1772 წელს შვედმა ქიმიკოსმა კარლ შელემ და შოტლანდიელმა ბოტანიკოსმა დანიელ რუტერფორდმა ცალ-ცალკე აღმოაჩინეს აზოტი. მეუფე კავენდიშმა და ლავუაზიემ ასევე დამოუკიდებლად მიიღეს აზოტი დაახლოებით ერთსა და იმავე დროს. ელემენტად პირველად აზოტი აღიარა ლავუაზიემ, რომელმაც დაარქვა "აზო", რაც ნიშნავს "უსიცოცხლო". ჩაპტალმა ელემენტს აზოტი დაარქვა 1790 წელს. სახელწოდება მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან "ნიტრი" (ნიტრატი შეიცავს აზოტს ნიტრატში)
Nitrogen Production Manufacturers - China Nitrogen Production Factory & Suppliers (xinfatools.com)
აზოტის წყაროები
აზოტი დედამიწაზე 30-ე ყველაზე უხვი ელემენტია. იმის გათვალისწინებით, რომ აზოტი შეადგენს ატმოსფერული მოცულობის 4/5-ს, ანუ 78%-ზე მეტს, ჩვენთვის ხელმისაწვდომია აზოტის თითქმის შეუზღუდავი რაოდენობა. აზოტი ასევე არსებობს ნიტრატების სახით სხვადასხვა მინერალებში, როგორიცაა ჩილეს მარილი (ნატრიუმის ნიტრატი), მარილიანი ან ნიტრი (კალიუმის ნიტრატი) და ამონიუმის მარილების შემცველი მინერალები. აზოტი იმყოფება ბევრ რთულ ორგანულ მოლეკულაში, მათ შორის ცილებს და ამინომჟავებს, რომლებიც გვხვდება ყველა ცოცხალ ორგანიზმში.
ფიზიკური თვისებები
აზოტი N2 არის უფერო, უგემოვნო და უსუნო გაზი ოთახის ტემპერატურაზე და ჩვეულებრივ არატოქსიკურია. გაზის სიმკვრივე სტანდარტულ პირობებში არის 1.25გ/ლ. აზოტი შეადგენს მთლიანი ატმოსფეროს 78,12%-ს (მოცულობითი წილი) და წარმოადგენს ჰაერის ძირითად კომპონენტს. ატმოსფეროში დაახლოებით 400 ტრილიონი ტონა გაზია.
სტანდარტული ატმოსფერული წნევის ქვეშ, როდესაც გაცივდება -195,8℃-მდე, ხდება უფერო სითხე. როდესაც გაგრილდება -209,86℃-მდე, თხევადი აზოტი ხდება თოვლის მსგავსი მყარი.
აზოტი აალებადია და ითვლება ასფიქსიურ გაზად (ანუ სუფთა აზოტის სუნთქვა ადამიანის ორგანიზმს ჟანგბადს ართმევს). აზოტს აქვს ძალიან დაბალი ხსნადობა წყალში. 283K-ზე წყლის ერთ მოცულობას შეუძლია დაშალოს დაახლოებით 0,02 ტომი N2.
ქიმიური თვისებები
აზოტს აქვს ძალიან სტაბილური ქიმიური თვისებები. ძნელია რეაგირება სხვა ნივთიერებებთან ოთახის ტემპერატურაზე, მაგრამ მას შეუძლია განიცადოს ქიმიური ცვლილებები გარკვეულ ნივთიერებებთან მაღალი ტემპერატურისა და მაღალი ენერგიის პირობებში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ადამიანებისთვის სასარგებლო ახალი ნივთიერებების წარმოებისთვის.
აზოტის მოლეკულების მოლეკულური ორბიტალური ფორმულა არის KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. სამი წყვილი ელექტრონი ხელს უწყობს შეკავშირებას, ანუ იქმნება ორი π ბმა და ერთი σ ბმა. შემაკავშირებელში არანაირი წვლილი არ არის და შემაკავშირებელ და შემაკავშირებელ ენერგიები დაახლოებით კომპენსირებულია და ისინი ექვივალენტურია მარტოხელა ელექტრონული წყვილების. ვინაიდან N2 მოლეკულაში არის სამმაგი ბმა N≡N, N2 მოლეკულას აქვს დიდი სტაბილურობა და მის ატომებად დაშლას სჭირდება 941,69 კჯ/მოლ ენერგია. N2 მოლეკულა ყველაზე სტაბილურია ცნობილ დიატომურ მოლეკულებს შორის, ხოლო აზოტის ფარდობითი მოლეკულური მასა არის 28. უფრო მეტიც, აზოტი ადვილი არ იწვება და არ უწყობს ხელს წვას.
