K valencie dusíka v rozmedzí od -3 ako amoniak a amíny, na +5 a kyseliny dusičnej (Tyagi, 2009). Tento prvok nerozširuje valencie ako ostatní.
Atóm dusíka je chemický prvok s atómovým číslom 7 a prvý prvok zo skupiny 15 (predtým VA) periodickej tabuľky. Skupina pozostáva z dusíka (N), fosforu (P), arzénu (As), antimónu (Sb), bizmutu (Bi) a moskovia (Mc).
Obrázok 1: Bohr diagram atómu dusíka.
Prvky zdieľajú určité všeobecné podobnosti v chemickom správaní, aj keď sa navzájom chemicky zreteľne líšia. Tieto podobnosti odrážajú spoločné charakteristiky elektronických štruktúr ich atómov (Sanderson, 2016).
Dusík je prítomný takmer vo všetkých proteínoch a hrá dôležitú úlohu v biochemických aj priemyselných aplikáciách. Dusík vytvára silné väzby vďaka svojej schopnosti trojitej väzby s iným atómom dusíka a inými prvkami.
Preto v zlúčeninách dusíka existuje veľké množstvo energie. Pred 100 rokmi bolo o dusíku známe málo. Teraz sa dusík bežne používa na konzervovanie potravín a ako hnojivo (Wandell, 2016).
Elektronická konfigurácia a valencie
V atóme elektróny plnia rôzne úrovne podľa svojich energií. Prvé elektróny zapĺňajú nižšie energetické úrovne a potom prechádzajú na vyššiu energetickú úroveň.
Úroveň vonkajšej energie v atóme je známa ako valenčný obal a elektróny umiestnené v tomto obale sú známe ako valenčné elektróny.
Tieto elektróny sa vyskytujú hlavne pri tvorbe väzieb a pri chemickej reakcii s inými atómami. Preto sú valenčné elektróny zodpovedné za rôzne chemické a fyzikálne vlastnosti prvku (Valence Electrons, SF).
Dusík, ako už bolo uvedené, má atómové číslo Z = 7. To znamená, že jej plnenie elektrónov v ich energetických hladinách alebo konfigurácii elektrónov je 1S 2 2S 2 2P 3 .
Je potrebné si uvedomiť, že atómy sa v prírode vždy usilujú získať elektronickú konfiguráciu vzácnych plynov, a to buď získavaním, stratou alebo zdieľaním elektrónov.
V prípade dusíka je ušľachtilým plynom, ktorý sa usiluje o elektronickú konfiguráciu, neón, ktorého atómové číslo je Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6 ) a hélium, ktorého atómové číslo je Z = 2 (1 S 2 ) ( Reusch, 2013).
Rôzne spôsoby kombinovania dusíka mu dávajú jeho valenciu (alebo oxidačný stav). V konkrétnom prípade dusíka, pretože je v druhej perióde periodickej tabuľky, nemôže rozšíriť svoju valenčnú vrstvu tak, ako to robia ostatné prvky v skupine.
Očakáva sa, že bude mať valencie -3, +3 a +5. Dusík však má valenčné stavy v rozsahu od -3, ako v prípade amoniaku a amínov, do +5, ako v prípade kyseliny dusičnej. (Tyagi, 2009).
Teória valenčných väzieb pomáha vysvetliť tvorbu zlúčenín podľa elektrónovej konfigurácie dusíka pre daný oxidačný stav. Na tento účel je potrebné vziať do úvahy počet elektrónov v valenčnom obale a koľko ostáva na získanie konfigurácie vzácneho plynu.
Zlúčeniny dusíka
Obrázok 2: Štruktúra molekulového dusíka s valenciou 0.
Vzhľadom na veľký počet oxidačných stavov môže dusík tvoriť veľké množstvo zlúčenín. V prvom rade je potrebné si uvedomiť, že v prípade molekulárneho dusíka je jeho valencia podľa definície 0.
Oxidačný stav -3 je jedným z najbežnejších prvkov. Príklady zlúčenín s týmto oxidačným stave sú amoniak (NH3), amíny (R3N), amónny ion (NH 4 + ), Imíny (C = NR) a nitrily (C≡N).
V oxidačnom stave -2 zostáva vo valenčnom plášti dusík so 7 elektrónmi. Tento nepárny počet elektrónov v valenčnom obale vysvetľuje, prečo majú zlúčeniny s týmto oxidačným stavom mostíkovú väzbu medzi dvoma dusíkami. Príklady zlúčenín s týmto oxidačným stave sú hydrazíny (R 2 -NNR 2 ) a hydrazónov (C = NNR 2 ).
