ความจุของไนโตรเจนตั้งแต่ -3 เป็นแอมโมเนียและเอมีนไปจนถึง +5 และกรดไนตริก (Tyagi, 2009) องค์ประกอบนี้ไม่ขยายวาเลนซ์เหมือนคนอื่น ๆ
อะตอมไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 7 และเป็นองค์ประกอบแรกของกลุ่ม 15 (เดิมคือ VA) ของตารางธาตุ กลุ่มประกอบด้วยไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) สารหนู (As) พลวง (Sb) บิสมัท (Bi) และมอสโคเวียม (Mc)
รูปที่ 1: แผนภาพบอร์ของอะตอมไนโตรเจน
องค์ประกอบดังกล่าวมีความคล้ายคลึงกันโดยทั่วไปในพฤติกรรมทางเคมีแม้ว่าจะมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนทางเคมี ความคล้ายคลึงกันเหล่านี้สะท้อนถึงลักษณะทั่วไปของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม (Sanderson, 2016)
ไนโตรเจนมีอยู่ในโปรตีนเกือบทั้งหมดและมีบทบาทสำคัญในการใช้งานทางชีวเคมีและอุตสาหกรรม ไนโตรเจนสร้างพันธะที่แข็งแกร่งเนื่องจากความสามารถในการสร้างพันธะสามเท่ากับอะตอมไนโตรเจนอื่นและองค์ประกอบอื่น ๆ
ดังนั้นจึงมีพลังงานจำนวนมากในสารประกอบไนโตรเจน ก่อน 100 ปีที่แล้วไม่ค่อยมีใครรู้เรื่องไนโตรเจน ปัจจุบันไนโตรเจนถูกใช้เพื่อถนอมอาหารและเป็นปุ๋ย (Wandell, 2016)
การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์และความจุ
ในอะตอมอิเล็กตรอนจะเติมเต็มระดับต่างๆตามพลังงานของมัน อิเล็กตรอนตัวแรกเติมเต็มระดับพลังงานที่ต่ำกว่าแล้วย้ายไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้น
ระดับพลังงานนอกสุดในอะตอมเรียกว่าเวเลนซ์เชลล์และอิเล็กตรอนที่อยู่ในเปลือกนี้เรียกว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอนเหล่านี้ส่วนใหญ่พบในการสร้างพันธะและปฏิกิริยาเคมีกับอะตอมอื่น ๆ ดังนั้นเวเลนซ์อิเล็กตรอนจึงรับผิดชอบคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่แตกต่างกันขององค์ประกอบ (Valence Electrons, SF)
ไนโตรเจนตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้มีเลขอะตอม Z = 7 นี่ก็หมายความว่าการบรรจุของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานของพวกเขาหรือการกำหนดค่าอิเล็กตรอนเป็น 1S 2 2S 2 2P 3
ต้องจำไว้ว่าโดยธรรมชาติแล้วอะตอมมักจะพยายามกำหนดรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์ของก๊าซมีตระกูลไม่ว่าจะโดยการได้รับการสูญเสียหรือการแบ่งปันอิเล็กตรอน
ในกรณีของไนโตรเจนก๊าซมีตระกูลที่พยายามกำหนดรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์คือนีออนซึ่งมีเลขอะตอมคือ Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6 ) และฮีเลียมซึ่งมีเลขอะตอมคือ Z = 2 (1S 2 ) ( Reusch, 2013)
วิธีต่างๆในการรวมไนโตรเจนจะให้ความจุ (หรือสถานะออกซิเดชั่น) ในกรณีเฉพาะของไนโตรเจนเนื่องจากอยู่ในช่วงที่สองของตารางธาตุจึงไม่สามารถขยายชั้นความจุได้เหมือนอย่างที่ธาตุอื่น ๆ ในกลุ่มทำ
คาดว่าจะมีความจุ -3, +3 และ +5 อย่างไรก็ตามไนโตรเจนมีสถานะวาเลนซ์ตั้งแต่ -3 เช่นเดียวกับแอมโมเนียและเอมีนถึง +5 เช่นเดียวกับกรดไนตริก (Tyagi, 2552).
