K valence dusíku v rozmezí od -3 jako amoniak a aminy, na +5 a kyseliny dusičné (Tyagi, 2009). Tento prvek nerozšiřuje valence jako ostatní.
Atom dusíku je chemický prvek s atomovým číslem 7 a prvním prvkem skupiny 15 (dříve VA) periodické tabulky. Tato skupina se skládá z dusíku (N), fosforu (P), arsenu (As), antimonu (Sb), bizmutu (Bi) a moscovia (Mc).
Obrázek 1: Bohrův diagram atomu dusíku.
Prvky sdílejí určité obecné podobnosti v chemickém chování, i když jsou chemicky od sebe jasně odlišeny. Tyto podobnosti odrážejí společné vlastnosti elektronických struktur jejich atomů (Sanderson, 2016).
Dusík je přítomen téměř ve všech proteinech a hraje důležitou roli v biochemických i průmyslových aplikacích. Dusík tvoří silné vazby díky své schopnosti ztrojnásobit vazbu s jiným atomem dusíku a dalšími prvky.
V dusíkatých sloučeninách je proto velké množství energie. Před 100 lety bylo o dusíku známo jen málo. Nyní se dusík běžně používá k uchovávání potravin a jako hnojivo (Wandell, 2016).
Elektronická konfigurace a valence
V atomu vyplňují elektrony různé úrovně podle svých energií. První elektrony zaplňují nižší energetické hladiny a poté přecházejí na vyšší energetickou úroveň.
Úroveň nejvzdálenější energie v atomu je známá jako valenční obal a elektrony umístěné v tomto obalu jsou známy jako valenční elektrony.
Tyto elektrony se vyskytují hlavně ve vazbě a chemické reakci s jinými atomy. Proto jsou valenční elektrony zodpovědné za různé chemické a fyzikální vlastnosti prvku (Valence Electrons, SF).
Dusík, jak bylo uvedeno výše, má atomové číslo Z = 7. To znamená, že jeho plnění elektronů v jejich energetických hladinách nebo elektronové konfiguraci je 1S 2 2S 2 2P 3.
Je třeba si uvědomit, že atomy v přírodě vždy usilují o elektronickou konfiguraci vzácných plynů, a to buď získáváním, ztrátou nebo sdílením elektronů.
V případě dusíku je ušlechtilým plynem, který usiluje o elektronickou konfiguraci, neon, jehož atomové číslo je Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6) a helium, jehož atomové číslo je Z = 2 (1S 2) (Reusch, 2013).
Různé způsoby kombinování dusíku mu dodají jeho valenci (nebo oxidační stav). Ve specifickém případě dusíku, protože je ve druhé periodě periodické tabulky, není schopen rozšířit svoji valenční vrstvu, jak to dělají ostatní prvky ve své skupině.
Očekává se valence -3, +3 a +5. Avšak dusík má valenční stavy v rozmezí od -3, jako v amoniaku a aminech, do +5, jako v kyselině dusičné. (Tyagi, 2009).
Teorie valenčních vazeb pomáhá vysvětlit tvorbu sloučenin podle elektronové konfigurace dusíku pro daný oxidační stav. K tomu je nutné vzít v úvahu počet elektronů ve valenčním pouzdru a kolik zbývá pro získání konfigurace ušlechtilého plynu.
Dusíkaté sloučeniny
Obrázek 2: struktura molekulárního dusíku s valencí 0.
Vzhledem k velkému počtu oxidačních stavů může dusík tvořit velké množství sloučenin. V první řadě je třeba si uvědomit, že v případě molekulárního dusíku je jeho valencí 0.
Oxidační stav -3 je jedním z nejběžnějších prvků. Příklady sloučenin s tímto oxidačním stavu jsou amoniak (NH3), aminy (R3N), amonný ion (NH 4 +), iminy (C = NR) a nitrily (C≡N).
V oxidačním stavu -2 je ve valenčním obalu ponechán dusík se 7 elektrony. Tento lichý počet elektronů ve valenčním obalu vysvětluje, proč sloučeniny s tímto oxidačním stavem mají můstkovou vazbu mezi dvěma dusíky. Příklady sloučenin s tímto oxidačním stavu jsou hydraziny (R 2 -NNR 2) a hydrazonů (C = NNR 2).
