Oxidy Dusíku
Dusíku je doprava kyslíku v periodické tabulce. Dusík je méně elektronegativní než kyslík. Všechny n-o vazby jsou polární vazby s větší hustotou elektronů na atomu kyslíku.
dusík má 5 valenčních elektronů a je v řadě s maximálním valenčním číslem 8. Obvykle tvoří 3 vazby a má osamělý pár (: NH3) nebo vytváří 4 vazby s kladným nábojem (NH4+).
dusík je jedním z mála prvků, které snadno tvoří silné vícenásobné vazby., (Uhlík je jiný.) Existuje velmi silná trojná vazba mezi atomy dusíku v molekulárním dusíku. Energie n = n vazby azidů je menší než polovina energie trojné vazby a n-n vazby jsou poměrně slabé. Jednotlivé n-o dluhopisy jsou podstatně slabší než n-H dluhopisy. Shrnutí n-x bondových energií (v kJ/mol) je níže.
Většina sloučenin dusíku v atmosféře, na rozdíl od molekulárního dusíku, oxidy dusíku.,
- (a) N2O, nebo oxid dusný, a některé ne, nebo oxid dusnatý, jsou produkovány bakteriemi v půdě a v oceánech. Oxid dusný je v troposféře relativně neaktivní a je hlavním zdrojem kyseliny dusičné a dalších oxidů dusíku ve stratosféře. Viděli jsme, že je to důležité v chemii související s ničením ozonu ve stratosférické ozonové vrstvě.
(b) oxid dusnatý (NO) je výsledkem kombinace O2 a N2 při úderech blesku. Je to radikál a tak je v atmosféře velmi reaktivní. Reakce ne s atomem kyslíku nebo ozonem produkuje oxid dusičitý.,
(c) oxid dusičitý (NO2) je hnědý plyn, zodpovědný za barvu fotochemického smogu. Je to radikál, a tak je reaktivní v atmosféře. Oxid dusičitý je v rovnováze s bezbarvým dimerem N2O4. Viditelné světlo může fotolyzovat NO2 na No a atom kyslíku.
(d) Oxidu triželeza (N2O4) je bezbarvý plyn s velmi slabým N-N vazby a je v rovnováze s NO2.
(e) Mezi další neutrální oxidy dusíku patří n2o5 a N2O3.
(f) oxid dusnatý (NO3) je radikál s nepárovým elektronem na jednom z atomů kyslíku., Jeho reaktivita je podobná reaktivitě hydroxy radikálu (HO).
struktury No2, N2O4 a N2O5 jsou níže.
Oxidu dusičitého Rovnováhy při Nízké Teplotě
podívejme se na reakce dimerizace oxidu dusičitého.
aktivační bariéru pro spojení dvou dusíku-střed radikálů je nízká, takže reakce je rychlá., Všechny n-n vazby jsou slabé a tento zvláště slabý kvůli odpudivému účinku formálního pozitivního náboje na každý atom dusíku. Z tohoto důvodu je aktivační bariéra pro reverzní reakci také nízká a zpětná reakce je rychlá.
s Vědomím, Gibbsova volná energie změna pro reakce při 0 ° c a tlaku 1 atmosféry, můžeme vypočítat rovnovážnou konstantu a tak se poměr těchto dvou plynů.
G = – R T lnKeq-9.2 kJ/mol = až 9,2 x 103 J/mol = – (8.31 J K-1 mol-1)(273.15 K) lnKeq4.053 = lnKeq
e4.053 = Keq
57.,6 = Keq = /
Při této nízké teplotě by mělo být více N2O4 než NO2. Ve skutečnosti pro každou molekulu NO2 bude téměř 7 molekul N2O4.
Oxidu dusičitého Rovnováhy při Vysoké Teplotě
Všimněte si, že rovnice definující Gibbsova volná energie obsahuje termín pro entalpii, H a výraz pro entropii, .,
G0 = H0 – TS0 entalpie termín je teplo uvolněné nebo pohlcené chemické reakce. Entalpickou změnu můžeme vysvětlit pohledem na relativní sílu navázaných nebo zlomených vazeb. Obvykle je tento termín velký a dominuje Gibbsově volné energetické hodnotě.
V dimerizace oxidu dusičitého však změnu entalpie je malý, protože bond jsou vyrobeny nebo zlomené je velmi slabá. Termín entropie se stává důležitým., To platí zejména při vysoké teplotě, protože termín entropie zahrnuje teplotu a při teplotě se zvětšuje.
co je entropie? To je porucha systému. Když se podíváme na dimerizace oxidu dusičitého, je snadné vidět, že pořadí zvyšuje (porucha nebo entropie klesá) ve směru dopředu. Dvě, oddělené molekuly jsou přeměněny na jednu molekulu.
OK, hodnota
S bude negativní, protože entropie klesá ve směru dopředu., Při 100 ° C, entropie termín je dostatečně velký, aby změnit znaménko G. To je +8.4 kJ/mol při teplotě 100 stupňů. Tím se změní rovnovážná konstanta:G = – R T lnKeq+8.4 kJ/mol = 8.4 x 103 J/mol = – (8.31 J K-1 mol-1)(373.15 K) lnKeq-2.7 = lnKeq
e-2.7 = Keq
0.066 = Keq = /
V této vyšší teplotě, monomer je zvýhodněný oproti dimeru v rovnováze. Pro každou N2O4 v rovnováze bude asi 31 molekul NO2.,
Le chatelierův Princip a Účinky Tlaku
Když tam je změna v koncentraci, teplotu, objem, nebo parciální tlak na chemický systém v rovnováze, rovnováha posouvá k vyrovnání změn a nová rovnováha je usazen.
tento princip můžeme použít k předpovědi toho, co by se stalo s tlakovými změnami rovnováhy No2/N2O4.
z ideálního plynového zákona (PV=nRT) víme, že tlak je úměrný počtu molekul plynu. Když některé molekuly NO2 dimerizují, celkový počet molekul klesá.,
zvýšení tlaku by proto mělo vést k nové rovnováze, která zvýhodňuje N2O4 více než NO2.
snížení tlaku by mělo vést k nové rovnováze, která upřednostňuje NO2 před N2O4.
podívejte se na video z Youtube: