Nitenc Valencias: การกำหนดค่าและสารประกอบอิเล็กทรอนิกส์

ช่วงความ จุของไนโตรเจน อยู่ระหว่าง -3 ในแอมโมเนียและเอมีนถึง +5 เช่นเดียวกับในกรดไนตริก (Tyagi, 2009) องค์ประกอบนี้ไม่ได้ขยายความสามารถเหมือนคนอื่น ๆ

อะตอมไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 7 และองค์ประกอบแรกของกลุ่ม 15 (ชื่อเดิมคือ VA) ของตารางธาตุ กลุ่มประกอบด้วยไนโตรเจน (N), ฟอสฟอรัส (P), สารหนู (As), พลวง (Sb), บิสมัท (Bi) และ moscovium (Mc)

องค์ประกอบมีความคล้ายคลึงกันโดยทั่วไปในพฤติกรรมทางเคมีแม้ว่าจะมีความแตกต่างทางเคมีอย่างชัดเจนจากกันและกัน ความคล้ายคลึงกันเหล่านี้สะท้อนให้เห็นถึงลักษณะทั่วไปของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม (Sanderson, 2016)

ไนโตรเจนมีอยู่ในโปรตีนเกือบทั้งหมดและมีบทบาทสำคัญในการประยุกต์ทางชีวเคมีและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม ไนโตรเจนสร้างพันธะที่แข็งแกร่งเนื่องจากความสามารถในการสร้างพันธะสามกับอะตอมไนโตรเจนอื่นและองค์ประกอบอื่น ๆ

ดังนั้นจึงมีพลังงานจำนวนมากในสารประกอบไนโตรเจน ก่อนหน้านี้เมื่อ 100 ปีก่อนไม่ค่อยมีใครรู้จักไนโตรเจน ตอนนี้ไนโตรเจนถูกนำมาใช้เพื่อการอนุรักษ์อาหารและเป็นปุ๋ย (Wandell, 2016)

โครงแบบอิเล็กทรอนิกส์และวาเลนซ์

ในอะตอมอิเล็กตรอนจะเติมระดับที่แตกต่างกันตามพลังงาน อิเล็กตรอนตัวแรกจะเติมระดับพลังงานต่ำและจากนั้นเลื่อนไปที่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น

ระดับพลังงานภายนอกส่วนใหญ่ในอะตอมเรียกว่าวาเลนซ์เชลล์และอิเล็กตรอนที่อยู่ในเชลล์นี้เรียกว่าอิเล็กตรอนวาเลนซ์

อิเล็กตรอนเหล่านี้ส่วนใหญ่พบในการก่อตัวของพันธะและปฏิกิริยาทางเคมีกับอะตอมอื่น ๆ ดังนั้นวาเลนซ์อิเล็กตรอนจึงมีความรับผิดชอบต่อคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพขององค์ประกอบต่าง ๆ (Valence Electrons, SF)

ไนโตรเจนดังกล่าวก่อนหน้านี้มีเลขอะตอมของ Z = 7 นี่ก็หมายความว่าอิเล็กตรอนของพวกเขาเติมพลังงานในระดับหรือการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของพวกเขาคือ 1S2 2S2 2P3

จะต้องจำไว้ว่าในธรรมชาติอะตอมมักจะพยายามกำหนดรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์ของก๊าซมีตระกูลไม่ว่าจะด้วยการชนะแพ้หรือแบ่งปันอิเล็กตรอน

ในกรณีของไนโตรเจนก๊าซมีตระกูลที่พยายามให้มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์คือนีออนซึ่งเลขอะตอมคือ Z = 10 (1S2 2S2 2P6) และฮีเลียมซึ่งมีเลขอะตอม Z = 2 (1S2) (Reusch, 2013) .

วิธีต่างๆในการรวมไนโตรเจนจะทำให้มันมีความจุ (หรือสถานะออกซิเดชัน) ในกรณีเฉพาะของไนโตรเจนที่อยู่ในช่วงที่สองของตารางธาตุไม่สามารถขยายเลเยอร์วาเลนซ์ได้เช่นเดียวกับองค์ประกอบอื่น ๆ ของกลุ่มของคุณ

คาดว่าจะมีความจุของ -3, +3 และ +5 อย่างไรก็ตามไนโตรเจนมีสถานะวาเลนซ์ตั้งแต่ -3 ในแอมโมเนียและเอมีนถึง +5 เช่นเดียวกับในกรดไนตริก (Tyagi, 2009)

ทฤษฎีพันธะเวเลนซ์ช่วยอธิบายการก่อตัวของสารประกอบตามการกำหนดรูปแบบทางอิเล็กทรอนิกส์ของไนโตรเจนสำหรับสถานะออกซิเดชั่นที่กำหนด สำหรับเรื่องนี้เราต้องคำนึงถึงจำนวนของอิเล็กตรอนในเลเยอร์เลเยอร์และจำเป็นต้องใช้จำนวนเท่าไรในการได้มาซึ่งองค์ประกอบของก๊าซมีตระกูล

สารประกอบไนโตรเจน

เมื่อพิจารณาจากสถานะออกซิเดชันจำนวนมากไนโตรเจนสามารถสร้างสารประกอบจำนวนมากได้ ในตัวอย่างแรกนั้นจะต้องจำไว้ว่าในกรณีของโมเลกุลไนโตรเจนโดยคำจำกัดความความจุของมันคือ 0

สถานะออกซิเดชันของ -3 เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบมากที่สุด ตัวอย่างของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันนี้คือแอมโมเนีย (NH3), เอมีน (R3N), แอมโมเนียมไอออน (NH4 +), imines (C = NR) และไนไตรล์ (C≡N)

