Valences של חנקן החל -3 כמו אמוניה אמינים, אל חומצה חנקתית 5 ו (Tyagi, 2009). אלמנט זה אינו מרחיב ערכים כמו אחרים.
אטום החנקן הוא יסוד כימי עם האטום מספר 7 והיסוד הראשון בקבוצה 15 (לשעבר VA) בטבלה המחזורית. הקבוצה מורכבת מחנקן (N), זרחן (P), ארסן (As), אנטימון (Sb), ביסמוט (Bi), ומוסקוביום (Mc).
איור 1: תרשים בוהר של אטום החנקן.
האלמנטים חולקים קווי דמיון כלליים מסוימים בהתנהגות כימית, אם כי הם מובחנים באופן ברור זה מזה באופן כימי. קווי דמיון אלה משקפים מאפיינים משותפים של המבנים האלקטרוניים של האטומים שלהם (Sanderson, 2016).
חנקן קיים כמעט בכל החלבונים וממלא תפקיד חשוב ביישומים ביוכימיים ותעשייתיים כאחד. חנקן יוצר קשרים חזקים בגלל יכולתו לקשר משולש עם אטום חנקן אחר ואלמנטים אחרים.
לכן יש כמות גדולה של אנרגיה בתרכובות חנקן. לפני לפני 100 שנה, מעט מאוד היה ידוע על חנקן. כעת, בדרך כלל משתמשים בחנקן לשימור מזון, וכדישון דשן (Wandell, 2016).
תצורה וערכים אלקטרוניים
באטום אלקטרונים ממלאים את הרמות השונות בהתאם לאנרגיות שלהם. האלקטרונים הראשונים ממלאים את רמות האנרגיה הנמוכות ואז עוברים לרמת אנרגיה גבוהה יותר.
רמת האנרגיה החיצונית ביותר באטום מכונה מעטפת הערכיות והאלקטרונים המונחים בקליפה זו ידועים כאלקטרונים של valence.
אלקטרונים אלה נמצאים בעיקר ביצירת קשרים ובתגובה כימית עם אטומים אחרים. לכן, אלקטרונים של valence אחראים לתכונות כימיות ופיזיקליות שונות של יסוד (Valence Electrons, SF).
לחנקן, כאמור, יש מספר אטומי של Z = 7. משמעות הדבר היא שמילוי האלקטרונים ברמות האנרגיה שלהם, או בתצורת האלקטרונים, הוא 1S 2 2S 2 2P 3 .
יש לזכור שבטבע, אטומים מבקשים תמיד לקבל את התצורה האלקטרונית של גזים אצילים, אם על ידי השגה, איבוד או שיתוף של אלקטרונים.
במקרה של חנקן, הגז האצילי המבקש לקבל תצורה אלקטרונית הוא ניאון, שמספרו האטומי הוא Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6 ) והליום, שמספרם האטומי הוא Z = 2 (1S 2 ) ( ראוש, 2013).
הדרכים השונות שיש לחנקן של שילוב יעניקו לו את הערכיות שלו (או את מצב החמצון). במקרה הספציפי של חנקן, מכיוון שהוא נמצא בתקופה השנייה של הטבלה המחזורית, הוא אינו מסוגל להרחיב את שכבת הערכיות שלו כפי שעושים שאר האלמנטים בקבוצה שלה.
זה צפוי להיות עם ערכים של -3, +3 ו- +5. עם זאת, לחנקן מצבים של ערכיות הנעים בין -3, כמו באמוניה ואמינים, ל- +5, כמו בחומצה חנקתית. (טיאגי, 2009).
תיאוריית קשר הערכיות מסייעת להסביר את היווצרותם של תרכובות, בהתאם לתצורת האלקטרונים של חנקן למצב חמצון נתון. לשם כך יש לקחת בחשבון את מספר האלקטרונים במעטפת הערכיות וכמה נותר לרכוש תצורת גז אצילי.
תרכובות חנקן
איור 2: מבנה של חנקן מולקולרי עם ערך 0.
בהתחשב במספר הגדול של מצבי חמצון, חנקן יכול ליצור מספר גדול של תרכובות. ראשית יש לזכור שבמקרה של חנקן מולקולרי, בהגדרתו הערכיות שלו היא 0.
מצב החמצון -3 הוא אחד הנפוצים ביותר עבור היסוד. דוגמאות של תרכובות עם מצב החמצון הזה הם אמוניה (NH3), אמינים (R3N), יון אמוניום (NH 4 + ), imines (C = NR) ו nitriles (C≡N).
במצב החמצון -2 נותר חנקן עם 7 אלקטרונים במעטפת הערכיות שלו. המספר המוזר הזה של אלקטרונים במעטפת הערכיות מסביר מדוע לתרכובות עם מצב חמצון זה יש קשר גשר בין שני חנקן. דוגמאות לתרכובות עם מצב חמצון זה הן הידרזינים (R 2 -NNR 2 ) והידרזונים (C = NNR 2 ).