ტესტის მეთოდი
ჩადეთ დამწვარი Mg ზოლი აზოტით სავსე გაზის შემგროვებელ ბოთლში და Mg ზოლი გააგრძელებს წვას. ამოიღეთ დარჩენილი ნაცარი (ოდნავ ყვითელი ფხვნილი Mg3N2), დაამატეთ მცირე რაოდენობით წყალი და გამომუშავეთ აირი (ამიაკი), რომელიც სველ წითელ ლაკმუსის ქაღალდს ლურჯად აქცევს. რეაქციის განტოლება: 3Mg + N2 = აალება = Mg3N2 (მაგნიუმის ნიტრიდი); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
აზოტის შემაკავშირებელი მახასიათებლები და ვალენტური ბმის სტრუქტურა
იმის გამო, რომ ერთი ნივთიერება N2 უკიდურესად სტაბილურია ნორმალურ პირობებში, ადამიანები ხშირად შეცდომით თვლიან, რომ აზოტი ქიმიურად არააქტიური ელემენტია. სინამდვილეში, პირიქით, ელემენტარულ აზოტს აქვს მაღალი ქიმიური აქტივობა. N-ის ელექტრონეგატიურობა (3.04) მეორეა მხოლოდ F და O-ს შემდეგ, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ მას შეუძლია შექმნას ძლიერი ბმები სხვა ელემენტებთან. გარდა ამისა, ერთი ნივთიერების N2 მოლეკულის სტაბილურობა უბრალოდ აჩვენებს N ატომის აქტივობას. პრობლემა ის არის, რომ ადამიანებმა ჯერ ვერ იპოვეს ოპტიმალური პირობები N2 მოლეკულების გასააქტიურებლად ოთახის ტემპერატურასა და წნევაზე. მაგრამ ბუნებაში, მცენარეთა კვანძებზე არსებულ ზოგიერთ ბაქტერიას შეუძლია ჰაერში N2 გარდაქმნას აზოტის ნაერთებად დაბალი ენერგიის პირობებში ნორმალურ ტემპერატურასა და წნევაზე და გამოიყენოს ისინი, როგორც სასუქი მოსავლის ზრდისთვის.
ამიტომ, აზოტის ფიქსაციის შესწავლა ყოველთვის იყო მნიშვნელოვანი სამეცნიერო კვლევის თემა. ამიტომ, ჩვენთვის აუცილებელია დეტალურად გავიგოთ აზოტის შემაკავშირებელი მახასიათებლები და ვალენტური ბმის სტრუქტურა.
ბონდის ტიპი
N ატომის ვალენტური ელექტრონული შრის სტრუქტურა არის 2s2p3, ანუ არის 3 ერთჯერადი ელექტრონი და წყვილი მარტოხელა ელექტრონული წყვილი. ამის საფუძველზე, ნაერთების ფორმირებისას შეიძლება წარმოიქმნას ბმის შემდეგი სამი ტიპი:
1. იონური ბმების ფორმირება 2. კოვალენტური ბმის ფორმირება 3. საკოორდინაციო ბმის ფორმირება
1. იონური ბმების ფორმირება
N ატომებს აქვთ მაღალი ელექტრონეგატიურობა (3.04). როდესაც ისინი ქმნიან ორობით ნიტრიდებს დაბალი ელექტრონეგატიურობის მქონე ლითონებთან, როგორიცაა Li (ელექტროუარყოფითობა 0,98), Ca (ელექტროუარყოფითობა 1,00) და Mg (ელექტროუარყოფითობა 1,31), მათ შეუძლიათ მიიღონ 3 ელექტრონი და შექმნან N3- იონები. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ignite= Mg3N2 N3- იონებს აქვთ უფრო მაღალი უარყოფითი მუხტი და უფრო დიდი რადიუსი (171pm). ისინი ძლიერ ჰიდროლიზდებიან წყლის მოლეკულებთან შეხვედრისას. ამრიგად, იონური ნაერთები შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ მშრალ მდგომარეობაში და არ იქნება N3- ჰიდრატირებული იონები.
