Nitrogenoxider
Kvælstof er til højre for ilt i den periodiske tabel. Nitrogen er mindre elektronegativt end ilt. Alle N-O-bindinger er polære bindinger med mere elektrondensitet på O .ygenatomet.
Nitrogen har 5 valenselektroner og er i en række med et maksimalt valensnummer på 8. Det danner typisk 3 obligationer og har en enlig par (:NH3) eller gør 4 obligationer med en positiv ladning (NH4+).
Nitrogen er et af de få elementer, der let danner stærke flere bindinger., (Kulstof er en anden.) Der er en meget stærk tredobbelt binding mellem nitrogenatomer i molekylært nitrogen. N=N-bindingsenergien af A .ider er mindre end halvdelen af energien i en tredobbelt binding, og N-n-bindinger er ret svage. Enkelte N-O-Obligationer er betydeligt svagere end n-h-obligationer. Et resum.af N-bond bond energier (i kJ/mol) er nedenfor.
de Fleste af kvælstofforbindelser i atmosfæren, bortset fra molekylær nitrogen, er nitrogenoxider.,
- (a) N2O, eller lattergas, og nogle nej, eller nitrogeno .id, produceres af bakterier i jorden og i oceanerne. Lattergas er relativt ureaktivt i troposfæren og er den vigtigste kilde til salpetersyre og andre kvælstofoxider i stratosfæren. Vi har set, at dette er vigtigt i kemi relateret til O .onødelæggelse i det stratosfæriske o .onlag.
(b) nitrogeno .id (NO) skyldes kombinationen af O2 og N2 i lynnedslag. Det er en radikal og så er meget reaktiv i atmosfæren. Reaktion af NO med o oxygenygenatom eller O .on producerer nitrogendio .id.,
(c) Nitrogendio .id (NO2) er en brun gas, der er ansvarlig for farven på fotokemisk smog. Det er en radikal og så er reaktiv i atmosfæren. Nitrogendio .id er i ligevægt med dets farveløse dimer, N2O4. Synligt lys kan fotolysere NO2 til NO og O oxygenygenatom.
(d) Dinitrogentetrao .id (N2O4) er en farveløs gas med en meget svag N-N-binding og er i ligevægt med NO2.
(E) andre neutrale nitrogeno .ider omfatter N2O5 og N2O3.
(f) Nitrogen trio .id (NO3) er en radikal med en uparret elektron på et af O .ygenatomerne., Dens reaktivitet ligner den af hydro radicalyradikalet (HO).
strukturerne for NO2, N2O4 og N2O5 er nedenfor.
Kvælstof, Kuldioxid Balance ved Lav Temperatur
Lad os overveje den mulige reaktion af nitrogendioxid.
aktivering barriere for koblingen af de to nitrogen-centreret radikaler er så lav, frem reaktion er hurtig., Alle n-n-bindinger er svage, og denne er især svag på grund af den afstødende virkning af den formelle positive ladning på hvert nitrogenatom. På grund af dette er aktiveringsbarrieren for den omvendte reaktion også lav, og den omvendte reaktion er hurtig.
ved at kende Gibbs fri energiændring for reaktionen ved 0 grader og 1 atmosfæretryk, kan vi beregne en ligevægtskonstant og dermed forholdet mellem de to gasser.
G = – R T lnKeq-9.2 kJ/mol = -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 = /
Der bør være mere N2O4 ved denne lave temperatur end NO2. Faktisk vil der for hvert molekyle af NO2 være næsten 7 molekyler N2O4.
Kvælstof, Kuldioxid Balance ved Høj Temperatur
Bemærke, at den ligning, der definerer Gibbs frie energi, der omfatter et udtryk for enthalpi,H, og et udtryk for entropi,S.,
G0 = H0 – TS0 Det enthalpi sigt er den varme, der frigives eller absorberes af den kemiske reaktion. Vi kan forklare den entalpiske ændring ved at se på den relative styrke af de bånd, der er lavet eller brudt. Normalt er dette udtryk stort og dominerer Gibbs gratis energiværdi.
ved nitrogendio .iddimerisering er entalpiændringen imidlertid lille, fordi bindingen, der laves eller brydes, er meget svag. Entropibetegnelsen bliver vigtig., Dette gælder især ved høj temperatur, fordi entropi termen inkluderer temperatur og bliver større med temperatur.
Hvad er entropi? Dette er systemets lidelse. Når vi ser på nitrogendio .iddimerisationen, er det let at se, at ordren stiger (forstyrrelse eller entropi falder) i fremadgående retning. To adskilte molekyler omdannes til et molekyle.
OK værdi
S vil være negativ, fordi entropi aftager i fremadgående retning., Ved 100 grader C, entropi sigt er stort nok til at ændre tegnet afG. Det er +8.4 kJ/mol ved 100 grader. Dette ændrer konstant ligevægt: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 = /
På dette højere temperatur, monomer er begunstiget over dimer i ligevægt. Der vil omkring 31 molekyler af NO2 for hver N2O4 ved ligevægt.,
Le Chateliers princip og Trykeffekter
når der sker en ændring i koncentration, temperatur, volumen eller partielt tryk til et kemisk system ved ligevægt, skifter ligevægten for at modvirke ændringen, og en ny ligevægt etableres.
vi kan bruge dette princip til at forudsige, hvad der ville ske med trykændringer i No2/N2O4-ligevægten.
vi ved fra den ideelle gaslov (PV=nRT), at trykket er proportional med antallet af gasmolekyler. Når nogle No2-molekyler dimeriserer, falder det samlede antal molekyler.,
derfor bør en stigning i trykket føre til en ny ligevægt, der favoriserer N2O4 mere end NO2.
et fald i trykket bør føre til en ny ligevægt, der favoriserer NO2 over N2O4.
Se en video fra Youtube: