De Carl Scheele, e schwedesche Chemiker, an den Daniel Rutherford, e schottesche Botaniker, hunn 1772 Stéckstoff separat entdeckt. Stickstoff gouf fir d'éischt als Element vum Lavoisier unerkannt, deen et "azo" genannt huet, dat heescht "inanimate". Chaptal huet d'Element Stickstoff am Joer 1790 genannt. Den Numm ass ofgeleet vum griichesche Wuert "Nitre" (Nitrat mat Stickstoff am Nitrat)
Quelle vu Stickstoff
Stickstoff ass dat 30. reichst Element op der Äerd. Bedenkt datt Stickstoff 4/5 vum atmosphäresche Volumen ausmécht, oder méi wéi 78%, hu mir bal onlimitéiert Quantitéite Stickstoff fir eis verfügbar. Stickstoff existéiert och a Form vun Nitrater a verschiddene Mineralstoffer, sou wéi chilenesch Salpeter (Natriumnitrat), Salpeter oder Nitre (Kaliumnitrat), a Mineralstoffer déi Ammoniumsalze enthalen. Stickstoff ass a ville komplexe organesche Molekülen präsent, dorënner Proteinen an Aminosäuren, déi an all liewegen Organismen präsent sinn.
Kierperlech Eegeschaften
Stickstoff N2 ass e faarwege, schmaachlosen a Gerochlosen Gas bei Raumtemperatur, an ass normalerweis net gëfteg. D'Gasdicht ënner Standardbedéngungen ass 1,25 g / L. Stickstoff stellt 78,12% vun der Gesamtatmosphär aus (Volumenfraktioun) an ass den Haaptkomponent vun der Loft. Et sinn ongeféier 400 Billioun Tonnen Gas an der Atmosphär.
Ënner Standard Atmosphärendrock, wann se op -195,8 ℃ ofkillt, gëtt et eng faarweg Flëssegkeet. Wann ofgekillt op -209.86 ℃, gëtt flëssege Stickstoff e schneeähnlecht Feststoff.
Stickstoff ass net brennbar a gëtt als en asphyxiéierend Gas ugesinn (dh pure Stickstoff ootmen entzu de mënschleche Kierper Sauerstoff). Stickstoff huet eng ganz niddereg Solubilitéit am Waasser. Bei 283K kann ee Volumen Waasser ongeféier 0,02 Volumen N2 opléisen.
Chemesch Eegeschaften
Stickstoff huet ganz stabil chemesch Eegeschaften. Et ass schwéier mat anere Substanzen bei Raumtemperatur ze reagéieren, awer et kann chemesch Verännerungen mat bestëmmte Substanzen ënner héijer Temperaturen an héijen Energiebedéngungen ënnerhuelen, a ka benotzt ginn fir nei Substanzen ze produzéieren, déi fir de Mënsch nëtzlech sinn.
D'molekulare Bunnformel vu Stickstoffmoleküle ass KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Dräi Paar Elektronen droen zur Bindung bäi, dat heescht, zwee π Bindungen an eng σ Bindung ginn geformt. Et gëtt kee Bäitrag zur Bindung, an d'Bindung an d'Anti-Bindungsenergie sinn ongeféier offset, a si sinn gläichwäerteg mat eenzegen Elektronepaar. Well et eng Triple Bindung N≡N am N2 Molekül ass, huet d'N2 Molekül grouss Stabilitéit, an et brauch 941,69 kJ / mol Energie fir et an Atomer ze zerbriechen. D'N2-Molekül ass déi stabilst vun de bekannten diatomesche Molekülen, an d'relativ Molekülmass vu Stickstoff ass 28. Ausserdeem ass Stickstoff net einfach ze verbrennen an ënnerstëtzt net d'Verbrennung.