2. კოვალენტური ბმების წარმოქმნა
როდესაც N ატომები ქმნიან ნაერთებს არალითონებთან მაღალი ელექტრონეგატიურობით, წარმოიქმნება შემდეგი კოვალენტური ბმები:
⑴N ატომები იღებენ sp3 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობას, ქმნიან სამ კოვალენტურ ბმას, ინარჩუნებენ მარტოხელა ელექტრონების წყვილს და მოლეკულური კონფიგურაცია არის ტრიგონალური პირამიდული, როგორიცაა NH3, NF3, NCl3 და ა.შ. თუ წარმოიქმნება ოთხი კოვალენტური ერთჯერადი ბმა, მოლეკულური კონფიგურაცია არის ჩვეულებრივი ტეტრაედონი, როგორიცაა NH4+ იონები.
⑵N ატომები იღებენ sp2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობას, ქმნიან ორ კოვალენტურ ბმას და ერთ კავშირს და ინარჩუნებენ მარტოხელა ელექტრონების წყვილს, ხოლო მოლეკულური კონფიგურაცია არის კუთხოვანი, როგორიცაა Cl—N=O. (N ატომი ქმნის σ კავშირს და π კავშირს Cl ატომთან, ხოლო მარტოხელა ელექტრონული წყვილი N ატომზე აქცევს მოლეკულას სამკუთხედს.) თუ არ არის მარტოხელა ელექტრონული წყვილი, მოლეკულური კონფიგურაცია არის სამკუთხა, როგორიცაა HNO3 მოლეკულა ან NO3- იონი. აზოტის მჟავის მოლეკულაში N ატომი აყალიბებს სამ σ კავშირს სამ O ატომთან შესაბამისად, ხოლო ელექტრონების წყვილი მის π ორბიტალზე და ერთი π ელექტრონები ორი O ატომიდან ქმნიან სამცენტრიან ოთხელექტრონიან დელოკალიზებულ π კავშირს. ნიტრატ იონში ოთხცენტრიანი ექვსელექტრონიანი დელოკალიზებული დიდი π ბმა წარმოიქმნება სამ O ატომსა და ცენტრალურ N ატომს შორის. ეს სტრუქტურა ქმნის N ატომის აშკარა დაჟანგვის რიცხვს აზოტის მჟავაში +5. დიდი π ობლიგაციების არსებობის გამო, ნიტრატი საკმარისად სტაბილურია ნორმალურ პირობებში. ⑶ N ატომი იღებს sp ჰიბრიდიზაციას კოვალენტური სამმაგი ბმის შესაქმნელად და ინარჩუნებს მარტოხელა ელექტრონულ წყვილს. მოლეკულური კონფიგურაცია არის წრფივი, როგორიცაა N ატომის სტრუქტურა N2 მოლეკულაში და CN-.
3. საკოორდინაციო ობლიგაციების ფორმირება
როდესაც აზოტის ატომები ქმნიან მარტივ ნივთიერებებს ან ნაერთებს, ისინი ხშირად ინარჩუნებენ მარტოხელა ელექტრონულ წყვილებს, ამიტომ ასეთ მარტივ ნივთიერებებს ან ნაერთებს შეუძლიათ იმოქმედონ როგორც ელექტრონული წყვილის დონორები ლითონის იონების კოორდინაციისთვის. მაგალითად, [Cu(NH3)4]2+ ან [Tu(NH2)5]7 და ა.შ.
ჟანგვის მდგომარეობა-გიბის თავისუფალი ენერგიის დიაგრამა
ასევე ჩანს აზოტის ჟანგვის მდგომარეობის-გიბსის თავისუფალი ენერგიის დიაგრამიდან, რომ, გარდა NH4 იონებისა, N2 მოლეკულა ჟანგვის რიცხვით 0 არის დიაგრამაზე მრუდის ყველაზე დაბალ წერტილში, რაც მიუთითებს, რომ N2 არის თერმოდინამიკურად. სტაბილური აზოტის ნაერთებთან შედარებით სხვა დაჟანგვის რიცხვებით.
