Nitrogen Valencias: Configurația electronică și compușii

Valențele azotului variază de la -3, la fel ca în amoniac și amine, până la +5 ca în acidul azotic (Tyagi, 2009). Acest element nu extinde valențele ca altele.

Atomul de azot este un element chimic cu numărul atomic 7 și primul element din grupul 15 (fostul VA) al tabelului periodic. Grupul constă din azot (N), fosfor (P), arsen (As), antimoniu (Sb), bismut (Bi) și moscoviu (Mc).

Elementele prezintă anumite asemănări generale ale comportamentului chimic, deși acestea sunt diferențiate chimic unul față de celălalt. Aceste similitudini reflectă caracteristicile comune ale structurilor electronice ale atomilor lor (Sanderson, 2016).

Azotul este prezent în aproape toate proteinele și joacă un rol important atât în ​​aplicațiile biochimice, cât și în aplicațiile industriale. Azotul formează legături puternice datorită capacității sale de a forma o legătură triplă cu un alt atom de azot și cu alte elemente.

Prin urmare, există o cantitate mare de energie în compușii de azot. Înainte de 100 de ani în urmă, se știa puțin despre azot. Acum, azotul este utilizat în mod obișnuit pentru conservarea alimentelor și ca îngrășământ (Wandell, 2016).

Configurația și valențele electronice

Într-un atom, electronii umple diferitele nivele în funcție de energiile lor. Primii electroni umple nivelele reduse de energie și apoi se mută la un nivel de energie mai ridicat.

Cel mai extern nivel de energie dintr-un atom este cunoscut sub numele de coajă de valență, iar electronii plasați în această coajă sunt cunoscuți drept electroni de valență.

Acești electroni se găsesc în principal în formarea legăturilor și în reacția chimică cu alți atomi. Prin urmare, electronii de valență sunt responsabili pentru diferitele proprietăți chimice și fizice ale unui element (Valence Electrons, SF).

Azotul, așa cum sa menționat anterior, are un număr atomic de Z = 7. Aceasta implică faptul că electronii care le completează nivelurile de energie sau configurația electronică sunt 1S2 2S2 2P3.

Trebuie amintit că, în natură, atomii încearcă întotdeauna să aibă configurația electronică a gazelor nobile, fie prin câștigarea, pierderea sau împărțirea electronilor.

În cazul azotului, gazul nobil pe care îl caută să aibă configurația electronică este neon, al cărui număr atomic este Z = 10 (1S2 2S2 2P6) și heliu, al cărui număr atomic este Z = 2 (1S2) (Reusch, 2013) .

Diferitele moduri în care azotul trebuie combinate îi vor da valența (sau starea de oxidare). În cazul specific al azotului, fiind în a doua perioadă a tabelului periodic, nu este în măsură să-și extindă stratul de valență ca și celelalte elemente ale grupului dvs.

Se preconizează că are valențe de -3, +3 și +5. Cu toate acestea, azotul are stări de valență variind de la -3, ca în amoniac și amine, până la +5, ca în acidul azotic. (Tyagi, 2009).

Teoria legăturii de valență ajută la explicarea formării compușilor, în conformitate cu configurația electronică a azotului pentru o anumită stare de oxidare. Pentru aceasta trebuie să ținem cont de numărul de electroni din stratul de valență și de cât de mult este necesar pentru a obține o configurație de gaz nobil.

Compuși ai azotului

Având în vedere numărul mare de stări de oxidare, azotul poate forma un număr mare de compuși. În primul rând, trebuie amintit că în cazul azotului molecular, prin valența lui, este, prin definiție, 0.

Starea de oxidare a -3 este una dintre cele mai comune pentru element. Exemple de compuși cu această stare de oxidare sunt amoniac (NH3), amine (R3N), ion de amoniu (NH4 +), imine (C = NR) și nitrili (C = N).

În starea de oxidare -2, azotul este lăsat cu 7 electroni în cochilia lui de valență. Acest număr impar de electroni din cochilia de valență explică de ce compușii cu această stare de oxidare au o legătură de legătură între doi azot. Exemple de compuși cu această stare de oxidare sunt hidrazinele (R2-NNR2) și hidrazonele (C = NNR2).

În starea de oxidare -1, azotul este lăsat cu 6 electroni în carcasa valenței. Exemple de compuși de azot cu această valență sunt hidroxilamină (R2 NOH) și compuși azo (RN = NR).

În stările de oxidare pozitivă, azotul este de obicei legat de atomii de oxigen care formează oxizi, oxizoli sau oxacizi. Pentru cazul stării de oxidare +1, azotul are 4 electroni în cochilia lui de valență.

Exemple de compuși cu această valență sunt oxidul de azot sau gazul de râs (N2O) și compușii azotați (R = NO) (Reusch, Statele de oxidare a azotului, 2015).

În cazul stării de oxidare de +2, un exemplu este oxidul de azot sau oxidul de azot (NO), un gaz incolor produs de reacția metalelor cu acid azotic diluat. Acest compus este un radical liber instabil, deoarece reacționează cu O2 în aer pentru a forma gazul de NO ₂ .

Nitritul (NO2 -) în soluție bazică și acidul azotic (HNO2) în soluție acidă sunt exemple de compuși cu starea de oxidare +3. Acestea pot fi agenți de oxidare pentru a produce în mod normal NO (g) sau agenți reducători pentru a forma ionul de nitrat.

Trioxidul de azot (N2O3) și gruparea nitro (R-NO2) sunt alte exemple de compuși de azot cu valența +3.

Dioxidul de azot (NO ₂ ) sau dioxidul de azot este un compus de azot cu valența +4. Este un gaz maro produs în general prin reacția acidului azotic concentrat cu multe metale. Dimerizează pentru a forma N2O4.

În starea +5 găsim nitrați și acid azotic care sunt agenți de oxidare în soluții acide. În acest caz, azotul are doi electroni în carcasa valenței, care se află în orbitalul 2S. (Stări de oxidare a azotului, SF).

Există, de asemenea, compuși precum nitrosilazida și trioxidul de azot, în care azotul are mai multe stări de oxidare în moleculă. În cazul nitrozilazidei (N4O) azotul are valența -1, 0, + 1 și +2; iar în cazul trioxidului de azot, are valența +2 și +4.

Nomenclatorul compușilor de azot

Având în vedere complexitatea chimiei compușilor de azot, nomenclatura tradițională nu a fost suficientă pentru a le numi, cu atât mai puțin pentru a le identifica în mod adecvat. Acesta este motivul pentru care, printre alte motive, uniunea internațională de chimie pură și aplicată (IUPAC pentru acronimul său în limba engleză) a creat o nomenclatură sistematică în care compușii sunt numiți în funcție de cantitatea de atomi pe care o conțin.

Acest lucru este benefic atunci când vine vorba de denumirea de oxizi de azot. De exemplu, oxidul de azot ar fi denumit monoxid de azot și oxid de azot (NO) monoxid de azot (N2O).

În plus, în anul 1919, chimistul german Alfred Stock a dezvoltat o metodă de denumire a compușilor chimici pe baza stării de oxidare, care este scrisă în cifre romane închise în paranteze. Astfel, de exemplu, oxidul de azot și oxidul de azot ar putea fi denumite oxid de azot (II) și respectiv oxid de azot (I) (IUPAC, 2005).