Darganfu Carl Scheele, cemegydd o Sweden, a Daniel Rutherford, botanegydd Albanaidd, nitrogen ar wahân ym 1772. Cafodd y Parchedig Cavendish a Lavoisier hefyd nitrogen yn annibynnol tua'r un amser. Cafodd nitrogen ei gydnabod gyntaf fel elfen gan Lavoisier, a'i galwodd yn "azo", sy'n golygu "difywyd". Enwodd Chaptal yr elfen nitrogen yn 1790. Mae'r enw yn deillio o'r gair Groeg "nitr" (nitrad yn cynnwys nitrogen mewn nitrad)
Ffynonellau Nitrogen
Nitrogen yw'r 30ain elfen fwyaf helaeth ar y Ddaear. O ystyried bod nitrogen yn cyfrif am 4/5 o'r cyfaint atmosfferig, neu fwy na 78%, mae gennym ni symiau diderfyn bron o nitrogen ar gael i ni. Mae nitrogen hefyd yn bodoli ar ffurf nitradau mewn amrywiaeth o fwynau, megis saltpeter Chile (sodiwm nitrad), saltpeter neu nitre (potasiwm nitrad), a mwynau sy'n cynnwys halwynau amoniwm. Mae nitrogen yn bresennol mewn llawer o foleciwlau organig cymhleth, gan gynnwys proteinau ac asidau amino sy'n bresennol ym mhob organeb byw
Priodweddau ffisegol
Mae nitrogen N2 yn nwy di-liw, di-flas a heb arogl ar dymheredd ystafell, ac fel arfer nid yw'n wenwynig. Y dwysedd nwy o dan amodau safonol yw 1.25g/L. Mae nitrogen yn cyfrif am 78.12% o gyfanswm yr atmosffer (ffracsiwn cyfaint) a dyma brif gydran aer. Mae tua 400 triliwn o dunelli o nwy yn yr atmosffer.
O dan bwysau atmosfferig safonol, pan gaiff ei oeri i -195.8 ℃, mae'n dod yn hylif di-liw. Pan gaiff ei oeri i -209.86 ℃, mae nitrogen hylifol yn dod yn solid tebyg i eira.
Nid yw nitrogen yn fflamadwy ac fe'i hystyrir yn nwy mygu (hy, mae anadlu nitrogen pur yn amddifadu'r corff dynol o ocsigen). Mae gan nitrogen hydoddedd isel iawn mewn dŵr. Ar 283K, gall un cyfaint o ddŵr hydoddi tua 0.02 cyfaint o N2.
Priodweddau cemegol
Mae gan nitrogen briodweddau cemegol sefydlog iawn. Mae'n anodd adweithio â sylweddau eraill ar dymheredd ystafell, ond gall gael newidiadau cemegol gyda rhai sylweddau o dan amodau tymheredd uchel ac egni uchel, a gellir eu defnyddio i gynhyrchu sylweddau newydd sy'n ddefnyddiol i bobl.
Fformiwla orbitol moleciwlaidd moleciwlau nitrogen yw KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Mae tri phâr o electronau yn cyfrannu at fondio, hynny yw, mae dau fond π ac un bond σ yn cael eu ffurfio. Nid oes unrhyw gyfraniad at fondio, ac mae'r egni bondio a gwrth-bondio wedi'u gwrthbwyso'n fras, ac maent yn cyfateb i barau electronau unig. Gan fod bond triphlyg N≡N yn y moleciwl N2, mae gan y moleciwl N2 sefydlogrwydd mawr, ac mae'n cymryd 941.69 kJ/mol o egni i'w ddadelfennu'n atomau. Y moleciwl N2 yw'r mwyaf sefydlog o'r moleciwlau diatomig hysbys, a màs moleciwlaidd cymharol nitrogen yw 28. Ar ben hynny, nid yw nitrogen yn hawdd i'w losgi ac nid yw'n cefnogi hylosgi.
