Водневі сполуки Нітрогену

Нітроген утворює декілька сполук з Гідрогеном, з яких найбільше значення має аміак. У молекулі аміаку атомні орбіталі нітрогену знаходяться у sр³ -гібридизованому стані та утворюють три о-зв’язки з трьома атомами Гідрогену, які займають три вершини тетраедра. Четверта вершина містить неподілену електронну пару Нітрогену.

У промисловості одержують аміак прямим синтезом з азоту та водню:

N₂+3H₂^→_←2NH₃

Реакцію проводять при температурі 450—500 °С і тиску ≈30 МПа у присутності залізного каталізатора,активованого оксидами(Al₂O₃,K₂O та ін.).

У лабораторії його одержують нагріванням суміші хлориду амонію з гідроксидом кальцію:

2NН₄С1 + Са(ОН)₂ =2NH₃↑+ 2Н₂O + СаСІ₂

За звичайних умов аміак безбарвний газ з різким специфічним запахом. При вдиханні значних кількостей аміаку відбувається подразнення слизових оболонок очей та органів дихання. Аміак майже у 1,7 раза легший за повітря, 1 л його має масу 0,77 г. При охолодженні до —33,4 °С аміак скраплюється, а при —77,8 °С твердіє. Перевести у рідкий стан аміак можна і при звичайній температурі, але при високому тиску. Легкість переходу газоподібного аміаку в рідкий стан пояснюється полярністю зв’язків ІЧ—Н в його молекулі і дією міцних міжмолекулярних водневих зв’язків.

Завдяки значній полярності молекул рідкий аміак є відмінним неводним розчинником. Так, у рідкому аміаку добре розчиняються лужні та лужноземельні метали, фосфор, йод, сірка, більшість солей і кислот.

Аміак — полярна речовина, тому він чудово розчиняється у полярному розчиннику — воді. При 0 °С один об’єм води поглинає 1200 об’ємів газоподібного аміаку. Легка розчинність аміаку у воді пояснюється міцними водневими зв’язками, які утворюються за донорно-акцепторним механізмом:

Утворені при цьому гідроксид-іони обумовлюють лужне сере­довище розчину. Виходячи з низької константи дисоціації, можна сказати, що гідрат аміаку NН₃ • Н₂O це слабка основа:

Рівновага дисоціації гідрату аміаку значно зміщена ліворуч. Тому говорити про існування іонної сполуки NН₄ОН (гідроксиду амо­нію) не можна.

Концентрований водний розчин аміаку містить 25 % (мас.) NН₃ і має густину 0,91 г/см³.

У медичній практиці застосовують розчин аміаку з масовою часткою 10 % під назвою нашатирний спирт.

У хімічному відношенні аміак досить активний. Оскільки Нітро­ген NH₃. має нижчий ступінь окиснення —3. аміак виявляє тільки відновні властивості. На повітрі аміак не горить,але в атмосфері кисню він окислюється до вільного азоту:

У присутності платинового каталізатора окиснення аміаку перебігаєгає до оксиду нітрогену(ІІ)

4NH₃+5O₂=4NO↑+6H₂O

Аміак виявляє відновні властивості також у реакціях з іншими окисниками. Так, розчин аміаку при нагріванні знебарвлює розчин перманганату калію

Оксиди Нітрогену

З Оксигеном Нітроген утворює ряд оксидів N₂О, NО, N₂О₃ NО₂

N₂O₄,N₂O₅

Оксид нітрогену(І) N₂О одержують термічним розкладанням нітрату амонію:

N^-3H₄ N⁺⁵O₃=N₂O+ 2Н₂O.

Це безбарвний газ із слабким приємним запахом і солодкуватим смаком.

Молекула N₂О має лінійну будову. Хімічний зв’язок у N₂О можна описати валентною схемою: N^- = N⁺ = О.

N₂O несолетворний оксид, тому в воді розчиняється мало і не взаємодіє з нею. При кімнатній температурі оксид нітрогену(І) віднос­но інертний і не реагує з галогенами, лужними металами, кислотами і лугами. При нагріванні N₂O легко розкладається на азот і кисень:

При нагріванні його реакційна здатність сильно зростає. В ат­мосфері оксиду нітрогену(І) згоряє більшість неорганічних і органічних речовин:

2Р + 5 N₂О = Р₂O₅ + 5N₂.

Оксид нітрогену(ІІ) NO. Основним промисловим способом одержання NO є окиснення аміаку в присутності каталізаторів:

4NН₃ + 5O₂ = 4NO + 6Н₂O.

У лабораторії оксид нітрогену(ІІ) одержують дією розведеної нітратної кислоти на мідні ошурки: 3Сu + 8НК0_3(р) = 3Cu(N0₃)₂ + 2NO + 4Н₂O.

Оксид нітрогену(ІІ) утворюється в атмосфері з азоту і кисню при громових розрядах.

NO — безбарвний, малорозчинний у воді газ. Він є несолетворним оксидом, тому з водою не реагує.

Будову молекули оксиду нітрогену(ІІ) можна представити схемою:

:N O:

Молекула NO містить непарне число електронів (5 від атома Нітрогену і 6 від атома Оксигену), тому має один неспарений електрон. Такі частинки вважають радикалами.

Оксид нітрогену (III) N₂O₃. При низьких температурах N₂O₃має вигляд темно-синьої рідини, яка кристалізується при темпера­турі нижче -102 °С, кипить при +3,5°С, розкладаючись на оксид нітрогену(ІІ) і оксид нітрогену(1V):

N₂O₃ ^→_←NO₂ + NO.

Одержують оксид нітрогену(ІІІ) охолодженням суміші N0-, з N0.

Оксид нітрогену(ІІІ) — кислотний оксид, він легко поглинається лугами, утворюючи нітрити:

N₂O₃+ 2NaOН = 2NаNO₂ + Н₂O.

Дією на нітрити розведеною сульфатною кислотою утворюють нітритну кислоту:

2NаNO₂ + Н₂SO₄ = 2NHO₂ + Nа₂SO₄.

Оксид нітрогену (IV) NO — бурий газ із специфічним запахом, важчий за повітря, подразнює дихальні шляхи, дуже отруйний. Оксид нітрогену (II) NO легко окиснюється киснем з утворенням NO

2NO + O₂ = 2NO₂.

Це промисловий метод одержання NO₂, з якого потім одержу­ють нітратну кислоту. У невеликих кількостях в лабораторіях добу­вають NO., взаємодією міді з концентрованою нітратною кислотою:

Сu + 4HNO₃ = Сu(NО₃)₂ + 2NO₂ + 2Н₂O.

Будову молекули N0., можна представити у вигляді кутової фор­ми:

NO₂ легко димеризується.

Рівновага між парамагнітним мономером і діамагнітним димером регулюється температурою:

Як рідкий, так і твердий діоксид безбарвний, складається з плоских молекул N₂O₄

Оксид нітрогену(1V) - сильний окисник, більшість речовин (вугілля, сірка, фосфор) згоряють в ньому:

При розчиненні N0., у воді утворюються дві кислоти - нітрат­на і нітритна:

При розчиненні N02 в лугах утворюється суміш нітрату і нітриту:

Оксид нітрогену (V)N₂O₅. Це біла кристалічна речовина, терміч­но нестійка, легко розкладається'на оксид нітрогену(1V) і кисень:

Одержують оксид нітрогену(У) дегідратацією нітратної кислоти за допомогою Р₂O₅ або окисненням NO озоном:

У газоподібному стані оксид нітрогену(У) має молекулярну структуру: