Carl Scheele, ahli kimia Sweden, dan Daniel Rutherford, ahli botani Scotland, menemui nitrogen secara berasingan pada tahun 1772. Pendeta Cavendish dan Lavoisier juga secara bebas memperoleh nitrogen pada masa yang sama. Nitrogen pertama kali diiktiraf sebagai unsur oleh Lavoisier, yang menamakannya "azo", yang bermaksud "tidak bernyawa". Chaptal menamakan unsur nitrogen pada tahun 1790. Nama itu berasal daripada perkataan Yunani "nitre" (nitrat yang mengandungi nitrogen dalam nitrat)
Pengeluar Pengeluaran Nitrogen - Kilang & Pembekal Pengeluaran Nitrogen China (xinfatools.com)
Sumber Nitrogen
Nitrogen adalah unsur ke-30 paling banyak di Bumi. Memandangkan nitrogen menyumbang 4/5 daripada isipadu atmosfera, atau lebih daripada 78%, kami mempunyai jumlah nitrogen yang hampir tidak terhad kepada kami. Nitrogen juga wujud dalam bentuk nitrat dalam pelbagai mineral, seperti saltpeter Chile (natrium nitrat), saltpeter atau nitre (potassium nitrat), dan mineral yang mengandungi garam ammonium. Nitrogen terdapat dalam banyak molekul organik kompleks, termasuk protein dan asid amino yang terdapat dalam semua organisma hidup
Sifat fizikal
Nitrogen N2 ialah gas tidak berwarna, tidak berasa dan tidak berbau pada suhu bilik, dan biasanya tidak toksik. Ketumpatan gas dalam keadaan standard ialah 1.25g/L. Nitrogen menyumbang 78.12% daripada jumlah atmosfera (pecahan isipadu) dan merupakan komponen utama udara. Terdapat kira-kira 400 trilion tan gas di atmosfera.
Di bawah tekanan atmosfera standard, apabila disejukkan kepada -195.8 ℃, ia menjadi cecair tidak berwarna. Apabila disejukkan kepada -209.86 ℃, nitrogen cecair menjadi pepejal seperti salji.
Nitrogen tidak mudah terbakar dan dianggap sebagai gas yang menyesakkan nafas (iaitu, bernafas nitrogen tulen menghilangkan oksigen tubuh manusia). Nitrogen mempunyai keterlarutan yang sangat rendah dalam air. Pada 283K, satu isipadu air boleh melarutkan kira-kira 0.02 isipadu N2.
Sifat kimia
Nitrogen mempunyai sifat kimia yang sangat stabil. Sukar untuk bertindak balas dengan bahan lain pada suhu bilik, tetapi ia boleh mengalami perubahan kimia dengan bahan tertentu di bawah suhu tinggi dan keadaan tenaga tinggi, dan boleh digunakan untuk menghasilkan bahan baharu yang berguna kepada manusia.
Formula orbital molekul bagi molekul nitrogen ialah KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Tiga pasang elektron menyumbang kepada ikatan, iaitu dua ikatan π dan satu ikatan σ terbentuk. Tiada sumbangan kepada ikatan, dan tenaga ikatan dan anti-ikatan hampir diimbangi, dan ia bersamaan dengan pasangan elektron tunggal. Oleh kerana terdapat ikatan rangkap tiga N≡N dalam molekul N2, molekul N2 mempunyai kestabilan yang besar, dan memerlukan 941.69 kJ/mol tenaga untuk menguraikannya menjadi atom. Molekul N2 adalah molekul diatomik yang paling stabil, dan jisim molekul relatif nitrogen ialah 28. Selain itu, nitrogen tidak mudah dibakar dan tidak menyokong pembakaran.
