Alotropy
azot atomowy, znany również jako azot aktywny, jest wysoce reaktywny, jest trójradialny z trzema niesparowanymi elektronami., Wolne atomy azotu łatwo reagują z większością pierwiastków tworząc azotydy, a nawet gdy dwa wolne atomy azotu zderzają się w celu wytworzenia wzbudzonej cząsteczki N2, mogą uwalniać tyle energii na zderzeniu z nawet tak stabilnymi cząsteczkami, jak dwutlenek węgla i woda, powodując homolityczne rozszczepienie w Rodniki, takie jak CO I O lub OH I H. azot atomowy jest przygotowywany przez przepuszczanie wyładowania elektrycznego przez gaz azotowy w temperaturze 0,1–2 mmHg, co wytwarza azot atomowy wraz z emisją żółtą brzoskwinią, która powoli zanika jako poświata przez kilka minut, nawet po zakończeniu wyładowania.,
biorąc pod uwagę dużą reaktywność azotu atomowego, azot elementarny występuje zwykle jako cząsteczkowy N2, dinitrogen. Cząsteczka ta jest bezbarwnym, bezwonnym i bez smaku gazem diamagnetycznym w standardowych warunkach: topi się w temperaturze -210 °C i wrze w temperaturze -196 °C. Dinitrogen jest głównie niereaktywny w temperaturze pokojowej, ale mimo to reaguje z metalem litowym i niektórymi kompleksami metali przejściowych. Wynika to z jego wiązania, które jest unikalne wśród elementów dwuatomowych w warunkach standardowych, ponieważ ma Wiązanie potrójne N≡N. Wiązania potrójne mają krótkie długości wiązania (w tym przypadku 109.,76 pm) i wysokie Energie dysocjacji (w tym przypadku 945,41 kJ/mol), a zatem są bardzo silne, wyjaśniając obojętność chemiczną dinitrogenu.
istnieją pewne teoretyczne przesłanki, że możliwe są inne oligomery azotu i polimery. Jeśli można je zsyntetyzować, mogą mieć potencjalne zastosowania jako materiały o bardzo wysokiej gęstości energii, które mogą być używane jako potężne materiały pędne lub materiały wybuchowe., Dzieje się tak dlatego, że wszystkie powinny rozkładać się do dinitrogenu, którego Wiązanie potrójne N≡N (energia wiązania 946 kJ⋅mol−1) jest znacznie silniejsze niż wiązanie podwójne n = n (418 kJ⋅mol−1) lub Wiązanie pojedyncze n–n (160 kJ⋅mol−1): rzeczywiście, Wiązanie potrójne ma więcej niż trzykrotnie energię pojedynczego wiązania. (Odwrotnie jest w przypadku cięższych pnictogens, które preferują alotropy poliatomowe.,) Wielką wadą jest to, że większość neutralnych polynitrogenów nie ma dużej bariery w kierunku rozkładu, a nieliczne wyjątki byłyby jeszcze trudniejsze do zsyntetyzowania niż długo poszukiwany, ale wciąż nieznany czworościan. Jest to przeciwieństwo dobrze scharakteryzowanego azydku polinitrogenów kationowych i anionowych (N-
3), pentazenu (N+
5) i pentazolidu (cykliczny aromatyczny N−
5). Pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem (1.,1 mln atm) i wysokich temperaturach (2000 K), wytwarzanych w ogniwie Kowadła diamentowego, azot polimeryzuje do jednozwiązanej sześciennej struktury krystalicznej gauche. Ta struktura jest podobna do diamentu, a oba mają niezwykle silne wiązania kowalencyjne, co powoduje jego przydomek „diament azotowy”.
