ترکیبات با غیر فلزات

همه هالیدهای نیتروژن NG 3 شناخته شده هستند. تری فلوراید NF 3 از برهمکنش فلوئور با آمونیاک به دست می آید:

3F 2 + 4NH 3 = 3 NH 4 F + NF 3

نیتروژن تری فلوراید یک گاز سمی بی رنگ است که مولکول های آن ساختار هرمی شکل دارند. اتم های فلوئور در قاعده هرم قرار دارند و قسمت بالای آن توسط یک اتم نیتروژن با یک جفت الکترون مشترک اشغال شده است. برای معرف های شیمیایی مختلف و گرمایش، NF 3 بسیار پایدار است.

تری هالیدهای نیتروژن باقیمانده گرماگیر هستند و بنابراین ناپایدار و واکنش پذیر هستند. NCl 3 با عبور کلر گازی به محلول قوی کلرید آمونیوم تشکیل می شود:

3Cl 2 + NH 4 Cl \u003d 4HCl + NCl 3

تری کلرید نیتروژن یک مایع بسیار فرار (tbp = 71 درجه سانتیگراد) با بوی تند است. حرارت یا ضربه خفیف با انفجار همراه با انتشار مقدار زیادی گرما همراه است. در این حالت NCl 3 به عناصر تجزیه می شود. تری هالیدهای NBr 3 و NI 3 حتی کمتر پایدار هستند.

مشتقات نیتروژن با کالکوژن ها به دلیل گرما بودن قوی بسیار ناپایدار هستند. همه آنها ضعیف مطالعه شده اند، هنگام گرم شدن منفجر می شوند و ضربه می زنند.

اتصالات با فلزات

نیتریدهای نمک مانند از سنتز مستقیم از فلزات و نیتروژن به دست می آیند. نیتریدهای نمک مانند با آب و اسیدهای رقیق تجزیه می شوند:

Mg 3 N 2 + 6N 2 \u003d 3Mg (OH) 2 + 2NH 3

Ca 3 N 2 + 8HCl = 3CaCl 2 + 2NH 4 Cl

هر دو واکنش ماهیت اصلی نیتریدهای فلزی فعال را اثبات می کنند.

نیتریدهای فلز مانند از حرارت دادن فلزات در فضایی حاوی نیتروژن یا آمونیاک به دست می آیند. اکسیدها، هالیدها و هیدریدهای فلزات واسطه را می توان به عنوان مواد اولیه استفاده کرد:

2Ta + N 2 \u003d 2TaN؛ Mn 2 O 3 + 2NH 3 \u003d 2MnN + 3H 2 O

CrCl 3 + NH 3 = CrN + 3HCl. 2TiH 2 + 2NH 3 \u003d 2TiN + 5H 2

استفاده از نیتروژن و ترکیبات حاوی نیتروژن

دامنه نیتروژن بسیار بزرگ است - تولید کود، مواد منفجره، آمونیاک، که در پزشکی استفاده می شود. کودهای حاوی نیتروژن با ارزش ترین هستند. چنین کودهایی عبارتند از نیترات آمونیوم، اوره، آمونیاک، نیترات سدیم. نیتروژن بخشی جدایی ناپذیر از مولکول های پروتئین است، به همین دلیل است که گیاهان برای رشد و نمو طبیعی به آن نیاز دارند. چنین ترکیب مهمی از نیتروژن و هیدروژن مانند آمونیاک در کارخانه های تبرید استفاده می شود، آمونیاک که از طریق یک سیستم بسته لوله ها در گردش است، مقدار زیادی گرما را در طول تبخیر می گیرد. نیترات پتاسیم در تولید پودر سیاه و باروت در تفنگ های شکاری برای اکتشاف مواد معدنی معدنی که در زیر زمین وجود دارند استفاده می شود. باروت بدون دود از پیروکسیلین، یک استر سلولز و اسید نیتریک به دست می آید. مواد منفجره آلی مبتنی بر نیتروژن برای تونل زنی در کوه ها استفاده می شود (TNT، نیتروگلیسیرین).

نیتروژن- عنصری از دوره دوم از گروه V A سیستم تناوبی، شماره سریال 7. فرمول الکترونیکی اتم [ 2 He] 2s 2 2p 3 است، حالت های اکسیداسیون مشخصه 0، -3، +3 و + 5، کمتر 2+ و 4+ و حالت دیگر N v نسبتاً پایدار در نظر گرفته می شود.

مقیاس حالت اکسیداسیون نیتروژن:
+5 - N 2 O 5، NO 3، NaNO 3، AgNO 3

3 - N 2 O 3 , NO 2 , HNO 2 , NaNO 2 , NF 3

3 - NH 3، NH 4، NH 3 * H 2 O، NH 2 Cl، Li 3 N، Cl 3 N.

