Carl Scheele, 'n Sweedse chemikus, en Daniel Rutherford, 'n Skotse plantkundige, het stikstof afsonderlik in 1772 ontdek. Eerwaarde Cavendish en Lavoisier het omtrent dieselfde tyd ook onafhanklik stikstof verkry. Stikstof is eers deur Lavoisier as 'n element erken, wat dit "azo" genoem het, wat "lewendig" beteken. Chaptal het die element stikstof in 1790 genoem. Die naam is afgelei van die Griekse woord "nitre" (nitraat wat stikstof in nitraat bevat)
Stikstofproduksievervaardigers - China Stikstofproduksiefabriek en verskaffers (xinfatools.com)
Bronne van stikstof
Stikstof is die 30ste volopste element op aarde. As in ag geneem word dat stikstof 4/5 van die atmosferiese volume uitmaak, of meer as 78%, het ons byna onbeperkte hoeveelhede stikstof tot ons beskikking. Stikstof bestaan ook in die vorm van nitrate in 'n verskeidenheid minerale, soos Chileense salpeter (natriumnitraat), salpeter of nitre (kaliumnitraat), en minerale wat ammoniumsoute bevat. Stikstof is teenwoordig in baie komplekse organiese molekules, insluitend proteïene en aminosure teenwoordig in alle lewende organismes
Fisiese eienskappe
Stikstof N2 is 'n kleurlose, smaaklose en reuklose gas by kamertemperatuur, en is gewoonlik nie-giftig. Die gasdigtheid onder standaardtoestande is 1,25g/L. Stikstof maak 78,12% van die totale atmosfeer (volumefraksie) uit en is die hoofkomponent van lug. Daar is ongeveer 400 triljoen ton gas in die atmosfeer.
Onder standaard atmosferiese druk, wanneer dit afgekoel word tot -195.8 ℃, word dit 'n kleurlose vloeistof. Wanneer dit afgekoel word tot -209.86℃, word vloeibare stikstof 'n sneeuagtige vaste stof.
Stikstof is nie-vlambaar en word as 'n versmorende gas beskou (dws aseming van suiwer stikstof ontneem die menslike liggaam van suurstof). Stikstof het 'n baie lae oplosbaarheid in water. By 283K kan een volume water ongeveer 0,02 volumes N2 oplos.
Chemiese eienskappe
Stikstof het baie stabiele chemiese eienskappe. Dit is moeilik om met ander stowwe by kamertemperatuur te reageer, maar dit kan chemiese veranderinge ondergaan met sekere stowwe onder hoë temperatuur en hoë energie toestande, en kan gebruik word om nuwe stowwe te produseer wat nuttig is vir mense.
Die molekulêre orbitaalformule van stikstofmolekules is KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Drie pare elektrone dra by tot binding, dit wil sê twee π-bindings en een σ-binding word gevorm. Daar is geen bydrae tot binding nie, en die bindings- en anti-bindingsenergieë is ongeveer verreken, en hulle is gelykstaande aan eensame elektronpare. Aangesien daar 'n drievoudige binding N≡N in die N2-molekule is, het die N2-molekule groot stabiliteit, en dit neem 941,69 kJ/mol energie om dit in atome te ontbind. Die N2-molekule is die mees stabiele van die bekende diatomiese molekules, en die relatiewe molekulêre massa van stikstof is 28. Daarbenewens is stikstof nie maklik om te verbrand nie en ondersteun nie verbranding nie.
Toets metode
Plaas die brandende Mg-staaf in die gasopvangbottel wat met stikstof gevul is, en die Mg-staaf sal aanhou brand. Onttrek die oorblywende as (effens geel poeier Mg3N2), voeg 'n klein hoeveelheid water by en produseer 'n gas (ammoniak) wat die nat rooi lakmoespapier blou maak. Reaksievergelyking: 3Mg + N2 = ontsteking = Mg3N2 (magnesiumnitried); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
Bindingseienskappe en valensiebindingstruktuur van stikstof
Omdat die enkele stof N2 onder normale toestande uiters stabiel is, glo mense dikwels verkeerdelik dat stikstof 'n chemies onaktiewe element is. Trouens, inteendeel, elementêre stikstof het hoë chemiese aktiwiteit. Die elektronegatiwiteit van N (3.04) is slegs tweede na F en O, wat aandui dat dit sterk bindings met ander elemente kan vorm. Daarbenewens toon die stabiliteit van die enkelstof N2-molekule net die aktiwiteit van die N-atoom. Die probleem is dat mense nog nie die optimale toestande gevind het om N2-molekules by kamertemperatuur en -druk te aktiveer nie. Maar in die natuur kan sommige bakterieë op plantnodules N2 in die lug omskakel in stikstofverbindings onder lae-energie toestande by normale temperatuur en druk, en dit as kunsmis vir gewasgroei gebruik.
Daarom was die studie van stikstofbinding nog altyd 'n belangrike wetenskaplike navorsingsonderwerp. Daarom is dit vir ons nodig om die bindingseienskappe en valensiebindingstruktuur van stikstof in detail te verstaan.
Bond tipe
Die valenselektronlaagstruktuur van die N-atoom is 2s2p3, dit wil sê, daar is 3 enkelelektrone en 'n paar eensame elektronpare. Op grond hiervan, wanneer verbindings gevorm word, kan die volgende drie bindingstipes gegenereer word:
1. Vorm ioniese bindings 2. Vorm kovalente bindings 3. Vorm koördinasiebindings
1. Vorming van ioniese bindings
N atome het 'n hoë elektronegatiwiteit (3.04). Wanneer hulle binêre nitriede vorm met metale met laer elektronegatiwiteit, soos Li (elektronegatiwiteit 0.98), Ca (elektronegatiwiteit 1.00) en Mg (elektronegatiwiteit 1.31), kan hulle 3 elektrone verkry en N3- ione vorm. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ontbrand= Mg3N2 N3- ione het 'n hoër negatiewe lading en 'n groter radius (171pm). Hulle sal sterk gehidroliseer word wanneer hulle watermolekules teëkom. Daarom kan ioniese verbindings slegs in 'n droë toestand bestaan, en daar sal geen gehidreerde ione van N3- wees nie.
2. Vorming van kovalente bindings
Wanneer N-atome verbindings met nie-metale met hoër elektronegatiwiteit vorm, word die volgende kovalente bindings gevorm:
⑴N atome neem sp3 hibridisasie toestand, vorm drie kovalente bindings, behou 'n paar alleen elektronpare, en die molekulêre konfigurasie is trigonaal piramidaal, soos NH3, NF3, NCl3, ens. As vier kovalente enkelbindings gevorm word, is die molekulêre konfigurasie 'n gereelde tetraëder, soos NH4+-ione.
⑵N atome neem sp2 hibridisasie toestand, vorm twee kovalente bindings en een binding, en behou 'n paar alleen elektronpare, en die molekulêre konfigurasie is hoekig, soos Cl—N=O. (N-atoom vorm 'n σ-binding en 'n π-binding met Cl-atoom, en 'n paar eensame elektronpare op N-atoom maak die molekule driehoekig.) As daar nie 'n eensame elektronpaar is nie, is die molekulêre konfigurasie driehoekig, soos HNO3-molekule of NO3-ioon. In salpetersuurmolekule vorm N-atoom drie σ-bindings met drie O-atome onderskeidelik, en 'n paar elektrone op sy π-orbitaal en die enkele π-elektrone van twee O-atome vorm 'n drie-sentrum vier-elektron gedelokaliseerde π-binding. In nitraation word 'n vier-sentrum ses-elektron gedelokaliseerde groot π-binding tussen drie O-atome en die sentrale N-atoom gevorm. Hierdie struktuur maak die oënskynlike oksidasiegetal van N-atoom in salpetersuur +5. As gevolg van die teenwoordigheid van groot π-bindings, is nitraat stabiel genoeg onder normale toestande. ⑶N-atoom neem sp-hibridisasie aan om 'n kovalente drievoudige binding te vorm en behou 'n paar eensame elektronpare. Die molekulêre konfigurasie is lineêr, soos die struktuur van N-atoom in N2-molekule en CN-.
