p-ЕЛЕМЕНТИ V ГРУПИ
N P As Sb Bi ат. % 0, 025 0, 05 1, 5· 10 -4 5· 10 -6 1, 7· 10 -6 І, ев 14, 53 10, 49 9, 82 8, 64 7, 29 ЕН 3, 0 2, 1 2, 0 1, 8 1, 7 rат, пм 71 130 148 161 182
Нітроген
Переважна більшість нітрогену (99, 8%) зосереджена в атмосфері у вигляді простої речовини N 2 Маса цього азоту - 4· 1015 тон N входить до складу білків тваринного і рослинного походження Мінерали Na. NO 3 – чилійська селітра KNO 3 – індійська селітра Ca(NO 3)2 – норвезька селітра
Добування В промисловості – ректифікація скрапленого повітря t (N 2) = -195, 80 С кип t кип (O 2) = -1830 C
В лабораторії t (NH 4)2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O t NH 4 NO 2 → N 2 + 2 H 2 O t 2 NH 3 + 3 Cu. O → N 2 + 3 Cu + 3 H 2 O t 2 Na. N 3 → 3 N 2 + 2 Na
Азот – газ без кольору і запаху Молекула – двохатомна, має малий розмір і низьку здатність до поляризації tпл = -2100 С tкип = -195, 80 С Розчинність у воді (за н. у. ) 2, 35 V N 2 в 1 V H 2 O
N≡N Довжина зв’язку (≡) – 110 пм Енергія зв’язку (N≡N) – 942 к. Дж/моль (N–N) – 160 к. Дж/моль С–С 345 к. Дж/моль С≡С 830 к. Дж/моль N – один з найважливіших для життя елементів, але існує проблема “зв’язаного азоту”
Хімічні властивості N 22 p 3 2 s ↑ ↑↓
+5 +4 N 2 O 5, HNO 3, Na. NO 3 NO 2 +3 N 2 O 3, HNO 2, Na. NO 2, NF 3 +2 NO +1 N 2 O 0 N 2 -1 NH 2 OH -2 N 2 H 4 -3 NH 3, Li 3 N, BN, Si 3 N 4, J 3 N, NH 4 OH
За звичайних умов 6 Li + N 2 = 2 Li 3 N – нітрид літію Під час нагрівання реагує з багатьма металами і неметалами t 3 Mg + N 2 → Mg 3 N 2 t 3 Si + 2 N 2 → Si 3 N 4
t 2 B + N 2 → 2 BN N 2 + 3 H 2 P, T, Kat ⇆ 2 NH 3 ∆H<0 P, T, Kat N 2 + O 2 ⇆ 2 NO
Сполуки нітрогену з металами Нітриди металів не відносяться до солей (на відміну від галогенідів та сульфідів) s- і p–метали Li 3 N-3 Mg 3 N 2 -3 Стехіометричний склад Іонно – ковалентний зв'язок Хімічно активні Mg 3 N 2 + 6 HOH → 3 Mg(OH)2 + 2 NH 3↑ d–метали Fe 4 N, Fe 2 N, Ti. N, Ni 3 N, Cr 2 N Металічна електропровідність. Металічний зв'язок; Висока твердість, тугоплавкість (атоми N занурюються в кристалічну гратку металів) Низька хімічна активність
Сполуки нітрогену з гідрогеном Аміак Добування N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3 ∆H=-92 к. Дж (основний і найбільш вигідний спосіб зв’язування азоту) Kat: губчасте залізо промотори – Al 2 O 3, K 2 O, Ca. O t = 400 -5000 C p = 30 -32 МПа
