На валенциите на азот, вариращи от -3 като амоняк и амини, на 5 и азотна киселина (Tyagi, 2009). Този елемент не разширява валентите като другите.
Азотният атом е химичен елемент с атомно число 7 и първият елемент от група 15 (по-рано VA) на периодичната таблица. Групата се състои от азот (N), фосфор (P), арсен (As), антимон (Sb), бисмут (Bi) и московиум (Mc).
Фигура 1: Бор диаграма на азотния атом.
Елементите споделят определени общи прилики в химическото поведение, въпреки че са ясно разграничени един от друг химически. Тези сходства отразяват общи характеристики на електронните структури на техните атоми (Sanderson, 2016).
Азотът присъства в почти всички протеини и играе важна роля както в биохимичните, така и в индустриалните приложения. Азотът образува силни връзки поради способността му да утрои връзка с друг азотен атом и други елементи.
Следователно в азотните съединения има голямо количество енергия. Преди 100 години малко се знаеше за азота. Сега азотът обикновено се използва за запазване на храната и като тор (Wandell, 2016).
Електронна конфигурация и валенти
В един атом електроните запълват различните нива според техните енергии. Първите електрони запълват по-ниските енергийни нива и след това преминават към по-високо енергийно ниво.
Най-външното ниво на енергия в един атом е известно като валентна обвивка, а електроните, поставени в тази обвивка, са известни като валентни електрони.
Тези електрони се намират главно при образуване на връзка и химическа реакция с други атоми. Следователно валентните електрони са отговорни за различни химични и физични свойства на даден елемент (Valence Electron, SF).
Азотът, както беше споменато по-горе, има атомно число Z = 7. Това означава, че пълненето му на електроните в своите енергийни нива, или електронна конфигурация, е 1S 2 2S 2 2Т 3.
Трябва да се помни, че в природата атомите винаги се стремят да имат електронна конфигурация на благородни газове, било чрез получаване, загуба или споделяне на електрони.
В случая на азот, благородният газ, който се стреми да има електронна конфигурация, е неонов, чието атомно число е Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6) и хелий, чието атомно число е Z = 2 (1S 2) (Reusch, 2013).
Различните начини на комбиниране на азота ще му придадат валентност (или състояние на окисляване). В конкретния случай на азот, тъй като той е във втория период на периодичната таблица, той не е в състояние да разшири валентния си слой, както правят другите елементи от неговата група.
Очаква се да има валентности от -3, +3 и +5. Въпреки това, азотът има валентни състояния, вариращи от -3, както при амоняк и амини, до +5, както в азотната киселина. (Тяги, 2009).
Теорията на валентната връзка помага да се обясни образуването на съединения, в съответствие с електронната конфигурация на азота за дадено окислително състояние. За това трябва да се вземе предвид броят на електроните в валентната обвивка и колко остава да придобие благородна газова конфигурация.
Азотни съединения
Фигура 2: структура на молекулен азот с валентност 0.
Предвид големия си брой окислителни състояния, азотът може да образува голям брой съединения. Първо трябва да се помни, че в случая на молекулен азот, по дефиниция неговата валентност е 0.
Окислителното състояние на -3 е едно от най-често срещаните за елемента. Примери за съединения с това окисление са амоняк (NH3), амини (R3N), амониев йон (NH 4 +), имини (C = NR) и нитрили (C≡N).
В състояние на окисление -2 азотът се оставя със 7 електрона във валентната му обвивка. Този нечетен брой електрони във валентната обвивка обяснява защо съединенията с това състояние на окисляване имат мостова връзка между два азота. Примери за съединения с това окисление са хидразини (R 2 -NNR 2) и хидразони (С = NNR 2).
В състояние на окисляване -1 се оставя азот с 6 електрона във валентната обвивка. Примери за азотни съединения с тази валентност са хидроксиламин (R 2 NOH) и азо съединения (RN = NR).
В положителни окислителни състояния, азотът обикновено се свързва към кислородните атоми, за да образува оксиди, оксисалти или оксациди. В случай на +1 окислително състояние, азотът има 4 електрона във валентната си обвивка.
Примери за съединения с това валентността са двуазотен оксид или райски газ (N 2 O) и нитрозо съединения (R = NO) (Reusch, окисление на азот, 2015).
В случая на окислителното състояние на +2, пример е азотен оксид или азотен оксид (NO), безцветен газ, получен при реакцията на металите с разредена азотна киселина. Това съединение е изключително нестабилни свободни радикали, тъй като реагира с О 2 във въздуха за да се образува NO 2 газ.
Нитрит (NO 2 -) в основния разтвор и азотиста киселина (HNO 2) в разтвор на киселина са примери на съединения с окислено състояние +3. Те могат да бъдат окислители, за да произвеждат нормално NO (g) или редуциращи агенти за образуване на нитратен йон.
Двуазотен триоксид (N 2 O 3) и нитро групата (R-NO 2) са други примери на азотни съединения с валентност 3.
Азотен двуокис (NO 2) или азотен диоксид е азотен съединение с валентност 4. Това е кафяв газ, който обикновено се получава при реакцията на концентрирана азотна киселина с много метали. Оразмерява, за да образува N 2 O 4.
В състояние +5 намираме нитрати и азотна киселина, които са окислители в киселинни разтвори. В този случай азотът има 2 електрона във валентната обвивка, които са в орбитала 2S. (Окислителни състояния на азот, SF).
Съществуват и съединения като нитрозилазид и динитрогенов триоксид, където азотът има различни окислителни състояния в молекулата. В случай на nitrosilazide (N 4 О), азот има валентност на -1, 0, + 1 и 2; а при динитрогеновия триоксид има валентност от +2 и +4.
Номенклатура на азотни съединения
Предвид сложността на химията на азотните съединения, традиционната номенклатура не беше достатъчна, за да ги назове, още по-малко да ги идентифицира правилно. Ето защо, наред с други причини, Международният съюз за чиста и приложна химия (IUPAC) създаде систематична номенклатура, където съединенията са наименовани според броя на атомите, които съдържат.
Това е от полза, когато става въпрос за именуване на азотни оксиди. Например азотен оксид ще бъде наречен азотен монооксид и азотен оксид (NO) двуазотен оксид (N 2 O).
Освен това през 1919 г. немският химик Алфред Сток разработва метод за именуване на химични съединения въз основа на окислителното състояние, който е изписан с римски цифри, затворени в скоби. Така например, азотният окис и азотният оксид биха се нарекли съответно азотен оксид (II) и азотен оксид (IUP) (IUPAC, 2005).
Препратки
- (2005 г.). НОМЕНКЛАТУРА НА НЕОРГАНСКАТА ХИМИЯ Препоръки IUPAC 2005, извлечено от iupac.org.
- Окислителни състояния на азот. (SF). Възстановена от kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, 5 май). Електронни конфигурации в периодичната таблица. Възстановен от chemistry.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8 август). Окислителни състояния на азот. Възстановено от chem.libretexts.org.
- Sanderson, RT (2016, 12 декември). Елемент от азотна група. Възстановени от britannica.com.
- Тяги, вицепрезидент (2009). Основна химия Xii. New Deli: Ратна Сагар.
- Валентни електрони. (SF). Възстановени от chemistry.tutorvista.com.
- Wandell, A. (2016, 13 декември). Химия на азота. Възстановено от chem.libretexts.org.