Carl Scheele, un chimicu svedese, è Daniel Rutherford, un botanicu scozzese, scupertu u nitrogenu per separatamente in u 1772. Reverendu Cavendish è Lavoisier anu uttenutu ancu indipindentamente nitrogenu à u listessu tempu. L'azotu hè statu ricunnisciutu prima cum'è un elementu da Lavoisier, chì l'hà chjamatu "azo", chì significa "inanimatu". Chaptal hà chjamatu l'elementu nitrogenu in u 1790. U nome hè derivatu da a parola greca "nitre" (nitrate chì cuntene nitrogenu in nitrate)
Fonti di azotu
L'azotu hè u 30emu elementu più abbundante in a Terra. Cunsiderendu chì u nitrogenu cuntene 4/5 di u voluminu atmosfericu, o più di 78%, avemu una quantità quasi illimitata di nitrogenu dispunibile per noi. L'azotu esiste ancu in forma di nitrati in una varietà di minerali, cum'è u salpetru chilenu (nitratu di sodiu), u salpetru o nitru (nitratu di potassiu), è i minerali chì cuntenenu sali d'ammoniu. L'azotu hè presente in parechje molécule organiche cumplessi, cumprese i proteini è l'aminoacidi prisenti in tutti l'organi viventi
Pruprietà fisica
L'azotu N2 hè un gasu incolore, senza gustu è inodore à a temperatura di l'ambienti, è ùn hè di solitu micca tossicu. A densità di gas in cundizioni standard hè 1,25 g/L. L'azotu cuntene 78,12% di l'atmosfera tutale (frazione di voluminu) è hè u cumpunente principale di l'aria. Ci sò circa 400 trilioni di tunnellate di gas in l'atmosfera.
Sottu a pressione atmosferica standard, quandu si raffredda à -195,8 ℃, diventa un liquidu incolore. Quandu si rinfriscà à -209,86 ℃, u nitrogenu liquidu diventa un solidu cum'è neve.
L'azotu ùn hè micca inflamabile è hè cunsideratu un gasu asfissiante (vale à dì, respira nitrogenu puru priva u corpu umanu di l'ossigenu). L'azotu hà una solubilità assai bassa in l'acqua. À 283K, un volume d'acqua pò dissolve circa 0,02 volumi di N2.
Pruprietà chimica
L'azotu hà proprietà chimichi assai stabili. Hè difficiuli di reagisce cù l'altri sustanzi à a temperatura di l'ambienti, ma pò esse sottumessi à cambiamenti chimichi cù certi sustanzi in alta temperatura è cundizioni d'alta energia, è pò esse usatu per pruduce novi sustanzi utili à l'omu.
La formule orbitale moléculaire des molécules d'azote est KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Trè coppie d'elettroni cuntribuiscenu à u ligame, vale à dì chì si formanu dui ligami π è un ligame σ. Ùn ci hè micca cuntribuzione à u ligame, è l'energii di ligame è anti-bonding sò apprussimatamente offset, è sò equivalenti à parigli elettroni solitari. Siccomu ci hè un triple ligame N≡N in a molècula N2, a molècula N2 hà una grande stabilità, è ci vole 941,69 kJ / mol di energia per decompone in atomi. A molècula N2 hè a più stabile di e molécule diatomiche cunnisciute, è a massa molekulari relative di nitrogenu hè 28. Inoltre, u nitrogenu ùn hè micca faciule di brusgià è ùn sustene micca a combustione.
