Нітроген і його сполуки (стр. 3 из 6)

Оксид N₂О (закис азоту, "звеселяючий газ", оскільки він володіє наркотичною дією) отримують термічним розкладом нітрату амонію або гідроксил амонію:

[НN₃ОН]NО₂ = N₂О + 2Н₂О

(внутрішньомолекулярне диспропорціювання).

Оксид азоту (+1) – ендотермічна сполука. Однак при кімнатній температурі хімічно мало активний. При нагріванні його реакційна здатність сильно зростає. Він окислює водень, метали, фосфор, сірку, вугілля, органічні та інші речовини, наприклад:

Сu + N₂О = N₂ + СuО.

При нагріванні N₂О вище 700 °С одночасно з реакцією розкладання протікає його диспропорціонування:

2N₂О = 2N₂ + О₂;2N₂О = 2NО + N₂.

З водою оксид азоту (+1) не взаємодіє, хоча відома кислота Н₂N₂О₂, в якій азот теж має ступінь окислення +1. Ця кислота називається азотноватистою, і їй приписується структура з двома рівноцінними атомами азоту.

Вільну азотноватисту кислоту можна отримати наступним чином:

NН₂ОН + НNО₂ = Н₂N₂О₂ + Н₂О.

Вона добре розчиняється у воді, але кислота слабка. Азотноватиста кислота дуже нестійка, при незначному нагріванні вибухає:

Н₂N₂О₂ = N₂О + Н₂О.

Солі Н₂N₂О₂ – гіпонітрити і гідрогіпонітрити – у воді значною мірою схильні до гідролізу. Більшість гіпонітритів мало розчинні у воді, набагато краще розчиняються гідрогіпонітрити [5].

Парні ступені окислення для азоту порівняно мало характерні. До числа таких сполук відноситься оксид азоту (+2). Молекула NО містить непарне число електронів і, по суті, представляє володіючий малою активністю радикал. У молекулі один ковалентний по донорно-акцепторному механізму та два π-зв'язки. Незважаючи на ендотермічність і позитивну величину енергії Гіббса утворюється NО з простих речовин, оксид азоту (+2) не розпадається на окремі елементи. Справа в тому, що, згідно з ММО, порядок зв'язку в NО досить високий і дорівнює 2,5. Молекула NО міцніша за молекулу О₂, так як у першої на розпушування МО π_2р^* всього один електрон, а у другої – два електрони.

У лабораторії оксид азоту (+2) найчастіше отримують дією розведеної азотної кислоти на мідні стружки:

3Сu + 8НNО_3(розв.) = 3Сu(NО₃)₂ + 2NО + 4Н₂О.

На повітрі оксид азоту (+2) миттєво окислюється:

2NО + О₂ = 2NО₂.

Окислюється NО і галогенами (Hal), утворюючи нітрозилгалогеніди:

2NО + Hal₂ = 2NОHal.

При взаємодії з відновниками NО відновлюється до N₂О, N₂, NН₂ОН, NН₃залежно від відновної здатності партнера і умов проведення процесів.

Водний розчин оксиду азоту (+2) нейтральний. Ніяких сполук з водою він не утворює, хоча відомі солі (гіпонітрати) не виділеної у вільному стані азотноватої кислоти Н₂N₂О₃, в якій азот також має ступінь окислення +2 [4].

Оксид азотуN₂О₃ існує в твердому стані (нижче -100 °С). У рідкому і пароподібному станах оксид азоту (+3) в значній мірі дисоціює за рахунок диспропорціонування:

N₂О₃↔ NО + NО₂.

Отримують N₂О₃ охолодженням еквімолярних кількостей NО і NО₂. А рівномірний потік суміші потрібного складу виходить при взаємодії 50%-вої НNО₃ з оксидом арсенікуму (+3):

2НNО₃ + Аs₂О₃ = 2НАsО₃ + NО + NО₂.

Оксиду азоту (+3) відповідає відома лише у розчині нестійка азотиста кислота НNО₂. Отримати її можна розчиненням у воді рівних обсягів NО і NО₂:

NО + NО₂ + Н₂О = 2НNО₂.

При зберіганні та нагріванні НNО₂ диспропорціонує:

3НNО₂ = НNО₃ + 2NО + Н₂О.

Найбільш характерні для неї окислювальні властивості:

НNО₂ + 2НI = I₂ + 2NО + 2Н₂О.

Однак сильні окисники переводять азотисту кислоту в азотну:

5НNО₂ + 2КМnО₄ + 3Н₂SО₄ = К₂SО₄ + 2МnSО₄ + 5НNО₃ + 3Н₂О.

Оксид азоту (+4) отримують розчиненням міді в концентрованій азотній кислоті: Сu + 4НNО₃ = Сu(NО₃)₂ + 2NО₂ + 2Н₂О.

Він є гарним окисником, в ньому горять фосфор, сірка, вугілля і деякі органічні речовини. Вище 150 °С діоксид азоту починає розкладатися:

2NО₂ = 2NО + О₂.

Оскільки молекула діоксиду азоту з неспареним електроном, по суті, представляє собою радикал, вона легко димеризується:

2NО₂ ↔ N₂О₄.

Димер безбарвний і діамагнітний на відміну від пофарбованого в червоно-бурий колір і парамагнітний [3].

Діоксид азоту при взаємодії з водою диспропорціонує:

2NО₂ + Н₂О = НNО₂ + НNО₃.

При розчиненні NО₂ в гарячій воді виходить азотна кислота, бо спочатку утворена азотиста кислота диспропорціонує з виділенням оксиду азоту (+2) та утворенням азотної кислоти.