نیتروژن دارای الکترونگاتیوی بالایی است (3.07)، سومین پس از F و O. دارای خواص غیرفلزی (اسیدی) معمولی است، در حالی که اسیدهای مختلف حاوی اکسیژن، نمک ها و ترکیبات دوتایی و همچنین کاتیون آمونیوم NH 4 و آن را تشکیل می دهد. نمک ها

در طبیعت - هفدهمتوسط عنصر فراوانی شیمیایی (نهمین در بین غیر فلزات). یک عنصر حیاتی برای همه موجودات.

ن 2

ماده ساده این شامل مولکول های غیر قطبی با پیوند بسیار پایدار N≡N ˚σππ است که بی اثر بودن شیمیایی عنصر را در شرایط عادی توضیح می دهد.

گازی بی رنگ، بی مزه و بی بو که به مایعی بی رنگ متراکم می شود (برخلاف O2).

جزء اصلی هوا 78.09 درصد حجمی، 75.52 در جرم است. نیتروژن از هوای مایع قبل از اینکه اکسیژن بجوشد. کمی محلول در آب (15.4 میلی لیتر / 1 لیتر H 2 O در دمای 20 درجه سانتیگراد)، حلالیت نیتروژن کمتر از اکسیژن است.

در دمای اتاق، N 2 با فلوئور و تا حد بسیار کمی با اکسیژن واکنش می دهد:

N 2 + 3F 2 \u003d 2NF 3، N 2 + O 2 ↔ 2NO

واکنش برگشت پذیر بدست آوردن آمونیاک در دمای 200 درجه سانتی گراد، تحت فشار تا 350 اتمسفر و همیشه در حضور کاتالیزور (Fe, F 2 O 3 , FeO, در آزمایشگاه در Pt) انجام می شود.

N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 + 92 کیلوژول

مطابق با اصل Le Chatelier، افزایش بازده آمونیاک باید با افزایش فشار و کاهش دما اتفاق بیفتد. با این حال، سرعت واکنش در دماهای پایین بسیار کم است، بنابراین فرآیند در دمای 450-500 درجه سانتیگراد انجام می شود و به بازده 15٪ آمونیاک می رسد. N 2 و H 2 واکنش نداده به راکتور برمی گردند و در نتیجه وسعت واکنش را افزایش می دهند.

نیتروژن از نظر شیمیایی نسبت به اسیدها و قلیاها منفعل است و از احتراق پشتیبانی نمی کند.

اعلام وصولکه در صنعت- تقطیر کسری هوای مایع یا حذف شیمیایی اکسیژن از هوا، به عنوان مثال، با واکنش 2C (کک) + O 2 \u003d 2CO هنگام گرم شدن. در این موارد نیتروژن به دست می آید که حاوی ناخالصی های گازهای نجیب (عمدتاً آرگون) نیز می باشد.

در آزمایشگاه، مقادیر کمی از نیتروژن خالص شیمیایی را می توان با یک واکنش سوئیچینگ با حرارت متوسط ​​به دست آورد:

N -3 H 4 N 3 O 2 (T) \u003d N 2 0 + 2H 2 O (60-70)

NH 4 Cl(p) + KNO 2 (p) = N 2 0 + KCl + 2H 2 O (100˚C)

برای سنتز آمونیاک استفاده می شود. اسید نیتریک و سایر محصولات حاوی نیتروژن به عنوان یک محیط بی اثر برای فرآیندهای شیمیایی و متالورژیکی و ذخیره مواد قابل اشتعال.

NH 3

ترکیب دوتایی، حالت اکسیداسیون نیتروژن - 3 است. یک گاز بی رنگ با بوی مشخصه تیز. این مولکول دارای ساختار یک چهار وجهی ناقص است [:N(H)3] (هیبریداسیون sp 3). حضور نیتروژن در مولکول NH 3 یک جفت الکترون دهنده در مدار هیبریدی sp 3 باعث واکنش افزودن مشخصه یک کاتیون هیدروژن با تشکیل یک کاتیون می شود. آمونیوم NH4. تحت فشار مثبت در دمای اتاق مایع می شود. در حالت مایع با پیوندهای هیدروژنی همراه است. از نظر حرارتی ناپایدار است. بگذارید خوب در آب حل شود (بیش از 700 لیتر در 1 لیتر H 2 O در دمای 20 درجه سانتیگراد). نسبت در محلول اشباع 34 درصد وزنی و 99 درصد حجمی، pH = 11.8 است.

بسیار واکنش پذیر، مستعد واکنش های افزودنی است. در اکسیژن می سوزد، با اسیدها واکنش می دهد. خواص کاهنده (به دلیل N -3) و اکسید کننده (به دلیل H +1) را نشان می دهد. فقط با اکسید کلسیم خشک می شود.

واکنش های کیفی -تشکیل "دود" سفید در تماس با HCl گازی، سیاه شدن یک تکه کاغذ مرطوب شده با محلول جیوه 2 (NO3) 2.

