Азот. Строение атома, степени окисления. Соединения азота с металлами, водородом, кислородом

Азот — элемент второго периода и особенностью строения его атома является наличие только двух электронов на предпоследнем уровне (оболочка гелия) и отсутствие d-орбиталей в валентном слое: азот может образовать максимально четыре ковалентные связи. В ионе аммония, его производных и комплексных соединениях азот образует три связи по обменному механизму и одну — по донорно-акцепторному. В азотной кислоте, её солях и нитропроизводных атом азота ионизирован и образует четыре ковалентные связи по обменному механизму.

В азотной кислоте, её солях и нитропроизводных атом азота ионизирован и образует четыре ковалентные связи по обменному механизму.

Степени окисления: -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

Азот в природе. Основная масса азота содержится в атмосфере (78 % по объему, 75,6 % по массе) в виде молекулярного азота. Главными азотосодержащими минералами являются селитры (NaNO3).

Нитриды (соединения азота с металлами)

Ионные (основные) нитриды: Na3N, Mg3N2, AlN. Они легко гидролизуются: Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3 Ковалентные (кислотные) нитриды: BN, Si3N4, P3N5, S4N4, Cl3N. Нитриды бора и кремния очень тугоплавки, имеют полимерное строение, химически малоактивны. Нитриды d-элементов — нестехиометрические соединения с дефицитом азота.

Азид водорода, HN3.

Другие названия: азотистоводородная кислота; азотоводородная кислота Получение: N2H4 + HNO2 = HN3 + 2H2O NaNH2 + NaNO3 = NaN3 + NH3 + 3NaOH (при 175°С) NaNH2 + N2O =NaN3 + NH3 + 3NaOH (при 190°С) Физические свойства: в обычных условиях — бесцветная жидкость с резким запахом, токсична, взрывоопасна, температура кипения 37°С, степени окисления атомов азота –I и +I. Строение: sp- и sp2 -гибридизация атомов азота.

Кислородсодержащие соединения азота

• Оксиды: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5,

• Азотистая (HNO2) и азотная (HNO3) кислоты,

• Соли азотистой и азотной кислот.

Оксид диазота (оксид азота(I), веселящий газ), N2O

Получение:

NH4NO3 = N2O + 2H2O — термическое разложение

2NO + SO2 + H2O = N2O + H2SO4

Строение молекулы линейное подобно строению азид-иона Степени окисления атомов азота –I и +I, атома кислорода — –II Гибридизация концевых атомов азота и кислорода sp2 , центрального атома азота — sp Физические свойства: Бесцветный газ, растворяется в воде, но не реагирует с ней.

Оксид азота

Другие названия: оксид азота(II), монооксид азота.

Получение:

• Из простых веществ в электрическом разряде: N2 + O2 = 2NO,

• Каталитическое окисление аммиака (катализатор Pt) — промышленный способ (Оствальд): 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,

• Восстановление нитритов: 2NaNO2 + 2FeSO4 + 2H2SO4 =2NO + Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + 2H2O 2NaNO2 + 2NaI + 2H2SO4 = NO + I2 + 2Na2SO4 + 2H2O,

• Взаимодействие 20–30% HNO3 с металлами: 8HNO3 + 3Cu = 2NO + 3Cu(NO3)2 + 4H2O.

Строение: молекула полярна и парамагнитна. Гибридизация атомов sp2. Физические свойства: бесцветный газ, малорастворим в воде, трудно сжижается.

Триоксид диазота, N2O3

Другие названия: оксид азота(III), азотистый ангидрид.

Получение:

• 4NO + O2 = 2N2O3,

• NO + NO2 = N2O3,

• 2HNO3(50%) + As2O3 = N2O3 + 2HAsO3 — лабораторный способ,

• 2NaNO2(нас.) + H2SO4 (конц.) = N2O3 + Na2SO4 + H2O.

Физические свойства: N2O3 — синяя жидкость, устойчив при –10°С и ниже.

Диоксид азота, NO2

Синонимы: оксид азота(IV), бурый газ.

Получение:

• 2NO + O2 = 2NO2,

• 4HNO3(конц.) + Zn = 2NO2 + Zn(NO3)2 + 2H2O.

Строение: молекула NO2 имеет угловое строение, полярна, парамагнитна. За счёт неспаренного электрона, находящегося на одной из sр2-гибридных орбиталей атома азота.

Димеризация ΔН = –58,5 кДж. Молекула димера — N2O4 диамагнитна, все её атомы лежат в одной плоскости.

Пентаоксид диазота, N2O5

Синонимы: оксид азота(V), азотный ангидрид.

Получение:

• 2NO2 + O3 = N2O5 + O2,

• 4НNO3 + Р4O10 = 2N2O5 + 4HPO3.

Бесцветные кристаллы, легко разлагаются: 2N2O5 = 4NO2 + O2 ; N2O5 + H2O = HNO3.