The slāpekļa valences sākot no -3 kā amonjaka un amīnu, uz +5 un slāpekļskābes (Tyagi, 2009). Šis elements nepaplašina valences kā citi.
Slāpekļa atoms ir ķīmisks elements ar atoma numuru 7 un periodiskās tabulas 15. grupas (agrāk VA) pirmais elements. Grupu veido slāpeklis (N), fosfors (P), arsēns (As), antimons (Sb), bismuts (Bi) un moskovijs (Mc).
1. attēls: slāpekļa atoma Bora diagramma.
Šiem elementiem ir noteiktas vispārīgas ķīmiskās izturēšanās līdzības, lai gan tie ir skaidri atšķirīgi viens no otra ķīmiski. Šīs līdzības atspoguļo to atomu elektronisko struktūru kopīgās īpašības (Sanderson, 2016).
Slāpeklis atrodas gandrīz visos proteīnos, un tam ir liela nozīme gan bioķīmiskajā, gan rūpnieciskajā izmantošanā. Slāpeklis veido spēcīgas saites, pateicoties tā spējai trīskāršoties ar citu slāpekļa atomu un citiem elementiem.
Tāpēc slāpekļa savienojumos ir liels enerģijas daudzums. Pirms 100 gadiem par slāpekli bija zināms maz. Tagad slāpekli parasti izmanto pārtikas konservēšanai un kā mēslojumu (Wandell, 2016).
Elektroniskā konfigurācija un valences
Atomā elektroni piepilda dažādus līmeņus atbilstoši viņu enerģijai. Pirmie elektroni piepilda zemāku enerģijas līmeni un pēc tam pārvietojas uz augstāku enerģijas līmeni.
Attālākais enerģijas līmenis atomā ir pazīstams kā valences apvalks, un šajā apvalkā ievietotie elektroni ir zināmi kā valences elektroni.
Šie elektroni galvenokārt atrodami saišu veidošanā un ķīmiskajā reakcijā ar citiem atomiem. Tāpēc valences elektroni ir atbildīgi par elementa dažādām ķīmiskajām un fizikālajām īpašībām (Valence Electrons, SF).
Slāpekļa, kā minēts iepriekš, atomu skaits ir Z = 7. Tas nozīmē, ka elektronu piepildījums to enerģijas līmeņos vai elektronu konfigurācijā ir 1S 2 2S 2 2P 3 .
Jāatceras, ka dabā atomi vienmēr cenšas iegūt cēlu gāzu elektronisku konfigurāciju, iegūstot, pazaudējot vai daloties ar elektroniem.
Slāpekļa gadījumā cēlgāze, kas vēlas iegūt elektronisku konfigurāciju, ir neona, kuras atomu skaitlis ir Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6 ), un hēlija, kuras atomu skaitlis ir Z = 2 (1S 2 ) ( Reusch, 2013).
Dažādie slāpekļa apvienošanas veidi piešķirs tā valenci (vai oksidācijas stāvokli). Konkrētajā slāpekļa gadījumā, jo tas ir periodiskās tabulas otrajā periodā, tas nespēj paplašināt savu valences slāni, kā to dara citi savas grupas elementi.
Paredzams, ka valences būs -3, +3 un +5. Tomēr slāpekļa valences pakāpe svārstās no -3, piemēram, amonjakā un amīnos, līdz +5, kā slāpekļskābē. (Tyagi, 2009).
Valences saites teorija palīdz izskaidrot savienojumu veidošanos atbilstoši slāpekļa elektronu konfigurācijai noteiktā oksidācijas stāvoklī. Lai to izdarītu, ir jāņem vērā elektronu skaits valences apvalkā un tas, cik atlicis, lai iegūtu cēlgāzes konfigurāciju.
Slāpekļa savienojumi
2. attēls: molekulārā slāpekļa struktūra ar valenci 0.
Ņemot vērā lielo oksidācijas stāvokļu skaitu, slāpeklis var veidot lielu daudzumu savienojumu. Pirmkārt, mums jāatceras, ka molekulārā slāpekļa gadījumā pēc definīcijas tā valence ir 0.
Oksidācijas stāvoklis -3 ir viens no elementiem raksturīgākajiem. Savienojumu piemēri ar šo oksidācijas pakāpi ir amonjaks (NH3), amīni (R3N), amonija jons (NH 4 + ), imīni (C = NR) un nitrili (C≡N).
Oksidācijas stāvoklī -2 slāpekļa valences apvalkā ir 7 elektroni. Šis nepāra elektronu skaits valences apvalkā izskaidro, kāpēc savienojumiem ar šo oksidācijas pakāpi ir tilta saite starp diviem slāpekļiem. Piemēri savienojumu ar šo oksidācijas stāvoklī ir hidrazīnus (R 2 -NNR 2 ) un hydrazones (C = NNR 2 ).
