Walencja azotowa: konfiguracja elektroniczna i związki
Wartościowości azotu wahają się od -3, tak jak w amoniaku i aminach, do +5, jak w kwasie azotowym (Tyagi, 2009). Ten element nie rozszerza wartościowości jak inni.
Atom azotu jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 7 i pierwszym elemencie grupy 15 (dawniej VA) układu okresowego. Grupa składa się z azotu (N), fosforu (P), arsenu (As), antymonu (Sb), bizmutu (Bi) i moskovium (Mc).
Elementy mają pewne ogólne podobieństwa w zachowaniu chemicznym, chociaż są wyraźnie chemicznie zróżnicowane względem siebie. Podobieństwa te odzwierciedlają wspólne cechy struktur elektronicznych ich atomów (Sanderson, 2016).
Azot jest obecny w prawie wszystkich białkach i odgrywa ważną rolę zarówno w zastosowaniach biochemicznych, jak iw zastosowaniach przemysłowych. Azot tworzy silne wiązania ze względu na jego zdolność do tworzenia potrójnego wiązania z innym atomem azotu i innymi pierwiastkami.
Dlatego w związkach azotu występuje duża ilość energii. Przed 100 laty niewiele było wiadomo o azocie. Teraz azot jest powszechnie używany do przechowywania żywności i jako nawóz (Wandell, 2016).
Konfiguracja elektroniczna i wartościowości
W atomie elektrony wypełniają różne poziomy w zależności od ich energii. Pierwsze elektrony wypełniają niskie poziomy energii, a następnie przechodzą na wyższy poziom energii.
Najbardziej zewnętrzny poziom energii w atomie jest znany jako powłoka walencyjna, a elektrony umieszczone w tej powłoce są znane jako elektrony walencyjne.
Te elektrony znajdują się głównie w tworzeniu wiązań iw reakcji chemicznej z innymi atomami. Dlatego elektrony walencyjne są odpowiedzialne za różne właściwości chemiczne i fizyczne elementu (Valence Electrons, SF).
Azot, jak wspomniano wcześniej, ma liczbę atomową Z = 7. Oznacza to, że ich elektrony wypełniające poziomy energii lub konfigurację elektronową to 1S2 2S2 2P3.
Należy pamiętać, że w przyrodzie atomy zawsze starają się uzyskać elektroniczną konfigurację gazów szlachetnych, wygrywając, tracąc lub dzieląc elektrony.
W przypadku azotu gazem szlachetnym, który ma mieć konfigurację elektronową, jest neon, którego liczba atomowa wynosi Z = 10 (1S2 2S2 2P6) i hel, którego liczba atomowa wynosi Z = 2 (1S2) (Reusch, 2013),
Różne sposoby łączenia azotu nadadzą mu wartościowość (lub stopień utlenienia). W konkretnym przypadku azotu, znajdującego się w drugim okresie układu okresowego, nie jest w stanie rozszerzyć swojej warstwy walencyjnej, tak jak inne elementy twojej grupy.
Oczekuje się, że ma wartościowości -3, +3 i +5. Jednak azot ma stany walencyjne w zakresie od -3, jak w amoniaku i aminach, do +5, jak w kwasie azotowym. (Tyagi, 2009).
Teoria wiązań walencyjnych pomaga wyjaśnić powstawanie związków zgodnie z elektroniczną konfiguracją azotu dla danego stanu utlenienia. W tym celu musimy wziąć pod uwagę liczbę elektronów w warstwie walencyjnej i ile potrzeba do uzyskania konfiguracji gazu szlachetnego.
Związki azotu
Biorąc pod uwagę dużą liczbę stanów utleniania, azot może tworzyć dużą liczbę związków. W pierwszej kolejności należy pamiętać, że w przypadku azotu cząsteczkowego z definicji jego wartościowość wynosi 0.
Stan utlenienia -3 jest jednym z najbardziej powszechnych dla elementu. Przykładami związków o takim stopniu utlenienia są amoniak (NH3), aminy (R3N), jon amonowy (NH4 +), iminy (C = NR) i nitryle (C≡N).