สถานะออกซิเดชัน -2 ไนโตรเจนถูกทิ้งไว้กับ 7 อิเล็กตรอนในเปลือกวาเลนซ์ จำนวนอิเล็กตรอนแปลก ๆ ในเปลือกวาเลนซ์อธิบายว่าทำไมสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชั่นนี้มีการเชื่อมโยงเชื่อมระหว่างสองไนโตรเจน ตัวอย่างของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันคือไฮดราซีน (R ₂ -NNR ₂ ) และไฮดราโซน (C = NNR ₂ )

ในสถานะออกซิเดชั่น -1 ไนโตรเจนจะเหลือ 6 อิเล็กตรอนในวาเลนซ์เชลล์ ตัวอย่างของสารประกอบไนโตรเจนที่มีความจุนี้คือไฮดรอกซิลเอมีน (R ₂ NOH) และสารประกอบเอโซ (RN = NR)

ในสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกไนโตรเจนมักจะถูกพันธะกับอะตอมของออกซิเจนซึ่งก่อให้เกิดออกไซด์, ออกซิลหรือออกไซด์ สำหรับกรณีของสถานะการเกิดออกซิเดชัน +1 ไนโตรเจนจะมีอิเล็กตรอน 4 ตัวในเปลือกวาเลนซ์

ตัวอย่างของสารประกอบที่มีความจุนี้คือไดนิโตเจนออกไซด์หรือก๊าซหัวเราะ (N ₂ O) และสารประกอบไนตรัส (R = NO) (Reusch, สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจน, 2015)

สำหรับกรณีของสถานะออกซิเดชันของ +2 ตัวอย่างหนึ่งคือไนโตรเจนออกไซด์หรือไนตริกออกไซด์ (NO) ซึ่งเป็นก๊าซไม่มีสีที่เกิดจากปฏิกิริยาของโลหะด้วยกรดไนตริกเจือจาง สารประกอบนี้เป็นอนุมูลอิสระที่ไม่เสถียรอย่างมากเนื่องจากมันจะทำปฏิกิริยากับ O ₂ ในอากาศเพื่อสร้างก๊าซ NO ₂

ไนไตรต์ (NO ₂ -) ในสารละลายพื้นฐานและกรดไนตรัส (HNO ₂ ) ในสารละลายกรดเป็นตัวอย่างของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชัน +3 สารเหล่านี้อาจเป็นตัวออกซิไดซ์ในการสร้าง NO (g) หรือตัวรีดิวซ์เพื่อสร้างไอออนไนเตรต

Dinitrogen trioxide (N ₂ O ₃ ) และกลุ่ม nitro (R-NO ₂ ) เป็นตัวอย่างอื่นของสารประกอบไนโตรเจนที่มีวาเลนซ์ +3

ไนตริกออกไซด์ (NO ₂ ) หรือไนโตรเจนไดออกไซด์เป็นสารประกอบไนโตรเจนที่มีวาเลนซ์ +4 เป็นก๊าซสีน้ำตาลที่ผลิตโดยทั่วไปโดยปฏิกิริยาของกรดไนตริกเข้มข้นกับโลหะจำนวนมาก ลดขนาดลงเป็น N ₂ O ₄

ในสถานะ +5 เราพบว่าไนเตรตและกรดไนตริกซึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์ในสารละลายที่เป็นกรด ในกรณีนี้ไนโตรเจนมี 2 อิเล็กตรอนในเปลือกวาเลนซ์ซึ่งอยู่ในวงโคจร 2S สถานะการเกิดออกซิเดชันของไนโตรเจน, SF

นอกจากนี้ยังมีสารประกอบเช่น nitrosilazide และ dinitrogen trioxide ที่ไนโตรเจนมีสถานะออกซิเดชันหลายอย่างในโมเลกุล ในกรณีของ nitrosilazide (N ₄ O) ไนโตรเจนมีความจุ -1, 0, + 1 และ +2; และในกรณีของ dinitrogen trioxide จะมีวาเลนซ์ +2 และ +4

ศัพท์เฉพาะของสารประกอบไนโตรเจน

ด้วยความซับซ้อนของสารเคมีของสารประกอบไนโตรเจนระบบการตั้งชื่อแบบดั้งเดิมจึงไม่เพียงพอที่จะตั้งชื่อพวกมัน นั่นคือเหตุผลว่าทำไมสหภาพนานาชาติของเคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ (IUPAC สำหรับคำย่อของมันในภาษาอังกฤษ) สร้างระบบการตั้งชื่ออย่างเป็นระบบที่สารประกอบถูกตั้งชื่อตามปริมาณของอะตอมที่พวกมันมี

สิ่งนี้มีประโยชน์เมื่อพูดถึงการตั้งชื่อไนโตรเจนออกไซด์ ตัวอย่างเช่นไนตริกออกไซด์จะเรียกว่าไนโตรเจนมอนนอกไซด์และไนตรัสออกไซด์ (NO) ไดนิโตรเจนโมโนออกไซด์ (N ₂ O)

นอกจากนี้ในปี 1919 นักเคมีชาวเยอรมัน Alfred Stock ได้พัฒนาวิธีการตั้งชื่อสารประกอบทางเคมีตามสถานะออกซิเดชันซึ่งเขียนด้วยตัวเลขโรมันที่อยู่ในวงเล็บ ตัวอย่างเช่นไนตริกออกไซด์และไนตรัสออกไซด์จะเรียกว่าไนโตรเจนออกไซด์ (II) และไนโตรเจนออกไซด์ (I) ตามลำดับ (IUPAC, 2005)