Si Carl Scheele, usa ka Swedish nga chemist, ug si Daniel Rutherford, usa ka Scottish botanist, nakadiskubre sa nitroheno nga bulag niadtong 1772. Si Reverend Cavendish ug Lavoisier independente usab nga nakakuha ug nitrogen sa halos parehas nga panahon. Ang nitrogen unang giila nga elemento ni Lavoisier, kinsa nagngalan niini nga "azo", nagpasabut nga "walay kinabuhi". Ginganlan ni Chaptal ang elemento nga nitroheno niadtong 1790. Ang ngalan gikuha gikan sa Griyego nga pulong nga "nitre" (nitrate nga adunay nitrogen sa nitrate)
Mga Tinubdan sa Nitroheno
Ang nitrogen mao ang ika-30 nga pinakaabunda nga elemento sa Yuta. Sa pagkonsiderar nga ang nitroheno maoy hinungdan sa 4/5 sa gidaghanon sa atmospera, o labaw pa sa 78%, kita adunay halos walay kinutuban nga gidaghanon sa nitroheno nga magamit kanato. Ang nitroheno anaa usab sa porma sa mga nitrates sa lain-laing mga mineral, sama sa Chilean saltpeter (sodium nitrate), saltpeter o nitre (potassium nitrate), ug mga mineral nga adunay ammonium salts. Ang nitrogen anaa sa daghang komplikadong organikong molekula, lakip ang mga protina ug amino acid nga anaa sa tanang buhing organismo.
Pisikal nga mga kabtangan
Ang Nitrogen N2 kay walay kolor, walay lami, ug walay baho nga gas sa temperatura sa lawak, ug kasagaran dili makahilo. Ang densidad sa gas ubos sa standard nga kondisyon mao ang 1.25g/L. Ang nitroheno maoy 78.12% sa kinatibuk-ang atmospera (volume fraction) ug mao ang nag-unang bahin sa hangin. Adunay mga 400 trilyon ka tonelada sa gas sa atmospera.
Ubos sa standard nga presyur sa atmospera, kung gipabugnaw sa -195.8 ℃, kini mahimong walay kolor nga likido. Kung gipabugnaw sa -209.86 ℃, ang likido nga nitroheno mahimong solidong sama sa niyebe.
Ang nitrogen dili masunog ug gikonsiderar nga usa ka gas nga maka-asphyxiating (pananglitan, ang pagginhawa sa lunsay nga nitrogen naghikaw sa lawas sa tawo sa oxygen). Ang nitrogen adunay ubos kaayo nga solubility sa tubig. Sa 283K, ang usa ka volume sa tubig mahimong matunaw sa mga 0.02 ka volume sa N2.
Mga kabtangan sa kemikal
Ang nitrogen adunay lig-on nga kemikal nga mga kabtangan. Lisud ang reaksyon sa ubang mga substansiya sa temperatura sa lawak, apan mahimo kining moagi sa kemikal nga mga kausaban sa pipila ka mga substansiya ubos sa taas nga temperatura ug taas nga mga kondisyon sa enerhiya, ug mahimong magamit sa paghimo og bag-ong mga substansiya nga mapuslanon sa mga tawo.
Ang molecular orbital formula sa nitrogen molecules mao ang KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Tulo ka parisan sa mga electron ang nakatampo sa pagdugtong, nga mao, duha ka π bond ug usa ka σ bond ang naporma. Walay kontribusyon sa bonding, ug ang bonding ug anti-bonding kusog gibana-bana nga offset, ug kini katumbas sa nag-inusarang mga pares sa electron. Tungod kay adunay usa ka triple bond N≡N sa N2 molekula, ang N2 molekula adunay dako nga kalig-on, ug kini nagkinahanglan 941.69 kJ/mol sa enerhiya sa decompose niini ngadto sa atomo. Ang molekula sa N2 mao ang labing lig-on sa nailhan nga diatomic nga mga molekula, ug ang relatibong molekular nga masa sa nitroheno mao ang 28. Dugang pa, ang nitroheno dili sayon nga masunog ug dili mosuporta sa pagkasunog.