pod ciśnieniem atmosferycznym azot cząsteczkowy skrapla się (skropla) w temperaturze 77 K (-195,79 °C) i zamarza w temperaturze 63 K (-210.,01 °C) do beta heksagonalnej, zamkniętej kryształowej postaci alotropowej. Poniżej 35,4 K (-237,6 °C) azotu przyjmuje postać alotropową kryształu sześciennego (zwaną fazą Alfa). Ciekły azot, bezbarwny płyn przypominający z wyglądu wodę, ale o gęstości 80,8% (gęstość ciekłego azotu w temperaturze wrzenia wynosi 0,808 g / mL), jest powszechnym kriogenem. Stały azot ma wiele krystalicznych modyfikacji. Tworzy znaczne dynamiczne pokrycie powierzchni Plutona i zewnętrznych księżyców Układu Słonecznego, takich jak Tryton., Nawet w niskich temperaturach stałego azotu jest dość Lotny i może tworzyć atmosferę lub skraplać się z powrotem do azotowego mrozu. Jest bardzo słaby i płynie w postaci lodowców, a na Trytonach gejzery azotu pochodzą z regionu polarnej pokrywy lodowej.,
kompleksy Dinitrogenów
pierwszy przykład kompleks dinitrogenu, który miał zostać odkryty, wynosił 2+ (patrz rysunek po prawej stronie), a wkrótce odkryto wiele innych takich kompleksów., Kompleksy te, w których cząsteczka azotu przekazuje co najmniej jedną parę elektronów do centralnego kationu metalu, ilustrują, w jaki sposób N2 może wiązać się z metalem(metalami) w nitrogenazie i katalizatorze procesu Habera: procesy te obejmujące aktywację dinitrogenu są niezwykle ważne w biologii i w produkcji nawozów.
Dinitrogen jest w stanie koordynować z metalami na pięć różnych sposobów. Bardziej scharakteryzowanymi drogami są end-on M←N≡N (η1) i M←N≡N→M (μ, bis-η1), w których pary samotne na atomach azotu są oddawane do kationu metalu., Mniej dobrze scharakteryzowane sposoby polegają na oddaniu przez dinitrogen par elektronowych z wiązania potrójnego, albo jako ligand mostkowy do dwóch kationów metali (μ, bis-η2) lub tylko do jednego (η2). Piąta i unikalna metoda polega na potrójnej koordynacji jako ligand mostkowy, przekazujący wszystkie trzy pary elektronów z wiązania potrójnego (μ3-N2). Kilka kompleksów posiada wiele ligandów N2, a niektóre posiadają Wiązanie N2 na wiele sposobów., Ponieważ N2 jest izoelektroniczny z tlenkiem Węgla (CO) i acetylenem (C2H2), Wiązanie w kompleksach dinitrogenowych jest ściśle powiązane z wiązaniem w związkach karbonylowych, chociaż N2 jest słabszym σ-donorem i π-akceptorem niż CO. Badania teoretyczne pokazują, że σ darowizna jest ważniejszym czynnikiem pozwalającym na tworzenie wiązania M-N niż π darowizna wsteczna, która głównie osłabia Wiązanie N-N, A darowizna końcowa (η1) jest łatwiejsza niż darowizna boczna (η2).
dziś kompleksy dinitrogenowe są znane dla prawie wszystkich metali przejściowych, co stanowi kilkaset związków., Są one zwykle przygotowywane za pomocą trzech metod:
- zastępowanie labilnych ligandów, takich jak H2O, H− lub co bezpośrednio przez azot: są to często odwracalne reakcje, które przebiegają w łagodnych warunkach.
- redukcja kompleksów metali w obecności odpowiedniego koligantu w nadmiarze pod gazem azotowym. Powszechnym wyborem jest zastąpienie ligandów chlorkowych dimetylofenylofosfiną (PMe2Ph) w celu uzupełnienia mniejszej liczby dołączonych ligandów azotu niż oryginalnych ligandów chloru.