یک محصول واسطه در سنتز HNO 3 و نمک های آمونیوم. در تولید سودا، کودهای نیتروژن، رنگ، مواد منفجره استفاده می شود. آمونیاک مایع یک مبرد است. سمی
معادلات مهم ترین واکنش ها:

2NH 3 (گرم) ↔ N 2 + 3H 2
NH 3 (g) + H 2 O ↔ NH 3 * H 2 O (p) ↔ NH 4 + + OH -
NH 3 (g) + HCl (g) ↔ NH 4 Cl (g) "دود" سفید
4NH 3 + 3O 2 (هوا) = 2N 2 + 6 H 2 O (احتراق)
4NH 3 + 5O 2 = 4NO+ 6 H 2 O (800˚C، گربه Pt/Rh)
2 NH 3 + 3CuO = 3Cu + N 2 + 3 H 2 O (500˚C)
2 NH 3 + 3 Mg \u003d Mg 3 N 2 + 3 H 2 (600 ˚C)
NH 3 (گرم) + CO 2 (گرم) + H 2 O \u003d NH 4 HCO 3 (دمای اتاق، فشار)
اعلام وصول. AT آزمایشگاه ها- جابجایی آمونیاک از نمک های آمونیوم هنگام گرم شدن با آهک سودا: Ca (OH) 2 + 2NH 4 Cl \u003d CaCl 2 + 2H 2 O + NH 3
یا جوشاندن محلول آبی آمونیاک و سپس خشک کردن گاز.
در صنعتآمونیاک از نیتروژن با هیدروژن تولید می شود. تولید شده توسط صنعت به صورت مایع و یا به صورت محلول آبی غلیظ تحت نام فنی آب آمونیاک.

هیدرات آمونیاکNH 3 * اچ 2 O. اتصال بین مولکولی سفید، در شبکه کریستالی - مولکول های NH 3 و H 2 O که توسط یک پیوند هیدروژنی ضعیف محدود شده اند. در محلول آبی آمونیاک، یک باز ضعیف وجود دارد (محصولات تفکیک کاتیون NH 4 و آنیون OH هستند). کاتیون آمونیوم دارای ساختار چهار وجهی منظم است (هیبریداسیون sp 3). از نظر حرارتی ناپایدار است، هنگامی که محلول جوشانده می شود، کاملاً تجزیه می شود. توسط اسیدهای قوی خنثی می شود. خواص کاهشی (به دلیل N-3) در محلول غلیظ از خود نشان می دهد. وارد واکنش تبادل یونی و تشکیل کمپلکس می شود.

واکنش کیفی- تشکیل "دود" سفید در تماس با HCl گازی. برای ایجاد یک محیط کمی قلیایی در محلول، در هنگام رسوب هیدروکسیدهای آمفوتریک استفاده می شود.
محلول آمونیاک 1 مولار عمدتاً حاوی هیدرات NH 3 * H 2 O و فقط 0.4٪ یون NH 4 OH (به دلیل تفکیک هیدرات) است. بنابراین، یونی "هیدروکسید آمونیوم NH 4 OH" عملاً در محلول موجود نیست، در هیدرات جامد نیز چنین ترکیبی وجود ندارد.
معادلات مهم ترین واکنش ها:
NH 3 H 2 O (مجموع) = NH 3 + H 2 O (جوش با NaOH)
NH 3 H 2 O + HCl (تفاوت) = NH 4 Cl + H 2 O
3 (NH 3 H 2 O) (مجموع) + CrCl 3 = Cr(OH) 3 ↓ + 3 NH 4 Cl
8 (NH 3 H 2 O) (مجموع) + 3Br 2 (p) = N 2 + 6 NH 4 Br + 8H 2 O (40-50˚C)
2 (NH 3 H 2 O) (مجموع) + 2KMnO 4 = N 2 + 2MnO 2 ↓ + 4H 2 O + 2KOH
4 (NH 3 H 2 O) (مجموع) + Ag 2 O = 2OH + 3H 2 O
4 (NH 3 H 2 O) (مجموع) + Cu (OH) 2 + (OH) 2 + 4H 2 O
6 (NH 3 H 2 O) (مجموع) + NiCl 2 = Cl 2 + 6H 2 O
محلول آمونیاک رقیق (3-10٪) اغلب نامیده می شود آمونیاک(این نام توسط کیمیاگران اختراع شد) و یک محلول غلیظ (18.5 - 25٪) محلول آمونیاک است (تولید شده توسط صنعت).

