Карл Шееле, кимиёгари шведӣ ва Даниэл Рутерфорд, ботаник, дар соли 1772 нитрогенро алоҳида кашф карданд. Муҳтарам Кавендиш ва Лавуазье низ тақрибан дар як вақт мустақилона нитроген ба даст оварданд. Нитрогенро бори аввал Лавуазье ҳамчун унсур эътироф карда буд, ки онро "азо" номидааст, ки маънояш "беҷон" аст. Чаптал элементи нитрогенро соли 1790 номидааст. Ин ном аз калимаи юнонии "nitre" (нитрат дар таркиби нитроген дар нитрат) гирифта шудааст.
Сарчашмаҳои нитроген
Нитроген 30-умин унсури фаровон дар рӯи замин аст. Бо назардошти он, ки нитроген 4/5 ҳаҷми атмосфера ё зиёда аз 78% -ро ташкил медиҳад, мо миқдори қариб номаҳдуди нитроген дорем. Нитроген инчунин дар шакли нитратҳо дар маъданҳои гуногун, аз қабили селитраи Чили (нитрати натрий), селитра ё нитра (нитрати калий) ва минералҳои дорои намакҳои аммоний мавҷуданд. Нитроген дар бисёр молекулаҳои органикии мураккаб мавҷуд аст, аз ҷумла сафедаҳо ва аминокислотаҳо, ки дар ҳама организмҳои зинда мавҷуданд
Хусусиятҳои физикӣ
Нитроген N2 як гази ранга, бемазза ва бӯй дар ҳарорати хонагӣ буда, одатан заҳролуд нест. Зичии газ дар шароити стандартӣ 1,25 г/л аст. Нитроген 78,12% њаљми умумии атмосфераро (њиссаи њаљм) ташкил медињад ва љузъи асосии њаво мебошад. Дар атмосфера кариб 400 триллион тонна газ мавчуд аст.
Дар зери фишори стандартии атмосфера, вақте ки то -195,8 ℃ сард мешавад, он моеъи ранга мешавад. Вақте ки то -209,86 ℃ сард мешавад, нитрогени моеъ ба як сахти барф монанд мешавад.
Нитроген оташгиранда нест ва гази нафасгиранда ба ҳисоб меравад (яъне нафаскашии нитрогени соф организми инсонро аз оксиген маҳрум мекунад). Нитроген дар об ҳалшавандагии хеле паст дорад. Дар 283К як ҳаҷми об метавонад тақрибан 0,02 ҳаҷми N2-ро ҳал кунад.
Хусусиятҳои химиявӣ
Нитроген хосиятҳои химиявии хеле устувор дорад. Дар ҳарорати хонагӣ бо дигар моддаҳо реаксия кардан душвор аст, аммо он метавонад бо баъзе моддаҳо дар ҳарорати баланд ва шароити энергетикӣ тағироти химиявӣ ба амал ояд ва барои истеҳсоли моддаҳои нави барои одамон муфид истифода мешавад.
Формулаи орбиталии молекулавии молекулаҳои нитроген KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2 мебошад. Се ҷуфт электронҳо ба пайвастшавӣ мусоидат мекунанд, яъне ду пайванди π ва як пайванди σ ба вуҷуд меоянд. Дар пайвастшавӣ саҳм вуҷуд надорад ва энергияи пайвастшавӣ ва зидди пайвастшавӣ тақрибан ҷуброн карда мешаванд ва онҳо ба ҷуфтҳои электронии танҳо баробаранд. Азбаски дар молекулаи N2 пайванди сегонаи N≡N мавҷуд аст, молекулаи N2 устувории бузург дорад ва барои ба атомҳо таҷзия кардани он 941,69 кҶ/мол энергия сарф мешавад. Молекулаи N2 устувортарин аз молекулаҳои диатомии маълум аст ва массаи нисбии молекулавии нитроген 28 аст. Гузашта аз ин, нитроген сӯзондан осон нест ва сӯзишро дастгирӣ намекунад.
Усули санҷиш
Бари сӯхтаи Mg-ро ба шишаи гази пур аз нитроген гузоред, ва бари Mg сӯхтани худро идома медиҳад. Хокистари боқимондаро (хокаи каме зард Mg3N2) ҷудо карда, ба миқдори ками об илова кунед ва газ (аммиак) ҳосил кунед, ки коғази тар лакмуси сурхро кабуд мекунад. Муодилаи реаксия: 3Mg + N2 = оташгиранда = Mg3N2 (нитриди магний); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Хусусиятҳои пайвастшавӣ ва сохтори пайванди валентии нитроген
Азбаски як моддаи N2 дар шароити муқаррарӣ бениҳоят устувор аст, одамон аксар вақт иштибоҳан боварӣ доранд, ки нитроген элементи аз ҷиҳати кимиёвӣ ғайрифаъол аст. Дар хакикат, баръакс, нитрогени элементарй фаъолияти баланди химиявй дорад. Электроманфияти N (3,04) пас аз F ва О дуюм аст ва аз он шаҳодат медиҳад, ки он метавонад бо дигар элементҳо пайванди мустаҳкам эҷод кунад. Илова бар ин, устувории як молекулаи моддаи N2 танҳо фаъолияти атоми N-ро нишон медиҳад. Масъала дар он аст, ки одамон то ҳол шароити оптималии фаъол кардани молекулаҳои N2-ро дар ҳарорати хонагӣ ва фишор пайдо накардаанд. Аммо дар табиат баъзе бактерияҳои гиреҳҳои растанӣ метавонанд N2-ро дар ҳаво дар шароити кам энергия дар ҳарорат ва фишори муқаррарӣ ба пайвастагиҳои нитроген табдил дода, ҳамчун нуриҳо барои афзоиши ҳосил истифода баранд.
