De valentele azot variind de la -3 ca amoniac și amine, la acidul 5 și azotic (Tyagi, 2009). Acest element nu extinde valențele ca altele.
Atomul de azot este un element chimic cu număr atomic 7 și primul element din grupa 15 (fostă VA) din tabelul periodic. Grupul este format din azot (N), fosfor (P), arsenic (As), antimoniu (Sb), bismut (Bi) și moscoviu (Mc).
Figura 1: Diagrama Bohr a atomului de azot.
Elementele împărtășesc anumite asemănări generale în comportamentul chimic, deși sunt clar diferențiate unele de altele chimic. Aceste asemănări reflectă caracteristicile comune ale structurilor electronice ale atomilor lor (Sanderson, 2016).
Azotul este prezent în aproape toate proteinele și joacă un rol important atât în aplicațiile biochimice, cât și în cele industriale. Azotul formează legături puternice datorită capacității sale de a tripla legătura cu un alt atom de azot și alte elemente.
Prin urmare, există o cantitate mare de energie în compușii cu azot. Înainte de 100 de ani, se știa puține despre azot. Acum, azotul este folosit în mod obișnuit pentru conservarea alimentelor și ca îngrășământ (Wandell, 2016).
Configurație electronică și valențe
Într-un atom, electronii umplu diferitele niveluri în funcție de energiile lor. Primii electroni umplu nivelul de energie mai scăzut și apoi trec la un nivel mai ridicat de energie.
Nivelul de energie cel mai extern într-un atom este cunoscut sub numele de cochilie de valență, iar electronii așezați în acest înveliș sunt cunoscuți ca electroni de valență.
Acești electroni se găsesc în principal în formarea legăturilor și reacția chimică cu alți atomi. Prin urmare, electronii de valență sunt responsabili pentru diferite proprietăți chimice și fizice ale unui element (Valence Electrons, SF).
Azotul, după cum am menționat anterior, are un număr atomic de Z = 7. Aceasta implică faptul că umplerea sa de electroni în nivelurile lor energetice sau configurația electronilor este 1S 2 2S 2 2P 3 .
Trebuie amintit că, în natură, atomii încearcă întotdeauna să aibă configurația electronică a gazelor nobile, fie câștigând, pierdând sau împărțind electroni.
În cazul azotului, gazul nobil care urmărește să aibă o configurație electronică este neonul, al cărui număr atomic este Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6 ) și heliu, al cărui număr atomic este Z = 2 (1S 2 ) ( Reusch, 2013).
Diferitele moduri de combinare a azotului îi vor conferi valența (sau starea de oxidare). În cazul specific al azotului, deoarece se află în a doua perioadă a tabelului periodic, acesta nu este în măsură să-și extindă stratul de valență așa cum fac și celelalte elemente din grupul său.
Este de așteptat să aibă valențe de -3, +3 și +5. Cu toate acestea, azotul are stări de valență cuprinse între -3, ca în amoniac și amine, până la +5, ca în acidul azotic. (Tyagi, 2009).
Teoria legăturilor de valență ajută la explicarea formării compușilor, conform configurației electronilor de azot pentru o stare de oxidare dată. Pentru aceasta, este necesar să se țină seama de numărul de electroni din carcasa de valență și de cât este de rămas pentru a dobândi o configurație de gaz nobil.
Compuși cu azot
Figura 2: structura azotului molecular cu valență 0.
Având în vedere numărul mare de stări de oxidare, azotul poate forma un număr mare de compuși. În primul rând, trebuie amintit că în cazul azotului molecular, prin definiție valența sa este 0.
Starea de oxidare de -3 este una dintre cele mai frecvente pentru element. Exemple de compuși cu această stare de oxidare sunt amoniacul (NH3), aminele (R3N), ionul de amoniu (NH 4 + ), iminele (C = NR) și nitrilii (C≡N).
În starea de oxidare -2, azotul este lăsat cu 7 electroni în carcasa sa de valență. Acest număr ciudat de electroni din învelișul de valență explică de ce compușii cu această stare de oxidare au o legătură de punte între doi azot. Exemple de compuși cu această stare de oxidare sunt hidrazinele (R 2 -NNR 2 ) și hidrazone (C = NNR 2 ).