اکسیدهای نیتروژن

مونوکسید نیتروژننه

اکسید تشکیل دهنده غیر نمک. گاز بی رنگ رادیکال حاوی یک پیوند اسپ کووالانسی (N꞊O)، در حالت جامد، یک دایمر N 2 O 2 با یک پیوند N-N است. از نظر حرارتی بسیار پایدار است. حساس به اکسیژن اتمسفر (قهوه ای می شود). کمی در آب حل می شود و با آن واکنش نمی دهد. منفعل شیمیایی در رابطه با اسیدها و قلیاها. هنگامی که گرم می شود، با فلزات و غیر فلزات واکنش نشان می دهد. مخلوط بسیار واکنش پذیر NO و NO 2 ("گازهای نیتروژن"). یک محصول میانی در سنتز اسید نیتریک.
معادلات مهم ترین واکنش ها:
2NO + O 2 (مثلاً) = 2NO 2 (20 درجه سانتیگراد)
2NO + C (گرافیت) \u003d N 2 + CO 2 (400-500˚C)
10NO + 4P (قرمز) = 5N 2 + 2P 2 O 5 (150-200˚C)
2NO + 4Cu \u003d N 2 + 2 Cu 2 O (500-600˚C)
واکنش به مخلوط NO و NO 2:
NO + NO 2 + H 2 O \u003d 2HNO 2 (p)
NO + NO 2 + 2KOH(razb.) \u003d 2KNO 2 + H 2 O
NO + NO 2 + Na 2 CO 3 \u003d 2Na 2 NO 2 + CO 2 (450-500˚C)
اعلام وصولکه در صنعت: اکسیداسیون آمونیاک با اکسیژن روی کاتالیزور، در آزمایشگاه ها- برهمکنش اسید نیتریک رقیق با عوامل کاهنده:
8HNO 3 + 6Hg \u003d 3Hg 2 (NO 3) 2 + 2 نه+ 4 H 2 O
یا کاهش نیترات ها:
2NaNO 2 + 2H 2 SO 4 + 2NaI \u003d 2 نه + I 2 ↓ + 2 H 2 O + 2Na 2 SO 4

دی اکسید نیتروژننه 2

اکسید اسید، مشروط به دو اسید - HNO 2 و HNO 3 (اسید برای N 4 وجود ندارد) مطابقت دارد. گاز قهوه ای، مونومر NO 2 در دمای اتاق، دایمر بی رنگ مایع N 2 O 4 (دی نیتروژن تتروکسید) در سرما. به طور کامل با آب، مواد قلیایی واکنش می دهد. عامل اکسید کننده بسیار قوی، خورنده به فلزات. برای سنتز اسید نیتریک و نیترات های بی آب، به عنوان یک اکسید کننده برای سوخت موشک، یک پاک کننده روغن از گوگرد، و یک کاتالیزور برای اکسیداسیون ترکیبات آلی استفاده می شود. سمی
معادله مهم ترین واکنش ها:
2NO 2 ↔ 2NO + O 2
4NO 2 (l) + H 2 O \u003d 2HNO 3 + N 2 O 3 (همگام) (در سرما)
3 NO 2 + H 2 O \u003d 3HNO 3 + NO
2NO 2 + 2 NaOH (تفاوت) \u003d NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O
4NO 2 + O 2 + 2 H 2 O \u003d 4 HNO 3
4NO 2 + O 2 + KOH \u003d KNO 3 + 2 H 2 O
2NO 2 + 7H 2 = 2NH 3 + 4 H 2 O (گربه Pt، Ni)
NO 2 + 2HI(p) = NO + I 2 ↓ + H 2 O
NO 2 + H 2 O + SO 2 = H 2 SO 4 + NO (50-60˚C)
NO 2 + K = KNO 2
6NO 2 + Bi(NO 3) 3 + 3NO (70-110˚C)
اعلام وصول:که در صنعت -اکسیداسیون NO با اکسیژن اتمسفر، در آزمایشگاه ها- برهمکنش اسید نیتریک غلیظ با عوامل کاهنده:
6HNO 3 (مجموع، کوه ها) + S \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
5HNO 3 (مجموع، هورت) + P (قرمز) \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
2HNO 3 (مجموع، کوه ها) + SO 2 \u003d H 2 SO 4 + 2 NO 2

اکسید دیتروژنن 2 O

گاز بی رنگ با بوی خوش ("گاز خنده")، N꞊N꞊О، حالت رسمی اکسیداسیون نیتروژن +1، کم محلول در آب. از احتراق گرافیت و منیزیم پشتیبانی می کند:

2N 2 O + C = CO 2 + 2N 2 (450˚C)
N 2 O + Mg = N 2 + MgO (500˚C)
از تجزیه حرارتی نیترات آمونیوم به دست می آید:
NH 4 NO 3 \u003d N 2 O + 2 H 2 O (195-245˚C)
در پزشکی به عنوان بی حس کننده استفاده می شود.

تری اکسید دی نیتروژنن 2 O 3

در دماهای پایین، یک مایع آبی است، ON꞊NO 2، حالت اکسیداسیون رسمی نیتروژن +3 است. در دمای 20 درجه سانتیگراد، 90٪ به مخلوطی از NO بی رنگ و NO 2 قهوه ای ("گازهای نیتروژن"، دود صنعتی - "دم روباه") تجزیه می شود. N 2 O 3 - اکسید اسید، HNO 2 را با آب در سرما تشکیل می دهد، هنگامی که گرم می شود واکنش متفاوتی نشان می دهد:
3N 2 O 3 + H 2 O \u003d 2HNO 3 + 4NO
با قلیاها نمک های HNO 2، به عنوان مثال NaNO 2 می دهد.
از تعامل NO با O 2 (4NO + 3O 2 \u003d 2N 2 O 3) یا با NO 2 (NO 2 + NO \u003d N 2 O 3) به دست می آید.
با خنک کننده قوی "گازهای نیتروژن" و خطرناک برای محیط زیست، به عنوان کاتالیزور برای تخریب لایه اوزون جو عمل می کنند.

