Кислородные соединения азота

H H H

Аналогично взаимодействие NH₃ с образованием солей:

NH₃ + HCl = NH₄Cl - хлорид аммония

(по донорно - акцепторному механизму).

Соли аммония – белые кристаллические вещества. Хорошо растворимы в воде, подвергаются гидролизу:

NH₄Cl + HOH = NH₃∙H₂O + HCl

слабое сильная

основание кислота

Соли аммония при нагревании легко разлагаются:

(NH₄)₂CO₃ = NH₃ + NH₄ HCO₃

При взаимодействии со щелочью соли аммония легко вступают в реакцию обмена, при этом выделяется аммиак:

NH₄Cl + NaOH = NH₃∙H₂O + H₂O

Две последние реакции являются качественными на соли аммония.

3. Связь N-H в молекуле NH₃ – ковалентная полярная, что объясняет возможность замещения атомов водорода на различные заместители:

- замещение на электроположительные заместители

2NH₃ + Na =t= 2NaNH₂ + H₂

4NaNH₂ =t= 2 Na₂NH + 2NH₃

амид натрия

3Na₂NH =t= 2Na₃N + NH₃

нитрид натрия

Эти реакции указывают на то, что аммиак обладает кислотными свойствами.

- замещение на электроотрицательный заместитель

NH₃ + Cl₂ = NH₂Cl + HCl

хлорамин

4. Наличием неподеленной пары электронов у атома азота можно объяснить способность его к комплексообразованию по донорно-акцепторному механизму:

Cu²⁺ + 4NH₃ = [Cu (NH₃)₄] ²⁺

5. Степень окисления азота в аммиаке равна -3, поэтому он -слабый восстановитель:

4NH₃ + 5O₂ =kat= 4NO + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂↑ + 6H₂O

3CuO + 2NH₃ = N₂↑ + 2Cu + 3H₂O

NH ₄NO₃ = N₂O + 2H₂O

Если соль образована сильной кислотой, то продуктом разложения соли является оксид:

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O

Если соль образована слабой кислотой, то продуктом является N₂:

NH₄NO₂ == N₂↑+ 2H₂O

Таким образом, жидкий аммиак – сильный ионизирующий растворитель. Так, производные аммония NH₄⁺(NH₄Cl) в жидком аммиаке ведут себя как кислоты, а производные NH₂^- (амиды) – как основания.

Гидразин N₂H₄ (пернитрид водорода)бесцветная жидкость

H.... H

N – N Валентность азота равна трём,

H H степень окисления -2

Гидразин можно представить как производное аммиака, в котором один водород замещен группой –NH₂.

Получают гидразин путем окисления аммиака гипохлоритом натрия:

2H₃N+NaClO = N₂H₄ + NaCl + H₂O

Химические свойства гидразина:

1. N₂H₄ + HOH = N₂H₅⁺+ OH ^- - донорно -акцепторный механизм:

ион гидразиния

2. N₂H₄ + O₂ = N₂ +2 H₂O

3. N₂H₄ + HCl = [N₂H₅]⁺ + Cl^-

4. N₂H₄ + CuSO₄ = [Cu(N₂H₄)₄]SO₄

5. N₂H₄ – сильный восстановитель:

4KMnO₄ +5N₂H₄ + 6 H ₂SO₄ = 5 N₂ + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄ + 16H₂O

Гидроксиламин NH₂-OH – белое кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде.

H..