Pamaagi sa pagsulay
Ibutang ang nagdilaab nga Mg bar sa gas collecting bottle nga puno sa nitrogen, ug ang Mg bar magpadayon sa pagsunog. Kuhaa ang nahabilin nga abo (medyo dalag nga pulbos nga Mg3N2), butangi og gamay nga tubig, ug paghimo og gas (ammonia) nga makapa-asul sa basa nga pula nga litmus nga papel. Equation sa reaksyon: 3Mg + N2 = ignition = Mg3N2 (magnesium nitride); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Ang mga kinaiya sa bonding ug istruktura sa valence bond sa nitrogen
Tungod kay ang usa ka substansiya nga N2 hilabihan ka lig-on ubos sa normal nga mga kondisyon, ang mga tawo kasagaran sayop nga nagtuo nga ang nitrogen usa ka kemikal nga dili aktibo nga elemento. Sa tinuud, sa kasukwahi, ang elemental nitrogen adunay taas nga kalihokan sa kemikal. Ang electronegativity sa N (3.04) ikaduha lamang sa F ug O, nga nagpakita nga kini makahimo og lig-on nga mga bugkos sa ubang mga elemento. Dugang pa, ang kalig-on sa usa ka substansiya nga N2 molekula nagpakita lang sa kalihokan sa N atomo. Ang problema mao nga ang mga tawo wala pa makit-an ang kamalaumon nga mga kondisyon alang sa pagpaaktibo sa mga molekula sa N2 sa temperatura sa kwarto ug presyur. Apan sa kinaiyahan, ang pipila ka bakterya sa mga buho sa tanum makahimo sa pag-convert sa N2 sa hangin ngadto sa nitrogen compound ubos sa ubos nga enerhiya nga kondisyon sa normal nga temperatura ug pressure, ug gamiton kini isip abono alang sa pagtubo sa tanum.
Busa, ang pagtuon sa nitrogen fixation kanunay nga usa ka importante nga siyentipikong panukiduki nga hilisgutan. Busa, gikinahanglan nga masabtan nato ang mga kinaiya sa bonding ug valence bond structure sa nitrogen sa detalye.
Type sa bond
Ang valence electron layer structure sa N atom mao ang 2s2p3, nga mao, adunay 3 ka single electron ug usa ka parisan sa nag-inusarang electron nga mga pares. Pinasukad niini, kung maghimo mga compound, mahimo’g mabuhat ang mosunud nga tulo nga mga tipo sa bond:
1. Pagporma sa ionic bonds 2. Pagporma sa covalent bonds 3. Pagporma sa coordination bonds
1. Pagporma sa ionic bonds
Ang N atomo adunay taas nga electronegativity (3.04). Sa diha nga sila magporma ug binary nitride nga adunay mga metal nga adunay ubos nga electronegativity, sama sa Li (electronegativity 0.98), Ca (electronegativity 1.00), ug Mg (electronegativity 1.31), sila makakuha og 3 ka electron ug mahimong N3- ion. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ignite= Mg3N2 N3- ions adunay mas taas nga negatibo nga karga ug mas dako nga radius (171pm). Kusog sila nga ma-hydrolyzed kung makasugat sila og mga molekula sa tubig. Busa, ang mga ionic compound mahimo lamang nga anaa sa usa ka uga nga kahimtang, ug walay hydrated ions sa N3-.
2. Pagporma sa covalent bonds
Sa diha nga ang N atoms maporma nga mga compound nga adunay dili metal nga adunay mas taas nga electronegativity, ang mosunod nga covalent bonds maporma:
Ang ⑴N atoms nagkuha sa sp3 hybridization state, nagporma ug tulo ka covalent bonds, naghupot sa usa ka parisan sa nag-inusarang electron pairs, ug ang molekular nga configuration kay trigonal pyramidal, sama sa NH3, NF3, NCl3, ug uban pa. usa ka regular nga tetrahedron, sama sa NH4+ ion.
Ang ⑵N atoms nagkuha sa sp2 hybridization state, nagporma og duha ka covalent bonds ug usa ka bond, ug nagpabilin ang usa ka parisan sa nag-inusarang electron nga mga pares, ug ang molecular configuration kay angular, sama sa Cl—N=O. (Ang N atomo nagporma ug σ bond ug usa ka π bond sa Cl atom, ug ang usa ka pares sa nag-inusarang electron nga mga pares sa N atom naghimo sa molekula nga triangular.) Kung walay nag-inusarang electron pair, ang molekular nga configuration triangular, sama sa HNO3 molekula o NO3-ion. Sa molekula sa nitric acid, ang N atomo nagporma ug tulo ka σ bond nga adunay tulo ka O atoms matag usa, ug usa ka parisan sa mga electron sa iyang π orbital ug ang single π electron sa duha ka O atoms nagporma ug tulo ka sentro nga upat ka electron delocalized π bond. Sa nitrate ion, usa ka upat ka sentro nga unom ka elektron nga delokalisado nga dako nga π nga bugkos naporma tali sa tulo ka O atomo ug sa sentral nga N atomo. Kini nga istruktura naghimo sa dayag nga oxidation number sa N atom sa nitric acid +5. Tungod sa presensya sa dagkong π bonds, ang nitrate igo nga lig-on ubos sa normal nga kondisyon. Ang ⑶N atom nagsagop sa sp hybridization aron maporma ang usa ka covalent triple bond ug magpabilin ang usa ka parisan sa nag-inusarang mga parisan sa elektron. Ang molecular configuration kay linear, sama sa structure sa N atom sa N2 molecule ug CN-.
