Carl Scheele, mwanakemia wa Uswidi, na Daniel Rutherford, mtaalamu wa mimea wa Scotland, waligundua nitrojeni tofauti mwaka wa 1772. Mchungaji Cavendish na Lavoisier pia walipata nitrojeni kwa kujitegemea karibu wakati huo huo. Nitrojeni ilitambuliwa kwa mara ya kwanza kama kipengele na Lavoisier, ambaye aliita "azo", akimaanisha "isiyo hai". Chaptal alikiita kipengele cha nitrojeni mwaka wa 1790. Jina hili linatokana na neno la Kigiriki "nitre" (nitrate iliyo na nitrojeni katika nitrati).
Vyanzo vya Nitrojeni
Nitrojeni ni kipengele cha 30 kwa wingi duniani. Kwa kuzingatia kwamba nitrojeni huchangia 4/5 ya ujazo wa angahewa, au zaidi ya 78%, tuna karibu kiasi kisicho na kikomo cha nitrojeni kinachopatikana kwetu. Nitrojeni pia inapatikana katika mfumo wa nitrati katika aina mbalimbali za madini, kama vile chumvi ya Chile (nitrati ya sodiamu), chumvi ya chumvi au nitre (nitrati ya potasiamu), na madini yenye chumvi za ammoniamu. Nitrojeni inapatikana katika molekuli nyingi za kikaboni, ikiwa ni pamoja na protini na amino asidi zilizopo katika viumbe vyote vilivyo hai.
Tabia za kimwili
Nitrojeni N2 ni gesi isiyo na rangi, isiyo na ladha na isiyo na harufu kwenye joto la kawaida, na kwa kawaida haina sumu. Msongamano wa gesi chini ya hali ya kawaida ni 1.25g/L. Nitrojeni inachukua asilimia 78.12 ya angahewa yote (sehemu ya kiasi) na ni sehemu kuu ya hewa. Kuna takriban tani trilioni 400 za gesi kwenye angahewa.
Chini ya shinikizo la kawaida la anga, linapopozwa hadi -195.8℃, huwa kioevu kisicho na rangi. Inapopozwa hadi -209.86 ℃, nitrojeni kioevu inakuwa kigumu kama theluji.
Nitrojeni haiwezi kuwaka na inachukuliwa kuwa gesi ya kupumua (yaani, kupumua nitrojeni safi hunyima mwili wa binadamu oksijeni). Nitrojeni ina umumunyifu mdogo sana katika maji. Kwa 283K, kiasi kimoja cha maji kinaweza kufuta kiasi cha 0.02 cha N2.
Tabia za kemikali
Nitrojeni ina mali ya kemikali thabiti. Ni vigumu kuitikia na vitu vingine kwenye joto la kawaida, lakini inaweza kupitia mabadiliko ya kemikali na vitu fulani chini ya joto la juu na hali ya juu ya nishati, na inaweza kutumika kuzalisha vitu vipya muhimu kwa wanadamu.
Fomula ya obiti ya molekuli ya molekuli za nitrojeni ni KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Jozi tatu za elektroni huchangia kuunganisha, yaani, vifungo viwili vya π na kifungo kimoja σ huundwa. Hakuna mchango katika kuunganisha, na nguvu za kuunganisha na kupambana na kuunganisha ni takriban kukabiliana, na ni sawa na jozi za elektroni pekee. Kwa kuwa kuna dhamana tatu N≡N katika molekuli ya N2, molekuli ya N2 ina uthabiti mkubwa, na inachukua 941.69 kJ/mol ya nishati kuitenganisha kuwa atomi. Molekuli ya N2 ndiyo imara zaidi ya molekuli za diatomiki zinazojulikana, na molekuli ya jamaa ya nitrojeni ni 28. Zaidi ya hayo, nitrojeni si rahisi kuwaka na haiunga mkono mwako.