Kaedah ujian
Masukkan bar Mg yang terbakar ke dalam botol pengumpul gas yang diisi dengan nitrogen, dan bar Mg akan terus terbakar. Ekstrak baki abu (serbuk sedikit kuning Mg3N2), tambah sedikit air, dan hasilkan gas (ammonia) yang menjadikan kertas litmus merah basah menjadi biru. Persamaan tindak balas: 3Mg + N2 = pencucuhan = Mg3N2 (magnesium nitrida); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Ciri ikatan dan struktur ikatan valensi nitrogen
Oleh kerana bahan tunggal N2 adalah sangat stabil dalam keadaan biasa, orang sering tersilap percaya bahawa nitrogen ialah unsur kimia yang tidak aktif. Malah, sebaliknya, unsur nitrogen mempunyai aktiviti kimia yang tinggi. Keelektronegatifan N (3.04) adalah kedua selepas F dan O, menunjukkan bahawa ia boleh membentuk ikatan kuat dengan unsur lain. Di samping itu, kestabilan molekul bahan tunggal N2 hanya menunjukkan aktiviti atom N. Masalahnya ialah orang masih belum menemui keadaan optimum untuk mengaktifkan molekul N2 pada suhu dan tekanan bilik. Tetapi secara semula jadi, sesetengah bakteria pada nodul tumbuhan boleh menukar N2 di udara kepada sebatian nitrogen di bawah keadaan tenaga rendah pada suhu dan tekanan normal, dan menggunakannya sebagai baja untuk pertumbuhan tanaman.
Oleh itu, kajian penetapan nitrogen sentiasa menjadi topik penyelidikan saintifik yang penting. Oleh itu, adalah perlu untuk kita memahami ciri-ciri ikatan dan struktur ikatan valens nitrogen secara terperinci.
Jenis bon
Struktur lapisan elektron valens atom N ialah 2s2p3, iaitu terdapat 3 elektron tunggal dan sepasang pasangan elektron tunggal. Berdasarkan ini, apabila membentuk sebatian, tiga jenis ikatan berikut boleh dihasilkan:
1. Membentuk ikatan ion 2. Membentuk ikatan kovalen 3. Membentuk ikatan koordinasi
1. Membentuk ikatan ion
Atom N mempunyai keelektronegatifan tinggi (3.04). Apabila mereka membentuk nitrida binari dengan logam dengan keelektronegatifan yang lebih rendah, seperti Li (keelektronegatifan 0.98), Ca (keelektronegatifan 1.00), dan Mg (keelektronegatifan 1.31), mereka boleh memperoleh 3 elektron dan membentuk ion N3-. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ignite= Mg3N2 N3- ion mempunyai cas negatif yang lebih tinggi dan jejari yang lebih besar (171pm). Mereka akan terhidrolisis dengan kuat apabila mereka bertemu dengan molekul air. Oleh itu, sebatian ionik hanya boleh wujud dalam keadaan kering, dan tidak akan ada ion terhidrat N3-.
2. Pembentukan ikatan kovalen
Apabila atom N membentuk sebatian dengan bukan logam dengan elektronegativiti yang lebih tinggi, ikatan kovalen berikut terbentuk:
Atom ⑴N mengambil keadaan hibridisasi sp3, membentuk tiga ikatan kovalen, mengekalkan sepasang pasangan elektron tunggal, dan konfigurasi molekul adalah piramid trigonal, seperti NH3, NF3, NCl3, dll. Jika empat ikatan tunggal kovalen terbentuk, konfigurasi molekul adalah tetrahedron biasa, seperti ion NH4+.
Atom ⑵N mengambil keadaan hibridisasi sp2, membentuk dua ikatan kovalen dan satu ikatan, dan mengekalkan sepasang pasangan elektron tunggal, dan konfigurasi molekul adalah sudut, seperti Cl—N=O. (Atom N membentuk ikatan σ dan ikatan π dengan atom Cl, dan sepasang pasangan elektron tunggal pada atom N menjadikan molekul itu segi tiga.) Jika tiada pasangan elektron tunggal, konfigurasi molekul adalah segi tiga, seperti molekul HNO3 atau NO3- ion. Dalam molekul asid nitrik, atom N membentuk tiga ikatan σ masing-masing dengan tiga atom O, dan sepasang elektron pada orbital πnya dan elektron π tunggal bagi dua atom O membentuk ikatan π terdelokalisasi empat elektron tiga pusat. Dalam ion nitrat, ikatan π besar terdelokalisasi empat-pusat enam elektron terbentuk antara tiga atom O dan atom N pusat. Struktur ini menjadikan nombor pengoksidaan ketara atom N dalam asid nitrik +5. Oleh kerana kehadiran ikatan π yang besar, nitrat cukup stabil dalam keadaan normal. Atom ⑶N menggunakan penghibridan sp untuk membentuk ikatan rangkap tiga kovalen dan mengekalkan sepasang pasangan elektron tunggal. Konfigurasi molekul adalah linear, seperti struktur atom N dalam molekul N2 dan CN-.