V oxidačnom stave -1 zostáva dusík so 6 elektrónmi v valenčnom obale. Príklady dusíkatých zlúčenín s týmto valencie sú hydroxylamín (R 2 NOH) a azo zlúčeniny (RN = NR).
V pozitívnych oxidačných stavoch je dusík obvykle viazaný na atómy kyslíka za vzniku oxidov, oxysaltov alebo oxidov. V prípade oxidačného stavu +1 má dusík vo svojom valenčnom obale 4 elektróny.
Príklady zlúčenín s týmto valencie sú oxid dusný alebo rajský plyn (N 2 O) a Nitrozozlúčeniny (R = NO) (Reusch, oxidačné stavy dusíka, 2015).
V prípade oxidačného stavu +2 je príkladom oxid dusičitý alebo oxid dusnatý (NO), bezfarebný plyn produkovaný reakciou kovov so zriedenou kyselinou dusičnou. Táto zlúčenina je extrémne nestabilný voľný radikál, pretože reaguje s O 2 vo vzduchu za vzniku NO 2 plynu .
Dusitan (NO 2 - ) v zásaditom roztoku a kyselina dusitá (HNO 2 ) v kyslom roztoku sú príklady zlúčenín s oxidačným stavom +3. Môžu to byť oxidačné činidlá, ktoré normálne produkujú NO (g), alebo redukčné činidlá, ktoré tvoria dusičnanový ión.
Oxid dusitý (N 2 O 3 ) a nitroskupinu (R-NO 2 ), sú ďalšie príklady dusíkatých zlúčenín s valenciou +3.
Oxid dusnatý (NO 2 ) alebo oxid dusičitý je zlúčenina dusíka s valenciou +4. Je to hnedý plyn, ktorý sa zvyčajne vyrába reakciou koncentrovanej kyseliny dusičnej s mnohými kovmi. Dimeruje za vzniku N 2 O 4 .
V stave +5 nájdeme dusičnany a kyselinu dusičnú, ktoré sú oxidačnými činidlami v kyslých roztokoch. V tomto prípade má dusík vo valenčnom obale 2 elektróny, ktoré sú v orbitále 2S. (Oxidačné stavy dusíka, SF).
Existujú tiež zlúčeniny, ako je nitrosilazid a oxid dusnatý, kde dusík má v molekule rôzne oxidačné stavy. V prípade nitrosilazide (N 4 O), dusík má valenciu -1, 0, +1 a +2; a v prípade oxidu dusnatého má valenciu +2 a +4.
Názvoslovie zlúčenín dusíka
Vzhľadom na zložitosť chémie zlúčenín dusíka nestačila tradičná nomenklatúra na ich pomenovanie, oveľa menej ich správna identifikácia. Preto, okrem iných dôvodov, vytvorila Medzinárodná únia čistej a aplikovanej chémie (IUPAC) systematickú nomenklatúru, v ktorej sú zlúčeniny pomenované podľa počtu atómov, ktoré obsahujú.
To je výhodné, pokiaľ ide o pomenovanie oxidov dusíka. Napríklad by sa oxid dusnatý názvom oxid dusnatý a oxid dusný (NO), oxid dusný (N 2 O).
Okrem toho v roku 1919 nemecký chemik Alfred Stock vyvinul spôsob pomenovania chemických zlúčenín na základe oxidačného stavu, ktorý je napísaný rímskymi číslicami uzavretými v zátvorkách. Napríklad oxid dusnatý a oxid dusný sa budú nazývať oxid dusnatý (II) a oxid dusičitý (I) (IUPAC, 2005).
Referencie
- (2005). Odporúčania NOMENKLATÚRY INORGANICKEJ CHÉMIE IUPAC 2005. Zdroj: iupac.org.
- Oxidačné stavy dusíka. (SF). Získané z kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, 5. mája). Elektrónové konfigurácie v periodickej tabuľke. Získané z chémie.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8. augusta). Oxidačné stavy dusíka. Získané z chem.libretexts.org.
- Sanderson, RT (2016, 12. decembra). Prvok skupiny dusíka. Obnovené zo stránky britannica.com.
- Tyagi, VP (2009). Esenciálna chémia Xii. New Deli: Ratna Sagar.
- Valenčné elektróny. (SF). Obnovené z chemistry.tutorvista.com.
- Wandell, A. (2016, 13. decembra). Chémia dusíka. Získané z chem.libretexts.org.