Поради для всіх
» » Ступінь окислення азоту в амонії

Ступінь окислення азоту в амонії

Додано: 18.03.16
Автор: admin
Рубрика: НАУКА
Існують хімічні елементи, що виявляють різні ступені окислення, що дозволяє утворювати в ході хімічних реакцій велику кількість сполук з певними властивостями. Знаючи електронна будова атома, можна припустити, які речовини будуть утворюватися.
Ступінь окислення азоту в амонії
Ступінь окислення азоту можуть варіюватись від -3 до +5 що вказує на різноманіття сполук на його основі.

Характеристика елемента

Азот відноситься до хімічним елементам, розташованим в 15 групі, у другому періоді періодичної системи Менделєєва Д. І. Йому присвоєно порядковий номер 7 та скорочене літерне позначення N. У нормальних умовах порівняно інертний елемент, для проведення реакцій необхідні спеціальні умови.

У природі зустрічається у вигляді двоатомних безбарвного газу атмосферного повітря з об'ємною часткою більше 75%. Міститься у складі білкових молекул, нуклеїнових кислот і азотовмісних речовин неорганічного походження.

Структура атома

Щоб визначити ступінь окислення азоту в сполуках, необхідно знати його ядерну структуру та вивчити електронні оболонки. Природний елемент представлений двома стійкими ізотопами, з числом їх маси 14 або 15. У першому ядрі міститься 7 нейтронових і 7 протонових частинок, а в другому – на 1 нейтроновую частку більше. Існують штучні різновиди його атома з масою 12-13 і 16-17 які мають нестабільними ядрами. При вивченні електронної структури атомарного азоту видно, що є дві електронні оболонки (внутрішня і зовнішня). На 1s-орбіталі міститься одна пара електронів.
Ступінь окислення азоту в амонії
На другий зовнішній оболонці є всього п'ять негативно заряджених частинок: два на 2s-підрівні і три на 2p-орбитале. Валентний енергетичний рівень не має вільних комірок, що вказує на неможливість поділу його електронної пари. Орбіталь 2р вважається заповненої електронами тільки наполовину, що дозволяє приєднати 3 негативно заряджені частинки. В такому випадку ступінь окислення азоту дорівнює -3.

Враховуючи будову орбіталей, можна зробити висновок, що даний елемент з координаційним числом 4 максимально пов'язується тільки з чотирма іншими атомами. Для утворення трьох зв'язків використовується обмінний механізм, ще одна формується донорно-акцепторним способом.

Ступінь окислення азоту в різних з'єднаннях

Максимальна кількість негативних частинок, який здатний приєднати його атом, дорівнює 3. У такому разі проявляється ступінь його окислення дорівнює -3 притаманна з'єднанням типу NH 3 або аміаку, NH 4 + або амонію і нітриду Me 3 N 2 . Останні речовини формуються при підвищенні температури шляхом взаємодії азоту з атомами металів. Найбільша кількість негативно заряджених частинок, яке здатний віддати елемент, прирівнюється до 5. Два атоми азоту здатні з'єднуватися між собою з утворенням стійких сполук зі ступенем окислення -2. Такий зв'язок спостерігається в N 2 H 4 або гидразинах, в азид різних металів або MeN 3 . Атом азоту приєднує на вільні орбіталі 2 електрона.
Існує ступінь окиснення -1 коли цей елемент отримує тільки 1 негативну частку. Наприклад, в NH 2 OH або гидроксиламине він заряджений негативно. Бувають позитивного знаку ступеня окислення азоту, коли з зовнішнього енергетичного шару забираються електронні частинки. Варіюють від +1 до +5.
Ступінь окислення азоту в амонії
Заряд 1+ є у азоту N 2 O (одновалентном оксиді) і в гипонитрите натрію з формулою Na 2 N 2 O 2 . В NO (двухвалентном оксиді) елемент віддає два електрони і заряджається позитивно (+2). Існує ступінь окислення азоту 3 (в з'єднанні NaNO 2 або нітриду і ще в трехвалентном оксиді). У такому разі відщеплюється 3 електрона. Заряд +4 буває в оксиді з валентністю IV або його димере (N 2 O 4 ). Позитивний знак ступені окиснення (+5) проявляється в N 2 O 5 або в пятивалентном оксиді, азотної кислоти та її похідних солях.

З'єднання з азоту з воднем

Природні речовини на основі двох вищевказаних елементів нагадують органічні вуглеводні. Тільки азотоводороди втрачають свою стійкість при збільшенні кількості атомарного азоту.
Ступінь окислення азоту в амонії
До найбільш значущих водневих сполук відносять молекули аміаку, гідразину та азотисто-водневої кислоти. Їх отримують шляхом взаємодії водню з азотом, а в останньому речовині присутній кисень.

Що таке аміак

Його ще називають нітридом водню, а його хімічна формула позначається як NH 3 з масою 17. В умовах з нормальною температурою і тиском аміак має форму безбарвного газу з різким нашатирним запахом. По щільності він в 2 рази рідше повітря, легко розчиняється у водному середовищі за рахунок полярного будову його молекули. Відноситься до малонебезпечних речовин. У промислових обсягах аміак отримують з допомогою каталітичного синтезу з водневих і азотних молекул. Існують лабораторні методи отримання з амонійних солей та натрію нітриту.