3. Vorming van koördinasiebande
Wanneer stikstofatome eenvoudige stowwe of verbindings vorm, behou hulle dikwels alleen elektronpare, so sulke eenvoudige stowwe of verbindings kan as elektronpaarskenkers optree om na metaalione te koördineer. Byvoorbeeld, [Cu(NH3)4]2+ of [Tu(NH2)5]7, ens.
Oksidasietoestand-Gibbs vrye energiediagram
Dit kan ook gesien word uit die oksidasietoestand-Gibbs vrye energiediagram van stikstof dat, behalwe vir NH4-ione, die N2-molekule met 'n oksidasiegetal van 0 op die laagste punt van die kromme in die diagram is, wat aandui dat N2 termodinamies is stabiel relatief tot stikstofverbindings met ander oksidasiegetalle.
Die waardes van verskeie stikstofverbindings met oksidasiegetalle tussen 0 en +5 is almal bokant die lyn wat die twee punte HNO3 en N2 verbind (die stippellyn in die diagram), dus is hierdie verbindings termodinamies onstabiel en geneig tot disproporsionasiereaksies. Die enigste een in die diagram met 'n laer waarde as die N2-molekule is die NH4+-ioon. [1] Uit die oksidasietoestand-Gibbs vrye energiediagram van stikstof en die struktuur van N2-molekule, kan gesien word dat elementêre N2 onaktief is. Slegs onder hoë temperatuur, hoë druk en die teenwoordigheid van 'n katalisator kan stikstof met waterstof reageer om ammoniak te vorm: Onder afvoertoestande kan stikstof met suurstof kombineer om stikstofoksied te vorm: N2+O2=afvoer=2NO Stikstofoksied kombineer vinnig met suurstof om vorm stikstofdioksied 2NO+O2=2NO2 Stikstofdioksied los in water op om salpetersuur te vorm, stikstofoksied 3NO2+H2O=2HNO3+NO In lande met ontwikkelde hidrokrag is hierdie reaksie gebruik om salpetersuur te produseer. N2 reageer met waterstof om ammoniak te produseer: N2+3H2=== (omkeerbare teken) 2NH3 N2 reageer met metale met lae ionisasiepotensiaal en waarvan die nitriede hoë roosterenergie het om ioniese nitriede te vorm. Byvoorbeeld: N2 kan direk met metaallitium by kamertemperatuur reageer: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 reageer met aardalkalimetale Mg, Ca, Sr, Ba by gloeiende temperature: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 kan reageer slegs met boor en aluminium by gloeiende temperature: 2 B + N2=== 2 BN (makromolekule verbinding) N2 reageer gewoonlik met silikon en ander groepelemente by 'n temperatuur hoër as 1473K.
Die stikstofmolekule dra drie pare elektrone by tot binding, dit wil sê, die vorming van twee π-bindings en een σ-binding. Dit dra nie by tot binding nie, en die bindings- en anti-bindingsenergieë is ongeveer verreken, en hulle is gelykstaande aan eensame elektronpare. Omdat daar 'n drievoudige binding N≡N in die N2-molekule is, het die N2-molekule groot stabiliteit, en dit neem 941.69kJ/mol energie om dit in atome te ontbind. Die N2-molekule is die mees stabiele van die bekende diatomiese molekules, en die relatiewe molekulêre massa van stikstof is 28. Daarbenewens is stikstof nie maklik om te verbrand nie en ondersteun nie verbranding nie.
Pos tyd: Jul-23-2024