Metudu di prova
Mettite a barra Mg ardente in a buttiglia di raccolta di gas piena di nitrogenu, è a barra Mg cuntinueghja à brusgià. Estratte a cendra restante (polvere ligeramente gialla Mg3N2), aghjunghje una piccula quantità d'acqua, è pruduce un gasu (ammonia) chì turna a carta di litmus rossu umitu blu. Equazioni di reazzione: 3Mg + N2 = ignition = Mg3N2 (nitruru di magnesiu); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
E caratteristiche di ligame è a struttura di valenza di u nitrogenu
Perchè a sola sustanza N2 hè estremamente stabile in cundizioni normali, a ghjente spessu crede erroneamente chì u nitrogenu hè un elementu chimicu inattivu. In fattu, à u cuntrariu, u nitrogenu elementale hà una attività chimica alta. L'electronegatività di N (3.04) hè seconda solu à F è O, chì indica chì pò furmà ligami forti cù altri elementi. Inoltre, a stabilità di a molècula N2 di sustanza solu mostra l'attività di l'atomu N. U prublema hè chì e persone ùn anu micca truvatu e cundizioni ottimali per attivà e molécule N2 à a temperatura di l'ambienti è a pressione. Ma in a natura, certi battìri nantu à i noduli di a pianta ponu cunvertisce N2 in l'aria in composti di nitrogenu in cundizioni di bassa energia à a temperatura è a pressione normale, è l'utilizanu cum'è fertilizante per a crescita di culturi.
Dunque, u studiu di a fissazione di nitrogenu hè sempre statu un tema di ricerca scientifica impurtante. Dunque, hè necessariu per noi di capiscenu e caratteristiche di u ligame è a struttura di valenza di u nitrogenu in u dettu.
Tipu di bonu
A struttura di a strata di l'elettroni di valenza di l'atomu N hè 2s2p3, vale à dì, ci sò 3 elettroni unichi è un paru di coppiu d'elettroni solitarii. Basatu nantu à questu, quandu si formanu composti, i seguenti trè tippi di ligami ponu esse generati:
1. Formazione di ligami ionici 2. Formazione di ligami covalenti 3. Formazione di ligami di coordinazione
1. Furmendu ligami ionichi
L'atomi N anu una alta electronegatività (3.04). Quandu si formanu nitrudi binari cù metalli cù l'elettronegatività più bassa, cum'è Li (elettronegatività 0,98), Ca (electronegatività 1,00) è Mg (elettronegatività 1,31), ponu ottene 3 elettroni è formanu ioni N3-. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ignite= Mg3N2 N3- ioni anu una carica negativa più alta è un raghju più grande (171pm). Seranu forti idrolizzati quandu si scontranu molécule d'acqua. Dunque, i composti ionici ponu esse solu in un statu seccu, è ùn ci sarà micca ioni idratati di N3-.
2. Formazione di ligami covalenti
Quandu l'atomi N formanu cumposti cù non metalli cù l'elettronegatività più altu, i seguenti ligami covalenti sò furmati:
L'atomi ⑴N piglianu u statu di hibridazione sp3, formanu trè ligami covalenti, conservanu un paru di coppie di elettroni solitari, è a cunfigurazione molekulari hè piramidale trigonale, cum'è NH3, NF3, NCl3, etc. Se si formanu quattru ligami covalenti unichi, a cunfigurazione molekulari hè un tetraedru regulare, cum'è l'ioni NH4+.
L'atomi ⑵N piglianu u statu d'ibridazione sp2, formanu dui ligami covalenti è un ligame, è conservanu un paru di coppie di elettroni solitari, è a cunfigurazione molekulari hè angulare, cum'è Cl-N=O. (L'atomu N forma un ligame σ è un ligame π cù l'atomu di Cl, è un paru di coppie d'elettroni solitarii nantu à l'atomu N rende a molécula triangulare.) Se ùn ci hè micca un paru d'elettroni solitario, a cunfigurazione moleculare hè triangularia, cum'è a molècula HNO3 o NO3- ion. In a molecula di l'acidu nitricu, l'atomu N forma trè legami σ cù trè atomi O rispettivamente, è una coppia d'elettroni nantu à a so orbitale π è l'elettroni π singuli di dui atomi O formanu un ligame π delocalizzato à quattru elettroni tricentri. In l'ioni nitrate, un grande legame π delocalizzato di quattru centri sei-elettroni hè furmatu trà trè atomi O è l'atomu N centrale. Sta struttura face u numeru d'ossidazione apparente di l'atomu N in l'acidu nitric +5. A causa di a prisenza di grandi legami π, u nitrate hè abbastanza stabile in cundizioni normali. L'atomu ⑶N adopta l'ibridazione sp per furmà un triple legame covalente è conserva un paru di coppie di elettroni solitari. A cunfigurazione moleculare hè lineare, cum'è a struttura di l'atomu N in a molècula N2 è CN-.