- przekształcając ligand z wiązaniami N–N, takimi jak hydrazyna lub azydek, bezpośrednio w ligand dinitrogenowy.,
czasami Wiązanie N≡N może powstać bezpośrednio w kompleksie metalowym, na przykład poprzez bezpośrednią reakcję skoordynowanego amoniaku (NH3) z kwasem azotowym (HNO2), ale nie ma to ogólnego zastosowania. Większość kompleksów dinitrogenowych ma kolory w zakresie biały-żółty-pomarańczowy-czerwony-brązowy; znane są nieliczne wyjątki, takie jak niebieski .,
Azotydy, azydy i kompleksy azotowe
wiązania azotu z prawie wszystkimi pierwiastkami w układzie okresowym z wyjątkiem pierwszych trzech gazów szlachetnych, helu, neonu i argonu oraz niektórych bardzo krótkotrwałych pierwiastków po bizmucie, tworząc ogromną różnorodność związków binarnych o różnych właściwościach i zastosowaniach. Wiele związków binarnych jest znanych: z wyjątkiem wodorków azotu, tlenków i fluorków, są one zwykle nazywane azotkami. Wiele faz stechiometrycznych jest zwykle obecnych dla większości pierwiastków (np. MnN, Mn6N5, Mn3N2, Mn2N, Mn4N i MnxN dla 9.,2 < x < 25.3). Mogą one być klasyfikowane jako ” solne „(głównie jonowe), kowalencyjne,” diamentowe ” i metaliczne (lub śródmiąższowe), chociaż klasyfikacja ta ma ograniczenia na ogół wynikające z ciągłości typów wiązań zamiast dyskretnych i oddzielnych typów, które implikuje., Są one zwykle przygotowywane przez bezpośrednią reakcję metalu z azotem lub amoniakiem (czasami po podgrzaniu) lub przez termiczny rozkład amidów metali:
3 Ca + N2 → Ca3N2 3 Mg + 2 NH3 → Mg3N2 + 3 H2 (w temperaturze 900 °C) 3 Zn(NH2)2 → Zn3N2 + 4 NH3
Możliwe jest wiele wariantów tych procesów.Najbardziej jonowe z tych azotków to te z metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, Li3N (Na, K, Rb i Cs nie tworzą stabilnych azotków ze względów sterycznych) i M3N2 (m = Be, Mg, Ca, SR, Ba)., Można je formalnie traktować jako sole anionu N3, chociaż separacja ładunku nie jest w rzeczywistości kompletna nawet dla tych wysoce elektropozycyjnych elementów. Jednak azydki metali alkalicznych NaN3 i KN3, zawierające anion liniowy N−
3, są dobrze znane, podobnie jak SR(N3)2 i Ba (N3)2. Azydy metali podgrupy B (te w grupach 11 do 16) są znacznie mniej jonowe, mają bardziej skomplikowane struktury i wybuchają łatwo, gdy wstrząśnięty.,
struktury Mezomeryczne borazyny, (–BH–NH–)3
znane są liczne kowalencyjne azotany binarne. Przykładami są cyjanogen ((CN)2), pentanitryd trifosforu (P3N5), dinitryd dwusiarczkowy (S2N2) i tetrasiarczek tetranitrydowy (s4n4). Zasadniczo kowalencyjny azotek krzemu (Si3N4) i azotek germanu (Ge3N4) są również znane: azotek krzemu w szczególności uczyniłby obiecującą ceramikę, gdyby nie trudność pracy z nim i spiekania., W szczególności azotany grupy 13, z których większość jest obiecującymi półprzewodnikami, są izoelektroniczne z grafitem, diamentem i węglikiem krzemu i mają podobne struktury: ich wiązanie zmienia się z kowalencyjnego do częściowo jonowego do metalicznego, gdy grupa jest zstąpiona. W szczególności, ponieważ jednostka B–N jest izoelektroniczna do C-C, a węgiel jest zasadniczo wielkości pośredniej między borem i azotem, wiele chemii organicznej znajduje echo w chemii Bor-azot, takich jak borazyna („nieorganiczny benzen”)., Analogia nie jest jednak dokładna ze względu na łatwość ataku nukleofilowego na BOR z powodu jego niedoboru elektronów, co nie jest możliwe w pierścieniu całkowicie zawierającym węgiel.
największą kategorią azotków są azotki śródmiąższowe o wzorach mn, M2N i M4N (chociaż zmienny skład jest całkowicie możliwy), gdzie małe atomy azotu są umieszczone w szczelinach w metalicznej sześciennej lub sześciokątnej zamkniętej siatce. Są nieprzezroczyste, bardzo twarde i obojętne chemicznie, topią się tylko w bardzo wysokich temperaturach(zazwyczaj powyżej 2500 °C)., Mają metaliczny połysk i przewodzą elektryczność, podobnie jak metale. Hydrolizują bardzo powoli, dając amoniak lub azot.
anion azotkowy (N3−) jest najsilniejszym znanym wśród ligandów dawcą π (drugim najsilniejszym jest O2 -). Kompleksy azotowe powstają na ogół w wyniku termicznego rozkładu azydów lub deprotonacji amoniaku i zwykle zawierają grupę końcową {≡N}3. Liniowy anion azydkowy (n –
3), będący izoelektroniczny z podtlenkiem azotu, dwutlenkiem węgla i cyjananem, tworzy wiele kompleksów koordynacyjnych., Dalsza katenacja jest rzadka, choć znana jest N4-
4 (izoelektroniczna z węglanem i azotanem).
