Степени окисления азота в соединениях −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

Соединения азота в степени окисления −3 представлены нитридами, из которых практически наиболее важен аммиак;

Соединения азота в степени окисления −2 менее характерны, представлены пернитридами, из которых самый важный пернитрид водорода N2H4 или гидразин(существует также крайне неустойчивый пернитрид водорода N2H2, диимид);

Соединения азота в степени окисления −1 NH2OH (гидроксиламин) - неустойчивое основание, применяющееся, наряду с солями гидроксиламмония, в органическом синтезе;

Соединения азота в степени окисления +1 оксид азота(I) N2O (закись азота, веселящий газ);

Соединения азота в степени окисления +2 оксид азота(II) NO (монооксид азота);

Соединения азота в степени окисления +3 оксид азота(III) N2O3, азотистая кислота, производные аниона NO2−, трифторид азота (NF3);

Соединения азота в степени окисления +4 оксид азота(IV) NO2 (диоксид азота, бурый газ);

Соединения азота в степени окисления +5 оксид азота(V) N2O5, азотная кислота, её соли - нитраты и другие производные, а также тетрафтораммоний NF4+ и его соли.

Аммиак - соединение азота с водородом. Имеет важное значение в химической промышленности. Формула аммиака - NH 3 .

Бесцветный газ с характерным резким запахом. Аммиак значительно легче воздуха, масса одного литра этого газа составляет 0,77 г. Благодаря водородным связям аммиак имеет аномально высокую температуру кипения, не соответствующую его малой молекулярной массе, хорошо растворим в воде.

Соли аммония. Большинство солей аммония бесцветны и хорошо растворимы в воде. По некоторым свойствам они подобны солям щелочных металлов, особенно калия. Соли аммония термически неустойчивы. При нагревании они разлагаются. Это разложение может происходить обратимо и необратимо.

Соли аммония находят широкое применение. Большая часть их (сульфат аммония, нитрат аммония) используется в качестве удобрений. Хлорид аммония или нашатырь применяется в красильной и текстильной промышленности, при паянии и лужении, а также в гальванических элементах.

Азотная кислота - сильная одноосновная кислота. В разбавленных растворах она полностью распадается на ионы Н +1 и NO -1 3 .

Чистая азотная кислота - бесцветная жидкость с едким запахом. Кипит при 86 °С. Гигроскопична. Под действием света она постепенно разлагается.

Азотная кислота - сильный окислитель. Многие неметаллы легко окисляются ею, превращаясь в кислоты.

Азотная кислота действует почти на все металлы за исключением золота, платины, тантала, родия и иридия. Концентрированная азотная кислота приводит некоторые металлы (железо, алюминий, хром) в пассивное состояние. Степень окисления азота в азотной кислоте равна +5. Чем выше концентрация HNO 3 тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной азотной кислотой обычно выделяется N0 2 . При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например, медью, выделяется NO.


Применение. В больших количествах она используется для производства азотных удобрений, красителей, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов. Азотная кислота применяется в производстве серной кислоты нитрозным способом, используется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.

Соли азотной кислоты. Одноосновная азотная кислота образует только средние соли, которые называются нитраты. Все нитраты хорошо растворяются в воде, а при нагревании разлагаются с выделением кислорода.

Нитраты наиболее активных металлов, которые в ряду стандартных электродных потенциалов находятся левее магния, переходят в нитриты.

Среди солей азотной кислоты наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые на практике называются селитрами. Селитры используются главным образом как удобрения.

Азотные удобрения Нитрат аммония (аммиачная селитра) Это наиболее эффективное, богатое азотом удобрение. Содержит 33-35% азота в нитратной и аммиачной форме. Легко растворяется в воде, хорошо действует на многих почвах Сульфат аммония Содержит около 21% азота. Представляет собой бесцветные кристаллы ромбической формы. Это удобрение менее гигроскопично, чем нитрат аммония, не слеживается, не огнеопасно Мочевина Это наиболее ценное азотсодержащее удобрение. Мочевина содержит наибольшее количество азота (около 46%) в хорошо усваиваемой растениями форме. Она представляет собой бесцветные или желтоватые кристаллы, хорошо растворяется в воде. Мочевина не взрывоопасна, мало гигроскопична, не слеживается Нитрат калия (калийная селитра) Калийная селитра содержит приблизительно в 3 раза больше калия, чем азота. Поэтому ее применяют в комбинации с другими удобрениями Нитрат кальция (норвежская селитра) Ценное азотное удобрение. Содержит около 13% азота Хлорид аммония Представляет собой белый порошок, содержит около 25% азота

Задача 1 . Определите, как изменяется прочность соединений в ряду: HF, НСl, НВr, HI.

Решение . У этих двухатомных молекул прочность связи зависит от длины связи. А поскольку радиус атома при переходе от фтора к иоду возрастает, то длина связи Н — галоген в этом направлении возрастает, т.е. прочность соединений при переходе от фтора к иоду уменьшается.