În starea de oxidare -1, azotul este lăsat cu 6 electroni în coaja valenței. Exemple de compuși de azot cu această valență sunt hidroxil amină (R 2 NOH) și azo compuși (RN = NR).
În stări de oxidare pozitive, azotul este, în general, atașat de atomii de oxigen pentru a forma oxizi, oxizali sau oxiaci. În cazul stării de oxidare +1, azotul are 4 electroni în carcasa sa de valență.
Exemple de compuși cu această valență sunt oxidul de azot sau gaz ilariant (N 2 O) și compuși nitrozo (R = NO) (Reusch, State Oxidarea azotului, 2015).
Pentru cazul stării de oxidare de +2, un exemplu este oxidul de azot sau oxidul nitric (NO), un gaz incolor produs prin reacția metalelor cu acidul azotic diluat. Acest compus este un radical liber extrem de instabilă , deoarece reacționează cu O 2 în aer pentru a forma NO 2 gaz .
Nitritul (NO 2 - ) în soluție de bază și acidul azotat (HNO 2 ) în soluția acidă sunt exemple de compuși cu stare de oxidare +3. Aceștia pot fi agenți de oxidare pentru a produce în mod normal NO (g) sau agenți reducători pentru a forma ionul de nitrat.
Trioxidul de dinitrogen (N 2 O 3 ) și grupa nitro (R-NO 2 ) sunt alte exemple de compuși azotati cu valență +3.
Dioxidul nitric (NO 2 ) sau dioxidul de azot este un compus azotat cu valență +4. Este un gaz brun produs în general prin reacția acidului azotic concentrat cu multe metale. Dimerizează pentru a forma N 2 O 4 .
În starea +5 găsim nitrați și acid azotic care sunt agenți de oxidare în soluții acide. În acest caz, azotul are 2 electroni în coaja valenței, care sunt în orbitalul 2S. (Stare de oxidare a azotului, SF).
Există, de asemenea, compuși cum ar fi nitrosilazida și dinitrogenul trioxid, unde azotul are diferite stări de oxidare în moleculă. În cazul nitrosilazidei (N 4 O), azotul are o valență de -1, 0, + 1 și +2; iar în cazul trioxidului de dinitrogen, are o valență de +2 și +4.
Nomenclatorul compușilor cu azot
Dată fiind complexitatea chimiei compușilor cu azot, nomenclatura tradițională nu a fost suficientă pentru a-i numi, cu atât mai puțin pentru a-i identifica corect. De aceea, printre alte motive, Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) a creat o nomenclatură sistematică în care compușii sunt numiți în funcție de numărul de atomi pe care îi conțin.
Acest lucru este benefic atunci când vine vorba de denumirea oxizilor de azot. De exemplu, oxidul nitric ar fi denumit monoxid de azot și oxid de azot (NO) monoxid de dinitrogen (N 2 O).
În plus, în 1919, chimistul german Alfred Stock a dezvoltat o metodă de denumire a compușilor chimici pe baza stării de oxidare, care este scrisă cu cifre romane cuprinse între paranteze. Astfel, de exemplu, oxidul nitric și oxidul nitru s-ar numi oxid de azot (II) și respectiv oxid de azot (I) (IUPAC, 2005).
Referințe
- (2005). NOMENCLATURA CHIMIEI INORGANICE Recomandări IUPAC 2005. Preluat de pe iupac.org.
- Stare de oxidare a azotului. (SF). Recuperat de la kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, 5 mai). Configurații electronice în tabelul periodic. Recuperat din chimie.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8 august). Statele de oxidare ale azotului. Recuperat din chem.libretexts.org.
- Sanderson, RT (2016, 12 decembrie). Element de grup de azot. Recuperat de pe britannica.com.
- Tyagi, VP (2009). Chimie esențială Xii. New Deli: Ratna Sagar.
- Electroni de valență. (SF). Recuperat de la chimie.tutorvista.com.
- Wandell, A. (2016, 13 decembrie). Chimia azotului. Recuperat din chem.libretexts.org.