Dull prawf
Rhowch y bar Mg llosgi yn y botel casglu nwy wedi'i lenwi â nitrogen, a bydd y bar Mg yn parhau i losgi. Tynnwch y lludw sy'n weddill (y powdr Mg3N2 ychydig yn felyn), ychwanegwch ychydig bach o ddŵr, a chynhyrchwch nwy (amonia) sy'n troi'r papur litmws coch gwlyb yn las. Hafaliad adwaith: 3Mg + N2 = tanio = Mg3N2 (magnesiwm nitrid); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Nodweddion bondio a strwythur bond falens o nitrogen
Oherwydd bod y sylwedd sengl N2 yn hynod sefydlog o dan amodau arferol, mae pobl yn aml yn credu ar gam bod nitrogen yn elfen anweithredol yn gemegol. Mewn gwirionedd, i'r gwrthwyneb, mae gan nitrogen elfennol weithgaredd cemegol uchel. Mae electronegatifedd N (3.04) yn ail yn unig i F ac O, sy'n dangos y gall ffurfio bondiau cryf ag elfennau eraill. Yn ogystal, mae sefydlogrwydd y moleciwl N2 sylwedd sengl yn dangos gweithgaredd yr atom N. Y broblem yw nad yw pobl eto wedi dod o hyd i'r amodau gorau posibl ar gyfer actifadu moleciwlau N2 ar dymheredd a gwasgedd ystafell. Ond mewn natur, gall rhai bacteria ar nodules planhigion drosi N2 yn yr aer yn gyfansoddion nitrogen o dan amodau ynni isel ar dymheredd a phwysau arferol, a'u defnyddio fel gwrtaith ar gyfer twf cnydau.
Felly, mae astudio sefydlogi nitrogen bob amser wedi bod yn bwnc ymchwil gwyddonol pwysig. Felly, mae angen inni ddeall nodweddion bondio a strwythur bond falens nitrogen yn fanwl.
Math o fond
Strwythur haen electron falens yr atom N yw 2s2p3, hynny yw, mae yna 3 electron sengl a phâr o barau electronau unigol. Yn seiliedig ar hyn, wrth ffurfio cyfansoddion, gellir cynhyrchu'r tri math bond canlynol:
1. Ffurfio bondiau ïonig 2. Ffurfio bondiau cofalent 3. Ffurfio bondiau cydsymud
1. Ffurfio bondiau ïonig
Mae gan atomau N electronegatifedd uchel (3.04). Pan fyddant yn ffurfio nitridau deuaidd gyda metelau ag electronegatifedd is, megis Li (electronegedd 0.98), Ca (electronegedd 1.00), a Mg (electronegedd 1.31), gallant gael 3 electron a ffurfio N3- ïonau. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg = tanio = Mg3N2 Mae gan ïonau N3- wefr negatif uwch a radiws mwy (171pm). Byddant yn cael eu hydrolysu'n gryf pan fyddant yn dod ar draws moleciwlau dŵr. Felly, dim ond mewn cyflwr sych y gall cyfansoddion ïonig fodoli, ac ni fydd unrhyw ïonau hydradol o N3-.
2. Ffurfio bondiau cofalent
Pan fydd atomau N yn ffurfio cyfansoddion ag anfetelau ag electronegatifedd uwch, mae'r bondiau cofalent canlynol yn cael eu ffurfio:
Mae atomau ⑴N yn cymryd cyflwr hybridization sp3, yn ffurfio tri bond cofalent, yn cadw pâr o barau electronau unigol, ac mae'r cyfluniad moleciwlaidd yn byramid trigonol, megis NH3, NF3, NCl3, ac ati Os ffurfir pedwar bond sengl cofalent, y cyfluniad moleciwlaidd yw tetrahedron rheolaidd, fel ïonau NH4+.
Mae atomau ⑵N yn cymryd cyflwr hybrideiddio sp2, yn ffurfio dau fond cofalent ac un bond, ac yn cadw pâr o barau electronau unigol, ac mae'r cyfluniad moleciwlaidd yn onglog, fel Cl—N=O. (Mae N atom yn ffurfio bond σ a bond π ag atom Cl, ac mae pâr o barau electronau unig ar N atom yn gwneud y moleciwl yn drionglog.) Os nad oes pâr o electronau unigol, mae'r ffurfweddiad moleciwlaidd yn drionglog, fel moleciwl HNO3 neu NO3- ion. Mewn moleciwl asid nitrig, mae N atom yn ffurfio tri bond σ gyda thri atom O yn y drefn honno, ac mae pâr o electronau ar ei orbital π ac mae'r electronau π sengl o ddau atom O yn ffurfio bond π dadleoledig pedair-electron tair-ganolfan. Mewn ïon nitrad, mae bond π mawr wedi'i ddadleoli chwe electron pedwar-canol yn cael ei ffurfio rhwng tri atom O a'r atom N canolog. Mae'r adeiledd hwn yn gwneud y rhif ocsidiad ymddangosiadol o N atom mewn asid nitrig +5. Oherwydd presenoldeb bondiau π mawr, mae nitrad yn ddigon sefydlog o dan amodau arferol. Mae atom ⑶N yn mabwysiadu hybridization sp i ffurfio bond triphlyg cofalent ac yn cadw pâr o barau electronau unig. Mae'r cyfluniad moleciwlaidd yn llinol, fel strwythur atom N mewn moleciwl N2 a CN-.