Ve stavu -1 oxidace je ve valenčním obalu ponechán dusík se 6 elektrony. Příklady dusíkatých sloučenin s tímto valence jsou hydroxylamin (R 2 NOH) a azo sloučeniny (RN = NR).
V pozitivních oxidačních stavech je dusík obecně vázán na atomy kyslíku za vzniku oxidů, oxysaltů nebo oxidů. V případě oxidačního stavu +1 má dusík ve své valenční schránce 4 elektrony.
Příklady sloučenin s tímto valence jsou oxid dusný nebo rajský plyn (N 2 O) a nitrososloučeniny (R = NO) (Reusch, oxidační stavy dusíku, 2015).
V případě oxidačního stavu +2 je například oxid dusičitý nebo oxid dusnatý (NO), bezbarvý plyn produkovaný reakcí kovů se zředěnou kyselinou dusičnou. Tato sloučenina je extrémně nestabilní volný radikál, protože reaguje s O 2 ve vzduchu za vzniku NO 2 plynu.
Dusitan (NO 2 -) v zásaditém roztoku a kyselina dusitá (HNO 2) v kyselém roztoku jsou příklady sloučenin s oxidačním stavem +3. Mohou to být oxidační činidla, která normálně produkují NO (g), nebo redukční činidla za vzniku dusičnanového iontu.
Oxid dusitý (N 2 O 3) a nitroskupina (R-NO 2), jsou další příklady dusíkatých sloučenin s valencí +3.
Oxid dusnatý (NO 2) nebo oxid dusičitý je sloučenina dusíku s valencí +4. Je to hnědý plyn, který se obvykle vyrábí reakcí koncentrované kyseliny dusičné s mnoha kovy. Dimerizuje se na N 2 O 4.
Ve stavu +5 najdeme dusičnany a kyselinu dusičnou, která jsou oxidačními činidly v kyselých roztocích. V tomto případě má dusík ve valenčním pouzdře 2 elektrony, které jsou ve 2S orbitále. (Oxidační stavy dusíku, SF).
Existují také sloučeniny, jako je nitrosilazid a oxid dusnatý, kde dusík má v molekule různé oxidační stavy. V případě nitrosilazide (N 4 O), dusík má valenci -1, 0, +1 a +2; a v případě oxidu dusnatého má valenci +2 a +4.
Názvosloví sloučenin dusíku
Vzhledem ke složitosti chemie dusíkatých sloučenin nestačila tradiční nomenklatura k jejich pojmenování, mnohem méně k jejich správné identifikaci. Proto, mimo jiné, vytvořila Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii (IUPAC) systematickou nomenklaturu, ve které jsou sloučeniny pojmenovány podle počtu atomů, které obsahují.
To je výhodné, pokud jde o pojmenování oxidů dusíku. Například by se oxid dusnatý názvem oxid dusnatý a oxid dusný (NO), oxid dusný (N 2 O).
Navíc v roce 1919 německý chemik Alfred Stock vyvinul metodu pojmenování chemických sloučenin na základě oxidačního stavu, který je psán římskými číslicemi uzavřenými v závorkách. Tak například oxid dusnatý a oxid dusný by se nazývali oxid dusnatý (II) a oxid dusičitý (I) (IUPAC, 2005).
Reference
- (2005). NOMENKLATURACE Doporučení ANORGANICKÉ CHEMIE IUPAC 2005. Citováno z iupac.org.
- Oxidační stavy dusíku. (SF). Obnoveno z kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, 5. května). Konfigurace elektronů v periodické tabulce. Obnoveno z chemie.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8. srpna). Oxidační stavy dusíku. Obnoveno z chem.libretexts.org.
- Sanderson, RT (2016, 12. prosince). Prvek dusíkové skupiny. Obnoveno z britannica.com.
- Tyagi, VP (2009). Základní chemie Xii. Nový Deli: Ratna Sagar.
- Valenční elektrony. (SF). Obnoveno z chemistry.tutorvista.com.
- Wandell, A. (2016, 13. prosince). Chemie dusíku. Obnoveno z chem.libretexts.org.