Mbinu ya mtihani
Weka Mg bar inayowaka kwenye chupa ya kukusanya gesi iliyojaa nitrojeni, na Mg bar itaendelea kuwaka. Chambua majivu iliyobaki (poda ya manjano kidogo Mg3N2), ongeza kiasi kidogo cha maji, na toa gesi (amonia) ambayo hubadilisha karatasi nyekundu ya litmus kuwa ya bluu. Mlingano wa majibu: 3Mg + N2 = kuwasha = Mg3N2 (nitridi ya magnesiamu); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Tabia za kuunganisha na muundo wa dhamana ya valence ya nitrojeni
Kwa sababu dutu moja N2 ni thabiti sana katika hali ya kawaida, mara nyingi watu huamini kimakosa kwamba nitrojeni ni kipengele kisichofanya kazi kwa kemikali. Kwa kweli, kinyume chake, nitrojeni ya msingi ina shughuli nyingi za kemikali. Electronegativity ya N (3.04) ni ya pili baada ya F na O, ikionyesha kwamba inaweza kuunda vifungo vikali na vipengele vingine. Kwa kuongeza, utulivu wa molekuli moja ya N2 inaonyesha tu shughuli ya atomi ya N. Shida ni kwamba watu bado hawajapata hali bora za kuwezesha molekuli za N2 kwenye joto la kawaida na shinikizo. Lakini kwa asili, baadhi ya bakteria kwenye vinundu vya mimea wanaweza kubadilisha N2 angani kuwa misombo ya nitrojeni chini ya hali ya chini ya nishati kwa joto la kawaida na shinikizo, na kuzitumia kama mbolea kwa ukuaji wa mazao.
Kwa hiyo, utafiti wa kurekebisha nitrojeni daima imekuwa mada muhimu ya utafiti wa kisayansi. Kwa hivyo, ni muhimu kwetu kuelewa sifa za kuunganisha na muundo wa dhamana ya valence ya nitrojeni kwa undani.
Aina ya dhamana
Muundo wa safu ya elektroni ya valence ya atomi ya N ni 2s2p3, yaani, kuna elektroni 3 moja na jozi ya jozi za elektroni pekee. Kulingana na hili, wakati wa kuunda misombo, aina tatu za dhamana zifuatazo zinaweza kuzalishwa:
1. Kuunda vifungo vya ionic 2. Kuunda vifungo vya ushirikiano 3. Kuunda vifungo vya uratibu
1. Kuunda vifungo vya ionic
Atomi N zina uwezo mkubwa wa kielektroniki (3.04). Zinapounda nitridi binary na metali zilizo na uwezo mdogo wa elektroni, kama vile Li (electronegativity 0.98), Ca (electronegativity 1.00), na Mg (electronegativity 1.31), wanaweza kupata elektroni 3 na kuunda ioni za N3. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =iwasha= Mg3N2 N3- ioni zina chaji hasi ya juu na radius kubwa (171pm). Watakuwa na hidrolisisi kwa nguvu wanapokutana na molekuli za maji. Kwa hiyo, misombo ya ionic inaweza kuwepo tu katika hali kavu, na hakutakuwa na ioni za hidrati za N3-.
2. Uundaji wa vifungo vya covalent
Wakati atomi za N zinaunda misombo na zisizo za metali zilizo na elektroni ya juu, vifungo vifuatavyo vya ushirikiano huundwa:
⑴ Atomi za N huchukua hali ya mseto ya sp3, huunda vifungo vitatu shirikishi, hubakiza jozi ya elektroni moja, na usanidi wa molekuli ni piramidi yenye utatu, kama vile NH3, NF3, NCl3, n.k. Ikiwa vifungo vinne vya ushirikiano vitaundwa, usanidi wa molekuli utaundwa. tetrahedron ya kawaida, kama vile ioni NH4+.
⑵N atomi huchukua hali ya mseto ya sp2, huunda vifungo viwili shirikishi na bondi moja, na kubakiza jozi ya elektroni moja, na usanidi wa molekuli ni wa angular, kama vile Cl—N=O. (N atomu huunda dhamana ya σ na dhamana ya π yenye atomi ya Cl, na jozi ya jozi za elektroni pekee kwenye atomi ya N hufanya molekuli kuwa ya pembe tatu.) Ikiwa hakuna jozi ya elektroni pekee, usanidi wa molekuli ni wa pembe tatu, kama vile molekuli ya HNO3 au NO3- ioni. Katika molekuli ya asidi ya nitriki, atomi ya N huunda vifungo vitatu vya σ na atomi tatu za O mtawalia, na jozi ya elektroni kwenye π obiti yake na elektroni π moja ya atomi mbili za O huunda dhamana ya katikati ya elektroni nne iliyotengwa na π. Katika ioni ya nitrati, dhamana kubwa ya π ya katikati ya nne ya elektroni sita huundwa kati ya atomi tatu za O na atomi ya kati ya N. Muundo huu hufanya nambari inayoonekana ya oxidation ya atomi N katika asidi ya nitriki +5. Kutokana na kuwepo kwa vifungo vikubwa vya π, nitrati ni imara kutosha chini ya hali ya kawaida. ⑶N atomu hutumia mseto wa sp ili kuunda dhamana ya ushirikiano wa tatu na kubakisha jozi ya elektroni pekee. Usanidi wa molekuli ni wa mstari, kama vile muundo wa atomi N katika molekuli N2 na CN-.
