Tlenki azotu

tlenki azotu

azot jest po prawej stronie tlenu w układzie okresowym. Azot jest mniej elektronowy niż tlen. Wszystkie wiązania N-O są wiązaniami polarnymi o większej gęstości elektronów na atomie tlenu.
azot ma 5 elektronów walencyjnych i jest w rzędzie o maksymalnej liczbie walencyjnej 8. Zazwyczaj tworzy 3 wiązania i ma samotną parę (: NH3)lub tworzy 4 wiązania o ładunku dodatnim (NH4+).
azot jest jednym z niewielu pierwiastków, które łatwo tworzą silne wiązania wielokrotne., (Węgiel jest inny.) Między atomami azotu w cząsteczce azotu występuje bardzo silne wiązanie potrójne. Energia wiązania N=N azydów jest mniejsza niż połowa energii wiązania potrójnego, a wiązania N-N są dość słabe. Pojedyncze wiązania N-O są znacznie słabsze niż wiązania N-H. Poniżej znajduje się zestawienie energii wiązania N-X (w kJ/mol).

większość związków azotu w atmosferze, oprócz azotu molekularnego, to tlenki azotu.,

(a) N2O, czyli podtlenek azotu, a niektóre NO, czyli tlenek azotu, są wytwarzane przez bakterie w glebie i w oceanach. Podtlenek azotu jest stosunkowo niereaktywny w troposferze i jest głównym źródłem kwasu azotowego i innych tlenków azotu w stratosferze. Zauważyliśmy, że jest to ważne w chemii związanej z niszczeniem ozonu w stratosferycznej warstwie ozonowej.
(b) tlenek azotu (NO) powstaje w wyniku połączenia O2 i N2 w uderzeniach pioruna . Jest to Rodnik, więc jest bardzo reaktywny w atmosferze. W reakcji NO z atomem tlenu lub ozonem powstaje dwutlenek azotu.,
(c) dwutlenek azotu (NO2)jest gazem brunatnym, odpowiedzialnym za barwę smogu fotochemicznego . Jest to Rodnik i tak reaguje w atmosferze. Dwutlenek azotu jest w równowadze z bezbarwnym dimerem, N2O4. Światło widzialne może fotolizować NO2 do no i atom tlenu.
(d) tetraoksyd Dinitrogenu (N2O4) jest bezbarwnym gazem o bardzo słabym wiązaniu N-N i znajduje się w równowadze z NO2.
(e) inne neutralne tlenki azotu to N2O5 i N2O3 .
(f) tritlenek azotu (NO3) jest rodnikiem z niesparowanym elektronem na jednym z atomów tlenu., Jego reaktywność jest podobna do reakcji rodnika hydroksylowego (HO).

poniżej znajdują się struktury NO2, N2O4 i N2O5.

równowaga dwutlenku azotu w niskiej temperaturze

rozważmy reakcję dimeryzacji dwutlenku azotu.

bariera aktywacyjna dla sprzężenia dwóch rodników centrowanych azotem jest niska, więc reakcja przednia jest szybka., Wszystkie wiązania N-N są słabe, a to szczególnie słabe ze względu na odpychający wpływ formalnego ładunku dodatniego na każdy atom azotu. Z tego powodu bariera aktywacji dla reakcji odwrotnej jest również niska, a reakcja odwrotna jest szybka.

znając zmianę energii swobodnej Gibbsa dla reakcji przy 0 ° C i 1 ciśnieniu atmosferycznym, możemy obliczyć stałą równowagi, a więc stosunek dwóch gazów.

G = – R T lnKeq-9.2 kJ/mol = -9.2 x 103 J/mol = – (8.31 J K-1 mol-1)(273.15 K) lnkeq
4.053 = lnKeq
e4.053 = KEQ
57.,6 = Keq = /
w tak niskiej temperaturze powinno być więcej N2O4 niż NO2. W rzeczywistości na każdą cząsteczkę NO2 będzie prawie 7 cząsteczek N2O4.

równowaga dwutlenku azotu w wysokiej temperaturze

zauważ, że równanie definiujące energię wolną Gibbsa zawiera termin dla entalpii,H, oraz termin dla entropii,S.,

G0 = H0 – TS0
terminem entalpia jest ciepło uwalniane lub absorbowane przez reakcję chemiczną. Możemy wyjaśnić zmianę entalpii, patrząc na względną siłę wykonanych lub zerwanych wiązań. Zwykle termin ten jest duży i dominuje wartość energii swobodnej Gibbsa.
w dimeryzacji dwutlenku azotu zmiana entalpii jest jednak niewielka, ponieważ Wiązanie wykonane lub zerwane jest bardzo słabe. Pojęcie entropii staje się ważne., Jest to szczególnie ważne w wysokich temperaturach, ponieważ termin entropii obejmuje temperaturę i staje się większy wraz z temperaturą.
czym jest Entropia? To jest zaburzenie systemu. Kiedy spojrzymy na dimeryzację dwutlenku azotu, łatwo zauważyć, że kolejność wzrasta (zaburzenie lub Entropia maleje) w kierunku do przodu. Dwie, oddzielone cząsteczki są przekształcane w jedną cząsteczkę.

OK, wartośćs będzie ujemna, ponieważ Entropia maleje w kierunku do przodu., Przy 100 ° C termin entropii jest wystarczająco duży, aby zmienić znakG. wynosi on + 8,4 kJ/mol przy 100 ° C. Zmienia to stałą równowagi:
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 = /
w tej wyższej temperaturze monomer jest faworyzowany przez dimer w równowadze. Będzie około 31 cząsteczek NO2 dla każdego N2O4 w równowadze.,

zasada Le Chateliera i efekty ciśnienia

gdy zachodzi zmiana stężenia, temperatury, objętości lub ciśnienia cząstkowego układu chemicznego w równowadze, równowaga zmienia się, aby przeciwdziałać zmianie i ustanawia się nową równowagę.
możemy wykorzystać tę zasadę do przewidywania, co by się stało ze zmianami ciśnienia w równowadze NO2/N2O4.
wiemy z prawa gazu idealnego (PV=nRT), że ciśnienie jest proporcjonalne do liczby cząsteczek gazu. Gdy niektóre cząsteczki NO2 dimeryzują, całkowita liczba cząsteczek maleje.,
dlatego wzrost ciśnienia powinien doprowadzić do nowej równowagi, która faworyzuje N2O4 bardziej niż NO2.
spadek ciśnienia powinien doprowadzić do nowej równowagi, która sprzyja NO2 nad N2O4.
Obejrzyj film z Youtube:

BackCompassTablesIndexIntroductionnext