3. Formazione di ligami di coordinazione
Quandu l'atomi di nitrogenu formanu sustanzi o cumposti simplici, spessu conservanu coppie d'elettroni solitarii, cusì sustanzi o cumposti simplici ponu agisce cum'è donatori di coppiu elettroni per coordinarli à ioni metalli. Per esempiu, [Cu(NH3)4]2+ o [Tu(NH2)5]7, etc.
Statu d'ossidazione-diagramma di energia libera di Gibbs
Pò esse ancu vistu da u diagramma di l'energia libera di u statu di l'ossidazione-Gibbs di nitrogenu chì, eccettu per l'ioni NH4, a molécula N2 cù un numeru d'ossidazione di 0 hè in u puntu più bassu di a curva in u diagramma, chì indica chì N2 hè termodinamicamente. stabile relative à i composti di nitrogenu cù altri numeri di oxidazione.
I valori di diversi cumposti di nitrogenu cù numeri d'ossidazione trà 0 è +5 sò tutti sopra à a linea chì cunnetta i dui punti HNO3 è N2 (a linea punteggiata in u diagramma), cusì questi composti sò termodinamicamente instabili è propensi à reazzioni di sproporzioni. L'unicu in u diagramma cù un valore più bassu cà a molécula N2 hè l'ionu NH4+. [1] Da u statu d'ossidazione-diagramma di energia libera di Gibbs di nitrogenu è a struttura di a molècula N2, pò esse vistu chì l'elementu N2 hè inattivu. Solu in alta temperatura, alta pressione è a prisenza di un catalizzatore ponu azotu reagisce cù l'idrogenu per furmà ammonia: In cundizioni di scaricamentu, u nitrogenu pò cumminà cù l'ossigenu per furmà l'ossidu nitricu: N2 + O2 = scarica = 2NO L'ossidu nitricu si combina rapidamente cù l'ossigenu per forma di diossidu di nitrogenu 2NO + O2 = 2NO2 Diossidu di nitrogenu dissolve in l'acqua per furmà l'acidu nitricu, l'ossidu nitricu 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO In i paesi cù l'energia idroelettrica sviluppata, sta reazzione hè stata aduprata per pruduce l'acidu nitricu. N2 reagisce cù l'idrogenu per pruduce l'ammonia: N2+3H2=== (signu riversibile) 2NH3 N2 reagisce cù metalli cù un putenziale di ionizazione bassu è chì i nitrudi anu una alta energia di lattice per furmà nitruri ionichi. Per esempiu: N2 pò reagisce direttamente cù lithium metallicu à a temperatura di l'ambienti: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 reagisce cù metalli alcalino-terrosi Mg, Ca, Sr, Ba à temperature incandescente: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 can solu reagisce cù boru è aluminium à temperature incandescent: 2 B + N2=== 2 BN (compost macromolecule) N2 generalmente reagisce cù silicium è altri elementi gruppu à una temperatura supiriuri a 1473K.
La molécule d'azote contribue à la liaison à trois paires d'électrons, c'est-à-dire à la formation de deux liaisons π et une liaison σ. Ùn cuntribuisce micca à u ligame, è l'energii di bonding è anti-bonding sò apprussimatamente offset, è sò equivalenti à parigli elettroni solitari. Perchè ci hè un triple legame N≡N in a molècula N2, a molècula N2 hà una grande stabilità, è ci vole 941,69 kJ / mol d'energia per descompone in atomi. A molècula N2 hè a più stabile di e molécule diatomiche cunnisciute, è a massa molekulari relative di nitrogenu hè 28. Inoltre, u nitrogenu ùn hè micca faciule di brusgià è ùn sustene micca a combustione.
Tempu di post: Jul-23-2024