پنتوکسید دیتروژن ن 2 O 5

بی رنگ، جامد، O 2 N - O - NO 2، حالت اکسیداسیون نیتروژن +5 است. در دمای اتاق طی 10 ساعت به NO 2 و O 2 تجزیه می شود. با آب و مواد قلیایی به عنوان یک اکسید اسیدی واکنش می دهد:
N 2 O 5 + H 2 O \u003d 2HNO 3
N 2 O 5 + 2 NaOH \u003d 2NaNO 3 + H 2
از کم آبی اسید نیتریک دوددار به دست می آید:
2HNO 3 + P 2 O 5 \u003d N 2 O 5 + 2HPO 3
یا اکسیداسیون NO 2 با ازن در دمای 78- درجه سانتیگراد:
2NO 2 + O 3 \u003d N 2 O 5 + O 2

نیتریت ها و نیترات ها

نیتریت پتاسیمKNO 2 . سفید، رطوبت گیر. بدون تجزیه ذوب می شود. پایدار در هوای خشک بگذارید خیلی خوب در آب حل شود (محلول بی رنگ تشکیل شود)، روی آنیون هیدرولیز می شود. یک عامل اکسید کننده و کاهنده معمولی در یک محیط اسیدی، در یک محیط قلیایی بسیار آهسته واکنش نشان می دهد. وارد واکنش های تبادل یونی می شود. واکنش های کیفیبر روی یون NO 2 - تغییر رنگ محلول بنفش MnO 4 و ظاهر شدن یک رسوب سیاه هنگام افزودن یون های I. این ماده در تولید رنگ ها به عنوان یک معرف تحلیلی برای اسیدهای آمینه و یدیدها، جزء عکاسی استفاده می شود. معرف ها
معادله مهم ترین واکنش ها:
2KNO 2 (t) + 2HNO 3 (conc.) \u003d NO 2 + NO + H 2 O + 2KNO 3
2KNO 2 (dil.) + O 2 (مثلاً) → 2KNO 3 (60-80˚C)
KNO 2 + H 2 O + Br 2 = KNO 3 + 2HBr
5NO 2 - + 6H + + 2MnO 4 - (بنفش) \u003d 5NO 3 - + 2Mn 2+ (bts.) + 3H 2 O
3 NO 2 - + 8H + + CrO 7 2- \u003d 3NO 3 - + 2Cr 3+ + 4H 2 O
NO 2 - (اشباع) + NH 4 + (اشباع) \u003d N 2 + 2H 2 O
2NO 2 - + 4H + + 2I - (BC) = 2NO + I 2 (سیاه) ↓ = 2H 2 O
NO 2 - (razb.) + Ag + \u003d AgNO 2 (زرد روشن) ↓
اعلام وصول که درصنعت- بازیابی نیترات پتاسیم در فرآیندهای:
KNO 3 + Pb = KNO 2+ PbO (350-400˚C)
KNO 3 (conc.) + Pb (اسفنج) + H 2 O = KNO 2+ Pb(OH) 2 ↓
3 KNO 3 + CaO + SO 2 \u003d 2 KNO 2+ CaSO 4 (300 درجه سانتیگراد)

اچ ایترات پتاسیم KNO 3
نام فنی پتاسیم،یا هندینمک ، نمکدان.سفید، بدون تجزیه ذوب می شود، پس از حرارت دادن بیشتر تجزیه می شود. مقاوم در برابر هوا. بسیار محلول در آب (بالا پایان دادناثر، = -36 کیلوژول)، هیچ هیدرولیز وجود ندارد. یک عامل اکسید کننده قوی در هنگام ذوب (به دلیل آزاد شدن اکسیژن اتمی). در محلول، فقط توسط هیدروژن اتمی کاهش می یابد (در یک محیط اسیدی به KNO 2، در یک محیط قلیایی به NH 3). در تولید شیشه به عنوان نگهدارنده مواد غذایی، جزء مخلوط های پیروتکنیک و کودهای معدنی استفاده می شود.

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2 (400-500 ˚C)

KNO 3 + 2H 0 (روی، HCl رقیق شده) = KNO 2 + H 2 O

KNO 3 + 8H 0 (Al، KOH متمرکز) = NH 3 + 2H 2 O + KOH (80 ˚C)

KNO 3 + NH 4 Cl \u003d N 2 O + 2H 2 O + KCl (230-300 ˚C)

2 KNO 3 + 3C (گرافیت) + S = N 2 + 3CO 2 + K 2 S (احتراق)

KNO 3 + Pb = KNO 2 + PbO (350 - 400 ˚C)

KNO 3 + 2KOH + MnO 2 = K 2 MnO 4 + KNO 2 + H 2 O (350 - 400 ˚C)

اعلام وصول: در صنعت
4KOH (افقی) + 4NO 2 + O 2 = 4KNO 3 + 2H 2 O

و در آزمایشگاه:
KCl + AgNO 3 \u003d KNO 3 + AgCl ↓

عنصر شیمیایی نیتروژن تنها یک ماده ساده را تشکیل می دهد. این ماده گازی است و توسط مولکول های دو اتمی تشکیل می شود. دارای فرمول N 2 است. با وجود این واقعیت که عنصر شیمیایی نیتروژن دارای الکترونگاتیوی بالایی است، نیتروژن مولکولی N 2 یک ماده بسیار بی اثر است. این واقعیت به این دلیل است که یک پیوند سه گانه بسیار قوی (N≡N) در مولکول نیتروژن اتفاق می افتد. به همین دلیل، تقریباً تمام واکنش ها با نیتروژن فقط در دماهای بالا انجام می شود.

