Nitrogen Valencias: Cấu hình và hợp chất điện tử
Các giá trị của nitơ nằm trong khoảng từ -3, như trong amoniac và amin, đến +5 như trong axit nitric (Tyagi, 2009). Yếu tố này không mở rộng các giá trị như những người khác.
Nguyên tử nitơ là một nguyên tố hóa học có nguyên tử số 7 và là nguyên tố đầu tiên của nhóm 15 (trước đây là VA) của bảng tuần hoàn. Nhóm này bao gồm nitơ (N), phốt pho (P), asen (As), antimon (Sb), bismuth (Bi) và moscovium (Mc).
Các yếu tố có chung những điểm tương đồng nhất định trong hành vi hóa học, mặc dù chúng rõ ràng là khác biệt hóa học với nhau. Những điểm tương đồng này phản ánh các đặc điểm chung của cấu trúc điện tử của các nguyên tử của chúng (Sanderson, 2016).
Nitơ có mặt trong hầu hết các protein và đóng vai trò quan trọng trong cả ứng dụng sinh hóa và ứng dụng công nghiệp. Nitơ hình thành liên kết mạnh do khả năng hình thành liên kết ba với một nguyên tử nitơ khác và các nguyên tố khác.
Do đó, có một lượng lớn năng lượng trong các hợp chất nitơ. Trước 100 năm trước, người ta biết rất ít về nitơ. Bây giờ, nitơ thường được sử dụng để bảo tồn thực phẩm và làm phân bón (Wandell, 2016).
Cấu hình và giá trị điện tử
Trong một nguyên tử, các electron lấp đầy các cấp độ khác nhau tùy theo năng lượng của chúng. Các electron đầu tiên lấp đầy các mức năng lượng thấp và sau đó chuyển sang mức năng lượng cao hơn.
Mức năng lượng bên ngoài nhất trong một nguyên tử được gọi là vỏ hóa trị và các electron được đặt trong lớp vỏ này được gọi là electron hóa trị.
Những electron này được tìm thấy chủ yếu trong sự hình thành liên kết và trong phản ứng hóa học với các nguyên tử khác. Do đó, các electron hóa trị chịu trách nhiệm cho các tính chất hóa học và vật lý khác nhau của một nguyên tố (Valence Electrons, SF).
Nitơ, như đã đề cập trước đây, có số nguyên tử Z = 7. Điều này ngụ ý rằng các electron của chúng điền vào mức năng lượng, hoặc cấu hình điện tử, là 1S2 2S2 2P3.
Cần phải nhớ rằng trong tự nhiên, các nguyên tử luôn tìm cách có cấu hình điện tử của các loại khí cao quý bằng cách thắng, thua hoặc chia sẻ electron.
Trong trường hợp nitơ, khí hiếm mà nó tìm thấy có cấu hình điện tử là neon, có số nguyên tử là Z = 10 (1S2 2S2 2P6) và helium, có số nguyên tử là Z = 2 (1S2) (Reusch, 2013) .
Các cách khác nhau mà nitơ phải kết hợp sẽ tạo cho nó hóa trị (hoặc trạng thái oxy hóa). Trong trường hợp cụ thể của nitơ, trong giai đoạn thứ hai của bảng tuần hoàn, không thể mở rộng lớp hóa trị của nó như các yếu tố khác trong nhóm của bạn.
Dự kiến nó có các giá trị -3, +3 và +5. Tuy nhiên, nitơ có các trạng thái hóa trị từ -3, như trong amoniac và amin, đến +5, như trong axit nitric. (Tyagi, 2009).
Lý thuyết liên kết hóa trị giúp giải thích sự hình thành các hợp chất, theo cấu hình điện tử của nitơ cho một trạng thái oxy hóa nhất định. Để làm được điều này, chúng ta phải tính đến số lượng electron trong lớp hóa trị và cần bao nhiêu để có được cấu hình khí hiếm.
Hợp chất nitơ
Với số lượng lớn các trạng thái oxy hóa, nitơ có thể tạo thành một số lượng lớn các hợp chất. Trong trường hợp đầu tiên, phải nhớ rằng trong trường hợp nitơ phân tử, theo định nghĩa hóa trị của nó là 0.
Trạng thái oxy hóa của -3 là một trong những trạng thái phổ biến nhất cho nguyên tố. Ví dụ về các hợp chất có trạng thái oxy hóa này là amoniac (NH3), amin (R3N), ion amoni (NH4 +), imin (C = NR) và nitriles (C≡N).