N O H Валентность азота равна III,

H степень окисления азота -1

Получают восстановлением раствора HNO₃ атомарным водородом:

HNO₃ + 6 H = NH₂OH + 2H₂O

Характерны реакции присоединения H⁺ по донорно – акцепторному механизму:

NH₂OH + HCl = [NH₃OH]⁺ Cl^-

ион – гидроксоламминия

NH₂OH +H₂O = [NH₃OH]⁺ OH ^–

NH₂OH + CuSO₄ = [Cu(NH₂OH)₄]SO₄

Гидроксиламин проявляет окислительные и восстановительные свойства. В кислой среде он окислитель, в щелочной - сильный восстановитель:

2NH₂OH + HOCl = N₂ + HCl + 3H₂O

2NH₂OH – 2е → N₂ + 2Н₂О + 2Н⁺ - восстановитель, процесс окисления

HOCl + 2е → Cl^- + ОН^- - окислитель, процесс восстановления

2NH₄OH + J₂ + 2KOH = N₂ + 2KJ + 4H₂O

2NH₂OH – 2е+ 2ОН^- → N₂ + 4Н₂О - восстановитель, процесс окисления

I₂ + 2e → 2I^- - окислитель, процесс восстановления

2NH₂OH + 4FeSO₄ + 3H₂SO ₄ = 2Fe₂(SO₄)₃ + (NH₄)₂ SO₄ + 2H₂O

NH₂OH + 2е + 3Н⁺ → NH₄⁺ + Н₂О – окислитель, процесс восстановления

2Fe²⁺ - 2е → 2Fe – восстановитель, процесс окисления

NH₂ OH легко разлагается по механизму самоокисления – самовосстановления (реакция диспропорционирования), является и окислителем и восстановителем:

2NH₂OH = NH₃ + N₂^o + 3H₂O

Нитриды, соединения N₂ с Me:

3Mg + N₂ = Mg₃⁺² N₂^-3

2Al + N₂ = 2AlN

Азотистоводородная кислота – HN₃ H – N^3- = N⁵⁺ ≡ N^3-

Получение: N₂H₄ + HNO₂ = 2H₂O + HN₃↑

По силе азотистоводородная кислота близка к уксусной, а по растворимости солей (азидов) похожа на соляную кислоту. HN₃ – окислитель:

3HNN₂ + Cu = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Свойства кислородсодержащих соединений азота приедставлены в табл. 18.

Таблица 18

Формула оксида	Строение	Получение и применение	Физические свойства	Химические свойства
1.Оксид азота (I) N2^1+ O	:N^-=N^+=O: или : O-N=N: линейное sp- гибридизация	NH4NO3=t=N2O +2H2 O Смесь 80% N2O + 20% O2 для наркоза	Бесцветный газ, хорошо растворим в воде, со слабым запахом и сладковатым вкусом.	Как окислитель: N2 O + H2 =H2 O + N2 Не реагирует ни с водой, ни с кислотами, ни со щелочами!!!
2.Оксид азота (II)   N^2+ O	N---- O нелокализованная п связь 1 e находится на разрыхляющей 2п орбитали	1. 4NH3 +5O2 =t= 4NO+ 6H2 O 2. N2 + O2 =Эл.заряд= 2NO 3. Cu +HNO3(р) = Cu(NO3)2+ H2O + NO	Бесцветный газ, мало растворим в воде, токсичен!	1) Как восстановитель: NO + O2 = NO2 2) Как окислитель: 2NO + 2 Zn +4 HCl = N2 + 2ZnCl2 + 2H2 O 3) Реакция диспропорционирования NO = NO2 + N2 O 4) Реакция присоединения: NO + Cl2 = NOCl2 хлористый нитрозил NO + Fe = Fe (NO)4 карбонил железа
3.Оксид азота (III) N2^3+ O3   Азотистый ангидрид	O = N – N - O O нелокализованная п связь	1. NO+NO2=охлажден=N2 O3 2. 2NO · 1\2 O2 = N 2O3	Твердое вещество при низких t, при высоких t, жидкое вещество, темно – синего цвета.	1) Взаимодействие с водой: N2 O3 + H2 O = 2HNO2 (соли нитриды - слабое основание) 2) Взаимодействие с NaOH: N2O3 + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O
4. Оксид азота (IV) N^4+ O2 (N2O4)	О О N N О О нелинейная форма	1. 2NO + O2 =2NO2 2. Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO2 + H2O	Газ бурого цвета, ядовит	1) как окислитель неметаллы: B S P C As окисляются до соответствующих высших кислот: H3BO3, H2SO4, H3PO4, H2CO3, H3AsO4. 2) Реакции диспропорционирования: NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 2NO2 + KOH = KNO2 + KNO3 + H2O 3) При охлаждении 2NO2 = -11^о = N2 O4 бурый бесцветный