В лабораторних умовах NH 3↑ NH 4 Cl + KOH → KCl + NH 4 OH H 2 O NH 3 – безбарвний газ із задушливим запахом tпл=-800 С tкип=-33, 40 С H H H N: . . N H 107, 30 H μ = 0, 49· 10 -29 Кл·м
Добре розчиняється у воді 1200 V в 1 V H 2 O (н. у. ) 700 V в 1 V H 2 O (200 C) за рахунок хімічної взаємодії та водневих зв'язків H . . 325 пм O: … H H H N H H 278 пм N: . . . H . . O: H
H 3 N : + H+OH- ⇆ NH 4+ + OH- Kд = 1, 8· 10 -5 Молекул NH 4 OH немає NH 3∙H 2 O NH 4+ - іон амонію Fe. Cl 3 + 3 NH 3 + 3 H 2 O → Fe(OH)3↓ +3 NH 4 Cl
Реакції приєднання NH 3 + HCl → NH 4 Cl 2 NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4)2 SO 4 NH 3 + H 3 PO 4 → NH 4 H 2 PO 4 Азотні добрива 2 NH 3 + H 3 PO 4 → (NH 4)2 HPO 4 Cu. SO 4 + 4 NH 3 = [Cu(NH 3)4]SO 4
Солі амонію термічно нестійкі t NH 4 Cl ⇆ NH 3 + HCl t (NH 4)2 SO 4 → NH 3↑ + NH 4 HSO 4 t NH 4 H 2 PO 4 → NH 3↑ + H 3 PO 4 t NH 4 NO 2 → N 2 + 2 H 2 O t NH 4 NO 3 → N 2 O + 2 H 2 O t (NH 4)2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O
Реакції заміщення 2 NH 3 + 2 Na → 2 Na. NH 2 + H 2 NH 3 + 2 Li → Li 2 NH + H 2 амід натрію імід літію Na. NH 2 + H 2 O → Na. OH + NH 3 2 Li. NH 2 обережне нагрівання t Li 2 NH + NH 3↑ 2 Al + 2 NH 3 → 2 Al. N + 3 H 2 нітрид Al Cr. Cl 3 + NH 3 → Cr. N + 3 HCl
NH 4 Cl + Cl 2 → NH 2 Cl + 2 HCl +1 +1 NH 2 Cl + H 2 O → NH 3 + HOCl NH 4 Cl + 3 Cl 2(надл. ) → NCl 3 + 4 HCl +1 +1 NCl 3 + 3 H 2 O → NH 3 + 3 HOCl
NH 3 не являється окисником, а відновні властивості проявляє слабо 0 -3 4 NH 3 + 3 O 2 → 2 N 2 + 6 H 2 O -3 4 NH 3 + 5 O 2 Kat +2 4 NO + 6 H 2 O 2 NH 3 + 3 Cu. O → 3 Cu + N 2 + 3 H 2 O 2 NH 3 + 3 Br 2 → N 2 + 6 HBr 2 NH 3 + 3 Cl 2 → N 2 + 6 HCl
-3 +1 -2 -1 2 NH 3 + Na. OCl → N 2 H 4 + Na. Cl + H 2 O ↑ 2 e ↓ 1 e· 2 N 2 H 4 - гідразин безбарвна токсична рідина tкип = 113, 50 С. . H 1120 N H 145 пм . . N 102 пм H H μ = 0, 62· 10 -29 Кл·м
H . . N N H H H + HCl → N 2 H 5 Cl N 2 H 4·HCl хлорид гідразонія (N 2 H 5+) або гідразин солянокислий
N 2 H 4 + H 2 O → H . . N N H H H + HOH ⇆ H . . H N N H + OH - H K 1 = 9, 3· 10 -7 N 2 H 5+ + H 2 O ⇆ N 2 H 62+ + OH- K 2=8, 5· 10 -15 Зв'язок N-N нестійкий тому N 2 H 4 дуже реакційноздатна речовина Відновні властивості виражені сильніше ніж у NH 3
