Các hóa trị của nitơ từ -3 dưới dạng amoniac và amin, đến +5 và axit nitric (Tyagi, 2009). Phần tử này không mở rộng các đường diềm như những phần tử khác.
Nguyên tử nitơ là một nguyên tố hóa học có số nguyên tử 7 và là nguyên tố đầu tiên của nhóm 15 (trước đây là VA) của bảng tuần hoàn. Nhóm này bao gồm nitơ (N), phốt pho (P), asen (As), antimon (Sb), bitmut (Bi), và moscovium (Mc).
Hình 1: Biểu đồ Bohr của nguyên tử nitơ.
Các nguyên tố chia sẻ những điểm tương đồng chung nhất định về hành vi hóa học, mặc dù chúng được phân biệt rõ ràng với nhau về mặt hóa học. Những điểm tương đồng này phản ánh những đặc điểm chung của cấu trúc điện tử trong nguyên tử của chúng (Sanderson, 2016).
Nitơ có trong hầu hết các loại protein và đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng sinh hóa và công nghiệp. Nitơ tạo liên kết bền vững do khả năng tạo liên kết ba với một nguyên tử nitơ khác và các nguyên tố khác.
Do đó, có một lượng lớn năng lượng trong các hợp chất nitơ. Trước đây 100 năm, người ta biết rất ít về nitơ. Hiện nay, nitơ thường được sử dụng để bảo quản thực phẩm và làm phân bón (Wandell, 2016).
Cấu hình điện tử và dấu hiệu
Trong nguyên tử, các electron điền vào các mức khác nhau tùy theo năng lượng của chúng. Các electron đầu tiên lấp đầy các mức năng lượng thấp hơn và sau đó chuyển lên mức năng lượng cao hơn.
Mức năng lượng ngoài cùng trong nguyên tử được gọi là lớp vỏ hóa trị và các electron đặt trong lớp vỏ này được gọi là electron hóa trị.
Các electron này chủ yếu được tìm thấy trong sự hình thành liên kết và phản ứng hóa học với các nguyên tử khác. Do đó, các điện tử hóa trị chịu trách nhiệm về các tính chất hóa học và vật lý khác nhau của một nguyên tố (Điện tử hóa trị, SF).
Nitơ, như đã đề cập trước đây, có số hiệu nguyên tử là Z = 7. Điều này ngụ ý rằng sự lấp đầy các electron trong các mức năng lượng của chúng, hay cấu hình electron, là 1S 2 2S 2 2P 3 .
Cần phải nhớ rằng trong tự nhiên, nguyên tử luôn luôn tìm cách có cấu hình điện tử của khí quý, bằng cách giành, mất hoặc dùng chung electron.
Trong trường hợp nitơ, khí cao quý tìm cách có cấu hình điện tử là neon, có số hiệu nguyên tử là Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6 ) và heli có số hiệu nguyên tử là Z = 2 (1S 2 ) ( Reusch, 2013).
Các cách kết hợp khác nhau của nitơ sẽ cung cấp cho nó hóa trị (hoặc trạng thái oxy hóa). Trong trường hợp cụ thể của nitơ, vì nó nằm ở chu kỳ thứ hai của bảng tuần hoàn nên nó không thể mở rộng lớp hóa trị như các nguyên tố khác trong nhóm của nó.
Nó được mong đợi có hóa trị là -3, +3 và +5. Tuy nhiên, nitơ có các trạng thái hóa trị khác nhau, từ -3, như trong amoniac và amin, đến +5, như trong axit nitric. (Tyagi, 2009).
Lý thuyết liên kết hóa trị giúp giải thích sự hình thành các hợp chất, theo cấu hình electron của nitơ cho một trạng thái oxi hóa nhất định. Đối với điều này, cần phải tính đến số lượng electron trong lớp vỏ hóa trị và bao nhiêu còn lại để có được cấu hình khí quý.
Hợp chất nitơ
Hình 2: cấu trúc phân tử nitơ có hóa trị 0.
Với số lượng lớn các trạng thái oxy hóa của nó, nitơ có thể tạo thành một số lượng lớn các hợp chất. Trong trường hợp đầu tiên, cần phải nhớ rằng trong trường hợp nitơ phân tử, theo định nghĩa, hóa trị của nó là 0.
Trạng thái oxi hóa -3 là một trong những trạng thái phổ biến nhất đối với nguyên tố. Ví dụ về các hợp chất có trạng thái oxy hóa này là amoniac (NH3), amin (R3N), ion amoni (NH 4 + ), imines (C = NR) và nitriles (C≡N).
Ở trạng thái oxi hóa -2, nitơ còn lại 7 electron trong lớp vỏ hóa trị của nó. Số electron lẻ này ở lớp vỏ hóa trị giải thích tại sao các hợp chất ở trạng thái oxi hóa này có liên kết cầu giữa hai nitơ. Ví dụ về các hợp chất có trạng thái oxy hóa này là hydrazines (R 2 -NNR 2 ) và hydrazones (C = NNR 2 ).
Ở trạng thái oxi hóa -1, nitơ còn lại 6 electron ở vỏ hóa trị. Ví dụ về các hợp chất nitơ có hóa trị này là hydroxyl amin (R 2 NOH) và các hợp chất azo (RN = NR).
Ở trạng thái ôxy hóa dương, nitơ thường được gắn vào nguyên tử ôxy để tạo thành ôxít, ôxít hoặc ôxít. Trong trường hợp ở trạng thái oxi hóa +1, nitơ có 4 electron ở lớp vỏ hóa trị của nó.
Ví dụ về các hợp chất có hóa trị này là đinitơ oxit hoặc khí cười (N 2 O) và các hợp chất nitroso (R = NO) (Reusch, Oxidation States of Nitrogen, 2015).
Đối với trường hợp trạng thái oxi hóa +2, một ví dụ là oxit nitơ hoặc oxit nitric (NO), một chất khí không màu được tạo ra do phản ứng của kim loại với axit nitric loãng. Hợp chất này là một gốc tự do cực kỳ không bền vì nó phản ứng với O 2 trong không khí để tạo thành khí NO 2 .
Nitrit (NO 2 - ) trong dung dịch bazơ và axit nitrơ (HNO 2 ) trong dung dịch axit là những ví dụ về các hợp chất có trạng thái oxi hóa +3. Đây có thể là chất oxy hóa để tạo NO (g) thông thường hoặc chất khử để tạo ion nitrat.
Đinitơ trioxit (N 2 O 3 ) và nhóm nitro (R-NO 2 ) là những ví dụ khác về các hợp chất nitơ có hóa trị +3.
Nitric dioxide (NO 2 ) hay nitơ đioxit là một hợp chất nitơ có hóa trị +4. Nó là một chất khí màu nâu thường được tạo ra bởi phản ứng của axit nitric đặc với nhiều kim loại. Phân hủy tạo thành N 2 O 4 .
Ở trạng thái +5, chúng ta thấy nitrat và axit nitric là chất oxi hóa trong dung dịch axit. Trong trường hợp này, nitơ có 2 electron ở lớp vỏ hóa trị, chúng nằm trong obitan 2S. (Các trạng thái oxy hóa của nitơ, SF).
Ngoài ra còn có các hợp chất như nitrosilazide và dinitrogen trioxide, nơi nitơ có các trạng thái oxy hóa khác nhau trong phân tử. Trong trường hợp nitrosilazide (N 4 O) nitơ có hóa trị -1, 0, + 1 và +2; và trong trường hợp đinitơ trioxit, nó có hóa trị +2 và +4.
Danh pháp các hợp chất nitơ
Do sự phức tạp trong hóa học của các hợp chất nitơ, danh pháp truyền thống không đủ để gọi tên chúng, càng ít xác định chúng đúng cách. Đó là lý do tại sao, trong số các lý do khác, Liên minh Quốc tế về Hóa học Ứng dụng và Tinh khiết (IUPAC) đã tạo ra một danh pháp hệ thống, trong đó các hợp chất được đặt tên theo số nguyên tử mà chúng chứa.
Điều này có lợi khi gọi tên các oxit nitơ. Ví dụ, oxit nitric sẽ được đặt tên là nitơ monoxit và nitơ oxit (NO) đinitơ monoxit (N 2 O).
Ngoài ra, vào năm 1919, nhà hóa học người Đức Alfred Stock đã phát triển một phương pháp đặt tên các hợp chất hóa học dựa trên trạng thái oxy hóa, được viết bằng chữ số La Mã đặt trong dấu ngoặc đơn. Vì vậy, ví dụ, oxit nitric và oxit nitơ sẽ được gọi là oxit nitơ (II) và oxit nitơ (I) tương ứng (IUPAC, 2005).
Người giới thiệu
- (2005). CÔNG BỐ HÓA HỌC NỘI THẤT Các khuyến nghị của IUPAC 2005. Lấy từ iupac.org.
- Các trạng thái oxy hóa của nitơ. (SF). Đã khôi phục từ kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, ngày 5 tháng 5). Cấu hình electron trong Bảng tuần hoàn. Phục hồi từ chemistry.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, ngày 8 tháng 8). Các trạng thái oxy hóa của Nitơ. Được khôi phục từ chem.libretexts.org.
- Sanderson, RT (2016, ngày 12 tháng 12). Nguyên tố nhóm nitơ. Phục hồi từ britannica.com.
- Tyagi, VP (2009). Hóa học cần thiết Xii. Cửa hàng thức ăn ngon mới: Ratna Sagar.
- Điện tử hóa trị. (SF). Được khôi phục từ chemistry.tutorvista.com.
- Wandell, A. (2016, ngày 13 tháng 12). Hóa học của Nitơ. Được khôi phục từ chem.libretexts.org.