Azotas Valencias: elektroninė konfigūracija ir junginiai
Azoto sluoksniai nuo -3, kaip amoniakas ir aminai, iki +5, kaip azoto rūgštyje (Tyagi, 2009). Šis elementas neišplečia valentų, kaip ir kiti.
Azoto atomas yra cheminis elementas su atominiu numeriu 7 ir pirmuoju periodinio stalo grupės 15 elementu (anksčiau - VA). Grupę sudaro azotas (N), fosforas (P), arsenas (As), antimonas (Sb), bismutas (Bi) ir moscovium (Mc).
Šie elementai turi tam tikrus bendrus cheminio elgesio panašumus, nors jie yra aiškiai chemiškai atskirti vienas nuo kito. Šie panašumai atspindi bendrus jų atomų elektroninių struktūrų bruožus (Sanderson, 2016).
Azotas yra beveik visuose baltymuose ir vaidina svarbų vaidmenį tiek biocheminėse, tiek pramoninėse srityse. Azotas sudaro stiprius ryšius dėl savo gebėjimo sudaryti trigubą jungtį su kitu azoto atomu ir kitais elementais.
Todėl azoto junginiuose yra daug energijos. Prieš 100 metų buvo mažai žinoma apie azotą. Dabar azotas paprastai naudojamas maisto saugojimui ir trąšoms (Wandell, 2016).
Elektroninė konfigūracija ir valentai
Atomoje elektronai užpildo skirtingus lygius pagal jų energiją. Pirmieji elektronai užpildo žemą energijos lygį ir pereina į aukštesnį energijos lygį.
Labiausiai išorinis energijos lygis atome yra žinomas kaip valentinis apvalkalas, o elektronai, esantys šiame korpuse, yra žinomi kaip valentiniai elektronai.
Šie elektronai daugiausia randami jungčių formavime ir cheminėje reakcijoje su kitais atomais. Todėl valentiniai elektronai yra atsakingi už skirtingas chemines ir fizines elemento savybes (Valence Electrons, SF).
Azoto, kaip jau minėta, atominis skaičius yra Z = 7. Tai reiškia, kad jų elektronai, užpildantys savo energijos lygį arba elektroninę konfigūraciją, yra 1S2 2S2 2P3.
Reikia prisiminti, kad gamtoje atomai visuomet siekia turėti elektroninę tauriųjų dujų konfigūraciją laimėdami, praradę ar dalindamiesi elektronais.
Azoto atveju, tauriųjų dujų, kurias ji siekia turėti elektroninę konfigūraciją, yra neonas, kurio atominis skaičius yra Z = 10 (1S2 2S2 2P6) ir helis, kurio atominis skaičius yra Z = 2 (1S2) (Reusch, 2013),
Skirtingi azoto jungimo būdai suteiks jam valentiškumą (arba oksidacijos būseną). Konkrečiu azoto atveju, kuris yra antrojo periodinio stalo periodo, negali išplėsti savo valentinio sluoksnio, kaip ir kiti jūsų grupės elementai.
Tikimasi, kad ji turi 3, 3 ir 5 valentus. Tačiau azotas turi valentines būsenas nuo -3, kaip amoniako ir aminų, iki +5, kaip azoto rūgštyje. (Tyagi, 2009).
Valentinių ryšių teorija padeda paaiškinti junginių susidarymą pagal elektroninę azoto konfigūraciją tam tikroje oksidacijos būsenoje. Tam reikia atsižvelgti į elektronų skaičių valentiniame sluoksnyje ir kiek reikia norint gauti kilniųjų dujų konfigūraciją.
Azoto junginiai
Atsižvelgiant į didelį oksidacijos būsenų skaičių, azotas gali sudaryti daug junginių. Pirma, reikia nepamiršti, kad molekulinio azoto atveju pagal savo valentą yra 0.
-3 oksidacijos būsena yra viena iš labiausiai paplitusių elementų. Tokių oksidacijos būsenų pavyzdžiai yra amoniakas (NH3), aminai (R3N), amonio jonas (NH4 +), iminai (C = NR) ir nitrilai (C≡N).
Oksidacijos būsena -2, azotas yra paliktas 7 elektronais savo valentiniame korpuse. Šis nelyginis skaičius elektronų valentiniame korpuse paaiškina, kodėl junginiai su šia oksidacijos būsena yra sujungę ryšį tarp dviejų azoto. Tokių oksidacijos būsenų pavyzdžiai yra hidrazinai (R2-NNR2) ir hidrazonai (C = NNR2).
Oksidacijos būsenoje -1 azotas yra paliktas 6 elektronais valentiniame korpuse. Azoto junginių, turinčių šią valentą, pavyzdys yra hidroksilo aminas (R2NOH) ir azo junginiai (RN = NR).
Teigiamo oksidavimo būsenoje azotas paprastai yra prijungtas prie deguonies atomų, kurie sudaro oksidus, oksisolius arba oksidus. +1 oksidacijos būsenos atveju azotas turi 4 elektronus savo valentiniame korpuse.
Tokių valentų junginių pavyzdžiai yra dinitrogeno oksidas arba juokiasi dujos (N2O) ir azoto junginiai (R = NO) (Reusch, azoto oksidavimo būsenos, 2015).
+2 oksidacijos būsenos atveju, vienas pavyzdys yra azoto oksidas arba azoto oksidas (NO), bespalvis dujas, gaunamas reaguojant metalams su praskiesta azoto rūgštimi. Šis junginys yra labai nestabilus laisvasis radikalas, nes jis reaguoja su O 2 ore, kad susidarytų NO2 dujos.
Nitritas (NO 2 -) baziniame tirpale ir azoto rūgštis (HNO 2 ) rūgštyje yra junginių su oksidacijos būsena +3 pavyzdžiai. Tai gali būti oksidatoriai, paprastai gaminantys NO (g) arba redukuojančius agentus, kad susidarytų nitrato jonas.
Ditrogeno trioksidas (N2O3) ir nitro grupė (R-NO2) yra kiti azoto junginių, turinčių valentą +3, pavyzdžiai.
Azoto dioksidas (NO 2 ) arba azoto dioksidas yra azoto junginys, turintis valentą +4. Tai ruda dujos, paprastai gaunamos reaguojant koncentruotai azoto rūgščiai su daugeliu metalų. Dimerizuojasi, kad susidarytų N 2 O 4 .
+5 būsenoje yra nitratų ir azoto rūgšties, kurios yra rūgštiniuose tirpaluose oksiduojančios medžiagos. Šiuo atveju azotas turi 2 elektronus valentiniame korpuse, kurie yra 2S orbitoje. (Azoto oksidacijos būsenos, SF).
Taip pat yra tokių junginių kaip nitrozilazidas ir dinitrogeno trioksidas, kur azoto molekulėje yra keletas oksidacijos būsenų. Nitrozilazido (N4O) atveju azotas turi valentą -1, 0, +1 ir +2; dinitrogeno trioksido atveju jis turi valentą +2 ir +4.
Azoto junginių nomenklatūra
Atsižvelgiant į azoto junginių chemijos sudėtingumą, tradicinė nomenklatūra jų nepakako, jau nekalbant apie juos tinkamai. Štai kodėl, be kitų priežasčių, tarptautinė grynosios ir taikomosios chemijos sąjunga (IUPAC savo akronimui anglų kalba) sukūrė sisteminę nomenklatūrą, kurioje junginiai pavadinami pagal jų turimų atomų kiekį.
Tai naudinga, kai kalbama apie azoto oksidų pavadinimą. Pavyzdžiui, azoto monoksidas būtų vadinamas azoto monoksidu ir azoto oksido (NO) dinitrogeno monoksidu (N 2 O).
Be to, 1919 m. Vokiečių chemikas Alfredasas sukūrė cheminių junginių pavadinimo metodą, pagrįstą oksidacijos būsena, kuri yra parašyta skliausteliuose. Taigi, pavyzdžiui, azoto oksidas ir azoto oksidas būtų vadinami atitinkamai azoto oksidu (II) ir azoto oksidu (I) (IUPAC, 2005).