برهمکنش نیتروژن با فلزات

تنها ماده ای که در شرایط عادی با نیتروژن واکنش می دهد لیتیوم است:

جالب این واقعیت است که با سایر فلزات فعال، به عنوان مثال. خاک قلیایی و قلیایی، نیتروژن تنها زمانی واکنش نشان می دهد که گرم شود:

برهمکنش نیتروژن با فلزات با فعالیت متوسط ​​و کم (به جز پلاتین و طلا) نیز امکان پذیر است، اما به دماهای غیرقابل مقایسه بالاتری نیاز دارد.

نیتریدهای فلزی فعال به راحتی توسط آب هیدرولیز می شوند:

و همچنین محلول های اسیدی، به عنوان مثال:

برهمکنش نیتروژن با غیر فلزات

نیتروژن با گرم شدن در حضور کاتالیزورها با هیدروژن واکنش می دهد. واکنش برگشت پذیر است، بنابراین، برای افزایش بازده آمونیاک در صنعت، این فرآیند در فشار بالا انجام می شود:

به عنوان یک عامل کاهنده، نیتروژن با فلوئور و اکسیژن واکنش می دهد. با فلوئور، واکنش تحت عمل یک تخلیه الکتریکی انجام می شود:

با اکسیژن، واکنش تحت تأثیر یک تخلیه الکتریکی یا در دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد انجام می شود و برگشت پذیر است:

از غیر فلزات، نیتروژن با هالوژن و گوگرد واکنش نمی دهد.

برهمکنش نیتروژن با مواد پیچیده

خواص شیمیایی فسفر

چندین تغییر آلوتروپیک فسفر، به ویژه فسفر سفید، فسفر قرمز و فسفر سیاه وجود دارد.

فسفر سفید توسط مولکول‌های P4 چهار اتمی تشکیل می‌شود و اصلاح پایدار فسفر نیست. سمی در دمای اتاق نرم است و مانند موم به راحتی با چاقو برش داده می شود. در هوا به آرامی اکسید می شود و به دلیل ویژگی های مکانیسم چنین اکسیداسیونی در تاریکی می درخشد (پدیده نورتابی شیمیایی). حتی با حرارت کم، احتراق خود به خودی فسفر سفید امکان پذیر است.

از بین تمام تغییرات آلوتروپیک، فسفر سفید فعال ترین است.

فسفر قرمز متشکل از مولکول های طولانی با ترکیب متغیر Pn است. برخی منابع نشان می دهند که ساختار اتمی دارد، اما درست تر است که ساختار آن را مولکولی بدانیم. به دلیل ویژگی های ساختاری، در مقایسه با فسفر سفید ماده فعال کمتری است، به ویژه، بر خلاف فسفر سفید، در هوا بسیار کندتر اکسید می شود و برای احتراق آن نیاز به اشتعال دارد.

فسفر سیاه از زنجیره های Pn پیوسته تشکیل شده است و ساختار لایه ای شبیه به گرافیت دارد و به همین دلیل شبیه آن است. این اصلاح آلوتروپیک ساختار اتمی دارد. پایدارترین اصلاحات آلوتروپیک فسفر، از نظر شیمیایی غیرفعال ترین. به همین دلیل، خواص شیمیایی فسفر که در زیر مورد بحث قرار می گیرد را باید در درجه اول به فسفر سفید و قرمز نسبت داد.

برهمکنش فسفر با غیر فلزات

واکنش پذیری فسفر بیشتر از نیتروژن است. بنابراین، فسفر می تواند پس از احتراق در شرایط عادی بسوزد و یک اکسید اسید P 2 O 5 را تشکیل دهد:

و با کمبود اکسیژن، اکسید فسفر (III):

واکنش با هالوژن نیز به شدت ادامه دارد. بنابراین، در حین کلرزنی و برم شدن فسفر، بسته به نسبت معرف ها، تری هالیدهای فسفر یا پنتا هالیدها تشکیل می شوند:

با توجه به خواص اکسید کننده بسیار ضعیف ید در مقایسه با سایر هالوژن ها، می توان فسفر را با ید فقط تا حالت اکسیداسیون 3+ اکسید کرد:

بر خلاف نیتروژن فسفر با هیدروژن واکنش نمی دهد.