Test Method
Setzt déi brennend Mg Bar an d'Gassammelfläsch gefëllt mat Stickstoff, an d'Mg Bar wäert weider verbrennen. Extrait déi reschtlech Asche (liicht giel Pulver Mg3N2), füügt eng kleng Quantitéit Waasser a produzéiert e Gas (Ammoniak), deen de naass roude Lackmuspabeier blo mécht. Reaktioun Equatioun: 3Mg + N2 = ignition = Mg3N2 (Magnesiumnitrid); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH)2 + 2NH3↑
Bindungseigenschaften a Valenzverbindungsstruktur vu Stickstoff
Well déi eenzeg Substanz N2 ënner normalen Bedéngungen extrem stabil ass, gleewen d'Leit dacks falsch datt Stickstoff e chemesch inaktivt Element ass. Tatsächlech, am Géigendeel, elementar Stickstoff huet héich chemesch Aktivitéit. D'Elektronegativitéit vum N (3,04) ass zweet nëmmen op F an O, wat beweist datt et staark Verbindunge mat aneren Elementer bilden kann. Zousätzlech weist d'Stabilitéit vun der eenzeger Substanz N2 Molekül just d'Aktivitéit vum N Atom. De Problem ass datt d'Leit nach net déi optimal Konditioune fonnt hunn fir N2-Moleküle bei Raumtemperatur an Drock ze aktivéieren. Awer an der Natur kënnen e puer Bakterien op Planzeknollen N2 an der Loft an Stickstoffverbindungen ënner nidderegen Energiebedéngungen bei normaler Temperatur an Drock ëmsetzen, a benotzen se als Dünger fir Erntewuesstum.
Dofir war d'Studie vun der Stickstofffixatioun ëmmer e wichtege wëssenschaftleche Fuerschungsthema. Dofir ass et néideg fir eis d'Bindungseigenschaften an d'Valenzbindungsstruktur vu Stickstoff am Detail ze verstoen.
Bond Typ
D'Valenzelektroneschichtstruktur vum N Atom ass 2s2p3, dat heescht, et ginn 3 eenzel Elektronen an e Paar eenzeg Elektronepaar. Baséierend op dësem, wann Dir Verbindungen formt, kënnen déi folgend dräi Bindungstypen generéiert ginn:
1. Ionesch Bindungen bilden 2. Kovalent Bindungen bilden 3. Koordinatiounsbindungen bilden
1. Bildung vun ionesche Bindungen
N Atomer hunn eng héich Elektronegativitéit (3,04). Wann se binär Nitriden mat Metaller mat méi niddereger Elektronegativitéit bilden, wéi Li (Elektronegativitéit 0,98), Ca (Elektronegativitéit 1,00) a Mg (Elektronegativitéit 1,31), kënne se 3 Elektronen kréien an N3- Ionen bilden. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg = ignite= Mg3N2 N3- Ionen hunn eng méi héich negativ Ladung an e gréissere Radius (171pm). Si gi staark hydrolyséiert wa se Waassermoleküle begéinen. Dofir kënnen ionesch Verbindungen nëmmen an engem dréchene Staat existéieren, an et gëtt keng hydratiséiert Ionen vun N3-.
2. Bildung vu kovalente Bindungen
Wann N Atomer Verbindunge mat Net-Metaller mat méi héijer Elektronegativitéit bilden, ginn déi folgend kovalent Bindungen geformt:
⑴N Atomer huelen de sp3 Hybridiséierungszoustand, bilden dräi kovalente Bindungen, behalen e Paar vun eenzelne Elektronepaar, an d'molekulare Konfiguratioun ass trigonal pyramidesch, wéi NH3, NF3, NCl3, etc. e regelméissegen Tetrahedron, wéi NH4+ Ionen.
⑵N Atomer huelen de sp2 Hybridiséierungszoustand, bilden zwee kovalente Bindungen an eng Bindung, a behalen e Paar vun eenzelne Elektronepueren, an d'molekulare Konfiguratioun ass Wénkel, sou wéi Cl—N=O. (N Atom bildt eng σ Bindung an eng π Bindung mam Cl Atom, an e Pair vun eenzelne Elektronepaeren um N Atom mécht d'Molekül dräieckeg.) Wann et keen eenzegt Elektronepaar gëtt, ass d'molekulare Konfiguratioun dreieckeg, wéi HNO3 Molekül oder NO3-Ion. An Salpetersäuremolekül bildt N Atom dräi σ Bindungen mat dräi O Atomer respektiv, an e Paar Elektronen op sengem π Ëmlafbunn an déi eenzeg π Elektronen vun zwee O Atomer bilden eng dräizentrum véier-Elektron delokaliséierter π Bindung. Am Nitration gëtt e véierzentrale sechs-Elektron delokaliséierte grousse π-Bindung tëscht dräi O-Atomer an dem zentrale N-Atom geformt. Dës Struktur mécht d'scheinbar Oxidatiounszuel vum N Atom an Salpetersäure +5. Wéinst der Präsenz vu grousse π Obligatiounen ass Nitrat stabil genuch ënner normale Bedéngungen. ⑶N Atom adoptéiert sp Hybridiséierung fir eng kovalent Triple Bindung ze bilden an behält e Paar eenzeg Elektronepaar. D'molekulare Konfiguratioun ass linear, sou wéi d'Struktur vum N Atom am N2 Molekül an CN-.
