Ступінь окислення азоту в амонії

Існують хімічні елементи, що проявляють різні ступені окислення, що дозволяє утворювати в ході хімічних реакцій велику кількість сполук з певними властивостями. Знаючи електронну будову атома, можна припустити, які речовини будуть утворюватися.

Ступені окислення азоту можуть варіювати від -3 до + 5, що вказує на різноманіття сполук на його основі.

Характеристика елемента

Азот належить до хімічних елементів, розташованих у 15 групі, у другому періоді в періодичній системі Менделєєва Д. І. Йому присвоєно порядковий номер 7 і скорочене буквене позначення N. У нормальних умовах порівняно інертний елемент, для проведення реакцій необхідні спеціальні умови.

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

Структура атома

Щоб визначити ступінь окислення азоту в сполуках, необхідно знати його ядерну структуру і 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 нейтронову частинку більше.

Існують штучні різновиди його атома з масою 12-13 і 16-17, що володіють нестабільними ядрами.

Під час вивчення електронної структури атомного азоту видно, що є дві електронні оболонки (внутрішня і зовнішня). На 1s-орбіталі міститься одна пара електронів.

На другій зовнішній оболонці присутні всього п 'ять негативно заряджених частинок: дві на 2s-під упередження і три на 2p-орбіталі. Ва лент ний енер ти но не має вільних осередків, що вказує на неможливість поділу його елек трон ної пари. Орбіталь 2р вважається заповненою електронами тільки наполовину, що дозволяє приєднати 3 негативно заряджені частинки. У такому випадку ступінь окислення азоту дорівнює -3.

Враховуючи будову орбіталів, можна зробити висновок, що даний елемент з координаційним числом 4 максимально зв 'язується тільки з чотирма іншими атомами. Для утворення трьох зв 'язків використовується про нездійсненний ме низ м, ще одна формується до нор но-ак цеп тор ним способом.

Ступінь окислення азоту в різних сполуках

Максимальна кількість від 'ємних частинок, здатних приєднати його атом, дорівнює 3. У такому випадку проявляється ступінь його окислення рівна -3, притаманна сполукам типу NH3 або аміаку, NH4 + або амонію і нітридам Me3N2. Останні речовини формуються при підвищенні температури шляхом взаємодії азоту з атомами металів.

Найбільша кількість негативно заряджених частинок, яка здатна 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 N2H4 або гідразинах, в азидах різних металів або MeN3. Атом азоту приєднує на вільні орбіталі 2 електрони.

Існує ступінь окислення -1, коли даний елемент отримує тільки 1 від 'ємну частку. Наприклад, у NH2OH або гідроксиламіні він заряджений негативно.

Бувають позитивного знака ступеня окислення азоту, коли із зовнішнього енергетичного шару забираються електронні частинки. Варіюють вони від + 1 до + 5.

Заряд 1 + є у азоту в N2O (одноалентному оксиді) і в гіпонітриті натрію з формулою Na2N2O2.

У NO (двовалентному оксиді) елемент віддає два електрони і заряджається позитивно (+ 2).

Існує ступінь окислення азоту 3 (в сполуці NaNO2 або нітриді і ще в трьохвалентному оксиді). У такому випадку відщеплюється 3 електрони.

Заряд + 4 буває в оксиді з валентністю IV або його дімері (N2O4).

Позитивний знак ступеня окислення (+ 5) проявляється в N2O5 або в п 'ятивалентному оксиді, в азотній кислоті та її похідних солях.

Сполуки з азоту з воднем

Природні речовини на основі двох вищевказаних елементів нагадують органічні вуглеводні. Тільки азотоводні втрачають свою стійкість при збільшенні кількості атомарного азоту.

До найбільш значущих водневих сполук відносять молекули аміаку, гідразину та азотистоводневої кислоти. Їх отримують шляхом взаємодії водню з азотом, а в останній речовині присутній ще кисень.

Що таке аміак

Його ще називають нітридом водню, а його хімічна формула позначається як NH3 з масою 17. В умовах з нормальною температурою і тиском аміак має форму безбарвного газу з різким нашатирним запахом. За щільністю він в 2 рази рідше повітря, легко розчиняється у водному середовищі за рахунок полярної будови його молекули. Відноситься до малонебезпечних речовин.