ทฤษฎีพันธะวาเลนซ์ช่วยในการอธิบายการก่อตัวของสารประกอบตามโครงร่างอิเล็กตรอนของไนโตรเจนสำหรับสถานะออกซิเดชันที่กำหนด สำหรับสิ่งนี้จำเป็นต้องคำนึงถึงจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกวาเลนซ์และจำนวนเท่าใดที่จะได้รับการกำหนดค่าก๊าซมีตระกูล
สารประกอบไนโตรเจน
รูปที่ 2: โครงสร้างของไนโตรเจนโมเลกุลที่มีความจุ 0
เนื่องจากสถานะออกซิเดชั่นจำนวนมากไนโตรเจนสามารถสร้างสารประกอบจำนวนมากได้ ในกรณีแรกต้องจำไว้ว่าในกรณีของไนโตรเจนโมเลกุลโดยนิยามความจุของมันคือ 0
สถานะออกซิเดชันของ -3 เป็นหนึ่งในสถานะที่พบบ่อยที่สุดสำหรับองค์ประกอบ ตัวอย่างของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันนี้ ได้แก่ แอมโมเนีย (NH3) เอมีน (R3N) แอมโมเนียมอิออน (NH 4 + ) ไอมีน (C = NR) และไนไตรล์ (C≡N)
ในสถานะออกซิเดชั่น -2 ไนโตรเจนจะเหลือ 7 อิเล็กตรอนในเปลือกวาเลนซ์ อิเล็กตรอนจำนวนคี่นี้ในเปลือกวาเลนซ์อธิบายว่าเหตุใดสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชั่นนี้จึงมีพันธะสะพานระหว่างไนโตรเจนสองตัว ตัวอย่างของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันนี้ ได้แก่ ไฮดราซีน (R 2 -NNR 2 ) และไฮดราโซน(C = NNR 2 )
ในสถานะออกซิเดชัน -1 ไนโตรเจนจะเหลือ 6 อิเล็กตรอนในวาเลนซ์เชลล์ ตัวอย่างของสารประกอบไนโตรเจนที่มีวาเลนซ์ ได้แก่ ไฮดรอกซิลเอมีน (R 2 NOH) และสารประกอบอาโซ (RN = NR)
ในสภาวะออกซิเดชั่นบวกโดยทั่วไปไนโตรเจนจะยึดติดกับอะตอมของออกซิเจนเพื่อสร้างออกไซด์ออกซีซาลต์หรือออกซิเดชั่น ในกรณีของสถานะออกซิเดชัน +1 ไนโตรเจนจะมีอิเล็กตรอน 4 ตัวในเปลือกวาเลนซ์
ตัวอย่างของสารประกอบที่มีวาเลนซ์ ได้แก่ ไดไนโตรเจนออกไซด์หรือก๊าซหัวเราะ (N 2 O) และสารประกอบไนโตรโซ (R = NO) (Reusch, Oxidation States of Nitrogen, 2015)
สำหรับกรณีของสถานะออกซิเดชันของ +2 ตัวอย่างเช่นไนโตรเจนออกไซด์หรือไนตริกออกไซด์ (NO) ซึ่งเป็นก๊าซไม่มีสีที่เกิดจากปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกเจือจาง สารนี้เป็นอย่างมากที่ไม่เสถียรอนุมูลอิสระเพราะมันทำปฏิกิริยากับ O 2ในอากาศในรูปแบบ NO 2ก๊าซ
ไนไตรต์ (NO 2 - ) ในสารละลายพื้นฐานและกรดไนตรัส (HNO 2 ) ในสารละลายกรดเป็นตัวอย่างของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชัน +3 สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นตัวออกซิไดซ์เพื่อผลิต NO (g) หรือตัวรีดิวซ์เพื่อสร้างไนเตรตไอออน
ไดไนโตรเจนไตรออกไซด์ (N 2 O 3 ) และกลุ่มไนโตร (R-NO 2 ) เป็นตัวอย่างอื่น ๆ ของสารประกอบไนโตรเจนที่มีวาเลนซ์ +3