3. Formatioun vun Koordinatioun Obligatiounen
Wann Stickstoffatome einfach Substanzen oder Verbindungen bilden, behalen se dacks eenzeg Elektronepaar, sou datt sou einfach Substanzen oder Verbindunge kënnen als Elektronepaarspender handelen fir Metallionen ze koordinéieren. Zum Beispill, [Cu(NH3)4]2+ oder [Tu(NH2)5]7, etc.
Oxidatiounszoustand - Gibbs fräi Energiediagramm
Et kann och aus dem Oxidatiounszoustand-Gibbs fräi Energie Diagramm vu Stickstoff gesi ginn datt, ausser NH4 Ionen, den N2 Molekül mat enger Oxidatiounszuel vun 0 um ënneschten Punkt vun der Kurve am Diagramm ass, wat beweist datt N2 thermodynamesch ass. stabil relativ zu Stickstoffverbindunge mat aneren Oxidatiounszuelen.
D'Wäerter vu verschiddene Stickstoffverbindunge mat Oxidatiounszuelen tëscht 0 an +5 sinn all iwwer der Linn déi zwee Punkten HNO3 an N2 verbënnt (déi gestreckt Linn am Diagramm), sou datt dës Verbindungen thermodynamesch onbestänneg sinn an ufälleg fir Disproportionatiounsreaktiounen. Deen eenzegen am Diagramm mat engem méi niddrege Wäert wéi d'N2 Molekül ass den NH4+ Ion. [1] Aus dem Oxidatiounszoustand-Gibbs fräi Energie Diagramm vu Stickstoff an der Struktur vun N2 Molekül, kann et gesi ginn datt elementar N2 inaktiv ass. Nëmmen ënner héijer Temperatur, héijen Drock an der Präsenz vun engem Katalysator kann Stickstoff mat Waasserstoff reagéieren fir Ammoniak ze bilden: Ënner Auslaaschtungsbedéngungen kann Stickstoff mat Sauerstoff kombinéieren fir Stickstoffoxid ze bilden: N2+O2=Entladung=2NO Nitrogenoxid verbënnt sech séier mat Sauerstoff fir Form Stickstoffdioxid 2NO+O2=2NO2 Stickstoffdioxid léist sech am Waasser op fir Salpetersäure ze bilden, Nitrogenoxid 3NO2+H2O=2HNO3+NO An Länner mat entwéckelt Waasserkraaft gouf dës Reaktioun benotzt fir Salpetersäure ze produzéieren. N2 reagéiert mat Waasserstoff fir Ammoniak ze produzéieren: N2+3H2=== (reversibel Zeechen) 2NH3 N2 reagéiert mat Metaller mat nidderegen Ionisatiounspotential an deenen hir Nitriden eng héich Gitterenergie hunn fir ionesch Nitriden ze bilden. Zum Beispill: N2 kann direkt mat metallesche Lithium bei Raumtemperatur reagéieren: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 reagéiert mat alkalesche Äerdmetaller Mg, Ca, Sr, Ba bei Glühwäintemperaturen: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 kann reagéiert nëmme mat Bor an Aluminium bei Glühwäintemperaturen: 2 B + N2=== 2 BN (Makromolekülverbindung) N2 reagéiert allgemeng mat Silizium an aner Gruppeelementer bei enger Temperatur méi héich wéi 1473K.
D'Stickstoffmolekül dréit dräi Paar Elektronen zur Bindung bäi, dat heescht zwee π Bindungen an eng σ Bindung. Et dréit net zur Bindung bäi, an d'Bindung an d'Anti-Bindungsenergie sinn ongeféier kompenséiert, a si sinn gläichwäerteg mat eenzelne Elektronepaar. Well et eng Triple Bindung N≡N am N2 Molekül ass, huet d'N2 Molekül grouss Stabilitéit, an et brauch 941,69 kJ / mol Energie fir et an Atomer ze zerbriechen. D'N2-Molekül ass déi stabilst vun de bekannten diatomesche Molekülen, an d'relativ Molekülmass vu Stickstoff ass 28. Ausserdeem ass Stickstoff net einfach ze verbrennen an ënnerstëtzt net d'Verbrennung.
Post Zäit: Jul-23-2024