Hydrides
standardowe potencjały redukcji Dla gatunków zawierających azot. Górny diagram pokazuje potencjały przy pH 0; dolny diagram pokazuje potencjały przy pH 14.,
w przemyśle amoniak (NH3) jest najważniejszym Związkiem azotu i jest przygotowywany w większych ilościach niż jakikolwiek inny związek, ponieważ znacznie przyczynia się do potrzeb żywieniowych organizmów lądowych, służąc jako prekursor żywności i nawozów. Jest to bezbarwny gaz alkaliczny o charakterystycznym ostrym zapachu. Obecność wiązania wodorowego ma bardzo istotny wpływ na amoniak, nadając mu wysokie temperatury topnienia (-78 °C) i wrzenia (-33 °c)., Jako ciecz jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem o wysokiej temperaturze odparowania (co umożliwia stosowanie go w kolbach próżniowych), który ma również niską lepkość i przewodność elektryczną oraz wysoką stałą dielektryczną i jest mniej gęsty niż woda. Jednak wiązanie wodorowe w NH3 jest słabsze niż w H2O ze względu na niższą elektroujemność azotu w porównaniu z tlenem i obecność tylko jednej samotnej pary w NH3, a nie dwóch W H2O. jest słabą zasadą w roztworze wodnym (pKb 4.74); jego sprzężonym kwasem jest Amon, NH+
4., Może również działać jako wyjątkowo słaby kwas, tracąc proton do wytworzenia anionu amidowego, NH –
2. W ten sposób ulega samooddysocjacji, podobnej do wody, w celu wytworzenia amonu i amidu. Amoniak spala się w powietrzu lub tlen, choć nie łatwo, aby wytworzyć Gaz azotowy; spala się w fluorze z zielonkawo-żółtym płomieniem, aby dać trifluorek azotu. Reakcje z innymi niemetalami są bardzo złożone i prowadzą do mieszaniny produktów. Amoniak reaguje na ogrzewanie z metalami, dając azotki.,
znanych jest wiele innych dwuskładnikowych wodorków azotu, ale najważniejsze to hydrazyna (N2H4) i azydek wodoru (HN3). Chociaż nie jest wodorkiem azotu, hydroksyloamina (NH2OH) ma podobne właściwości i strukturę do amoniaku i hydrazyny. Hydrazyna jest dymiącą, bezbarwną cieczą, która pachnie podobnie do amoniaku. Jego właściwości fizyczne są bardzo podobne do właściwości wody (temperatura topnienia 2,0 °C, temperatura wrzenia 113,5 °C, Gęstość 1,00 g/cm3). Pomimo tego, że jest związkiem endotermicznym, jest stabilny kinetycznie., Spala się szybko i całkowicie w powietrzu bardzo egzotermicznie, dając azot i parę wodną. Jest to bardzo przydatny i wszechstronny środek redukujący i jest słabszą podstawą niż amoniak. Jest również powszechnie stosowany jako paliwo rakietowe.
hydrazyna jest zwykle wytwarzana w reakcji amoniaku z alkalicznym podchlorynem sodu w obecności żelatyny lub kleju:
NH3 + OCl− → NH2Cl + OH− NH2CL + NH3 → N
2H+
5 + Cl− (powolny) N
2H+
5 + OH− → N2H4 + H2O (szybki)
(ataki wodorotlenku i amoniaku mogą być odwrócone, przechodząc przez pośredni NHCl− zamiast tego.,) Powodem dodania żelatyny jest to, że usuwa jony metali, takie jak Cu2+, który katalizuje zniszczenie hydrazyny w reakcji z monochloraminą (NH2Cl) w celu wytworzenia chlorku amonu i azotu.