+6 -2 +3 2 K 2 Cr 2 O 7 + 3 N 2 H 4 + 8 H 2 SO 4 → 2 Cr 2(SO 4)3 + ↑ 3 e· 2 0 +3 N 2 + 2 K 2 SO 4 + 14 H 2 O ↓ 2 e· 2 K 2 Cr 2 O 7 + NH 3 + H 2 SO 4 → N 2 + 5 H+ + 4 e ⇆ N 2 H 5+ E 0 = -0, 23 B N 2 + 4 H 2 O + 4 e ⇆ N 2 H 4 + 4 OH- E 0 = -1, 15 B N 2 H 4 + 2 Br 2 → N 2 + 4 HBr 4 Ag. NO 3 + N 2 H 4 → 4 Ag↓ + N 2 + 4 HNO 3
N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2 H 2 O Окисні властивості N 2 H 4 виражені дуже слабо t 3 N 2 H 4 → N 2 + 4 NH 3 N 2 H 4 + Zn + 4 HCl → 2 NH 4 Cl + Zn. Cl 2 [H]
Гідроксиламін -1 NH 2 OH 104 пм H . . N H 147 пм O H Добувають гідроксиламін електролізом HNO 3 K(-) 6 H+ + HNO 3 + 6 e → NH 2 OH + 2 H 2 O 7 H+ + NO 3 - + 6 e → NH 2 OH + 2 H 2 O NH 2 OH + HCl → (NH 3 OH)+Cl. NH 2 OH·HCl хлорид гідроксиламонію
. . N H H H O H Електронна густина на атомі N зменшується і тому основні властивості
. . N H Kд H H H 1, 8· 10 -5 . . N H H 9, 3· 10 -7 . . N H H H O 8, 9· 10 -8 H
NH 2 OH може проявляти відновні N 2 O + 5 H 2 O + 4 e ⇆ 2 NH 2 OH + 4 OHE 0 = -1, 05 B або окисні властивості NH 2 OH + 2 H 2 O + 2 e ⇆ NH 4 OH + 2 OHE 0 = 0, 42 B NH 2 OH + 3 H+ + 2 e ⇆ NH 4+ + H 2 O E 0 = 1, 35 B
-1 +7 10 NH 2 OH + 2 KMn. O 4 + 3 H 2 SO 4 → 0 +2 → 5 N 2 + 2 Mn. SO 4+ K 2 SO 4 + 18 H 2 O ↓ 1 e· 2 -1 ↑ 5 e +7 10 NH 2 OH + 4 KMn. O 4 + 6 H 2 SO 4 → +1 +2 → 5 N 2 O +4 Mn. SO 4 +2 K 2 SO 4 + 21 H 2 O ↓ 2 e· 2 ↑ 5 e
-1 +4 +6 -3 NH 2 OH + H 2 SO 3 → H 2 SO 4 + NH 3 ↑ 2 e ↓ 2 e NH 2 OH + H 2 SO 3 → NH 4 HSO 4 4 Fe. SO 4 + 2 NH 2 OH + 3 H 2 SO 4 → → 2 Fe 2(SO 4)3 + (NH 4)2 SO 4 + 2 H 2 O
HN 3 – азотистоводнева кислота (азидна кислота) Добування: N 2 H 4 + HNO 2 → HN 3 + 2 H 2 O (малий вихід) Na. NH 2 + N 2 O 1900 С → Na. N 3 + H 2 O азид натрію 2 Na. N 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2 HN 3
H N 1150 N N 124 пм N N N 1800 113 пм 115 пм [ N- = N + = N - ] ↑ ↑ ↑ N ↑↓ ↑ ↑ ↑ N+ ↑ N- ↑↓ ↓↑ ↑ ↑ Будова N 3 - подібна до будови молекули CO 2
HN 3 - безбарвна летка рідина tпл = 800 С tкип = 370 С У безводному стані – нестійка, розкладається з вибухом 2 HN 3 → H 2 + 3 N 2
В розчинах стійка HN 3 ⇆ H+ + N 3 К = 2 · 10 -5 HN 3 – сильний окисник, розчиняє всі метали HN 3 + 3 Н+ + 2 е → NH 4+ + N 2 -1 0 0 E 0 = 1, 96 B Cu + 3 HNNN → Cu(N 3)2 + NH 3 ↓ 2 e ↑ 2 e