Аз ин рӯ, омӯзиши пайвастани нитроген ҳамеша мавзӯи муҳими тадқиқоти илмӣ буд. Аз ин рӯ, ба мо лозим аст, ки хусусиятҳои пайвастшавӣ ва сохтори пайванди валентии нитрогенро муфассал фаҳмем.
Навъи вомбарг
Сохтори қабати электронии валентии атоми N 2s2p3 аст, яъне 3 электрони ягона ва як ҷуфт ҷуфтҳои электронии танҳо мавҷуд аст. Дар асоси ин, ҳангоми ташаккули пайвастагиҳо, се намуди пайвандҳои зеринро метавон тавлид кард:
1. Ташаккули пайвандҳои ионӣ 2. Пайвастҳои ковалентӣ 3. Пайвастҳои координатсиявӣ
1. Ташкили пайвандҳои ионӣ
N атомҳо дорои қобилияти баланди электрикӣ мебошанд (3,04). Вакте ки онхо бо металлхои электрманфиатиашон пасттар, аз кабили Li (электроникативиаш 0,98), Са (электронманфиати 1,00) ва Mg (электронманфиати 1,31) нитридхои бинариро ба вучуд меоваранд, 3 электрон гирифта, N3- ионхо хосил мекунанд. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =гиранда= Mg3N2 N3- ионҳо заряди манфии зиёдтар ва радиусаш калонтар (171pm) доранд. Вақте ки онҳо бо молекулаҳои об дучор мешаванд, онҳо сахт гидролиз мешаванд. Аз ин рӯ, пайвастагиҳои ионӣ метавонанд танҳо дар ҳолати хушк мавҷуд бошанд ва ионҳои гидратшудаи N3- вуҷуд надоранд.
2. Ташаккули алоқаҳои ковалентӣ
Ҳангоме ки N атомҳо бо ғайриметаллҳои дорои электроманфияташон баланд пайвастагиҳо ба вуҷуд меоранд, пайвандҳои ковалентии зерин ба вуҷуд меоянд:
⑴N атомҳо ҳолати гибридизатсияи sp3-ро мегиранд, се пайванди ковалентӣ ташкил медиҳанд, як ҷуфт ҷуфтҳои электронии танҳоро нигоҳ медоранд ва конфигуратсияи молекулавӣ пирамидаҳои тригоналӣ аст, ба монанди NH3, NF3, NCl3 ва ғайра. Агар чор пайванди ягонаи ковалентӣ ба вуҷуд ояд, конфигуратсияи молекулавӣ чунин аст. тетраэдри муқаррарӣ, ба монанди ионҳои NH4+.
⑵N атомҳо ҳолати гибридизатсияи sp2-ро мегиранд, ду пайванди ковалентӣ ва як пайвандро ташкил медиҳанд ва як ҷуфт ҷуфтҳои электронии танҳоро нигоҳ медоранд ва конфигуратсияи молекулавӣ кунҷӣ аст, ба монанди Cl—N=O. (N атом пайванди σ ва пайванди π бо атоми Cl ва як ҷуфт ҷуфтҳои электронии танҳо дар N атом молекуларо секунҷа месозад.) Агар ҷуфти электронии танҳо вуҷуд надошта бошад, конфигуратсияи молекулавӣ секунҷа аст, масалан молекулаи HNO3 ё NO3-ион. Дар молекулаи кислотаи нитрат, N атом мутаносибан се пайванди σ бо се атоми O ва як ҷуфт электронҳо дар π орбитали худ ва электронҳои ягонаи π ду атоми О пайванди семарказии чор электронии делокализатсияшудаи πро ташкил медиҳанд. Дар ионҳои нитратӣ, байни се атоми O ва атоми марказии N пайванди калони π-и делокализатсияшудаи чормарказии шаш электронӣ ба вуҷуд меояд. Ин сохтор шумораи намоёни оксидшавии N атомро дар кислотаи нитрат +5 месозад. Аз сабаби мавҷудияти пайвандҳои калони π, нитрат дар шароити муқаррарӣ ба қадри кофӣ устувор аст. ⑶N атом гибридизатсияи sp-ро қабул карда, пайванди сегонаи ковалентиро ташкил медиҳад ва як ҷуфт ҷуфтҳои электронии танҳоро нигоҳ медорад. Конфигуратсияи молекулавӣ хаттӣ аст, ба монанди сохтори атоми N дар молекулаи N2 ва CN-.