3. Pagporma sa mga bugkos sa koordinasyon
Kung ang mga atomo sa nitroheno maporma ang yano nga mga substansiya o compound, kanunay nilang gihuptan ang nag-inusarang mga pares sa elektron, mao nga ang ingon nga yano nga mga sangkap o compound mahimo’g molihok ingon nga mga donor nga pares sa elektron aron makig-coordinate sa mga ion nga metal. Pananglitan, [Cu(NH3)4]2+ o [Tu(NH2)5]7, ug uban pa.
Oxidation state-Gibbs free energy diagram
Makita usab kini gikan sa oxidation state-Gibbs free energy diagram sa nitrogen nga, gawas sa NH4 ions, ang N2 molecule nga adunay oxidation number nga 0 anaa sa pinakaubos nga punto sa curve sa diagram, nga nagpakita nga ang N2 thermodynamically. lig-on nga may kalabotan sa mga compound sa nitrogen nga adunay ubang mga numero sa oksihenasyon.
Ang mga kantidad sa lainlaing mga compound sa nitroheno nga adunay mga numero sa oksihenasyon tali sa 0 ug +5 tanan sa ibabaw sa linya nga nagkonektar sa duha nga mga punto nga HNO3 ug N2 (ang tuldok nga linya sa diagram), mao nga kini nga mga compound dili lig-on sa thermodynamically ug dali sa mga reaksyon sa disproportionation. Ang bugtong usa sa dayagram nga adunay mas ubos nga bili kay sa N2 molekula mao ang NH4+ ion. [1] Gikan sa oxidation state-Gibbs free energy diagram sa nitrogen ug sa istruktura sa N2 molecule, makita nga ang elemental N2 dili aktibo. Ubos lamang sa taas nga temperatura, taas nga presyur ug ang presensya sa usa ka catalyst ang nitroheno mo-react sa hydrogen aron maporma ang ammonia: Ubos sa mga kondisyon sa pag-discharge, ang nitrogen mahimong maghiusa sa oxygen aron maporma ang nitric oxide: N2+O2=discharge=2NO Nitric oxide dali nga naghiusa sa oxygen porma nitrogen dioxide 2NO+O2=2NO2 Nitrogen dioxide dissolves sa tubig aron maporma nitric acid, nitric oxide 3NO2+H2O=2HNO3+NO Sa mga nasud nga adunay naugmad nga hydropower, kini nga reaksyon gigamit sa paghimo nitric acid. Ang N2 mo-react sa hydrogen aron makagama og ammonia: N2+3H2=== (reversible sign) 2NH3 N2 mo-react sa mga metal nga ubos ang potensyal sa ionization ug kansang mga nitride adunay taas nga kusog sa lattice aron mahimong ionic nitride. Pananglitan: N2 mahimong direktang mo-react sa metallic lithium sa temperatura sa lawak: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 mo-react sa alkaline earth metals Mg, Ca, Sr, Ba sa incandescent temperature: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 can mo-react lang sa boron ug aluminum sa incandescent temperature: 2 B + N2=== 2 BN (macromolecule compound) N2 sa kasagaran mo-react sa silicon ug uban pang grupo nga elemento sa temperatura nga mas taas kay sa 1473K.
Ang molekula sa nitroheno nag-amot ug tulo ka parisan sa mga electron sa pagdugtong, nga mao, pagporma ug duha ka π bond ug usa ka σ bond. Wala kini makatampo sa pag-bonding, ug ang mga kusog sa bonding ug anti-bonding gibana-bana nga gi-offset, ug kini katumbas sa nag-inusarang mga pares sa elektron. Tungod kay adunay usa ka triple bond N≡N sa N2 molekula, ang N2 molekula adunay dako nga kalig-on, ug kini nagkinahanglan 941.69kJ/mol sa enerhiya sa decompose niini ngadto sa atomo. Ang molekula sa N2 mao ang labing lig-on sa nailhan nga diatomic nga mga molekula, ug ang relatibong molekular nga masa sa nitroheno mao ang 28. Dugang pa, ang nitroheno dili sayon nga masunog ug dili mosuporta sa pagkasunog.
Oras sa pag-post: Hul-23-2024
