Nitơ
1. Cấu tạo nguyên tử
- Nitơ có cấu hình electron
Do có 3 e độc thân nên nitơ có khả năng tạo ra ba liên kết cộng hoá trị với nguyên tố
khác.
- Độ âm điện của N là 3, chỉ nhỏ hơn của F và O, do đó N có số oxi hoá dương trong
hợp chất với 2 nguyên tố này. Còn trong các hợp chất khác, nitơ có số oxi hoá âm.
Số oxi hoá của N : -3, 0, +1, +2, +3, +4 và +5.
- Nitơ tồn tại bền ở dạng phân tử N2 (N º N).
- Nguyên tố nitơ tự nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị và với tỷ lệ 272 : 1. Nitơ chiếm
0,01% khối lượng vỏ Trái Đất. Dạng tồn tại tự do là những phân tử hai nguyên tử.
2. Tính chất vật lý
Nitơ là chất khí, không màu, không mùi, không cháy, hoá lỏng ở -195,8oC và hoá rắn
ở -209,9oC.
Nitơ nhẹ hơn không khí (d = 1,2506g/lít ở đktc), hoà tan rất ít trong nước.
3. Tính chất hoá học
Vì có liên kết ba nên phân tử N2 rất bền, chỉ ở nhiệt độ rất cao mới phân li thành
nguyên tử. Do vậy ở nhiệt độ thường nitơ rất trơ, không phản ứng với các nguyên tố
khác.
Ở nhiệt độ cao, đặc biệt là có chất xúc tác, nitơ phản ứng với nhiều nguyên tố kim loại
và phi kim.
a) Tác dụng với hiđro
Ở 400oC, có bột Fe xúc tác, áp suất cao, N2 tác dụng với H2. Phản ứng phát nhiệt:
b) Tác dụng với oxi
Ở 3000oC hoặc có tia lửa điện, N2 tác dụng với O2. Phản ứng thu nhiệt:
Ở nhiệt độ thường, NO hoá hợp ngay với O2 của không khí tạo ra NO2 màu nâu:
c) Tác dụng với kim loại:
Nitơ không phản ứng trực tiếp với halogen, lưu huỳnh.
4. Điều chế và ứng dụng
a) Trong công nghiệp : Hoá lỏng không khí, sau đó chưng cất phân đoạn và thu N2 ở -
196oC.
b) Trong phòng thí nghiệm: Nhiệt phân 1 số muối amoni. Ví dụ:
Nitơ chủ yếu được dùng để sản xuất amoniac, axit nitric, phân đạm, tạo môi trường
lạnh.
5. Các hợp chất quan trọng của nitơ.
a) Amoniac
Phân tử NH3 tồn tại trong không gian dưới dạng tứ diện, góc liên kết là 109o28' (ba
liên kết tạo thành bởi 3 obitan lai hoá sp3 của N)
Liên kết giữa N và 3H là liên kết cộng hoá trị có cực, cặp e dùng chung lệch về phía
N. Phân tử NH3 là phân tử phân cực, ở N còn 1 cặp electron tự do làm cho NH3 tạo được
liên kết hiđro.
- Tính chất vật lý:
NH3 là chất khí không màu, mùi khai và xốc, nhẹ hơn không khí, tan nhiều trong H2O
(ở 20oC, một thể tích nước có thể hoà tan 700 thể tích NH3 khí). NH3 hoá lỏng ở -33,6oC,
hoá rắn ở -77,8oC.
- Tính chất hoá học
+ Tính bazơ: NH3 là một bazơ vì có khả năng nhận proton.
Kbazơ = 1,8.10-3
* NH3 tác dụng với axit tạo thành muối amoni:
Dạng ion:
Nếu thực hiện phản ứng giữa NH3 (khí) và HCl (khí) thì tạo thành đám khói trắng - đó
là những tinh thể rất nhỏ NH4Cl.
* Dung dịch NH3 làm xanh quỳ tím, làm hồng phenolphtalein
* Dung dịch NH3 tác dụng với dung dịch AlCl3, ZnCl2 tạo kết tủa hiđroxit không tan
trong NH3 dư:
+ Điểm đặc biệt của NH3 là tạo phức với một số ion kim loại như Ag+, Cu2+, Ni2+,
Hg2+, Cd2+,…
Vì vậy, khi cho dung dịch NH3 tác dụng từ từ với dung dịch muối của các kim loại
trên thấy kết tủa (hiđroxit hoặc muối bazơ) sau đó kết tủa tan vì tạo phức:
+ Tính khử:
NH3 cháy trong oxi cho ngọn lửa màu vàng:
NH3 cháy trong Cl2 tạo khói trắng NH4Cl
và
NH3 + HCl = NH4Cl
NH3 khử được một số oxit kim loại:
+ Bản thân NH3 có thể bị nhiệt phân thành N2, H2 :
+ Các muối amoni dễ bị nhiệt phân:
NH4HCO3 là bột nở, ở 60oC đã phân huỷ, được dùng trong công nghệ thực phẩm.
+ Muối amoni nitrat bị nhiệt phân theo 2 cách:
- Điều chế:
Điều chế NH3 dựa trên phản ứng.
Muốn phản ứng đạt hiệu suất cao cần tiến hành ở áp suất cao (300 - 1000 atm), nhiệt
độ vừa phải (400oC) và có bột sắt làm xúc tác.
Khí N2 lấy từ không khí.