و التكافؤ النيتروجين تتراوح بين -3 كما الأمونيا والأمينات، إلى حمض النيتريك +5 و(تياجي، 2009). هذا العنصر لا يوسع التكافؤات مثل الآخرين.
ذرة النيتروجين عنصر كيميائي برقم ذري 7 والعنصر الأول من المجموعة 15 (VA سابقًا) من الجدول الدوري. تتكون المجموعة من النيتروجين (N) والفوسفور (P) والزرنيخ (As) والأنتيمون (Sb) والبزموت (Bi) وموسكوفيوم (Mc).
الشكل 1: مخطط بوهر لذرة النيتروجين.
تشترك العناصر في بعض أوجه التشابه العامة في السلوك الكيميائي ، على الرغم من تمييزها بوضوح عن بعضها البعض كيميائيًا. تعكس أوجه التشابه هذه الخصائص المشتركة للهياكل الإلكترونية لذراتها (Sanderson ، 2016).
يوجد النيتروجين في جميع البروتينات تقريبًا ويلعب دورًا مهمًا في كل من التطبيقات البيوكيميائية والصناعية. يشكل النيتروجين روابط قوية بسبب قدرته على الترابط الثلاثي مع ذرة نيتروجين أخرى وعناصر أخرى.
لذلك ، هناك كمية كبيرة من الطاقة في مركبات النيتروجين. قبل 100 عام ، لم يُعرف الكثير عن النيتروجين. الآن ، يستخدم النيتروجين بشكل شائع للحفاظ على الطعام وكأسمدة (Wandell ، 2016).
التكوين الإلكتروني والتكافؤ
في الذرة ، تملأ الإلكترونات المستويات المختلفة وفقًا لطاقاتها. تملأ الإلكترونات الأولى مستويات الطاقة المنخفضة ثم تنتقل إلى مستوى طاقة أعلى.
يُعرف المستوى الخارجي للطاقة في الذرة باسم غلاف التكافؤ ، وتُعرف الإلكترونات الموضوعة في هذه الغلاف باسم إلكترونات التكافؤ.
توجد هذه الإلكترونات بشكل أساسي في تكوين الروابط والتفاعل الكيميائي مع الذرات الأخرى. لذلك ، فإن إلكترونات التكافؤ مسؤولة عن الخصائص الكيميائية والفيزيائية المختلفة للعنصر (Valence Electrons ، SF).
يحتوي النيتروجين ، كما ذكرنا سابقًا ، على عدد ذري من Z = 7. هذا يعني أن ملئه للإلكترونات في مستويات الطاقة ، أو تكوين الإلكترون ، هو 1S 2 2S 2 2P 3.
يجب أن نتذكر أنه في الطبيعة ، تسعى الذرات دائمًا إلى الحصول على التكوين الإلكتروني للغازات النبيلة ، إما عن طريق اكتساب أو فقدان أو مشاركة الإلكترونات.
في حالة النيتروجين ، الغاز النبيل الذي يسعى للحصول على تكوين إلكتروني هو النيون ، رقمه الذري هو Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6) والهيليوم ، رقمه الذري هو Z = 2 (1S 2) (Reusch ، 2013).
الطرق المختلفة للنيتروجين للجمع ستمنحه التكافؤ (أو حالة الأكسدة). في حالة النيتروجين المحددة ، نظرًا لوجودها في الفترة الثانية من الجدول الدوري ، فإنها غير قادرة على توسيع طبقة التكافؤ كما تفعل العناصر الأخرى في مجموعتها.
من المتوقع أن يكون التكافؤ -3 و +3 و +5. ومع ذلك ، فإن النيتروجين له حالات تكافؤ تتراوح من -3 ، كما هو الحال في الأمونيا والأمينات ، إلى +5 ، كما هو الحال في حمض النيتريك. (تياجي ، 2009).
تساعد نظرية رابطة التكافؤ في تفسير تكوين المركبات ، وفقًا لتكوين الإلكترون للنيتروجين لحالة أكسدة معينة. لهذا ، من الضروري مراعاة عدد الإلكترونات في غلاف التكافؤ والمقدار المتبقي للحصول على تكوين غاز نبيل.
مركبات النيتروجين
الشكل 2: هيكل النيتروجين الجزيئي مع التكافؤ 0.
نظرًا للعدد الكبير من حالات الأكسدة ، يمكن أن يشكل النيتروجين عددًا كبيرًا من المركبات. في الحالة الأولى ، يجب أن نتذكر أنه في حالة النيتروجين الجزيئي ، بالتعريف يكون التكافؤ صفرًا.
حالة الأكسدة -3 هي واحدة من أكثر الحالات شيوعًا للعنصر. ومن أمثلة المركبات ذات حالة الأكسدة هذه الأمونيا (NH3) ، الأمينات (R3N) ، أيون الأمونيوم (NH 4 +) ، الإيمينات (C = NR) والنيتريل (C≡N).
في حالة الأكسدة -2 ، يترك النيتروجين مع 7 إلكترونات في غلاف التكافؤ. يفسر هذا العدد الفردي من الإلكترونات في غلاف التكافؤ سبب وجود رابطة جسرية بين اثنين من النيتروجين للمركبات التي لها حالة الأكسدة. ومن أمثلة المركبات التي لها حالة الأكسدة هذه الهيدرازينات (R 2 -NNR 2) والهيدرازونات (C = NNR 2).