სხვადასხვა აზოტის ნაერთების მნიშვნელობები ჟანგვის ნომრებით 0-დან +5-მდე არის ყველა ხაზის ზემოთ, რომელიც აკავშირებს ორ წერტილს HNO3 და N2 (ხაზოვანი ხაზი დიაგრამაში), ამიტომ ეს ნაერთები თერმოდინამიკურად არასტაბილურია და მიდრეკილია დისპროპორციული რეაქციებისკენ. დიაგრამაზე N2 მოლეკულაზე დაბალი მნიშვნელობის მქონე ერთადერთია NH4+ იონი. [1] აზოტის დაჟანგვის მდგომარეობის-გიბსის თავისუფალი ენერგიის დიაგრამიდან და N2 მოლეკულის სტრუქტურიდან ჩანს, რომ ელემენტი N2 არააქტიურია. მხოლოდ მაღალი ტემპერატურის, მაღალი წნევისა და კატალიზატორის არსებობის პირობებში აზოტს შეუძლია წყალბადთან ურთიერთქმედება ამიაკის წარმოქმნით: გამონადენის პირობებში აზოტი შეიძლება გაერთიანდეს ჟანგბადთან და წარმოქმნას აზოტის ოქსიდი: N2+O2=გამონადენი=2NO აზოტის ოქსიდი სწრაფად ერწყმის ჟანგბადს. აზოტის დიოქსიდის ფორმირება 2NO+O2=2NO2 აზოტის დიოქსიდი იხსნება წყალში და წარმოქმნის აზოტის მჟავას, აზოტის ოქსიდი 3NO2+H2O=2HNO3+NO განვითარებული ჰიდროენერგეტიკის მქონე ქვეყნებში ეს რეაქცია გამოიყენებოდა აზოტის მჟავის წარმოებისთვის. N2 რეაგირებს წყალბადთან ამიაკის წარმოქმნით: N2+3H2=== (შექცევადი ნიშანი) 2NH3 N2 რეაგირებს დაბალი იონიზაციის პოტენციალის მქონე ლითონებთან და რომელთა ნიტრიდებს აქვთ მაღალი ბადის ენერგია იონური ნიტრიდების წარმოქმნით. მაგალითად: N2-ს შეუძლია პირდაპირ რეაგირება მოახდინოს მეტალის ლითიუმთან ოთახის ტემპერატურაზე: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 რეაგირებს მიწის ტუტე ლითონებთან Mg, Ca, Sr, Ba ინკანდესენტურ ტემპერატურაზე: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 შეუძლია მხოლოდ ბორთან და ალუმინთან რეაგირებს ინკანდესენტურ ტემპერატურაზე: 2 B + N2=== 2 BN (მაკრომოლეკულური ნაერთი) N2 ჩვეულებრივ რეაგირებს სილიციუმთან და ჯგუფის სხვა ელემენტებთან 1473K-ზე მაღალ ტემპერატურაზე.
აზოტის მოლეკულა ხელს უწყობს სამი წყვილი ელექტრონის შეკავშირებას, ანუ ქმნის ორ π კავშირს და ერთ σ ბმას. ის არ უწყობს ხელს შეკავშირებას და შემაკავშირებელ და შემაკავშირებელ ენერგიას დაახლოებით კომპენსირებული აქვს და ისინი ექვივალენტურია მარტოხელა ელექტრონული წყვილების. იმის გამო, რომ N2 მოლეკულაში არის სამმაგი ბმა N≡N, N2 მოლეკულას აქვს დიდი სტაბილურობა და მის ატომებად დაშლას სჭირდება 941,69 კჯ/მოლ ენერგია. N2 მოლეკულა ყველაზე სტაბილურია ცნობილ დიატომურ მოლეკულებს შორის, ხოლო აზოტის ფარდობითი მოლეკულური მასა არის 28. უფრო მეტიც, აზოტი ადვილი არ იწვება და არ უწყობს ხელს წვას.
გამოქვეყნების დრო: ივლის-23-2024