במצב -1 חמצון, נשאר חנקן עם 6 אלקטרונים במעטפת הערכיות. דוגמאות לתרכובות חנקן בעלות ערך זה הן אמין הידרוקסיל (R 2 NOH) ותרכובות אזו (RN = NR).
במצבי חמצון חיוביים, חנקן בדרך כלל מחובר לאטומי חמצן ליצירת תחמוצות, אוקסיזלטים או תחמוצות. במקרה של מצב חמצון +1, לחנקן יש 4 אלקטרונים במעטפת הערכיות שלו.
דוגמאות לתרכובות בעלות ערך זה הן תחמוצת דיטרוגן או גז צחוק (N 2 O) ותרכובות ניטרוסו (R = NO) (Reusch, Oxidation States of Nitrogen, 2015).
במקרה של מצב החמצון של +2, דוגמא היא תחמוצת חנקן או תחמוצת החנקן (NO), גז חסר צבע המיוצר על ידי תגובת מתכות עם חומצה חנקתית מדוללת. תרכובת זו הינה רדיקל חופשי בלתי יציב מאחר והיא מגיבה עם O 2 באוויר ליצירת גז NO 2 .
ניטריט (NO 2 - ) בתמיסה בסיסית וחומצה חנקנית (HNO 2 ) בתמיסה חומצית הם דוגמאות לתרכובות עם מצב חמצון +3. אלה יכולים להיות חומרי חמצון לייצור בדרך כלל NO (g) או חומרי הפחתה ליצירת יון החנקתי.
דו חנקן דו חמצני (N 2 O 3 ) וקבוצת החנקן (R-NO 2 ) הם דוגמאות נוספות לתרכובות חנקניות בעלות ערך +3.
חנקן דו חמצני (NO 2 ) או חנקן דו חמצני הם תרכובת חנקן עם ערך +4. זהו גז חום המיוצר בדרך כלל כתגובה של חומצה חנקתית מרוכזת עם מתכות רבות. מדמם את צורת N 2 O 4 .
במצב +5 אנו מוצאים חנקות וחומצה חנקתית שהם חומרים מחמצנים בתמיסות חומצות. במקרה זה, לחנקן יש שני אלקטרונים במעטפת הערכיות שנמצאים במסלול 2S. (מצבי חמצון של חנקן, SF).
ישנם גם תרכובות כמו ניטרוסילאזיד ודיטרוגן דו-חמצני בהם לחנקן מצבי חמצון שונים במולקולה. במקרה של ניטרוסילאזיד (N 4 O), לחנקן יש ערך של -1, 0, + 1 ו- +2; ובמקרה של דיטרוגן דו-חמצני, יש לו ערך של +2 ו- +4.
שמות של תרכובות חנקן
בהתחשב במורכבות הכימיה של תרכובות חנקן, הנומפלציה המסורתית לא הספיקה לשם, אלא פחות מזהה אותם כראוי. זו הסיבה, בין היתר, כי האיחוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC) יצר nomenclature שיטתית, שם נקראים תרכובות לפי מספר האטומים שהם מכילים.
זה מועיל כשמדובר בשמות תחמוצות חנקן. לדוגמא תחמוצת החנקן נקרא חנקן חד חמצני ותחמוצת החנקן (NO) דו חנקן חד חמצני (N 2 O).
בנוסף, בשנת 1919 פיתח הכימאי הגרמני אלפרד סטוק שיטה לנקוב בתרכובות כימיות על בסיס מצב החמצון, שנכתב בספרות רומיות הסגורות בסוגריים. כך, למשל, תחמוצת החנקן ותחמוצת החנקן נקראו תחמוצת חנקן (II) ותחמוצת חנקן (I) בהתאמה (IUPAC, 2005).
הפניות
- (2005). NOMENCLATURE של כימיה אורגנית IUPAC המלצות 2005. נשלח מ- iupac.org.
- מצבי חמצון של חנקן. (SF). התאושש מ- kpu.ca.
- Reusch, W. (2013, 5 במאי). תצורות אלקטרונים בטבלה המחזורית. התאושש מ- chemistry.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8 באוגוסט). מצבי חמצון של חנקן. התאושש ב- chem.libretexts.org.
- סנדרסון, RT (2016, 12 בדצמבר). אלמנט קבוצת חנקן. התאושש מ- britannica.com.
- טיאגי, סמנכ"ל (2009). כימיה חיונית Xii. מעדנייה חדשה: רטנה סגר.
- אלקטרונים בעלי ערך. (SF). התאושש מ- chemistry.tutorvista.com.
- וונדל, א '(2016, 13 בדצמבר). כימיה של חנקן. התאושש ב- chem.libretexts.org.