azydek wodoru (HN3) został po raz pierwszy wyprodukowany w 1890 roku przez utlenianie wodnej hydrazyny przez kwas azotowy. Jest bardzo wybuchowy, a nawet rozcieńczone roztwory mogą być niebezpieczne. Ma nieprzyjemny i drażniący zapach i jest potencjalnie śmiertelną (ale nie kumulacyjną) trucizną. Może być uważany za sprzężony kwas anionu azydkowego i jest analogiczny do kwasów hydrohalicznych.,
halogenki i oksohalidy
znane są wszystkie cztery proste trihalidy azotu. Kilka mieszanych halogenków i hydrohalidów są znane, ale są głównie niestabilne; przykłady obejmują NClF2, NCl2F, Nbrf2, NF2H, Nfh2, NCl2H i NClH2.
znanych jest pięć fluorków azotu. Trifluorek azotu (NF3, po raz pierwszy przygotowany w 1928) jest bezbarwnym i bezwonnym gazem, który jest termodynamicznie stabilny i najłatwiej wytwarzany przez elektrolizę stopionego fluorku amonu rozpuszczonego w bezwodnym fluorku wodoru., Podobnie jak tetrafluorek węgla, nie jest w ogóle reaktywny i jest stabilny w wodzie lub rozcieńczonych wodnych kwasach lub alkaliach. Dopiero po podgrzaniu działa jako czynnik fluorujący i reaguje z miedzią, arsenem, antymonem i bizmutem w kontakcie w wysokich temperaturach, dając tetrafluorohydrazynę (N2F4). Znane są również kationy NF+
4 i N
2F+
3 (ten ostatni z reakcji tetrafluorohydrazyny z silnymi akceptorami fluorków, takimi jak pentafluorek arsenu), podobnie jak onf3, który wzbudził zainteresowanie ze względu na krótką odległość N–O oznaczającą częściowe wiązanie podwójne oraz wysoce polarne i długie Wiązanie N–F., Tetrafluorohydrazyna, w przeciwieństwie do samej hydrazyny, może dysocjować w temperaturze pokojowej i wyższej, dając Rodnik NF2•. Azydek fluoru (FN3) jest bardzo wybuchowy i niestabilny termicznie. Difluorek difluorku dinitrogenu (N2F2) istnieje jako termicznie międzykonwertalne izomery cis i trans i został po raz pierwszy znaleziony jako produkt rozkładu termicznego FN3.
trichlorek azotu (NCl3) jest gęstą, lotną i wybuchową cieczą, której właściwości fizyczne są podobne do właściwości tetrachlorku węgla, chociaż jedna różnica polega na tym, że NCl3 łatwo hydrolizuje przez wodę, podczas gdy CCl4 nie., Po raz pierwszy został zsyntetyzowany w 1811 roku przez Pierre ' a Louisa Dulonga, który stracił trzy palce i oko na jego wybuchowe skłonności. Jako rozcieńczony gaz jest mniej niebezpieczny i dlatego jest używany Przemysłowo do wybielania i sterylizacji mąki. Tribromid azotu (NBR3), po raz pierwszy przygotowany w 1975 roku, jest głęboko czerwonym, wrażliwym na temperaturę, lotnym ciałem stałym, które jest wybuchowe nawet w temperaturze -100 °C. trijodek azotu (NI3) jest jeszcze bardziej niestabilny i został przygotowany dopiero w 1990 roku., Znany wcześniej addukt z amoniakiem jest bardzo wrażliwy na wstrząsy: można go odpalić za pomocą dotyku pióra, zmieniających się prądów powietrza, a nawet cząstek alfa. Z tego powodu niewielkie ilości trijodku azotu są czasami syntetyzowane jako demonstracja dla uczniów liceum lub jako akt „chemicznej magii”. Azydek chloru (ClN3) i azydek bromu (BrN3) są niezwykle wrażliwe i wybuchowe.
