HITROSTI DUŠIKA: KONFIGURACIJA IN SPOJINE - KEMIJA - 2026

Hitrost dušika se giblje od -3 kot amonijak in amini do +5 in dušikove kisline (Tyagi, 2009). Ta element ne širi valenc kot drugi.

Atom dušika je kemični element z atomsko številko 7 in prvi element skupine 15 (prej VA) periodične tabele. Skupino sestavljajo dušik (N), fosfor (P), arzen (As), antimon (Sb), bizmut (Bi) in moskovij (Mc).

Slika 1: Bohrov diagram dušikovega atoma.

Elementi imajo določene splošne podobnosti v kemijskem obnašanju, čeprav se med seboj kemično razlikujejo. Te podobnosti odražajo skupne značilnosti elektronskih struktur njihovih atomov (Sanderson, 2016).

Dušik je prisoten v skoraj vseh beljakovinah in ima pomembno vlogo v biokemični in industrijski uporabi. Dušik tvori močne vezi zaradi svoje sposobnosti potrojitve vezi z drugim atomom dušika in drugimi elementi.

Zato je v dušikovih spojinah velika količina energije. Pred 100 leti je bilo o dušiku malo znanega. Zdaj se dušik običajno uporablja za konzerviranje hrane in kot gnojilo (Wandell, 2016).

Elektronska konfiguracija in ustreznosti

V atomu elektroni zapolnjujejo različne ravni glede na svoje energije. Prvi elektroni zapolnijo nižje ravni energije in se nato premaknejo na višjo energijsko raven.

Najbolj zunanja raven energije v atomu je znana kot valenčna lupina, elektroni v tej lupini pa so znani kot valenčni elektroni.

Ti elektroni najdemo predvsem pri tvorbi vezi in kemični reakciji z drugimi atomi. Zato so valenčni elektroni odgovorni za različne kemijske in fizikalne lastnosti elementa (Valence Electron, SF).

Kot je bilo že omenjeno, ima dušik atomsko številko Z = 7. To pomeni, da je njeno polnjenje elektronov v njihovi ravni energije ali v konfiguraciji elektronov 1S ² 2S ² 2P ³ .

Ne smemo pozabiti, da atomi v naravi vedno iščejo elektronsko konfiguracijo žlahtnih plinov, bodisi z pridobivanjem, izgubljanjem ali deljenjem elektronov.

V primeru dušika sta plemeniti plin, ki si prizadeva za elektronsko konfiguracijo, neon, katerega atomska številka je Z = 10 (1S ² 2S ² 2P ⁶ ) in helij, katerega atomska številka je Z = 2 (1S ² ) ( Reusch, 2013).

Različni načini združevanja dušika mu bodo dali valenco (ali oksidacijsko stanje). V primeru dušika, ker je v drugem obdobju periodične tabele, ne more razširiti svoje valenčne plasti, kot to počnejo drugi elementi v njeni skupini.

Pričakuje se, da bodo valencije -3, +3 in +5. Vendar ima dušik valenčna stanja od -3, kot pri amoniaku in aminih, do +5, kot v dušikovi kislini. (Tyagi, 2009).

Teorija valenčne vezi pomaga razložiti tvorbo spojin v skladu z elektronsko konfiguracijo dušika za dano oksidacijsko stanje. Za to je treba upoštevati število elektronov v valenčni lupini in koliko je ostalo za pridobitev plemenite plinske konfiguracije.

Dušikove spojine

Slika 2: struktura molekularnega dušika z valenco 0.

Glede na veliko število oksidacijskih stanj lahko dušik tvori veliko število spojin. Najprej je treba spomniti, da je pri molekularnem dušiku njegova valenca po definiciji 0.

Oksidacijsko stanje -3 je eno najpogostejših za element. Primeri spojin s tem oksidacijskem stanju so amoniaka (NH3), amini (R3N), amonijev ion (NH ₄ ⁺ ), imini (C = N) in nitrilov (C≡N).

V oksidacijskem stanju -2 ostane dušik s 7 elektroni v valenčni lupini. To neparno število elektronov v valenčni lupini razloži, zakaj imajo spojine s tem oksidacijskim mostom vez med dvema dušikom. Primeri spojin s tem oksidacijskem stanju so hidrazini (R ₂ -NNR ₂ ) in hidrazoni (C = NMR ₂ ).

V -1 oksidacijskem stanju ostane dušik s 6 elektroni v valenčni lupini. Primeri dušikovih spojin s tem valenca sta hidroksil amin (R ₂ NOH) in azo spojine (RN = NR).

V stanju pozitivne oksidacije je dušik večinoma vezan na kisikove atome, da nastanejo oksidi, oksaltati ali oksidate. V primeru oksidacijskega stanja +1 ima dušik v svoji valenčni lupini 4 elektrone.

Primeri spojin s tem valenca so didušikov oksid ali smeh plin (N ₂ O) in nitrozo spojine (R = NO) (Reusch, oksidacijskih dušik, 2015).

V primeru oksidacijskega stanja +2 je primer dušikov oksid ali dušikov oksid (NO), brezbarven plin, ki nastane pri reakciji kovin z razredčeno dušikovo kislino. Ta spojina je zelo nestabilen prosti radikal, saj reagira z O ₂ v zraku, da se tvori NO ₂ plina .

Nitrit (NO ₂ ^- ) v bazični raztopini in dušikova kislina (HNO ₂ ) v raztopini kisline sta primera spojin z oksidacijskim stanjem +3. To so lahko oksidanti, ki običajno proizvajajo NO (g) ali redukcijska sredstva, da tvorijo nitratni ion.

Dinitrogen trioksid (N ₂ O ₃ ) in nitro skupina (R-NO ₂ ) so drugi primeri dušikovih spojin z valenco +3.

Dušikov dioksid (NO ₂ ) ali dušikov dioksid je dušikova spojina z valenco +4. To je rjavi plin, ki se običajno proizvaja z reakcijo koncentrirane dušikove kisline z mnogimi kovinami. Dimerizira da se tvori N ₂ O ₄ .

V stanju +5 najdemo nitrate in dušikovo kislino, ki oksidirajo v kislih raztopinah. V tem primeru ima dušik v valenčni lupini 2 elektrona, ki sta v orbiti 2S. (Oksidacijska stanja dušika, SF).

Obstajajo tudi spojine, kot sta nitrosilazid in dinitrogen trioksid, kjer ima dušik v molekuli različna oksidacijska stanja. Pri nitrosilazide (N ₄ O), dušika ima valenco -1, 0, + 1 in +2; pri dinitrogen trioksidu pa ima valenco +2 in +4.

Nomenklatura dušikovih spojin

Glede na zapletenost kemije dušikovih spojin tradicionalna nomenklatura ni bila dovolj za njihovo poimenovanje, še manj pa jih je pravilno prepoznati. Zato je med drugim razlogi, da je Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (IUPAC) ustvarila sistematično nomenklaturo, kjer se spojine poimenujejo glede na število atomov, ki jih vsebujejo.

To je koristno, če gre za poimenovanje dušikovih oksidov. Na primer bi dušikov oksid imenovan dušikov monoksid in dušikov oksid (NO) didušikov oksid (N ₂ O).

Poleg tega je leta 1919 nemški kemik Alfred Stock razvil metodo za poimenovanje kemičnih spojin na podlagi oksidacijskega stanja, ki je zapisana z rimskimi številkami, priloženimi v oklepajih. Tako bi se na primer dušikov oksid in dušikov oksid imenoval dušikov oksid (II) in dušikov oksid (I) oziroma IUPAC, 2005).

Reference

1. (2005). NOMENCLATURA ANORGANSKE KEMIJE Priporočila IUPAC 2005. Pridobljeno z iupac.org.
2. Oksidacijska stanja dušika. (SF). Pridobljeno iz kpu.ca.
3. Reusch, W. (2013, 5. maja). Elektronske konfiguracije v periodični tabeli. Pridobljeno iz kemije.msu.edu.
4. Reusch, W. (2015, 8. avgusta). Oksidacijska stanja dušika. Pridobljeno s strani chem.libretexts.org.
5. Sanderson, RT (2016, 12. decembra). Element dušikove skupine. Pridobljeno od britannica.com.
6. Tyagi, VP (2009). Bistvena kemija Xii. New Deli: Ratna Sagar.
7. Valenčni elektroni. (SF). Pridobljeno iz chemistry.tutorvista.com.
8. Wandell, A. (2016, 13. decembra). Kemija dušika. Pridobljeno s strani chem.libretexts.org.