Оксид азоту (+5) має молекулярну структуру тільки в газовій фазі. В твердому стані N₂О₅ має структуру, утворену іонами NО₂⁺ і NО₃^ˉ. N₂О₅ – кристали, які легко перегоняються, причому випаровуються молекули. Таким чином, при сублімації оксиду азоту (+5) іони NО₂⁺ і NО₃^ˉ об'єднуються в молекули N₂О₅. Отримують оксид азоту (+5) дегідратацією азотної кислоти з допомогою Р₂О₅ або окисленням NО₂ озоном:

2НNО₃ + Р₂О₅ = 2НРО₃ + N₂О₅;

6NО₂ + О₃ = 3N₂О₅

Оксид азоту (+5) є енергійним окисником, багато реакцій з його участю протікають досить бурхливо. При розчинення у воді дає азотну кислоту:

N₂О₅ + Н₂О = 2НNО₃.

Азотна кислота – одна з найсильніших кислот. Безводна азотна кислота являє собою безбарвну летючу рідину. При зберіганні (особливо на світлі) і при нагріванні частково розкладається:

4НNО₃ = 4NО₂ + 2Н₂О + О₂.

Так звана "димляча" азотна кислота (червоного кольору) являє собою розчин виділяючого діоксиду азоту в концентрованій НNО₃.

У лабораторії НNО₃ одержують нагріванням нітрату натрію з сірчаною кислотою:

NaNО₃ + Н₂SО₄ = НNО₃ + NaНSО₄.

У промисловості азотну кислоту одержують з аміаку. Спочатку аміак каталітично окислюють до оксиду азоту (+2), який далі окислюється до NО₂. Потім оксид азоту (+4) розчиняють в гарячій воді і отримують азотну кислоту [1].

Азотна кислота є сильним окисником і окислює майже всі метали і неметали. Останні, як правило, переводяться нею в похідні вищого ступеня окиснення, наприклад:

S + 6НNО₃ = Н₂SО₄ + 6NО₂ + 2Н₂О.

З металів тільки золото, платина, осмій, іридій, ніобій, тантал та вольфрам стійкі до дії азотної кислоти. Деякі метали (наприклад, залізо, алюміній, хром) пасивуються концентрованою азотною кислотою. Окисними властивостями володіють і водні розчини азотної кислоти. Зазвичай процес відновлення НNО₃ протікає в декількох паралельних напрямах, і в результаті виходить суміш різних продуктів відновлення. Природа цих продуктів, їх відносний вміст в суміші залежать від сили відновника, концентрації азотної кислоти і температури.

Концентрована азотна кислота (60% та більше) реагує з металами з утворенням оксиду нітрогену (ІV):

Pb + 4HNO_3(конц.)® Pb(NO₃)₂ + 2 NO₂ + 2H₂O.

При реакції розчиненої (20-30%) азотної кислоти з металами утворюється оксид нітрогену (ІІ) або оксид нітрогену (І):

3Cu + 8HNO_3(розв.)® 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

4Mg + 10HNO_3(розв.)® 4Mg(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O.

При реакціях дуже розведеної (менше 10%) азотної кислоти з металами утворюється нітрат амонію:

4Zn + 10HNO_{3(сильно розв.)}® 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.

Більш сильним окисником є суміш концентрованих азотної і соляної кислот – "царська горілка". Вона розчиняє навіть золото і платину, які не розчиняються в азотній, а тим більше в соляній кислоті. Її окисна активність зумовлена зниженням редокс-потенціалу розчиняючих металів, тобто посиленням їх відновних властивостей за рахунок утворення міцних хлоридних комплексів:

Аu + НNО₃ + 4НСl = Н[АuСl₄] + NО + 2Н₂О.

Солі азотної кислоти – нітрати – відомі майже для всіх металів. Більшість з них безбарвні і добре розчиняються у воді. У кислих водних розчинах нітрати є слабшими окисниками, ніж азотна кислота, а у нейтральному середовищі взагалі не мають окисних властивостей. Сильними окисниками вони є в розплавах, коли відбувається розкладання з виділенням кисню. Оксид азоту (+5) при взаємодії з 100%-вим пероксидом водню утворює пероксоазотну (надазотну) кислоту:

N₂О₅ + 2Н₂О₂ = 2НNО₄ + Н₂О.

Пероксоазотна кислота нестійка, легко вибухає, водою повністю гідролізує:

+ Н₂О = Н₂О₂ + НNО₃ [2].

2.3. Сполуки з неметалами.

Відомі всі галогеніди азоту NHal₃. Трифторид NF₃ отримують взаємодією фтору з аміаком:

3F₂ + 4NН₃ = 3NН₄F + NF₃.

Трифторид азоту – безбарвний токсичний газ, молекули якого володіють пірамідальною будовою. У основи піраміди дислоковані атоми фтору, а вершина зайнята атомом азоту з неподіленою електронною парою. До різних хімічних реагентів і до нагрівання NF₃ досить стійкий.

Решта тригалогенідів азоту ендотермічні, а тому нестійкі і реакційно здатні. NCl₃ утворюється при пропусканні газоподібного хлору в міцний розчин хлориду амонію:

3Cl₂ + NН₄Сl = 4НСl + NCl₃.

Трихлорид азоту є легколетючою (t_кип = 71°С) рідиною з різким запахом. Невеликий нагрів або удар супроводжується вибухом з виділенням великої кількості теплоти. При цьому NCl₃ розпадається на окремі елементи. Тригалогеніди NBr₃ і NI₃ ще менш стабільні.