijavanja razgrađuju i oslobađaju plinovite tvari. Njihovo naknadno hlađenje dovodi do reverzibilnog procesa.

Stabilnost takvih soli ovisi o jačini kiselina iz kojih su nastale. Stabilni amonijevi spojevi odgovaraju jakom kiselom ostatku. Na primjer, dobiven je stabilni amonijev klorid klorovodična kiselina. Na temperaturama do 25 stupnjeva, ova sol se ne raspada, što se ne može reći za amonijev karbonat. Potonji spoj se često koristi u kuhanju za podizanje tijesta, zamjenjujući soda bikarbone.

Amonijevi karbonati nazivaju se jednostavno amonijem. Ovu sol koriste pivari za poboljšanje fermentacije pivskog kvasca.

Kvalitativna reakcija za detekciju amonijevih iona je djelovanje hidroksida alkalijskih metala na njegove spojeve. U prisutnosti NH4 ⁺ oslobađa se amonijak.

Kemijska struktura amonija

Konfiguracija njezinog iona nalikuje pravilnom tetraedru s dušikom u njegovom središtu. Atomi vodika nalaze se na vrhu slike. Da biste izračunali stupanj oksidacije dušika u amoniju, morate imati na umu da je ukupni naboj kationa +1, a svaki vodikov ion ima jedan elektron, ali ih ima samo 4. Ukupni vodikov potencijal je +4. Ako od naboj kationa oduzmemo naboj svih vodikovih iona, dobijemo: +1 - (+4) = -3. To znači da dušik ima oksidacijsko stanje -3. U ovom slučaju, pridaje tri elektrona.

Što su nitridi

Dušik se može kombinirati s više elektropozitivnih atoma metalne i nemetalne prirode. Kao rezultat, nastaju spojevi slični hidridima i karbidima. Takve tvari koje sadrže dušik nazivaju se nitridi. Između metala i dušikovog atoma u spojevima emitiraju se kovalentne, ionske i intermedijarne veze. Upravo ta osobina je temelj njihove klasifikacije.

Kovalentni nitridi uključuju spojeve u kemijskoj vezi kod kojih elektroni ne prelaze iz atomskog dušika, već zajedno s negativno nabijenim česticama drugih atoma oblikuju obični elektronski oblak.

Primjeri takvih tvari su vodikovi nitridi, kao što su molekule amonijaka i hidrazina, kao i dušikovi halidi, koji uključuju trikloride, tribromide i trifluoride. Oni dijele zajednički elektronski par jednako pripadaju dva atoma.

Ionski nitridi uključuju spojeve s kemijskom vezom nastalom prijelazom elektrona iz metalnog elementa u slobodne razine dušika. U molekulama takvih tvari uočava se polaritet. Nitridi imaju stupanj oksidacije dušika 3-. Prema tome, ukupni naboj metala bit će 3+.

Takvi spojevi uključuju nitride magnezija, litija, cinka ili bakra, osim alkalijskih metala. Imaju visoku točku taljenja.

Nitridi s međupovezom uključuju tvari u kojima su atomi metala i dušika ravnomjerno raspoređeni i nema jasnog pomaka oblaka elektrona. U takve inertne spojeve spadaju nitridi željeza, molibdena, mangana i volframa.

Opis željeznog oksida

Također se naziva anhidrid, dobiven iz dušične kiseline koja ima formulu HNO2. S obzirom na stupanj oksidacije dušika (3+) i kisika (2-) u trioksidu, dobiva se omjer atoma elemenata 2 do 3 ili N ₂ O ₃ .

Tekući i plinoviti oblici anhidrida su vrlo nestabilni spojevi, lako se razgrađuju u 2 različita oksida s valencijama IV i II.