znane są dwie serie oksohalidów azotu: halogenki nitrozylu (XNO) i halogenki nitrylu (XNO2)., Pierwszym z nich są bardzo reaktywne gazy, które mogą być wytwarzane przez bezpośrednie fluorowcowanie podtlenku azotu. Fluorek nitrozylu (NOF) jest bezbarwny i silnie fluorujący. Chlorek nitrozylu (NOCl) zachowuje się w podobny sposób i często był stosowany jako rozpuszczalnik jonizujący. Bromek nitrozylu (NOBr) jest czerwony. Reakcje halogenków nitrylu są w większości podobne: fluorek nitrylu (FNO2) i chlorek nitrylu (ClNO2) są podobnie reaktywnymi gazami i energicznymi środkami halogenującymi.,
tlenki
dwutlenek azotu w temperaturze -196 °C, 0 °C, 23 °C, 35 °C i 50 °C. NO
2 przekształca się w bezbarwny tetroksyd dinitrogenu (N
2O
4) w niskich temperaturach, i wraca do no
2 w wyższych temperaturach.
podtlenek azotu (N2O), lepiej znany jako gaz rozweselający, powstaje w wyniku termicznego rozkładu stopionego azotanu amonu w temperaturze 250 °C. Jest to reakcja redoks, a zatem tlenek azotu i azot są również wytwarzane jako produkty uboczne., Jest stosowany głównie jako materiał pędny i napowietrzający do rozpylonej bitej śmietany w puszkach, a dawniej był powszechnie stosowany jako środek znieczulający. Wbrew pozorom nie można go uznać za bezwodnik kwasu hipolitowego (H2N2O2), ponieważ kwas ten nie powstaje w wyniku rozpuszczania podtlenku azotu w wodzie. Jest raczej niereaktywny (nie reaguje z halogenami, metalami alkalicznymi lub ozonem w temperaturze pokojowej, chociaż reaktywność wzrasta po podgrzaniu) i ma niesymetryczną strukturę N−N−O (N≡N+O–↔ – N=N+=O): powyżej 600 °C dysocjuje przez zerwanie słabszego wiązania N-O.,
tlenek azotu (NO) jest najprostszą stabilną cząsteczką o nieparzystej liczbie elektronów. U ssaków, w tym u ludzi, jest ważną komórkową cząsteczką sygnalizacyjną zaangażowaną w wiele procesów fizjologicznych i patologicznych. Powstaje w wyniku katalitycznego utleniania amoniaku. Jest to bezbarwny gaz paramagnetyczny, który jest termodynamicznie niestabilny, rozkłada się do azotu i tlenu w temperaturze 1100-1200 °C. jego wiązanie jest podobne do wiązania w Azocie, ale jeden dodatkowy elektron jest dodawany do orbitala antybondingowego π* i tym samym kolejność wiązania została zmniejszona do około 2.,5; stąd dimeryzacja do O = N–N = O jest niekorzystna, z wyjątkiem poniżej temperatury wrzenia (gdzie izomer cis jest bardziej stabilny), ponieważ nie zwiększa całkowitego rzędu wiązania i ponieważ niesparowany elektron jest delokalizowany przez cząsteczkę NO, nadając jej stabilność. Istnieją również dowody na asymetryczny czerwony dimer O = N-O=N, gdy tlenek azotu jest skondensowany z polarnymi cząsteczkami. Reaguje z tlenem, dając brązowy dwutlenek azotu i z halogenami, dając halogenki nitrozylu. Reaguje również ze związkami metali przejściowych, dając kompleksy nitrozylowe, z których większość jest głęboko zabarwiona.,