3. Pembentukan ikatan koordinasi
Apabila atom nitrogen membentuk bahan atau sebatian ringkas, ia selalunya mengekalkan pasangan elektron tunggal, jadi bahan atau sebatian ringkas tersebut boleh bertindak sebagai penderma pasangan elektron untuk menyelaraskan kepada ion logam. Contohnya, [Cu(NH3)4]2+ atau [Tu(NH2)5]7, dsb.
Rajah tenaga bebas keadaan pengoksidaan-Gibbs
Ia juga boleh dilihat daripada keadaan pengoksidaan-gambar rajah tenaga bebas Gibbs bagi nitrogen bahawa, kecuali untuk ion NH4, molekul N2 dengan nombor pengoksidaan 0 berada pada titik terendah lengkung dalam rajah, yang menunjukkan bahawa N2 secara termodinamik. stabil berbanding sebatian nitrogen dengan nombor pengoksidaan lain.
Nilai pelbagai sebatian nitrogen dengan nombor pengoksidaan antara 0 dan +5 semuanya berada di atas garisan yang menghubungkan dua titik HNO3 dan N2 (garis putus-putus dalam rajah), jadi sebatian ini tidak stabil secara termodinamik dan terdedah kepada tindak balas disproportionation. Satu-satunya dalam rajah yang mempunyai nilai lebih rendah daripada molekul N2 ialah ion NH4+. [1] Daripada keadaan pengoksidaan-gambar rajah tenaga bebas Gibbs nitrogen dan struktur molekul N2, dapat dilihat bahawa unsur N2 tidak aktif. Hanya di bawah suhu tinggi, tekanan tinggi dan kehadiran mangkin boleh nitrogen bertindak balas dengan hidrogen untuk membentuk ammonia: Dalam keadaan nyahcas, nitrogen boleh bergabung dengan oksigen untuk membentuk nitrik oksida: N2+O2=pelepasan=2NO Nitrik oksida cepat bergabung dengan oksigen untuk membentuk nitrogen dioksida 2NO+O2=2NO2 Nitrogen dioksida larut dalam air untuk membentuk asid nitrik, nitrik oksida 3NO2+H2O=2HNO3+NO Di negara yang mempunyai kuasa hidro yang maju, tindak balas ini telah digunakan untuk menghasilkan asid nitrik. N2 bertindak balas dengan hidrogen untuk menghasilkan ammonia: N2+3H2=== (tanda boleh balik) 2NH3 N2 bertindak balas dengan logam dengan potensi pengionan yang rendah dan nitridanya mempunyai tenaga kekisi yang tinggi untuk membentuk nitrida ionik. Contohnya: N2 boleh bertindak balas secara langsung dengan litium logam pada suhu bilik: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 bertindak balas dengan logam alkali tanah Mg, Ca, Sr, Ba pada suhu pijar: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 boleh hanya bertindak balas dengan boron dan aluminium pada suhu pijar: 2 B + N2=== 2 BN (sebatian makromolekul) N2 secara amnya bertindak balas dengan silikon dan unsur kumpulan lain pada suhu lebih tinggi daripada 1473K.
Molekul nitrogen menyumbang tiga pasang elektron kepada ikatan, iaitu, membentuk dua ikatan π dan satu ikatan σ. Ia tidak menyumbang kepada ikatan, dan tenaga ikatan dan anti-ikatan hampir diimbangi, dan ia bersamaan dengan pasangan elektron tunggal. Oleh kerana terdapat ikatan rangkap tiga N≡N dalam molekul N2, molekul N2 mempunyai kestabilan yang besar, dan ia memerlukan 941.69kJ/mol tenaga untuk menguraikannya menjadi atom. Molekul N2 adalah molekul diatomik yang paling stabil, dan jisim molekul relatif nitrogen ialah 28. Selain itu, nitrogen tidak mudah dibakar dan tidak menyokong pembakaran.
Masa siaran: Jul-23-2024