3. Ffurfio bondiau cydlynu
Pan fydd atomau nitrogen yn ffurfio sylweddau neu gyfansoddion syml, maent yn aml yn cadw parau electronau unigol, felly gall sylweddau neu gyfansoddion syml o'r fath weithredu fel rhoddwyr pâr electronau i gydlynu i ïonau metel. Er enghraifft, [Cu(NH3)4]2+ neu [Tu(NH2)5]7, ac ati.
Diagram egni rhydd cyflwr ocsidiad-Gibbs
Gellir gweld hefyd o ddiagram egni rhydd cyflwr ocsidiad-Gibbs o nitrogen, ac eithrio ïonau NH4, fod y moleciwl N2 â rhif ocsidiad o 0 ar bwynt isaf y gromlin yn y diagram, sy'n dangos bod N2 yn thermodynamig sefydlog o'i gymharu â chyfansoddion nitrogen gyda niferoedd ocsidiad eraill.
Mae gwerthoedd cyfansoddion nitrogen amrywiol gyda rhifau ocsidiad rhwng 0 a +5 i gyd uwchben y llinell sy'n cysylltu'r ddau bwynt HNO3 ac N2 (y llinell ddotiog yn y diagram), felly mae'r cyfansoddion hyn yn thermodynamig ansefydlog ac yn dueddol o gael adweithiau anghymesur. Yr unig un yn y diagram sydd â gwerth is na'r moleciwl N2 yw'r ïon NH4+. [1] O'r diagram egni rhydd cyflwr ocsidiad-Gibbs o nitrogen a strwythur moleciwl N2, gellir gweld bod N2 elfennol yn anactif. Dim ond o dan dymheredd uchel, pwysedd uchel a phresenoldeb catalydd y gall nitrogen adweithio â hydrogen i ffurfio amonia: O dan amodau gollwng, gall nitrogen gyfuno ag ocsigen i ffurfio ocsid nitrig: N2 + O2 = gollyngiad = 2NO Mae ocsid nitrig yn cyfuno'n gyflym ag ocsigen i ffurf nitrogen deuocsid 2NO+O2=2NO2 Mae nitrogen deuocsid yn hydoddi mewn dŵr i ffurfio asid nitrig, ocsid nitrig 3NO2+H2O=2HNO3+NO Mewn gwledydd sydd â phŵer dŵr datblygedig, mae'r adwaith hwn wedi'i ddefnyddio i gynhyrchu asid nitrig. Mae N2 yn adweithio â hydrogen i gynhyrchu amonia: N2+3H2=== (arwydd cildroadwy) 2NH3 Mae N2 yn adweithio â metelau â photensial ïoneiddiad isel ac mae gan eu nitridau egni dellt uchel i ffurfio nitridau ïonig. Er enghraifft: gall N2 adweithio'n uniongyrchol â lithiwm metelaidd ar dymheredd ystafell: 6 Li + N2 === 2 Mae Li3N N2 yn adweithio â metelau daear alcalïaidd Mg, Ca, Sr, Ba ar dymheredd gwynias: 3 Ca + N2 === gall Ca3N2 N2 dim ond adweithio â boron ac alwminiwm ar dymheredd gwynias: 2 B + N2 === 2 BN (cyfansoddyn macromoleciwl) Yn gyffredinol mae N2 yn adweithio â silicon ac elfennau grŵp eraill ar dymheredd uwch na 1473K.
Mae'r moleciwl nitrogen yn cyfrannu tri phâr o electronau i fondio, hynny yw, ffurfio dau fond π ac un bond σ. Nid yw'n cyfrannu at fondio, ac mae'r egni bondio a gwrth-bondio wedi'u gwrthbwyso'n fras, ac maent yn cyfateb i barau electronau unigol. Oherwydd bod bond triphlyg N≡N yn y moleciwl N2, mae gan y moleciwl N2 sefydlogrwydd mawr, ac mae'n cymryd 941.69kJ/mol o egni i'w ddadelfennu'n atomau. Y moleciwl N2 yw'r mwyaf sefydlog o'r moleciwlau diatomig hysbys, a màs moleciwlaidd cymharol nitrogen yw 28. Ar ben hynny, nid yw nitrogen yn hawdd i'w losgi ac nid yw'n cefnogi hylosgi.
Amser post: Gorff-23-2024