Niebieski trójtlenek dinitrogenu (N2O3) jest dostępny tylko w postaci stałej, ponieważ szybko dysocjuje powyżej temperatury topnienia, dając tlenek azotu, dwutlenek azotu (NO2) i tetroksyd dinitrogenu (N2O4). Te dwa ostatnie związki są nieco trudne do indywidualnego badania ze względu na równowagę między nimi, chociaż czasami tetroksyd dinitrogenu może reagować przez heterolityczne rozszczepienie do nitrozonium i azotanu w medium o wysokiej stałej dielektrycznej. Dwutlenek azotu jest kwaśnym, korozyjnym brązowym gazem. Oba związki można łatwo przygotować poprzez rozkład suchego azotanu metalu., Oba reagują z wodą, tworząc kwas azotowy. Tetroksyd dinitrogenu jest bardzo przydatny do wytwarzania bezwodnych azotanów metali i kompleksów azotowych, i stał się przechowywalnym utleniaczem z wyboru dla wielu rakiet w Stanach Zjednoczonych i ZSRR pod koniec 1950 roku. dzieje się tak dlatego, że jest to hipergoliczny materiał pędny w połączeniu z paliwem rakietowym na bazie hydrazyny i może być łatwo przechowywany, ponieważ jest ciekły w temperaturze pokojowej.,
niestabilny termicznie i bardzo reaktywny pięciotlenek dinitrogenu (N2O5) jest bezwodnikiem kwasu azotowego i może być z niego wykonany przez odwodnienie pięciotlenkiem fosforu. Jest interesujący dla przygotowania materiałów wybuchowych. Jest to rozpływające się, bezbarwne krystaliczne ciało stałe wrażliwe na światło. W stanie stałym jest jonowy o strukturze + -; jako gaz i w roztworze jest cząsteczkowym O2N-o-NO2. Uwodnienie do kwasu azotowego przychodzi łatwo, podobnie jak analogiczna reakcja z nadtlenkiem wodoru dając kwas nadtlenowy (HOONO2). Jest gwałtownym środkiem utleniającym., Gazowy pięciotlenek dinitrogenu rozkłada się w następujący sposób:
N2O5 no NO2 + NO3 → NO2 + O2 + NO N2O5 + NO ⇌ 3 NO2
Oksoacids, oksoanions i oxoacid sole
wiele oxoacids azotu są znane, choć większość z nich są niestabilne jako czyste związki i są znane tylko jako roztwór wodny lub sole. Kwas hipolitowy (H2N2O2) jest słabym kwasem diprotowym o strukturze Hon=NOH (pKa1 6.9, pKa2 11.6). Roztwory kwaśne są dość stabilne, ale powyżej pH 4 rozkład katalizowany zasadą następuje poprzez-do podtlenku azotu i anionu wodorotlenkowego., Hiponitryty (z udziałem anionu N
2O2−
2) są stabilne wobec środków redukujących i częściej same działają jako środki redukujące. Są one etapem pośrednim w utlenianiu amoniaku do azotynu, który zachodzi w cyklu azotowym. Hiponitryt może działać jako mostkowy lub chelatujący ligand bidentatu.,
kwas azotowy (HNO2) nie jest znany jako czysty związek, ale jest częstym składnikiem w równowadze gazowej i jest ważnym odczynnikiem wodnym: jego wodne roztwory mogą być wykonane z zakwaszających chłodnych wodnych roztworów azotynów (NO−
2, wygięte), chociaż już w temperaturze pokojowej dysproporcja do azotanów i tlenku azotu jest znacząca. Jest to słaby kwas o pKa 3,35 w temperaturze 18 °C. mogą być analizowane miareczkowo przez ich utlenianie do azotanu przez nadmanganian., Są one łatwo redukowane do podtlenku azotu i tlenku azotu przez dwutlenek siarki, do kwasu hipolitowego z cyną (II) i do amoniaku z siarkowodorem. Sole hydrazyny N
2H+
5 reagują z kwasem azotowym, tworząc azydy, które następnie reagują dając podtlenek azotu i azot. Azotyn sodu jest lekko toksyczny w stężeniach powyżej 100 mg / kg, ale niewielkie ilości są często używane do leczenia mięsa i jako środek konserwujący, aby uniknąć psucia się bakterii., Jest również stosowany do syntezy hydroksyloaminy i diazotyzacji pierwszorzędowych amin aromatycznych w następujący sposób:
ArNH2 + HNO2 → Cl + 2 H2O
azotyn jest również powszechnym ligandem, który może koordynować na pięć sposobów. Najczęściej są to nitro (związane z azotem) i nitrito (związane z tlenem). Często występuje izomeryzm Nitro-nitrito, gdzie forma nitrito jest zwykle mniej stabilna.