3. Uundaji wa vifungo vya uratibu
Atomu za nitrojeni zinapounda vitu au misombo sahili, mara nyingi huhifadhi jozi za elektroni pekee, kwa hivyo vitu au misombo rahisi kama hiyo inaweza kufanya kama wafadhili wa jozi ya elektroni ili kuratibu na ayoni za chuma. Kwa mfano, [Cu(NH3)4]2+ au [Tu(NH2)5]7, n.k.
Mchoro wa hali ya oxidation-Gibbs ya nishati ya bure
Inaweza pia kuonekana kutoka kwa mchoro wa nitrojeni wa hali ya oxidation-Gibbs kwamba, isipokuwa ioni za NH4, molekuli ya N2 yenye nambari ya oxidation ya 0 iko katika hatua ya chini kabisa ya curve kwenye mchoro, ambayo inaonyesha kuwa N2 iko katika hali ya joto. thabiti kuhusiana na misombo ya nitrojeni na nambari nyingine za oksidi.
Thamani za misombo mbalimbali ya nitrojeni yenye nambari za oksidi kati ya 0 na +5 zote ziko juu ya mstari unaounganisha pointi mbili HNO3 na N2 (mstari wa nukta kwenye mchoro), kwa hivyo misombo hii haina msimamo wa thermodynamically na inakabiliwa na athari za kutofautiana. Ya pekee kwenye mchoro yenye thamani ya chini kuliko molekuli ya N2 ni ioni ya NH4+. [1] Kutoka kwa hali ya uoksidishaji-Gibbs mchoro wa nishati isiyolipishwa ya nitrojeni na muundo wa molekuli ya N2, inaweza kuonekana kuwa elementi N2 haifanyi kazi. Ni chini ya halijoto ya juu tu, shinikizo la juu na uwepo wa kichocheo ndipo nitrojeni inaweza kuitikia pamoja na hidrojeni kuunda amonia: Chini ya hali ya kutokwa, nitrojeni inaweza kuungana na oksijeni kuunda oksidi ya nitriki: N2+O2=kutokwa=2NO Oksidi ya nitriki huchanganyika haraka na oksijeni. tengeneza dioksidi ya nitrojeni 2NO+O2=2NO2 Dioksidi ya nitrojeni huyeyuka katika maji na kutengeneza asidi ya nitriki, oksidi ya nitriki 3NO2+H2O=2HNO3+NO Katika nchi zilizo na nguvu za maji zilizoendelea, mmenyuko huu umetumika kuzalisha asidi ya nitriki. N2 humenyuka pamoja na hidrojeni kutoa amonia: N2+3H2=== (alama inayoweza kurejeshwa) 2NH3 N2 humenyuka pamoja na metali zenye uwezo mdogo wa uionization na ambazo nitridi zina nishati ya juu ya kimiani kuunda nitridi ioni. Kwa mfano: N2 inaweza kuguswa moja kwa moja na lithiamu ya metali kwenye joto la kawaida: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 humenyuka pamoja na madini ya alkali ya ardhi Mg, Ca, Sr, Ba kwa joto la incandescent: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 can tu humenyuka pamoja na boroni na alumini kwenye joto la incandescent: 2 B + N2=== 2 BN (kiwanja cha macromolecule) N2 kwa ujumla humenyuka pamoja na silicon na vipengele vingine vya kikundi kwenye joto la juu kuliko 1473K.
Molekuli ya nitrojeni huchangia jozi tatu za elektroni kwa kuunganisha, yaani, kutengeneza vifungo viwili vya π na kifungo kimoja cha σ. Haichangii kuunganisha, na nguvu za kuunganisha na za kupinga ni takriban kukabiliana, na ni sawa na jozi za elektroni pekee. Kwa sababu kuna dhamana tatu N≡N katika molekuli ya N2, molekuli ya N2 ina uthabiti mkubwa, na inachukua 941.69kJ/mol ya nishati kuitenganisha kuwa atomi. Molekuli ya N2 ndiyo imara zaidi ya molekuli za diatomiki zinazojulikana, na molekuli ya jamaa ya nitrojeni ni 28. Zaidi ya hayo, nitrojeni si rahisi kuwaka na haiunga mkono mwako.
Muda wa kutuma: Jul-23-2024