Stopień utlenienia -2, azot pozostaje z 7 elektronami w powłoce walencyjnej. Ta nieparzysta liczba elektronów w powłoce walencyjnej wyjaśnia, dlaczego związki o takim stanie utlenienia mają połączenie mostkowe między dwoma atomami azotu. Przykładami związków o takim stopniu utlenienia są hydrazyny (R2-NNR2) i hydrazony (C = NNR2).
W stanie utlenienia -1 azot pozostaje z 6 elektronami w powłoce walencyjnej. Przykładami związków azotowych o tej wartościowości są hydroksyloamina (R2NOH) i związki azowe (RN = NR).
W dodatnich stanach utleniania azot zwykle wiąże się z atomami tlenu, tworząc tlenki, oksizole lub tlenowe. W przypadku stanu utlenienia +1 azot ma 4 elektrony w powłoce walencyjnej.
Przykładami związków o tej wartościowości są tlenek diazotu lub gaz rozweselający (N2O) i związki azotawe (R = NO) (Reusch, Oxidation States of Nitrogen, 2015).
W przypadku stopnia utlenienia +2 jednym z przykładów jest tlenek azotu lub tlenek azotu (NO), bezbarwny gaz wytwarzany w reakcji metali z rozcieńczonym kwasem azotowym. Związek ten jest wysoce niestabilnym wolnym rodnikiem, ponieważ reaguje z O 2 w powietrzu, tworząc gaz NO2.
Azotyn (NO 2 -) w roztworze zasadowym i kwas azotawy (HNO 2 ) w roztworze kwasu są przykładami związków o stopniu utlenienia +3. Mogą to być środki utleniające, które normalnie wytwarzają NO (g) lub środki redukujące z wytworzeniem jonu azotanowego.
Trójtlenek diazotu (N 2 O 3 ) i grupa nitrowa (R-NO 2 ) są innymi przykładami związków azotu o wartościowości +3.
Dwutlenek azotu (NO 2 ) lub dwutlenek azotu jest związkiem azotu o wartościowości +4. Jest to brązowy gaz generalnie wytwarzany w reakcji stężonego kwasu azotowego z wieloma metalami. Dimeryzuje, tworząc N 2 O 4 .
W stanie +5 znajdujemy azotany i kwas azotowy, które są czynnikami utleniającymi w roztworach kwasowych. W tym przypadku azot ma 2 elektrony w powłoce walencyjnej, które znajdują się w orbicie 2S. (Stany utleniania azotu, SF).
Istnieją również związki, takie jak nitrozylazyd i trójtlenek diazotu, w których azot ma w cząsteczce kilka stanów utleniania. W przypadku nitrozylazydu (N4O) azot ma wartościowość -1, 0, + 1 i +2; aw przypadku trójtlenku diazotu ma wartościowość +2 i +4.
Nomenklatura związków azotu
Biorąc pod uwagę złożoność chemii związków azotu, tradycyjna nomenklatura nie wystarczyła, aby je nazwać, nie mówiąc już o ich odpowiednim określeniu. Dlatego, między innymi, międzynarodowa unia chemii czystej i stosowanej (IUPAC na jej akronim w języku angielskim) stworzyła systematyczną nomenklaturę, w której związki są nazywane według ilości atomów, które zawierają.
Jest to korzystne, jeśli chodzi o nazywanie tlenków azotu. Na przykład tlenek azotu będzie nazywany tlenkiem azotu i podtlenkiem azotu (NO) podtlenkiem azotu (N2O).
Dodatkowo, w roku 1919, niemiecki chemik Alfred Stock opracował metodę nazywania związków chemicznych na podstawie stanu utlenienia, który jest zapisany cyframi rzymskimi ujętymi w nawiasy. Tak więc na przykład tlenek azotu i podtlenek azotu będą nazywane odpowiednio tlenkiem azotu (II) i tlenkiem azotu (I) (IUPAC, 2005).