برهمکنش فسفر با فلزات

فسفر هنگامی که با فلزات فعال و فلزات دارای فعالیت متوسط ​​گرم می شود واکنش نشان می دهد و فسفید تشکیل می دهد:

فسفیدهای فلزات فعال مانند نیتریدها توسط آب هیدرولیز می شوند:

و همچنین محلول های آبی اسیدهای غیر اکسید کننده:

برهمکنش فسفر با مواد پیچیده

فسفر توسط اسیدهای اکسید کننده، به ویژه اسیدهای نیتریک و سولفوریک غلیظ اکسید می شود:

باید بدانید که فسفر سفید با محلول های آبی قلیایی ها واکنش می دهد. با این حال، به دلیل ویژگی، توانایی نوشتن معادلات چنین تعاملاتی برای آزمون دولتی واحد در شیمی هنوز مورد نیاز نیست.

با این وجود، برای کسانی که ادعای 100 امتیاز دارند، برای آرامش خاطر خود، می توانید ویژگی های زیر را از برهم کنش فسفر با محلول های قلیایی در سرما و هنگام گرم شدن به خاطر بسپارید.

در سرما، برهمکنش فسفر سفید با محلول های قلیایی به کندی پیش می رود. این واکنش با تشکیل گاز با بوی ماهی فاسد - فسفین و ترکیبی با حالت اکسیداسیون نادر فسفر +1 همراه است:

هنگامی که فسفر سفید با یک محلول قلیایی غلیظ تعامل می کند، هیدروژن در طی جوشش آزاد می شود و فسفیت تشکیل می شود:

یافتن در طبیعت

نیتروژن در طبیعت عمدتاً در حالت آزاد وجود دارد. در هوا، کسر حجمی آن 78.09٪ و کسر جرمی آن 75.6٪ است. ترکیبات نیتروژن به مقدار کم در خاک یافت می شود. نیتروژن جزء پروتئین ها و بسیاری از ترکیبات آلی طبیعی است. محتوای نیتروژن کل در پوسته زمین 0.01٪ است.

اعلام وصول.

در مهندسی نیتروژن از هوای مایع به دست می آید. همانطور که می دانید هوا مخلوطی از گازها، عمدتا نیتروژن و اکسیژن است. هوای خشک در سطح زمین حاوی (در کسر حجمی): نیتروژن 78.09٪، اکسیژن 20.95٪، گازهای نجیب 0.93٪، مونوکسید کربن (IV) 0.03٪، و همچنین ناخالصی های تصادفی - گرد و غبار، میکروارگانیسم ها، سولفید هیدروژن، اکسید گوگرد. IV) و غیره برای به دست آوردن نیتروژن، هوا به حالت مایع منتقل می شود و سپس نیتروژن با تبخیر از اکسیژن کمتر فرار (bp. نیتروژن -195.8 درجه سانتیگراد، اکسیژن -183 درجه سانتیگراد) جدا می شود. نیتروژن به دست آمده از این طریق حاوی ناخالصی های گازهای نجیب (عمدتاً آرگون) است. نیتروژن خالص را می توان در آزمایشگاه با تجزیه نیتریت آمونیوم هنگام گرم شدن به دست آورد:

NH 4 NO 2 \u003d N 2 + 2H 2 O

مشخصات فیزیکی.نیتروژن گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه است که سبکتر از هوا است. حلالیت در آب کمتر از اکسیژن است: در دمای 20 درجه سانتیگراد، 15.4 میلی لیتر نیتروژن (31 میلی لیتر اکسیژن) در 1 لیتر آب حل می شود. بنابراین، در هوای محلول در آب، محتوای اکسیژن نسبت به نیتروژن بیشتر از جو است. حلالیت کم نیتروژن در آب، و همچنین نقطه جوش بسیار پایین آن، با برهمکنش های بین مولکولی بسیار ضعیف هم بین مولکول های نیتروژن و آب و هم بین مولکول های نیتروژن توضیح داده می شود.

نیتروژن طبیعی از دو ایزوتوپ پایدار با اعداد جرمی 14 (99.64 درصد) و 15 (0.36 درصد) تشکیل شده است.

خواص شیمیایی.

در دمای اتاق، نیتروژن مستقیماً با لیتیوم ترکیب می شود:

6Li + N 2 = 2Li 3 N

فقط در دماهای بالا با فلزات دیگر واکنش می دهد و نیترید تشکیل می دهد. مثلا:

3Ca + N 2 \u003d Ca 3 N 2، 2Al + N 2 \u003d 2AlN

نیتروژن در حضور یک کاتالیزور در فشار و دمای بالا با هیدروژن ترکیب می شود:

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3

در دمای قوس الکتریکی (3000-4000 درجه)، نیتروژن با اکسیژن ترکیب می شود:

کاربرد.نیتروژن در مقادیر زیادی برای تولید آمونیاک استفاده می شود. این به طور گسترده ای برای ایجاد یک محیط بی اثر - پر کردن لامپ های رشته ای الکتریکی و فضای آزاد در دماسنج های جیوه ای، هنگام پمپاژ مایعات قابل اشتعال استفاده می شود. آنها سطح محصولات فولادی را نیترید می کنند. سطح آنها را در دمای بالا با نیتروژن اشباع کنید. در نتیجه نیتریدهای آهن در لایه سطحی تشکیل می شود که به فولاد سختی بیشتری می دهد. چنین فولادی می تواند حرارت را تا 500 درجه سانتیگراد بدون از دست دادن سختی خود تحمل کند.