Trạng thái oxy hóa -2, nitơ còn lại với 7 electron trong vỏ hóa trị của nó. Số electron lẻ này trong vỏ hóa trị giải thích tại sao các hợp chất có trạng thái oxy hóa này có liên kết bắc cầu giữa hai nitơ. Ví dụ về các hợp chất có trạng thái oxy hóa này là hydrazine (R 2 -NNR 2 ) và hydrazones (C = NNR 2 ).
Ở trạng thái oxy hóa -1, nitơ còn lại với 6 electron trong vỏ hóa trị. Ví dụ về các hợp chất nitơ có hóa trị này là hydroxyl amin (R 2 NOH) và hợp chất azo (RN = NR).
Ở trạng thái oxy hóa dương, nitơ thường liên kết với các nguyên tử oxy tạo thành oxit, oxisol hoặc oxaxit. Đối với trường hợp trạng thái oxy hóa +1, nitơ có 4 electron trong vỏ hóa trị của nó.
Ví dụ về các hợp chất có hóa trị này là oxit dinitrogen hoặc khí cười (N 2 O) và các hợp chất nitơ (R = NO) (Reusch, Các trạng thái oxy hóa của Nitơ, 2015).
Đối với trường hợp trạng thái oxy hóa +2, một ví dụ là oxit nitơ hoặc oxit nitric (NO), một loại khí không màu được tạo ra bởi phản ứng của kim loại với axit nitric loãng. Hợp chất này là một gốc tự do rất không ổn định vì nó phản ứng với O 2 trong không khí tạo thành khí NO 2 .
Nitrite (NO 2 -) trong dung dịch cơ bản và axit nitric (HNO 2 ) trong dung dịch axit là ví dụ về các hợp chất có trạng thái oxy hóa +3. Đây có thể là các tác nhân oxy hóa để tạo ra NO (g) hoặc các chất khử để tạo thành ion nitrat.
Dinitrogen trioxide (N 2 O 3 ) và nhóm nitro (R-NO 2 ) là những ví dụ khác của các hợp chất nitơ có hóa trị +3.
Nitric dioxide (NO 2 ) hoặc nitơ dioxide là một hợp chất nitơ có hóa trị +4. Nó là một loại khí màu nâu thường được tạo ra bởi phản ứng của axit nitric đậm đặc với nhiều kim loại. Kích thước để tạo thành N 2 O 4 .
Ở trạng thái +5, chúng tôi tìm thấy nitrat và axit nitric là các tác nhân oxy hóa trong dung dịch axit. Trong trường hợp này, nitơ có 2 electron trong vỏ hóa trị, nằm trong quỹ đạo 2S. (Trạng thái oxy hóa của nitơ, SF).
Ngoài ra còn có các hợp chất như nitrosilazide và dinitrogen trioxide trong đó nitơ có một số trạng thái oxy hóa trong phân tử. Trong trường hợp nitrosilazide (N 4 O), nitơ có hóa trị -1, 0, + 1 và +2; và trong trường hợp của dinitrogen trioxide, nó có hóa trị +2 và +4.
Danh pháp của các hợp chất nitơ
Với sự phức tạp của hóa học của các hợp chất nitơ, danh pháp truyền thống là không đủ để đặt tên cho chúng, chứ chưa nói đến việc xác định chúng đầy đủ. Đó là lý do tại sao, trong số các lý do khác, liên minh quốc tế về hóa học tinh khiết và ứng dụng (IUPAC cho từ viết tắt bằng tiếng Anh) đã tạo ra một danh pháp hệ thống trong đó các hợp chất được đặt tên theo lượng nguyên tử mà chúng chứa.
Điều này có lợi khi đặt tên oxit nitơ. Ví dụ oxit nitric sẽ được đặt tên là nitơ monoxide và nitơ oxit (NO) dinitrogen monoxide (N 2 O).
Ngoài ra, vào năm 1919, nhà hóa học người Đức Alfred Stock đã phát triển một phương pháp để đặt tên cho các hợp chất hóa học dựa trên trạng thái oxy hóa, được viết bằng chữ số La Mã được đặt trong ngoặc đơn. Do đó, ví dụ oxit nitric và oxit nitơ sẽ được gọi là nitơ oxit (II) và nitơ oxit (I) tương ứng (IUPAC, 2005).