-1 oksidācijas stāvoklī slāpeklis ir palicis ar 6 elektroniem valences apvalkā. Slāpekļa savienojumu piemēri ar šo valenci ir hidroksilamīns (R 2 NOH) un azo savienojumi (RN = NR).
Pozitīvās oksidācijas stāvoklī slāpeklis parasti tiek piesaistīts skābekļa atomiem, veidojot oksīdus, oksisāļus vai skābes. +1 oksidācijas stāvokļa gadījumā slāpekļa valences apvalkā ir 4 elektroni.
Savienojumu ar šo valenci piemēri ir slāpekļa oksīds vai smieklīga gāze (N 2 O) un nitrozo savienojumi (R = NO) (Reusch, Slāpekļa oksidācijas stāvokļi, 2015).
+2 oksidācijas stāvokļa piemērs ir slāpekļa oksīds vai slāpekļa oksīds (NO) - bezkrāsaina gāze, kas rodas metālu reakcijā ar atšķaidītu slāpekļskābi. Šis savienojums ir ārkārtīgi nestabils brīvos radikāļus, jo tas reaģē ar O 2 gaisā, lai veidotu NO 2 gāzi .
Nitrīti (NO 2 - ) bāzes šķīdumā un slāpekļskābe (HNO 2 ) skābā šķīdumā ir savienojumu piemēri ar oksidācijas stāvokli +3. Tie var būt oksidētāji, lai parasti iegūtu NO (g), vai reducētāji, lai veidotu nitrāta jonu.
Slāpekļa trioksīds (N 2 O 3 ) un slāpekļa grupa (R-NO 2 ) ir citi slāpekļa savienojumu piemēri ar valenci +3.
Slāpekļa dioksīds (NO 2 ) vai slāpekļa dioksīds ir slāpekļa savienojums ar valenci +4. Tā ir brūnā gāze, ko parasti iegūst koncentrētas slāpekļskābes reakcijā ar daudziem metāliem. Dimerizējas, veidojot N 2 O 4 .
+5 stāvoklī mēs atrodam nitrātus un slāpekļskābi, kas skābes šķīdumos ir oksidētāji. Šajā gadījumā slāpekļa valences apvalkā ir 2 elektroni, kas atrodas 2S orbitālē. (Slāpekļa oksidācijas stāvokļi, SF).
Ir arī tādi savienojumi kā nitrosilazīds un dinitrogen trioxide, kur slāpeklim molekulā ir dažādi oksidācijas stāvokļi. Nitrosilazīda (N 4 O) gadījumā slāpekļa valence ir -1, 0, + 1 un +2; un dināra slāpekļa trioksīda gadījumā tā valence ir +2 un +4.
Slāpekļa savienojumu nomenklatūra
Ņemot vērā slāpekļa savienojumu ķīmijas sarežģītību, ar tradicionālo nomenklatūru nepietika, lai tos nosauktu, vēl jo mazāk - lai tos pareizi identificētu. Tieši tāpēc citu iemeslu dēļ Starptautiskā tīras un lietišķās ķīmijas savienība (IUPAC) izveidoja sistemātisku nomenklatūru, kurā savienojumi tiek nosaukti pēc to atomu skaita.
Tas ir izdevīgi, ja ir nepieciešams nosaukt slāpekļa oksīdus. Piemēram, slāpekļa oksīds varētu tikt saukts par slāpekļa monoksīdu un slāpekļa oksīdu (NO) par slāpekļa monoksīdu (N 2 O).
Turklāt 1919. gadā vācu ķīmiķis Alfrēds Stohs izstrādāja metodi ķīmisku savienojumu nosaukšanai, pamatojoties uz oksidācijas stāvokli, un tas ir uzrakstīts ar romiešu cipariem, kas pievienoti iekavās. Tā, piemēram, slāpekļa oksīds un slāpekļa oksīds varētu tikt attiecīgi saukti par slāpekļa oksīdu (II) un slāpekļa oksīdu (I) (IUPAC, 2005).
Atsauces
- (2005). NEORGANISKĀS ĶĪMIJAS NOMENKLATŪRA IUPAC 2005. gada ieteikumi. Iegūts no iupac.org.
- Slāpekļa oksidācijas stāvokļi. (SF). Atgūts no kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, 5. maijs). Elektronu konfigurācijas periodiskajā tabulā. Atgūts no chemics.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8. augusts). Slāpekļa oksidācijas stāvokļi. Atgūts no chem.libretexts.org.
- Sandersons, RT (2016, 12. decembris). Slāpekļa grupas elements. Atgūts no britannica.com.
- Tyagi, VP (2009). Būtiskā ķīmija Xii. Jauns ēdiens: Ratna Sagar.
- Valences elektroni. (SF). Atgūts no chemistry.tutorvista.com.
- Wandell, A. (2016, 13. decembris). Slāpekļa ķīmija. Atgūts no chem.libretexts.org.