A nitrogén vegyértéktartalma -3-tól ammóniáig és aminoktól a +5 és salétromsavig terjed (Tyagi, 2009). Ez az elem nem bővíti az érzékenységet, mint mások.
A nitrogénatom egy kémiai elem, amelynek atomszáma 7, és a periodikus táblázat 15. csoportjának (korábban VA) első eleme. A csoport nitrogénből (N), foszforból (P), arzénből (As), antimonból (Sb), bizmutból (Bi) és moscoviumból (Mc) áll.
1. ábra: A nitrogénatom Bohr-diagramja.
Az elemek bizonyos általános hasonlóságokkal rendelkeznek a kémiai viselkedésben, bár kémiai szempontból egyértelműen különböznek egymástól. Ezek a hasonlóságok tükrözik atomjaik elektronikus szerkezetének közös jellemzőit (Sanderson, 2016).
A nitrogén szinte minden fehérjében jelen van, és fontos szerepet játszik mind biokémiai, mind ipari alkalmazásokban. A nitrogén erős kötéseket képez annak köszönhetően, hogy megháromszorozódik egy másik nitrogénatommal és más elemekkel.
Ezért a nitrogénvegyületekben nagy mennyiségű energia van. 100 évvel ezelőtt a nitrogénről keveset tudtak. Most a nitrogént általában az élelmiszerek tartósítására és műtrágyaként használják (Wandell, 2016).
Elektronikus konfiguráció és értékek
Egy atomban az elektronok energiájuknak megfelelõen töltik meg a különbözõ szinteket. Az első elektronok megtöltik az alacsonyabb energiaszinteket, majd egy magasabb energiaszintre mozognak.
Az atom legkülső energiaszintjét valenciahéjnak, az ebbe a héjba helyezett elektronokat valencia elektronnak nevezzük.
Ezek az elektronok elsősorban kötésképződésben és más atomokkal történő kémiai reakcióban találhatók meg. Ezért a valencia elektronok felelősek az elem különböző kémiai és fizikai tulajdonságaiért (Valence Electrons, SF).
A nitrogén atommagszáma, amint azt már említettük, Z = 7. Ez azt jelenti, hogy az elektronok energiájának szintje vagy elektronkonfigurációja 1S 2 2S 2 2P 3.
Emlékeztetni kell arra, hogy a természetben az atomok mindig a nemesgázok elektronikus konfigurációjának elérésére törekednek, akár elektronok nyerésével, elvesztésével, akár megosztásával.
Nitrogén esetében a nemesgáz, amely elektronikus konfigurációra törekszik, neon, atomszáma Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6), és hélium, amelynek atomszáma Z = 2 (1S 2) (Reusch, 2013).
A nitrogén kombinációjának különféle módjai adják vegyértékének (vagy oxidációs állapotának). Konkrét esetben a nitrogén esetében, mivel ez a periódusos rendszer második szakaszában van, nem képes kibővíteni valenciarétegét, ahogyan a csoport többi eleme teszi.
Várhatóan -3, +3 és +5 vegyértékű lesz. A nitrogén valencia állapota azonban -3, ammóniában és aminokban +5 és +5 között van, mint a salétromsavban. (Tyagi, 2009).
A valenciakötési elmélet segít megmagyarázni a vegyületek képződését a nitrogén elektronkonfigurációja szerint egy adott oxidációs állapotban. Ehhez figyelembe kell venni a valenciahéjon lévő elektronok számát és azt, hogy mennyi marad a nemesgáz-konfiguráció megszerzéséhez.
Nitrogénvegyületek
2. ábra: A molekuláris nitrogén szerkezete valenciával 0.
Tekintettel a nagy oxidációs állapotokra, a nitrogén számos vegyületet képezhet. Elsőként emlékeztetni kell arra, hogy a molekuláris nitrogén esetében definíció szerint valenciája 0.
A -3 oxidációs állapota az egyik leggyakoribb az elemnél. Példák a vegyületek ezzel az oxidációs állapotban az ammónia (NH3), aminok (R 3N), ammónium-ion (NH 4 +), iminek (C = NR) és nitrilek (C = N).
-2 oxidációs állapotban a nitrogénnek 7 elektronja van a valenciahéjában. Ez a páratlan számú elektron a valenciahéjon magyarázza, hogy az oxidációs állapotú vegyületek miért hidat kötnek a két nitrogén között. Példák a vegyületek ezzel az oxidációs állapotban van hidrazinok (R 2 -NNR 2) és hidrazonok (C = NNR 2).