У промислових обсягах аміак отримують за допомогою каталітичного синтезу з водневих і азотних молекул. Існують лабораторні методи отримання з амонійних солей і 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. У молекулі, що має форму тетраедра, азот розташований по центру. За рахунок трьох неспарених p-електронів він з 'єднується полярними зв' язками ковалентної природи з 3 атомарними воднями, у яких є по 1 s-електрону. Так утворюється аміачна молекула. В даному випадку азот проявляє ступінь окислення - 3.

У даного елемента знаходиться ще неподілена пара електронів на зовнішньому рівні, яка створює зв 'язок ковалентний з іоном водню, що має позитивний заряд. Один елемент є донором негативно заряджених частинок, а інший акцептором. Так утворюється амонійний іон NH4 +.

Що таке амоній

Його ставлять до позитивно заряджених поліатомних іонів або катіонів. Аммоній ще зараховують до хімічних речовин, які не можуть існувати у формі молекули. Він складається з аміаку і водню.

Амоній з позитивним зарядом у присутності різних аніонів з негативним знаком здатний утворювати амонійні солі, в яких поводиться подібно металам з валентністю I. Також за його участю синтезуються амонійні сполуки.

Багато солі амонію існують у вигляді кристалічних безбарвних речовин, які добре розчиняються водою. Якщо сполуки іона NH4 + утворені летючими кислотами, то в умовах нагрівання відбувається їх розкладання з виділенням газоподібних речовин. Подальше їх охолодження призводить до зворотного процесу.

Стабільність таких солей залежить від сили кислот, з яких вони утворені. Стійкі сполуки амонію відповідають сильному кислотному залишку. Наприклад, стабільний амонія хлорид виробляється з соляної кислоти. При температурі до 25 градусів така сіль не розкладається, що не можна сказати про карбонат амонію. Остання сполука 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.

Якісною реакцією для виявлення іонів амонію є дія гідроксидів лужних металів на його сполуки. У присутності NH4 + 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 катіону дорівнює + 1, а у кожного іона водню відсутній по одному електрону, а їх всього 4. Сумарний водневий потенціал становить + 4. Якщо із заряду катіону відняти заряд всіх іонів водню, то отримаємо: +1 - (+4) = -3. Отже, азот має ступінь окислення - 3. В даному випадку він приєднує три електрони.

Що таке нітриди

Азот здатний з 'єднуватися з більш електроположними атомами металевої і неметалевої природи. У результаті утворюються сполуки схожі з гідридами і карбидами. Такі речовини азовмісні називають нітриди. Між металом і азотним атомом у сполуках виділяють ковалентний, іонний і проміжний зв 'язки. Саме така характеристика лежить в основі їх класифікації.

До нітридів ковалентних відносять сполуки, в хімічному зв 'язку яких електрони не переходять від атомного азоту, а утворюють разом із зарядженими негативно частинками інших атомів загальну електронну хмару.

Прикладом таких речовин є водневі нітриди, типу аміачних і гідразинових молекул, а також азотні галогеніди, до яких відносять трихлориди, триброміди і трифториди. У них загальна електронна пара однаково належить двом атомам.

До нітридів іонним відносять сполуки з хімічним зв 'язком, утвореним переходом електронів від елемента металу на вільні рівні біля азоту. У молекулах таких речовин спостерігається полярність. Нітриди мають ступінь окислення азоту 3-. Відповідно, загальний заряд металу буде 3 +.

До таких сполук відносять нітриди магнію, літію, цинку або міді, за винятком лужних металів. Вони володіють високою температурою плавлення.

До нітридів з проміжним зв 'язком відносяться речовини, у яких розподілені рівномірно атоми металів і азоту і відсутнє чітке зміщення електронної хмари. До таких інертних сполук належать нітриди заліза, молібдену, марганцю та вольфраму.

Опис оксиду тривалентного азоту

Його ще називають ангідридом, отриманим з кислоти азотистою, що має формулу HNO2. Враховуючи ступінь окислення азоту (3 +) і кисню (2-) в тріоксиді, виходить співвідношення атомів елементів 2 до 3 або N2O3.

Рідка і газоподібна форма ангідриду - це досить нестійкі сполуки, вони легко розпадаються на 2 різних оксиди з валентністю IV і II.