Продолжение табл. 18

5. Азотистая кислота HN^3+ O2	H-O-N = O	1 N2 O3 + H2 O = 2HNO2 2 NO2 + H2O = HNO3 + HNO2	Бесцветная жидкость, слабая одноосновная кислота (соли – нитриты)	1) Как окислитель: 8HNO2 + 6KI = 3I2 + 6KNO2 + N2 + 4H2O 2) Как восстановитель: 5HNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5HNO3 + 2MnSO4 + 3H2O + K2SO4
5. Оксид азота (V) N2 ^5+O5 Aзотный ангидрид	O O || || N O N || || O O	1) 2NO2 + O2 = N2O5 + O2 2) 2HNO3=P2O5= N2O5+ H2O	Бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде.	1) N2O5 +H2O = 2HNO3 2) Как окислитель: 2N2O5 =t= 4NO2 + O2
6. Азотная кислота HN^5+O3	O || H – O - N || O	1) 4NH3 + 5O2 =Pt,t=4NO + 6H2 O 2) 2NO + O2=kat= 2NO2 3) 2NO2 + H2 O = HNO2 + HNO3 4) HNO3=t=HNO3 +2NO + H2O Потребитель: производство удобрений и пороха: порох это смесь KNO3 + C + S = K2SO4 + K2S+ CO2+ CO + N2	Бесцветная жидкость HNO3 кислота сильная, в водных растворах полностью диссоциирует (соли нитраты)	1) На свету разлагается: 4HNO2 = 4NO2 + O2 + 2H2O 2) Только окислитель. в реакциях с Me: - мало активные Me (Cu, Ag, Hg) + HNO3(разб) = соль + NO + H2O малоактивные Me + HNO3(kонц) = соль + NO2 + H2O - Me средней активности (Mg) + HNO3(pазб) = соль + NO или NO2 + H2O Me средней активности: 4Mg + 10HNO3(конц) = 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O - очень активные Me (Ca, Sr, Ba, Na, Zn) + HNO3(pазб) = соль + NH4NO3 + H2O Co + HNO3 = соль + N2 + H2O - Fe, Cr, Al + HNO3(конц) ≠ пассивация - «Царская водка» смесь HNO3 и HCl растворяют Au и Pt: Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO + 2H2O В реакциях с неметаллами: (B, C, Si, P, As, S) + HNO3 = соответствующие кислоты S + 6HNO3(конц) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O 3P + 5HNO3(разб) + 2Н2О = 3Н3РО4 + 5NO

Азот, наряду с углеродом, кислородом и водородом является одним из важнейших элементов биосферы, принимающим участие в биологическом круговороте. Большинство организмов из-за инертности молекулы азота не могут усваивать его непосредственно из атмосферы, а получают его из соединений: аммиака, нитритов, аминокислот. Содержание связанного азота в почве пополняется за счет деятельности азотфиксирующих бактерий, которые способны восстанавливать молекулярный азот. Затем из почвы азот в окисленной форме (нитриты, нитраты) попадает в растения, где восстанавливается до аммиака и аминокислот, попадающих затем в организм животных и человека. После ряда процессов азот в восстановленном виде опять поступает в почву, где вновь окисляется до нитратов и нитритов и снова попадает в растения. Круговорот (цикл) замыкается (Рис. 8).

N₂

_{азотфиксирующие}

^{бактерии}

^{нитрифицирующие бактерии}

NH₃ животные аминокислоты

Дата добавления: 2015-05-09