Задача 2 . Сколько электронов и протонов содержат следующие молекулы и ионы: а) AlH 4 — ; б) NF 3 ?

Решение

а) Число протонов в атоме элемента равно порядковому номеру элемента, поэтому атом алюминия содержит 13 протонов, атом водорода — один протон. Всего в ионе содержится 17 протонов. Заряд иона равен -1, поэтому число электронов на единицу превышает число протонов и равно 18.

б) Атом азота содержит 7 протонов, атом фтора — 9 протонов. Всего в молекуле NF 3 содержится 7+3 9 = 34 протона. Заряд молекулы равен 0, поэтому число электронов равно числу протонов.

Ответ . а) 17 протонов, 18 электронов; б) 34 протона, 34 электрона.

Задача 3 . Каковы валентность и степень окисления азота: а) в азотной кислоте; б) в хлориде аммония?

Решение .

а) Структурную формулу азотной кислоты иногда изображают с пятивалентным азотом следующим образом:

O // H - O - N \\ O

В действительности, пятивалентный азот не существует, поскольку для этого атом азота должен иметь пять неспаренных электронов.

Распаривание 2s-электронов азота требует очень большой затраты энергии и практически не происходит. Атом азота в азотной кислоте имеет валентность IV. Три ковалентные связи N-О образованы за счет неспаренных электронов, и одна — за счет неподеленной пары электронов азота. Структурную формулу азотной кислоты можно писать так:

O / H - O - N \\ O

где стрелочка обозначает донорно-акцепторную связь. Степень окисления водорода равна +1, кислорода -2, а сумма степеней окисления атомов в молекуле равна 0, поэтому на долю атома азота приходится условный заряд +5.

б) Валентность азота в ионе равна IV. Три ковалентные связи N-Н образованы за счет неспаренных электронов азота, и одна — за счет неподеленной пары электронов.

Степень окисления водорода равна +1, а сумма степеней окисления атомов в ионе равна заряду иона (-1), поэтому на долю атома азота приходится условный заряд -3.

Ответ . а) валентность IV, степень окисления +5. б) валентность IV, степень окисления -3.

Задача 4 . Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: К 2 MnО 4 ; Ba(ClO 3) 2 ; F 2 O; Ca(NO 2) 2 ; H 2 SiF 6 ; H 2 O 2 ; Cr 2 (SO 4) 3 .

Решение . Используем следующие правила определения степеней окисления: 1) сумма степеней окисления атомов в молекуле равна 0; 2) степень окисления Н равна +1 в соединениях с неметаллами; 3) степень окисления О равна -2, кроме соединений со фтором и перекисных соединений; 4) степень окисления F фтора равна -1; 5) степень окисления металла равна заряду иона металла. Используя эти правила, находим:

1) K 2 MnO 4: K +1 , Mn +6 , O -2 ;

2) Ba(ClO 3) 2: Ba +2 , Cl +5 , O -2 ;

3) F 2 O: F -1 , O +2 ;

4) Ca(NO 2) 2: Ca +2 , N +3 , O -2 ;

5) H 2 SiF 2: H +1 , Si +4 , F -1 ;

6) H 2 O 2: H +1 , O -1 ;

7) Cr 2 (SO 4) 3: Cr +3 , S +6 , O -2 .

Задача 5 . Приведите структурную формулу 3-аминобензойной кислоты. Укажите характер химических связей, валентности и степени окисления элементов.

Решение . Все связи в молекуле 3-аминобензойной кислоты — ковалентные полярные, кроме связей С-С в бензольном кольце, которые являются ковалентными неполярными:

Валентности элементов равны: С — IV, О — II, Н — I, N — III. Степени окисления: Н +1 , О -2 , N -3 . Степени окисления атомов углерода различны. Атомы С в бензольном кольце при связях С-Н имеют степень окисления -1 (т.к. углерод — более электроотрицательный элемент, чем водород), атом С при связи С-N имеет степень окисления +1 (азот более электроотрицателен, чем углерод), атом С при связи С-С — степень окисления 0 (связь между одинаковыми атомами). Наконец, атом С в группе СООН связан тремя связями с более электроотрицательными атомами О и имеет степень окисления +3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Азот – седьмой по счету элемент Периодической таблицы. Расположен во втором периоде V группы A подгруппы. Обозначение – N.

Азот - типичный неметаллический элемент, по электроотрицательности (3,0) уступает лишь фтору и кислороду.

Природный азот состоит из двух устойчивых изотопов 14 N (99,635%) и 15 N (0,365%).

Молекула азота двухатомна. Между атомами азота в молекуле есть тройная связь, вследствие чего молекула N 2 исключительно прочная. Молекулярный азот химически малоактивен, слабо поляризуется.