في حالة الأكسدة -1 ، يترك النيتروجين مع 6 إلكترونات في غلاف التكافؤ. ومن أمثلة مركبات النيتروجين بهذا التكافؤ هيدروكسيل أمين (R 2 NOH) ومركبات الآزو (RN = NR).
في حالات الأكسدة الإيجابية ، يرتبط النيتروجين عمومًا بذرات الأكسجين لتشكيل أكاسيد أو أكسالات أو أكسيدات. في حالة حالة الأكسدة +1 ، يحتوي النيتروجين على 4 إلكترونات في غلاف التكافؤ.
ومن أمثلة المركبات التي لها هذا التكافؤ أكسيد ثنائي النيتروجين أو غاز الضحك (N 2 O) ومركبات النيتروز (R = NO) (Reusch ، حالات أكسدة النيتروجين ، 2015).
بالنسبة لحالة حالة الأكسدة +2 ، مثال على ذلك أكسيد النيتروجين أو أكسيد النيتريك (NO) ، وهو غاز عديم اللون ينتج عن تفاعل المعادن مع حمض النيتريك المخفف. هذا المركب عبارة عن جذر حر غير مستقر للغاية لأنه يتفاعل مع O 2 في الهواء لتكوين غاز NO 2.
النتريت (NO 2 -) في المحلول الأساسي وحمض النيتروز (HNO 2) في المحلول الحمضي هي أمثلة على المركبات ذات حالة الأكسدة +3. يمكن أن تكون هذه عوامل مؤكسدة لإنتاج NO (g) بشكل طبيعي أو عوامل مختزلة لتكوين أيون النترات.
ثلاثي أكسيد ثنائي النيتروجين (N 2 O 3) ومجموعة النيترو (R-NO 2) هي أمثلة أخرى للمركبات النيتروجينية ذات التكافؤ +3.
ثاني أكسيد النيتريك (NO 2) أو ثاني أكسيد النيتروجين هو مركب نيتروجين له تكافؤ +4. إنه غاز بني ينتج بشكل عام عن تفاعل حمض النيتريك المركز مع العديد من المعادن. يخفت لتشكيل N 2 O 4.
في الحالة +5 نجد النترات وحمض النيتريك وهي عوامل مؤكسدة في المحاليل الحمضية. في هذه الحالة ، يحتوي النيتروجين على إلكترونين في غلاف التكافؤ ، الموجودان في مدار 2S. (حالات أكسدة النيتروجين ، SF).
هناك أيضًا مركبات مثل النيتروسيلازيد وثالث أكسيد النيتروجين حيث يحتوي النيتروجين على حالات أكسدة مختلفة في الجزيء. في حالة النيتروسيلازيد (N 4 O) ، يكون للنيتروجين تكافؤ -1 ، 0 ، + 1 و +2 ؛ وفي حالة ثالث أكسيد ثنائي النيتروجين ، له تكافؤان +2 و +4.
تسمية مركبات النيتروجين
نظرًا لتعقيد كيمياء مركبات النيتروجين ، لم تكن التسمية التقليدية كافية لتسميتها ، ناهيك عن تحديدها بشكل صحيح. لهذا السبب ، من بين أسباب أخرى ، أنشأ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) تسمية منهجية حيث يتم تسمية المركبات وفقًا لعدد الذرات التي تحتوي عليها.
هذا مفيد عندما يتعلق الأمر بتسمية أكاسيد النيتروجين. على سبيل المثال ، يمكن تسمية أكسيد النيتريك بأول أكسيد النيتروجين وأكسيد النيتروز (NO) وأول أكسيد النيتروجين (N 2 O).
بالإضافة إلى ذلك ، في عام 1919 ، طور الكيميائي الألماني ألفريد ستوك طريقة لتسمية المركبات الكيميائية بناءً على حالة الأكسدة ، وهي مكتوبة بأرقام رومانية محاطة بأقواس. وهكذا ، على سبيل المثال ، سيطلق على أكسيد النيتريك وأكسيد النيتروز أكسيد النيتروجين (II) وأكسيد النيتروجين (I) على التوالي (IUPAC ، 2005).
المراجع
- (2005). تسمية الكيمياء غير العضوية توصيات IUPAC 2005. تم الاسترجاع من iupac.org.
- حالات أكسدة النيتروجين. (سادس). تعافى من kpu.ca.
- Reusch ، W. (2013 ، 5 مايو). تكوينات الإلكترون في الجدول الدوري. تعافى من chemistry.msu.edu.
- Reusch ، W. (2015 ، 8 أغسطس). حالات أكسدة النيتروجين. تعافى من chem.libretexts.org.
- ساندرسون ، آر تي (2016 ، 12 ديسمبر). عنصر مجموعة النيتروجين. تعافى من britannica.com.
- Tyagi ، نائب الرئيس (2009). الكيمياء الأساسية الثاني عشر. نيو ديلي: راتنا ساجار.
- إلكترونات التكافؤ. (سادس). تعافى من chemistry.tutorvista.com.
- Wandell ، A. (2016 ، 13 ديسمبر). كيمياء النيتروجين. تعافى من chem.libretexts.org.