Kväveoxider

kväveoxider

kväve är till höger om syre i det periodiska systemet. Kväve är mindre elektronegativ än syre. Alla n-o-bindningar är polära bindningar med mer elektrondensitet på syreatomen.
kväve har 5 valenselektroner och är i rad med ett maximalt valensnummer på 8. Det bildar vanligtvis 3 obligationer och har ett ensamstående par (:NH3) eller gör 4 obligationer med en positiv laddning (NH4+).
kväve är ett av de få element som lätt bildar starka flera bindningar., (Kol är en annan.) Det finns en mycket stark trippelbindning mellan kväveatomer i molekylärt kväve. N=n-bondenergin hos azider är mindre än hälften av energin hos en trippelbindning och n-n-bindningar är ganska svaga. Enda Inga obligationer är betydligt svagare än N-H obligationer. En sammanfattning av N-X bond energi (i kJ/mol) är nedan.

de flesta kväveföreningarna i atmosfären, förutom molekylärt kväve, är kväveoxider.,

(a) N2O, eller dikväveoxid, och vissa NO, eller kväveoxid, produceras av bakterier i jorden och I haven. Dikväveoxid är relativt oreaktiv i troposfären och är den främsta källan till salpetersyra och andra kväveoxider i stratosfären. Vi har sett att detta är viktigt i kemin i samband med ozonförstöring i stratosfäriska ozonskiktet.
b) kväveoxid(NO) härrör från kombinationen av O2 och N2 i blixtnedslag. Det är en radikal och så är mycket reaktiv i atmosfären. Reaktion av NO med syreatom eller ozon producerar kvävedioxid.,
(C) kvävedioxid (NO2) är en brun gas, ansvarig för färgen på fotokemisk smog. Det är en radikal och så är reaktiv i atmosfären. Kvävedioxid är i jämvikt med sin färglösa dimer, N2O4. Synligt ljus kan photolyze NO2 till NO och syreatom.
(d) Dinitrogen tetraoxide N2O4) är en färglös gas med en mycket svag N-N bond och är i jämvikt med NO2.
(e) andra neutrala kväveoxider inkluderar N2O5 och n2o3.
(f) Kvävetrioxid (NO3) är en radikal med en oparad elektron på en av syreatomerna., Dess reaktivitet liknar den hos hydroxiradikalen (HO).

strukturerna för NO2, N2O4 och N2O5 är nedan.

Kvävedioxidjämvikt vid låg temperatur

låt oss överväga dimeriseringsreaktionen av kvävedioxid.

aktiveringsbarriären för kopplingen av de två kvävecentrerade radikalerna är låg så den främre reaktionen är snabb., Alla n-N-bindningar är svaga och den här är särskilt svag på grund av den repulsiva effekten av den formella positiva laddningen på varje kväveatom. På grund av detta är aktiveringsbarriären för omvänd reaktion också låg och den omvända reaktionen är snabb.
Att veta Gibbs fri energiförändring för reaktionen vid 0 grader och 1 atmosfärstryck, kan vi beräkna en jämvikts konstant och så förhållandet mellan de två gaserna.
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 = /
det bör finnas mer N2O4 vid denna låga temperatur än NO2. Faktum är att för varje molekyl av NO2 kommer det att finnas nästan 7 molekyler av N2O4.

Kvävedioxidjämvikt vid hög temperatur

Observera att ekvationen som definierar Gibbs fri energi innehåller en term för entalpi, H, och en term för entropi, S.,

G0 = H0 – tS0
entalpy termen är den värme som frigörs eller absorberas av den kemiska reaktionen. Vi kan förklara enthalpy-förändringen genom att titta på den relativa styrkan hos de bindningar som gjorts eller brutits. Vanligtvis är denna term stor och dominerar Gibbs fria energivärde.
i kvävedioxiddimerisationen är emellertid entalpiförändringen liten eftersom bindningen som görs eller bryts är mycket svag. Entropi termen blir viktig., Detta gäller särskilt vid hög temperatur eftersom entropi termen inkluderar temperatur och blir större med temperatur.
vad är entropi? Detta är systemets störning. När vi tittar på kvävedioxiddimerisationen är det lätt att se att ordern ökar (störning eller entropi minskar) i framåtriktningen. Två separerade molekyler omvandlas till en molekyler.

OK, värdet på s kommer att vara negativt eftersom entropi minskar i framåtriktningen., Vid 100 deg C är entropi-termen tillräckligt stor för att ändra tecknet på G. Det är +8.4 kJ/mol vid 100 deg. Detta ändrar jämviktskonstanten:
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 = /
vid denna högre temperatur gynnas monomeren över dimer i jämvikten. Det kommer cirka 31 molekyler av NO2 för varje N2O4 vid jämvikt.,

Le Chateliers princip och tryckeffekter

när det sker en förändring i koncentration, temperatur, volym eller partialtryck till ett kemiskt system vid jämvikt, skiftar jämvikten för att motverka förändringen och en ny jämvikt upprättas.
vi kan använda denna princip för att förutsäga vad som skulle hända med tryckförändringar till No2 / N2O4 jämvikt.
vi vet från den ideala gaslagen (PV=nRT) att trycket är proportionellt mot antalet gasmolekyler. När vissa No2-molekyler dimeriserar minskar det totala antalet molekyler.,
därför bör en ökning av trycket leda till en ny jämvikt som gynnar N2O4 mer än NO2.
en minskning av trycket bör leda till en ny jämvikt som gynnar NO2 över N2O4.
Titta på en video från Youtube:

BackCompassTablesIndexIntroductionnext