-1 oxidációs állapotban a nitrogénben 6 elektron marad a valenciahéjon. Példák a nitrogén vegyületek ezzel az vegyértékkel a hidroxil-amin (R 2 NOH) és azo-vegyületek (RN = NR).
Pozitív oxidációs állapotokban a nitrogén általában az oxigénatomokhoz kapcsolódik, hogy oxidokat, oxizálokat vagy oxidokat képezzen. A +1 oxidációs állapot esetén a nitrogénnek 4 elektron van a valenciahéjában.
Ilyen vegyértékű vegyületek például a dinitrogén-oxid vagy a nevetőgáz (N 2 O) és a nitrozo vegyületek (R = NO) (Reusch, Nitrogen oxidációs állapotai, 2015).
A +2 oxidációs állapotának példája például a nitrogén-oxid vagy a salétrom-oxid (NO), amely egy színtelen gáz, amelyet fémek és híg salétromsav reakciójával állítanak elő. Ez a vegyület rendkívül instabil szabad gyökös, mivel az reakcióba lép a O 2, levegőn, NO 2 gázzal.
A nitrát (NO 2 -) bázikus oldatban és a salétromsav (HNO 2) savas oldatban példák a +3 oxidációs állapotú vegyületekre. Ezek lehetnek oxidáló szerek, amelyek általában NO (g) előállításához vezetnek, vagy redukáló szerek a nitrát-ion képződéséhez.
A nitrogén-trioxid (N 2 O 3) és a nitro csoport (R-NO 2) a nitrogéntartalmú vegyületek további példái, amelyek vegyülete +3.
A nitrogén-dioxid (NO 2) vagy a nitrogén-dioxid egy +4 vegyértékű nitrogénvegyület. Ez egy barna gáz, amelyet általában tömény salétromsav és sok fémek reakciójával állítanak elő. Dimerizálva N 2 O 4 képződik.
A +5 állapotban nitrátokat és salétromsavat találunk, amelyek savas oldatokban oxidáló szerek. Ebben az esetben a nitrogénnek 2 elektronja van a valenciahéjában, amelyek a 2S-keringőben vannak. (Nitrogén oxidációs állapota, SF).
Vannak olyan vegyületek is, mint a nitrozilazid és a dinitrogén-trioxid, amelyekben a nitrogénnek különféle oxidációs állapota van a molekulában. Nitrosilazid (N 4 O) esetében a nitrogén valenciája -1, 0, + 1 és +2; és dinitrogén-trioxid esetén a vegyérték valenciája +2 és +4.
A nitrogénvegyületek nómenklatúrája
Tekintettel a nitrogénvegyületek kémiai összetettségére, a hagyományos nómenklatúra nem volt elegendő a megnevezéshez, még kevésbé volt a megfelelő azonosítás. Ezért, többek között, azért, hogy a Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Szövetsége (IUPAC) létrehozott egy szisztematikus nómenklatúrát, ahol a vegyületeket az általuk használt atomszám szerint nevezik el.
Ez akkor hasznos, ha a nitrogén-oxidokat nevezzük. Például a salétrom-oxidot nitrogén-monoxidnak és nitrogén-monoxidnak (NO) dinitrogén-monoxidnak (N 2 O) lehetne nevezni.
Ezenkívül 1919-ben az Alfred Stock német vegyész kifejlesztett egy módszert a kémiai vegyületek elnevezésére az oxidációs állapot alapján, amelyet zárójelbe tett római számokkal írnak. Így például a salétrom-oxidot és a dinitrogén-oxidot nitrogén-oxidnak (II) és nitrogén-oxidnak (I) nevezzük (IUPAC, 2005).
Irodalom
- (2005). INORGANIKUS KÉMIA NOMENKLATURE Az IUPAC 2005. évi ajánlása. Az iupac.org webhelyről származik.
- A nitrogén oxidációs állapota. (SF). Helyrehozva a kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, május 5.). Az periódusos rendszer elektronkonfigurációi. Helyreállítva a chemics.msu.edu-tól.
- Reusch, W. (2015, augusztus 8.). A nitrogén oxidációs állapota. Helyreállítva a chem.libretexts.org webhelyről.
- Sanderson, RT (2016, december 12). Nitrogén csoport elem. Helyreállítva a britannica.com webhelyről.
- Tyagi, alelnök (2009). Alapvető kémia Xii. Új Deli: Ratna Sagar.
- Vegyérték elektronok. (SF). Helyreállítva a chemistry.tutorvista.com webhelyről.
- Wandell, A. (2016, december 13.). A nitrogén kémiája. Helyreállítva a chem.libretexts.org webhelyről.