В обычных условиях молекулярный азот - газ. Температуры плавления (-210 o С) и кипения (-195,8 o С) азота очень низкие; он плоха растворяется в воде и других растворителях.

Степень окисления азота в соединениях

Азот образует двухатомные молекулы состава N 2 за счет наведения ковалентных неполярных связей, а, как известно, в соединениях с неполярными связями степень окисления элементов равна нулю .

Для азота характерен целый спектр степеней окисления, среди которых есть как положительные, так и отрицательные.

Степень окисления (-3) азот проявляет в соединениях под названием нитриды (Mg +2 3 N -3 2 , B +3 N -3), самым известным из которых является аммиак (N -3 H +1 3).

Степень окисления (-2) азот проявляет в соединениях перикисного типа - пернитридах, простейшим представителем которых является гидразин (диамид/ пернитрид водорода) - N -2 2 H 2 .

В соединении под названием гидроксиламин - N -1 H 2 OH-азот проявляет степень окисления (-1) .

Наиболее устойчивые положительные степени окисления азота - это (+3) и (+5) . Первую из них он проявляет во фториде (N +3 F -1 3), оксиде (N +3 2 O -2 3), оксогалогенидах (N +3 OCl, N +3 OBr и т.д.), а также производных аниона NO 2 — (KN +3 O 2 , NaN +3 O 2 и др.). Степень окисления (+5) азот проявляет в оксиде N +5 2 O 5 , оксонитриде N +5 ON, диоксофториде N +5 O 2 F, а также в триоксонитрат (V) -ионе NO 3 — и динитридонитрат (V) -ионе NH 2 — .

Азот также проявляет степени окисления (+1) - N +1 2 O, (+2) - N +2 O и (+4) N +4 O 2 в своих соединениях, но значительно реже.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Укажите степени окисления кислорода в соединениях: La 2 O 3 , Cl 2 O 7 , H 2 O 2 , Na 2 O 2 , BaO 2 , KO 2 , KO 3 , O 2 , OF 2 .
Ответ Кислород образует несколько типов бинарных соединений, в которых проявляет характерные степени окисления. Так, если кислород входит в состав оксидов, то его степень окисления равна (-2), как в La 2 O 3 и Cl 2 O 7 .

В пероксидах степень окисления кислорода равна (-1): H 2 O 2 , Na 2 O 2 , BaO 2 .

В соединении с фтором (OF 2) степень окисления кислорода равна (+2).

Степень окисления элемента в простом веществе всегда равна нулю (O o 2).

Вещества состава KO 2 и KO 3 - это суперпероксид (надпероксид) и озонид калия, в которых кислород проявляет дробные значения степеней окисления: (-1/2) и (-1/3).
Ответ (-2), (-2), (-1), (-1), (-1), (-1/2), (-1/3), 0 и (+2).

ПРИМЕР 2

Задание Укажите степени окисления азота в соединениях:NH 3 , N 2 H 4 , NH 2 OH, N 2 , N 2 O, NO, N 2 O 3 , NO 2 , N 2 O 5 .
Решение Степень окисления элемента в простом веществе всегда равна нулю (N o 2).

Известно, что в оксидах степень окисления кислорода равна (-2). С помощью уравнения электронейтральности определяем, что степени окисления азота в оксидах равны: N +1 2 O, N +2 O, N +3 2 O 3 , N +4 O 2 , N +5 2 O 5 .

Азот - едва ли не самый распространенный химический элемент во всей Солнечной Системе. Если быть конкретнее, то азот занимает 4 место по распространенности. Азот в природе - инертный газ.

Этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, его очень трудно растворить в воде. Однако соли-нитраты имеют свойство очень хорошо реагировать с водой. Азот имеет малую плотность.

Азот - удивительный элемент. Есть предположение, что свое название он получил из древнегреческого языка, что в переводе с него значит «безжизненный, испорченный». Отчего же такое негативное отношение к азоту? Ведь нам известно, что он входит в состав белков, а дыхание без него практически невозможно. Азот играет важную роль в природе. Но в атмосфере этот газ инертен. Если его взять таким, какой он есть в первозданном виде, то возможно множество побочных эффектов. Пострадавший может даже умереть от удушья. Ведь азот оттого и называется безжизненным, что не поддерживает ни горения, ни дыхания.

При обычных условиях такой газ реагирует только с литием, образовывая такое соединение, как нитрид лития Li3N. Как мы видим, степень окисления азота в таком соединении равна -3. С остальными металлами и конечно же, реагирует тоже, однако лишь при нагревании или при использовании различных катализаторов. К слову говоря, -3 - низшая степень окисления азота, так как только 3 электрона нужны для полного заполнения внешнего энергетического уровня.

Этот показатель имеет разнообразные значения. Каждая степень окисления азота имеет свое соединение. Такие соединения лучше просто запомнить.

5 - высшая степень окисления у азота. Встречается в и во всех солях-нитратах.