3. Ташаккули алоқаҳои ҳамоҳангсозӣ
Вақте ки атомҳои нитроген моддаҳо ё пайвастагиҳои оддиро ба вуҷуд меоранд, онҳо аксар вақт ҷуфтҳои электронии танҳоро нигоҳ медоранд, аз ин рӯ, чунин моддаҳо ё пайвастагиҳои оддӣ метавонанд ҳамчун донорҳои ҷуфти электронӣ амал кунанд, то бо ионҳои металлӣ ҳамоҳанг шаванд. Масалан, [Cu(NH3)4]2+ ё [Tu(NH2)5]7 ва ғ.
Ҳолати оксидшавӣ - Диаграммаи энергияи озоди Гиббс
Инчунин аз ҳолати оксидшавӣ - диаграммаи энергияи озоди нитроген Гиббс дидан мумкин аст, ки ба истиснои ионҳои NH4, молекулаи N2 бо рақами оксидшавии 0 дар поёнтарин нуқтаи каҷ дар диаграмма ҷойгир аст, ки ин нишон медиҳад, ки N2 аз ҷиҳати термодинамикӣ аст. нисбат ба пайвастагиҳои нитроген бо рақамҳои дигари оксидшавӣ устувор аст.
Қиматҳои пайвастагиҳои гуногуни нитроген бо рақамҳои оксидшавӣ аз 0 то +5 ҳама аз хати пайвасткунандаи ду нуқтаи HNO3 ва N2 (хатти нуқта дар диаграмма) болотаранд, бинобар ин ин пайвастагиҳо аз ҷиҳати термодинамикӣ ноустувор ва ба реаксияҳои номутаносибӣ майл доранд. Ягона дар диаграмма бо арзиши камтар аз молекулаи N2 ион NH4+ мебошад. [1] Аз ҳолати оксидшавӣ - диаграммаи энергияи озоди Гиббс нитроген ва сохтори молекулаи N2 дида мешавад, ки элементи N2 ғайрифаъол аст. Танҳо дар шароити ҳарорати баланд, фишори баланд ва мавҷудияти катализатор азот метавонад бо гидроген реаксия карда аммиакро ба вуҷуд оварад: Дар шароити разряд нитроген метавонад бо оксиген якҷоя шуда оксиди азотро ба вуҷуд оварад: N2+O2=разряд=2NO Оксиди нитрат бо оксиген зуд пайваст мешавад. 2NO+O2=2NO2 дуоксиди нитроген ба вуҷуд меояд 2NO+O2=2NO2 Диоксиди нитроген дар об ҳал шуда, кислотаи нитрат, оксиди нитрат 3NO2+H2O=2HNO3+NO Дар кишварҳое, ки гидроэнергетикаи пешрафта доранд, ин реаксияро барои ҳосил кардани кислотаи азот истифода мебаранд. N2 бо гидроген реаксия карда, аммиак хосил мекунад: N2+3H2=== (аломати баръакс) 2NH3 N2 бо металлхое, ки потенсиали ионизатсияашон паст буда, нитридхояшон энергияи баланди торча доранд, нитридхои иониро ба вучуд меоранд. Масалан: N2 дар ҳарорати хонагӣ мустақиман бо литийи металлӣ реаксия карда метавонад: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 бо металлҳои ишқдори заминии Mg, Ca, Sr, Ba дар ҳарорати гармӣ реаксия мекунад: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 метавонад танњо бо бор ва алюминий дар њарорати тафсонї реаксия мекунад: 2 B + N2=== 2 BN (пайванди макромолекула) N2 умуман бо кремний ва дигар элементњои гурўњї дар њарорати баландтар аз 1473К реаксия мекунад.
Молекулаи нитроген ба пайвастшавӣ се ҷуфт электрон мусоидат мекунад, яъне ду пайванди π ва як пайванди σ -ро ташкил медиҳад. Он ба пайвастшавӣ мусоидат намекунад ва энергияи пайвастшавӣ ва зидди пайвастшавӣ тақрибан ҷуброн карда мешаванд ва онҳо ба ҷуфтҳои электронии танҳо баробаранд. Азбаски дар молекулаи N2 пайванди сегонаи N≡N мавҷуд аст, молекулаи N2 устувории бузург дорад ва барои ба атомҳо таҷзия кардани он 941,69кҶ/мол энергия сарф мешавад. Молекулаи N2 устувортарин аз молекулаҳои диатомии маълум аст ва массаи нисбии молекулавии нитроген 28 аст. Гузашта аз ин, нитроген сӯзондан осон нест ва сӯзишро дастгирӣ намекунад.
Вақти фиристодан: июл-23-2024