kwas azotowy (HNO3) jest zdecydowanie najważniejszym i najbardziej stabilnym tlenokwasem azotu., Jest to jeden z trzech najczęściej używanych kwasów (pozostałe dwa to kwas siarkowy i kwas solny) i został po raz pierwszy odkryty przez alchemików w XIII wieku. Jest on wytwarzany przez katalityczne utlenianie amoniaku do tlenku azotu, który utlenia się do dwutlenku azotu, a następnie rozpuszcza się w wodzie, aby dać stężony kwas azotowy. W Stanach Zjednoczonych rocznie produkuje się ponad siedem milionów ton kwasu azotowego, z których większość jest wykorzystywana między innymi do produkcji azotanów do nawozów i materiałów wybuchowych., Bezwodny kwas azotowy może być wytwarzany przez destylację stężonego kwasu azotowego z pięciotlenkiem fosforu pod niskim ciśnieniem w aparacie szklanym w ciemności. Może być wytwarzany tylko w stanie stałym, ponieważ po stopieniu samoistnie rozkłada się do dwutlenku azotu, a ciekły kwas azotowy ulega samojonizacji w większym stopniu niż jakakolwiek inna kowalencyjna ciecz w następujący sposób:
2 HNO3 ⇌ H
2NO+
3 + NO−
3 ⇌ H2O + + + −
znane są dwa hydraty, HNO3·H2O i HNO3·3H2O, które można skrystalizować., Jest to silny kwas, a stężone roztwory są silnymi utleniaczami, chociaż złoto, platyna, Rod i iryd są odporne na atak. Mieszanina 3:1 stężonego kwasu solnego i kwasu azotowego, zwana aqua regia, jest jeszcze silniejsza i z powodzeniem rozpuszcza złoto i platynę, ponieważ powstaje wolny chlor i chlorek nitrozylu, a aniony chlorkowe mogą tworzyć silne kompleksy., W stężonym kwasie siarkowym kwas azotowy jest protonowany, tworząc nitronium, które może działać jako elektrofil do azotowania aromatycznego:
HNO3 + 2 H2SO4 NO NO+
2 + H3O+ + 2 HSO−
4
stabilność termiczna azotanów (z udziałem anionu trygonalnego planarnego no−
3) zależy od zasadowości metalu, podobnie jak produkty rozkładu (termoliza), które mogą się różnić między azotynami (na przykład, sód), tlenek (potas i ołów), a nawet sam metal (srebro) w zależności od ich względnej trwałości. Azotan jest również wspólnym ligandem z wieloma trybami koordynacji.,
NaNO 3 + na 2 o → 300 ∘ C przez 7 dni w tyglu na 3 NO 4 {\displaystyle {\ce {NaNO3{}+Na2O−>Na3NO4}}
te białe krystaliczne sole są bardzo wrażliwe na parę wodną i dwutlenek węgla w powietrzu:
/p> na3no4 + H2O + CO2 → NaNO3 + NaOH + NaHCO3
pomimo ograniczonej chemii Anion Ortonitanowy jest interesujący z strukturalnego punktu widzenia ze względu na regularny czworościenny kształt i krótkie długości wiązania n-o, co sugeruje znaczący polarny charakter wiązania.,
organiczne związki azotu
azot jest jednym z najważniejszych pierwiastków w chemii organicznej. Wiele organicznych grup funkcyjnych wiąże Wiązanie węgiel–azot, takich jak amidy (RCONR2), aminy (R3N), iminy (RC(=NR)R), imidy (RCO)2NR, azydy (RN3), związki azowe (RN2R), cyjaniany i izocyjaniany (ROCN lub RCNO), azotany (RONO2), azotyle i izonitryle (RCN lub RNC), azotyny (RONO), związki nitro (rno2), związki nitrozowe (RNO), oksymy (RCR=noh) i pochodne pirydyny. Wiązania C-N są silnie spolaryzowane w kierunku azotu., W tych związkach azot jest zwykle trójwalentny (choć może być tetrawalentny w czwartorzędowych solach amonowych, R4N+), z samotną parą, która może nadawać zasadowość Związkowi, koordynując się z protonem. Może to być zrównoważone przez inne czynniki: na przykład amidy nie są zasadowe, ponieważ samotna para jest delokalizowana w wiązanie podwójne (choć mogą działać jako kwasy przy bardzo niskim pH, będąc protonowane w tlenu), a pirol nie jest kwaśny, ponieważ samotna para jest delokalizowana jako część pierścienia aromatycznego. Ilość azotu w substancji chemicznej można określić metodą Kjeldahla., W szczególności azot jest niezbędnym składnikiem kwasów nukleinowych, aminokwasów, a tym samym białek i cząsteczki nośnej adenozynotrójfosforanu, a zatem jest niezbędny dla całego życia na Ziemi.