نیتروژن برای زندگی گیاهان و حیوانات مهم است، زیرا بخشی از مواد پروتئینی است. از ترکیبات نیتروژن در تولید کودهای معدنی، مواد منفجره و در بسیاری از صنایع استفاده می شود.

سوال شماره 48

آمونیاک، خواص آن، روش های به دست آوردن. استفاده از آمونیاک در اقتصاد ملی آمونیوم هیدروکسید. نمک های آمونیوم، خواص و کاربردهای آنها کودهای نیتروژن با شکل آمونیوم نیتروژن. واکنش کیفی به یون آمونیوم

آمونیاک -گاز بی رنگ با بوی مشخص، تقریباً دو برابر سبکتر از هوا. هنگامی که فشار افزایش یا سرد می شود، به راحتی به مایع بی رنگ تبدیل می شود. آمونیاک در آب بسیار محلول است. محلول آمونیاک در آب نامیده می شود آب آمونیاکیا آمونیاکهنگام جوشیدن، آمونیاک حل شده از محلول تبخیر می شود.

خواص شیمیایی.

تعامل با اسیدها:

NH 3 + HCl \u003d NH 4 Cl، NH 3 + H 3 PO 4 \u003d NH 4 H 2 PO 4

تعامل با اکسیژن:

4NH 3 + 3O 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O

بازیافت مس:

3CuO + 2NH 3 \u003d 3Cu + N 2 + 3H 2 O

اعلام وصول.

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3

کاربرد.

آمونیاک مایع و محلول های آبی آن به عنوان کود مایع استفاده می شود.

هیدروکسید آمونیوم (آمونیوم هیدروکسید) - NH 4 اوه

نمک های آمونیوم و خواص آنهانمک های آمونیوم از یک کاتیون آمونیوم و یک آنیون اسید تشکیل شده اند. آنها از نظر ساختار مشابه نمک های مربوط به یون های فلزی دارای بار منفرد هستند. نمک های آمونیوم از برهمکنش آمونیاک یا محلول های آبی آن با اسیدها به دست می آیند. مثلا:

NH 3 + HNO 3 \u003d NH 4 NO 3

آنها خواص کلی نمک ها را نشان می دهند، به عنوان مثال. با محلول‌های قلیایی، اسیدها و سایر نمک‌ها تعامل دارند:

NH 4 Cl + NaOH \u003d NaCl + H 2 O + NH 3

2NH 4 Cl + H 2 SO 4 \u003d (NH 4) 2 SO 4 + 2HCl

(NH 4) 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2NH 4 Cl

کاربرد.نیترات آمونیوم (نیترات آمونیوم) NH4NO3 به عنوان کود نیتروژن و برای ساخت مواد منفجره - آمونیت ها استفاده می شود.

سولفات آمونیوم (NH4) 2SO4 - به عنوان یک کود نیتروژن ارزان.

بی کربنات آمونیوم NH4HCO3 و کربنات آمونیوم (NH4)2CO3 - در صنایع غذایی در تولید محصولات شیرینی پزی آرد به عنوان بیکینگ پودر شیمیایی، در رنگرزی پارچه ها، در تولید ویتامین ها، در پزشکی؛

کلرید آمونیوم (آمونیاک) NH4Cl - در سلول های گالوانیکی (باتری های خشک)، در لحیم کاری و قلع کاری، در صنعت نساجی، به عنوان کود، در دامپزشکی.

کودهای آمونیومی (آمونیاک). حاوی نیتروژن به شکل یون آمونیوم بوده و دارای اثر اسیدی بر روی خاک است که منجر به بدتر شدن خواص آن و کاهش راندمان کودها، به ویژه با استفاده منظم در خاک های بی آهک و نابارور می شود. اما این کودها مزایای خود را نیز دارند: آمونیوم بسیار کمتر در معرض شستشو است، زیرا توسط ذرات خاک ثابت می شود و توسط میکروارگانیسم ها جذب می شود، و علاوه بر این، فرآیند نیتروفیکاسیون با آن در خاک اتفاق می افتد، یعنی. تبدیل میکروارگانیسم ها به نیترات از بین کودهای آمونیومی، کلرید آمونیوم کمترین میزان مناسبی را برای محصولات گیاهی دارد، زیرا حاوی مقدار زیادی کلر است.

واکنش کیفی به یون آمونیوم

خاصیت بسیار مهم نمک های آمونیوم برهمکنش آنها با محلول های قلیایی است. این واکنش توسط نمک های آمونیوم (یون آمونیوم) با بوی آمونیاک آزاد شده یا با ظاهر شدن رنگ آبی رنگ کاغذ تورنسل قرمز مرطوب تشخیص داده می شود:

NH 4 + + OH - = NH 3 + H 2 O