Будова аміаку

У складі молекули пірамідальної присутній один азот і 3 атома водню. Розташовані вони по відношенню один до одного під кутом 107 градусів. В молекулі, що має форму тетраедра, азот розташований по центру. За рахунок трьох неспарених p-електронів він з'єднується полярними зв'язками ковалентного природи з 3 атомарними водородами, у яких є по 1 s-електрона. Так утворюється аміачна молекула. В даному випадку азот проявляє ступінь окислення -3.
Ступінь окислення азоту в амонії

У даного елемента знаходиться ще неподеленная пара електронів на зовнішньому рівні, яка створює зв'язок ковалентную з іоном водню, що має позитивний заряд. Один елемент є донором негативно заряджених часток, а інший акцептором. Так утворюється амонійний іон NH 4 + .

Що таке амоній

Його відносять до позитивно заряджених полиатомним іонів або катіонів. Амоній ще зараховують до хімічних речовин, які не можуть існувати в формі молекули. Він складається з аміаку і водню. Амоній з позитивним зарядом в присутності різних аніонів з від'ємним знаком здатний утворювати амонійні солі, в яких веде себе подібно металами з валентністю I. Також за її участі синтезуються амонієві сполуки. Багато солі амонію існують у вигляді кристалічних безбарвних речовин, які добре розчиняються водою. Якщо з'єднання іона NH 4 + утворені леткими кислотами, то в умовах нагрівання відбувається їх розпад з виділенням газоподібних речовин. Подальше їх охолодження призводить до оборотного процесу. Стабільність таких солей залежить від сили кислот, з яких вони утворені. Стійкі сполуки амонію відповідають сильному кислотного залишку. Наприклад, стабільний амонію хлорид проводиться з соляної кислоти. При температурі до 25 градусів така сіль не розкладається, що не можна сказати про карбонате амонію. Останнє з'єднання часто використовується в кулінарії для підйому тесту, замінюючи харчову соду. Кондитери карбонат амонію називають просто амонієм. Таку сіль застосовують пивовари для поліпшення бродіння пивних дріжджів.
Ступінь окислення азоту в амонії
Якісною реакцією для виявлення іонів амонію є дія гідроксидів лужних металів на його сполуки. В присутність NH 4 + відбувається вивільнення аміаку.

Хімічна структура амонію

Конфігурація його іона нагадує правильний тетраедр, по центру якого знаходиться азот. Атоми водню розташовані по вершинах фігури. Щоб розрахувати ступінь окислення азоту в амонії, потрібно пам'ятати, що загальний заряд катіона дорівнює +1 а у кожного іона водню відсутня по одному електрону, а їх всього 4. Сумарний водневий потенціал становить +4. Якщо з заряду катіона відняти заряд всіх іонів водню, то отримаємо: +1 - (+4) = -3. Отже, азот має ступінь окислення -3. В даному випадку він приєднує три електрона.

Що таке нітриди

Азот здатний з'єднуватися з більш електроположительними атомами металевої та неметалевої природи. У результаті утворюються сполуки схожі з гідридами і карбідами. Такі азотовмісні речовини називають нітриди. Між металом і азотним атомом у з'єднаннях виділяють ковалентную, іонну і проміжну зв'язку. Саме така характеристика лежить в основі їх класифікації. До нітриду ковалентним відносять з'єднання, в хімічній зв'язку яких електрони не переходять від атомарного азоту, а утворюють разом з негативно зарядженими частками інших атомів загальне електронне хмара. Прикладом таких речовин є водневі нітриди, типу аміачних і гидразинових молекул, а також азотні галогеніди, до яких відносять трихлориди, трибромиди і трифториди. У них спільна електронна пара однаково належить двом атомам. До нітриду іонним відносять сполуки з хімічної зв'язком, утвореної переходом електронів від елемента металу на вільні рівні у азоту. В таких молекулах речовин спостерігається полярність. Нітриди мають ступінь окислення азоту 3-. Відповідно, загальний заряд металу буде 3+.
Ступінь окислення азоту в амонії
До таких сполук відносять нітриди магнію, літію, цинку або міді, за винятком лужних металів. Вони володіють високою температурою плавлення. До нітриду з проміжною зв'язком відносяться речовини, у яких розподілені рівномірно атоми металів і азоту і відсутнє чітке зміщення електронного хмари. До таким інертним сполук належать нітриди заліза, молібдену, марганцю і вольфраму .

Опис оксиду тривалентного азоту

Його ще називають ангідридом, отриманими з азотистої кислоти, що має формулу HNO 2 . Враховуючи ступінь окислення азоту (3+) і кисню (2-) в триоксиде, виходить співвідношення атомів елементів 2 до 3 або N 2 O 3 . Рідка і газоподібна форма ангідриду - це досить нестійкі сполуки, вони легко розпадаються на 2 різних оксиду з валентністю IV і II.