ไนตริกไดออกไซด์ (NO 2 ) หรือไนโตรเจนไดออกไซด์เป็นสารประกอบไนโตรเจนที่มีวาเลนซ์ +4 เป็นก๊าซสีน้ำตาลโดยทั่วไปเกิดจากปฏิกิริยาของกรดไนตริกเข้มข้นกับโลหะหลายชนิด Dimerizes ในรูปแบบ N 2 O 4
ในสถานะ +5 เราพบไนเตรตและกรดไนตริกซึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์ในสารละลายกรด ในกรณีนี้ไนโตรเจนมีอิเล็กตรอน 2 ตัวในเปลือกวาเลนซ์ซึ่งอยู่ในออร์บิทัล 2S (สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจน SF)
นอกจากนี้ยังมีสารประกอบเช่นไนโตรซิลาไซด์และไดไนโตรเจนไตรออกไซด์ที่ไนโตรเจนมีสถานะออกซิเดชั่นต่างๆในโมเลกุล ในกรณีของไนโตรซิลาไซด์ (N 4 O) ไนโตรเจนมีความจุ -1, 0, + 1 และ +2 และในกรณีของไดไนโตรเจนไตรออกไซด์จะมีความจุ +2 และ +4
ศัพท์เฉพาะของสารประกอบไนโตรเจน
เนื่องจากความซับซ้อนของเคมีของสารประกอบไนโตรเจนระบบการตั้งชื่อแบบดั้งเดิมจึงไม่เพียงพอที่จะตั้งชื่อได้ นั่นคือเหตุผลอื่น ๆ ด้วยเหตุผลอื่น ๆ ที่สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์สากล (IUPAC) ได้สร้างระบบการตั้งชื่อที่เป็นระบบซึ่งมีการตั้งชื่อสารประกอบตามจำนวนอะตอมที่มีอยู่
สิ่งนี้มีประโยชน์ในการตั้งชื่อไนโตรเจนออกไซด์ ตัวอย่างเช่นไนตริกออกไซด์จะใช้ชื่อว่าไนโตรเจนมอนอกไซด์และไนตรัสออกไซด์ (NO) ไดไนโตรเจนมอนอกไซด์ (N 2 O)
นอกจากนี้ในปี 1919 Alfred Stock นักเคมีชาวเยอรมันได้พัฒนาวิธีการตั้งชื่อสารประกอบทางเคมีตามสถานะออกซิเดชั่นซึ่งเขียนด้วยตัวเลขโรมันที่อยู่ในวงเล็บ ดังนั้นตัวอย่างเช่นไนตริกออกไซด์และไนตรัสออกไซด์จะถูกเรียกว่าไนโตรเจนออกไซด์ (II) และไนโตรเจนออกไซด์ (I) ตามลำดับ (IUPAC, 2005)
อ้างอิง
- (2005) NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY IUPAC Recommendations 2005. สืบค้นจาก iupac.org.
- สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจน (SF) กู้คืนจาก kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, 5 พฤษภาคม). การกำหนดค่าอิเล็กตรอนในตารางธาตุ กู้คืนจาก chemistry.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8 สิงหาคม). สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจน กู้คืนจาก chem.libretexts.org.
- แซนเดอร์สัน, RT (2016, 12 ธันวาคม) องค์ประกอบกลุ่มไนโตรเจน กู้คืนจาก britannica.com.
- Tyagi รองประธาน (2009) เคมีที่จำเป็น Xii อาหารสำเร็จรูปใหม่: Ratna Sagar
- วาเลนซ์อิเล็กตรอน. (SF) กู้คืนจาก chemistry.tutorvista.com.
- วันเดลล์, A. (2016, 13 ธันวาคม). เคมีของไนโตรเจน กู้คืนจาก chem.libretexts.org.