nitrogén-oxidok
a nitrogén az oxigéntől jobbra található a periódusos rendszerben. A nitrogén kevésbé elektronegatív, mint az oxigén. Minden N-O kötés poláris kötések több elektronsűrűség az oxigénatom.
a nitrogénnek 5 vegyértékű elektronja van, és egy sorban van, maximális valenciaszáma 8. Jellemzően 3 kötvényt alkot, és van egy magányos párja (: NH3), vagy 4 kötvényt hoz létre pozitív töltéssel (NH4+).
a nitrogén egyike azon kevés elemeknek, amelyek könnyen erős többszörös kötéseket képeznek., (A szén egy másik.) A molekuláris nitrogénben nagyon erős hármas kötés van a nitrogénatomok között. Az azidok n = n kötési energiája kevesebb, mint a háromszoros kötések energiájának fele, az N-N kötések pedig meglehetősen gyengék. Az egyszeri n-o kötvények lényegesen gyengébbek, mint az N-H kötvények. Az N-X bond energiák összefoglalása (kJ/mol-ban) az alábbiakban található.
a légkörben lévő nitrogénvegyületek többsége a molekuláris nitrogénen kívül nitrogén-oxid.,
- a) N2O, vagy dinitrogén-oxid, és néhány NO, vagy nitrogén-monoxid, baktériumok termelik a talajban és az óceánokban. A troposzférában a dinitrogén-oxid viszonylag nem aktív, a sztratoszférában a salétromsav és más nitrogén-oxidok fő forrása. Láttuk, hogy ez fontos a sztratoszféra ózonrétegének ózonpusztulásával kapcsolatos kémiában.
(b) a nitrogén-monoxid (NO) az O2 és N2 villámcsapásokban történő kombinációjából ered. Ez egy radikális, így nagyon reaktív a légkörben. A NO reakciója oxigénatommal vagy ózonnal nitrogén-dioxidot termel.,
(c) a nitrogén-dioxid (NO2) egy barna gáz, amely felelős a fotokémiai szmog színéért. Ez egy radikális, így reaktív a légkörben. A nitrogén-dioxid egyensúlyban van színtelen dimerjével, az N2O4-gyel. A látható fény fotolizálhatja a NO2-t a NO-ra és az oxigénatomot.
(D) a dinitrogén-tetraoxid (N2O4) színtelen gáz, nagyon gyenge n-N kötéssel, egyensúlyban van a NO2-vel.
(e) egyéb semleges nitrogén-oxidok: N2O5 és N2O3.
(f) a nitrogén-trioxid (NO3) az egyik oxigénatomon páratlan elektronnal rendelkező gyök., Reaktivitása hasonló a hidroxi-radikális (HO) reakciójához.
A no2, N2O4 és N2O5 szerkezete az alábbiakban található.
nitrogén-dioxid egyensúly alacsony hőmérsékleten
vegyük figyelembe a nitrogén-dioxid dimerizációs reakcióját.
a két nitrogénközpontú gyökök összekapcsolásának aktiválási gátja alacsony, így az előre reakció gyors., Minden N-N kötés gyenge, ez pedig különösen gyenge az egyes nitrogénatomokra gyakorolt formális pozitív töltés visszataszító hatása miatt. Emiatt a fordított reakció aktiválási gátja is alacsony, a fordított reakció gyors.
ismerve a reakció 0 deg és 1 atmoszféra nyomáson történő szabad energiaváltását, kiszámolhatunk egy egyensúlyi állandót, és így a két gáz arányát.
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 = /
ezen az alacsony hőmérsékleten több N2O4-nek kell lennie, mint a NO2. Valójában minden no2 molekula esetében közel 7 n2o4 molekula lesz.
nitrogén-dioxid egyensúly magas hőmérsékleten
vegye figyelembe, hogy a Gibbs szabad energiát meghatározó egyenlet magában foglalja az entalpia kifejezést,H, valamint az entrópia kifejezést,S.,
G0 = H0 – TS0 az entalpia kifejezés a kémiai reakció által felszabaduló vagy abszorbeált hő. Meg tudjuk magyarázni az entalpia változását az elkészített vagy törött kötések relatív erejével. Általában ez a kifejezés nagy, és uralja a Gibbs szabad energia értékét.
a nitrogén-dioxid dimerizációjában azonban az entalpia változása kicsi, mert a kötés nagyon gyenge. Az entrópia kifejezés fontossá válik., Ez különösen igaz a magas hőmérsékleten, mert az entrópia kifejezés magában foglalja a hőmérsékletet, majd a hőmérséklettel nagyobb lesz.
Mi az entrópia? Ez a rendszer rendellenessége. Amikor megnézzük a nitrogén-dioxid dimerizációját, könnyű látni, hogy a sorrend növekszik (rendellenesség vagy entrópia csökken) előre. Két, elválasztott molekulát egy molekulává alakítanak át.
OK, a
s értéke negatív lesz, mivel az entrópia előre halad., 100 ° C-on az entrópia kifejezés elég nagy ahhoz, hogy megváltoztassa ag jelét. Ez a változás az egyensúlyi állandó: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 = /
ez A magasabb hőmérséklet, a monomer kedvelt a dimer az egyensúly. Lesz körülbelül 31 molekulák NO2 minden n2o4 egyensúlyban.,
Le Chatelier elve és Nyomáshatásai
ha a koncentráció, a hőmérséklet, a térfogat vagy a részleges nyomás változik egy egyensúlyi kémiai rendszerre, az egyensúly eltolódik a változás ellensúlyozására, és új egyensúly jön létre.
ezt az elvet felhasználhatjuk arra, hogy megjósoljuk, mi fog történni a NO2/N2O4 egyensúly nyomásváltozásával.
Az ideális gáztörvényből (PV=nRT) tudjuk, hogy a nyomás arányos a gázmolekulák számával. Amikor néhány NO2 molekula dimerizálódik, a molekulák teljes száma csökken.,
ezért a nyomás növekedésének új egyensúlyhoz kell vezetnie, amely jobban kedvez az N2O4-nek a NO2-nél.
a nyomás csökkenésének új egyensúlyhoz kell vezetnie, amely kedvez a NO2-nek az N2O4 felett.
Nézzen meg egy videót a Youtube-ról: