מצבי החמצון של חנקן באמוניום. תרכובות החנקן החשובות ביותר

למקם נכון מצבי חמצוןיש לזכור ארבעה כללים.

1) ב עניין פשוטמצב החמצון של כל יסוד הוא 0. דוגמאות: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) כדאי לזכור את האלמנטים שמאפיינים מצבי חמצון קבועים. כולם רשומים בטבלה.

3) מצב החמצון הגבוה ביותר של יסוד, ככלל, עולה בקנה אחד עם מספר הקבוצה שבה נמצא יסוד זה (לדוגמה, זרחן נמצא בקבוצה V, ה-SD הגבוה ביותר של זרחן הוא +5). חריגים חשובים: F, O.

4) החיפוש אחר מצבי החמצון של היסודות הנותרים מבוסס על כלל פשוט:

במולקולה ניטרלית, סכום מצבי החמצון של כל היסודות שווה לאפס, וביון - מטען היון.

כמה דוגמאות פשוטות לקביעת מצבי חמצון

דוגמה 1. יש צורך למצוא את מצבי החמצון של יסודות באמוניה (NH 3).

פִּתָרוֹן. אנו כבר יודעים (ראה 2) כי אמנות. בסדר. מימן הוא +1. נותר למצוא מאפיין זה לחנקן. תן x להיות מצב החמצון הרצוי. אנו מרכיבים את המשוואה הפשוטה ביותר: x + 3 (+1) \u003d 0. הפתרון ברור: x \u003d -3. תשובה: N -3 H 3 +1.

דוגמה 2. ציין את מצבי החמצון של כל האטומים במולקולת H 2 SO 4.

פִּתָרוֹן. מצבי החמצון של מימן וחמצן כבר ידועים: H(+1) ו-O(-2). אנו מרכיבים משוואה לקביעת דרגת החמצון של גופרית: 2 (+1) + x + 4 (-2) \u003d 0. בפתרון משוואה זו, אנו מוצאים: x \u003d +6. תשובה: H +1 2 S +6 O -2 4 .

דוגמה 3. חשב את מצבי החמצון של כל היסודות במולקולת Al(NO 3) 3.

פִּתָרוֹן. האלגוריתם נשאר ללא שינוי. הרכב ה"מולקולה" של חנקתי אלומיניום כולל אטום אחד של Al (+3), 9 אטומי חמצן (-2) ו-3 אטומי חנקן, שאת מצב החמצון יש לחשב. משוואה מתאימה: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. תשובה: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

דוגמה 4. קבע את מצבי החמצון של כל האטומים ביון (AsO 4) 3-.

פִּתָרוֹן. במקרה זה, סכום מצבי החמצון כבר לא יהיה שווה לאפס, אלא למטען של היון, כלומר -3. משוואה: x + 4 (-2) = -3. תשובה: As(+5), O(-2).

מה לעשות אם מצבי החמצון של שני יסודות אינם ידועים

האם ניתן לקבוע את מצבי החמצון של מספר יסודות בו זמנית באמצעות משוואה דומה? אם נשקול המשימה הזומבחינה מתמטית, התשובה היא לא. משוואה לינאריתעם שני משתנים לא יכול להיות פתרון ייחודי. אבל אנחנו לא רק פותרים משוואה!

דוגמה 5. קבע את מצבי החמצון של כל היסודות ב-(NH 4) 2 SO 4.

פִּתָרוֹן. מצבי החמצון של מימן וחמצן ידועים, אך גופרית וחנקן אינם ידועים. דוגמה קלאסית לבעיה עם שני אלמונים! נשקול אמוניום סולפט לא כ"מולקולה" אחת, אלא כשילוב של שני יונים: NH 4 + ו-SO 4 2-. אנו מכירים את המטענים של יונים, כל אחד מהם מכיל רק אטום אחד עם דרגת חמצון לא ידועה. בעזרת הניסיון שנצבר בפתרון בעיות קודמות, נוכל למצוא בקלות את מצבי החמצון של חנקן וגופרית. תשובה: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

מסקנה: אם המולקולה מכילה מספר אטומים עם מצבי חמצון לא ידועים, נסו "לפצל" את המולקולה למספר חלקים.

כיצד לסדר מצבי חמצון בתרכובות אורגניות

דוגמה 6. ציין את מצבי החמצון של כל היסודות ב-CH 3 CH 2 OH.

פִּתָרוֹן. מציאת מצבי חמצון ב תרכובות אורגניותיש מפרט משלו. בפרט, יש צורך למצוא בנפרד את מצבי החמצון עבור כל אטום פחמן. אתה יכול לנמק כך. קחו למשל את אטום הפחמן בקבוצת המתיל. אטום C זה מחובר ל-3 אטומי מימן ואטום פחמן סמוך. על ידי חיבורי S-Nיש שינוי בצפיפות האלקטרונים לכיוון אטום הפחמן (מכיוון שהאלקטרושליליות של C עולה על ה-EO של מימן). אם העקירה הזו הייתה שלמה, אטום הפחמן היה מקבל מטען של -3.

אטום C בקבוצת -CH 2 OH קשור לשני אטומי מימן (שינוי צפיפות האלקטרונים לכיוון C), אטום חמצן אחד (שינוי צפיפות האלקטרונים לכיוון O) ואטום פחמן אחד (אנו יכולים להניח שהשינויים בצפיפות האלקטרונים בזה המקרה לא קורה). מצב החמצון של פחמן הוא -2 +1 +0 = -1.

תשובה: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

אל תבלבלו בין המושגים "ערכיות" ו"מצב חמצון"!

מצב חמצון מבולבל לעתים קרובות עם ערכיות. אל תעשה את הטעות הזו. אפרט את ההבדלים העיקריים:

• למצב החמצון יש סימן (+ או -), ערכיות - לא;
• מידת החמצון יכולה להיות שווה לאפס אפילו בחומר מורכב, שוויון הערכיות לאפס אומר, ככלל, שהאטום של יסוד זה אינו מחובר לאטומים אחרים (לא נדון בשום סוג של תרכובות הכללה ו "אקזוטיות" אחרות כאן);
• מידת החמצון היא מושג פורמלי המקבל משמעות אמיתית רק בתרכובות בעלות קשרים יוניים, המושג "ערכיות", להיפך, מיושם בצורה נוחה ביותר ביחס לתרכובות קוולנטיות.

מצב החמצון (ליתר דיוק, המודולוס שלו) הוא לעתים קרובות שווה מספרית לערכיות, אך לעתים קרובות יותר ערכים אלה אינם חופפים. לדוגמה, מצב החמצון של פחמן ב-CO 2 הוא +4; ערכיות C שווה גם ל- IV. אבל במתנול (CH 3 OH), ערכיות הפחמן נשארת זהה, ומצב החמצון של C הוא -1.

מבחן קטן בנושא "מידת החמצון"

הקדישו מספר דקות כדי לבדוק כיצד הבנתם את הנושא הזה. אתה צריך לענות על חמש שאלות פשוטות. בהצלחה!

מצבי חמצון חנקן בתרכובות −3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

תרכובות חנקן במצב חמצון −3 מיוצגות על ידי ניטרידים, אשר אמוניה היא למעשה החשובה ביותר;

תרכובות חנקן במצב חמצון -2 הן פחות אופייניות, המיוצגות על ידי פרניטרידים, שהמימן הפרניטריד החשוב ביותר שבהם הוא N2H4 או הידרזין (יש גם מימן פרניטריד N2H2, diimide לא יציב במיוחד);

תרכובות חנקן במצב חמצון -1 NH2OH (hydroxylamine) - בסיס לא יציב המשמש, יחד עם מלחי הידרוקסילמוניום, בסינתזה אורגנית;

תרכובות חנקן במצב חמצון +1 תחמוצת חנקן (I) N2O (תחמוצת חנקן, גז צחוק);

תרכובות חנקן במצב חמצון +2 תחמוצת חנקן (II) NO (חנקן חד חמצני);

תרכובות חנקן במצב חמצון +3 תחמוצת חנקן (III) N2O3, חומצה חנקתית, נגזרות של האניון NO2−, חנקן טריפלואוריד (NF3);

תרכובות חנקן במצב חמצון +4 תחמוצת חנקן (IV) NO2 (חנקן דו חמצני, גז חום);

תרכובות חנקן במצב חמצון +5 תחמוצת חנקן (V) N2O5, חומצה חנקתית, מלחיה - חנקות ונגזרות נוספות וכן טטרפלואורואמוניום NF4+ ומלחיו.

אמוניה היא תרכובת של חנקן ומימן. יש לזה חֲשִׁיבוּת V תעשייה כימית. הנוסחה לאמוניה היא NH 3 .

גז חסר צבע בעל ריח חריף אופייני. אמוניה קלה בהרבה מאוויר, המסה של ליטר אחד של גז זה היא 0.77 גרם. בשל קשרי מימן, לאמוניה יש נקודת רתיחה גבוהה בצורה חריגה שאינה תואמת למשקל המולקולרי הנמוך שלה, והיא מסיסה מאוד במים.

מלחי אמוניום. רוב מלחי האמוניום הם חסרי צבע ומסיסים מאוד במים. בנכסים מסוימים, הם דומים למלחי מתכת אלקלית, במיוחד אשלגן. מלחי אמוניום אינם יציבים מבחינה תרמית. כשהם מתחממים, הם מתפרקים. פירוק זה יכול להתרחש באופן הפיך ובלתי הפיך.

נמצאים מלחי אמוניום יישום רחב. רובם (אמוניום סולפט, אמוניום חנקתי) משמשים כדשנים. אמוניום כלורי או אמוניה משמש בתעשיות הצביעה והטקסטיל, בהלחמה ובפח, וכן בתאים גלווניים.

חומצה חנקתית היא חומצה מונו-בסיסית חזקה. בתמיסות מדוללות, הוא מתפרק לחלוטין ליונים H +1 ו-NO -1 3.

חומצה חנקתית טהורה היא נוזל חסר צבע עם ריח חריף. רותח ב-86 מעלות צלזיוס. היגרוסקופי. תחת פעולת האור, הוא מתפרק בהדרגה.

חומצה חנקתית היא חומר מחמצן חזק. רבים שאינם מתכות מתחמצנים בקלות על ידי זה, והופכים לחומצות.

חומצה חנקתית פועלת כמעט על כל המתכות למעט זהב, פלטינה, טנטלום, רודיום ואירידיום. חומצה חנקתית מרוכזת מביאה כמה מתכות (ברזל, אלומיניום, כרום) למצב פסיבי. מצב החמצון של חנקן בחומצה חנקתית הוא +5. ככל שריכוז HNO 3 גבוה יותר, כך הוא משוחזר פחות עמוק. בתגובות עם חומצה חנקתית מרוכזת, משתחרר בדרך כלל NO 2. כאשר חומצה חנקתית מדוללת מגיבה עם מתכות בעלות פעילות נמוכה, כגון נחושת, NO משתחרר.

יישום. IN כמויות גדולותהוא משמש לייצור דשני חנקן, צבעים, חומרי נפץ, תרופות. חומצה חנקתית משמשת לייצור חומצה גופרתית בשיטת החנקן, משמשת לייצור לכות תאית, סרט.

מלחים של חומצה חנקתית. חומצה חנקתית חד-בסיסית יוצרת רק מלחים בינוניים, הנקראים חנקות. כל החנקות מתמוססים היטב במים, וכאשר הם מחוממים, הם מתפרקים עם שחרור חמצן.

חנקות מהמתכות הפעילות ביותר, הממוקמות משמאל למגנזיום בסדרת פוטנציאל האלקטרודה הסטנדרטי, הופכות לניטריטים.

מבין מלחי החומצה החנקתית, החשובים ביותר הם חנקות נתרן, אשלגן, אמוניום וסידן, הנקראות בפועל חנקות. סלטפטר משמש בעיקר כדשן.

דשני חנקן אמוניום חנקתי (אמוניום חנקתי) זהו הדשן היעיל ביותר, העשיר בחנקן. מכיל 33-35% חנקן בצורת חנקה ואמוניה. מסיס בקלות במים, עובד היטב על קרקעות רבות אמוניום סולפט מכיל כ-21% חנקן. מייצג גבישים חסרי צבע בצורת מעוין. דשן זה פחות היגרוסקופי מאמוניום חנקתי, אינו מתגבש, אינו דליק אוריאה זהו הדשן המכיל חנקן היקר ביותר. אוריאה מכילה המספר הגדול ביותרחנקן (כ-46%) בצורה הנספגת היטב בצמחים. זהו גבישים חסרי צבע או צהבהבים, מסיסים במים. אוריאה אינה נפיצה, מעט היגרוסקופית, אינה מתגבשת אשלגן חנקתי (אשלגן חנקתי) אשלגן חנקתי מכיל בערך פי 3 יותר אשלגן מאשר חנקן. לכן, הוא משמש בשילוב עם דשנים אחרים סידן חנקתי (מלח נורווגי) דשן חנקן בעל ערך. מכיל כ-13% חנקן אמוניום כלוריד אבקה לבנה, מכיל כ-25% חנקן

ישנם יסודות כימיים המציגים דרגות שונותחמצון, המאפשר היווצרות של תגובה כימיתמספר רב של תרכובות בעלות תכונות מסוימות. יוֹדֵעַ מבנה אלקטרוניאטום, אתה יכול לנחש אילו חומרים יווצרו.

מצבי החמצון של חנקן יכולים לנוע בין -3 ל-+5, מה שמעיד על מגוון התרכובות המבוססות עליו.

מאפיין אלמנט

חנקן שייך ליסודות הכימיים הנמצאים בקבוצה ה-15, בתקופה השנייה ב מערכת תקופתיתמנדלייב D. I. הוא קיבל את המספר הסידורי 7 ואת האות המקוצרת N. In תנאים רגיליםאלמנט אינרטי יחסית, נחוצים תנאים מיוחדים כדי שהתגובות יתרחשו.

הוא מתרחש באופן טבעי כגז חסר צבע דו-אטומי. אוויר אטמוספריעם חלק נפח של יותר מ-75%. הוא כלול בהרכב של מולקולות חלבון, חומצות גרעין וחומרים המכילים חנקן ממקור אנאורגני.

מבנה האטום

כדי לקבוע את מצב החמצון של חנקן בתרכובות, יש צורך להכיר את המבנה הגרעיני שלו ולחקור את קליפות האלקטרונים.

יסוד טבעי מיוצג על ידי שני איזוטופים יציבים, עם מספר המסה שלהם 14 או 15. הגרעין הראשון מכיל 7 חלקיקי נויטרונים ו-7 פרוטונים, והשני מכיל עוד חלקיק נויטרונים אחד.

ישנם זנים מלאכותיים של האטום שלו עם מסה של 12-13 ו-16-17, שיש להם גרעינים לא יציבים.

כאשר לומדים את המבנה האלקטרוני של חנקן אטומי, ניתן לראות שיש שתי קליפות אלקטרוניות (פנימיות וחיצוניות). מסלול 1s מכיל זוג אחד של אלקטרונים.

הקליפה החיצונית השנייה מכילה רק חמישה חלקיקים בעלי מטען שלילי: שניים ברמת המשנה 2s ושלושה במסלול 2p. לרמת אנרגיית הערכיות אין תאים חופשיים, מה שמעיד על חוסר האפשרות להפריד את צמד האלקטרונים שלו. מסלול ה-2p נחשב למלא רק למחצה באלקטרונים, מה שמאפשר לחבר 3 חלקיקים בעלי מטען שלילי. במקרה זה, מצב החמצון של חנקן הוא -3.

בהתחשב במבנה האורביטלים, אנו יכולים להסיק שאלמנט זה בעל מספר קואורדינציה של 4 נקשר למקסימום עם ארבעה אטומים נוספים בלבד. כדי ליצור שלושה קשרים, משתמשים במנגנון החלפה, אחד נוסף נוצר בצורה עשה-לא-אבל-ac-שרשרת-tor.

מצבי חמצון חנקן בתרכובות שונות

המספר המקסימלי של חלקיקים שליליים שהאטום שלו יכול לחבר הוא 3. במקרה זה, מצב החמצון שלו בא לידי ביטוי שווה ל-3, הטבוע בתרכובות כמו NH 3 או אמוניה, NH 4 + או אמוניום וניטרידים Me 3 N 2. החומרים האחרונים נוצרים עם עלייה בטמפרטורה על ידי אינטראקציה של חנקן עם אטומי מתכת.

המספר הגדול ביותר של חלקיקים בעלי מטען שלילי שאלמנט יכול לפלוט שווה ל-5.

שני אטומי חנקן מסוגלים להתחבר זה לזה ליצירת תרכובות יציבות עם מצב חמצון של -2. קשר כזה נצפה ב-N 2 H 4 או בהידרזינים, באזידים של מתכות שונות או MeN 3 . אטום החנקן מוסיף 2 אלקטרונים לאורביטלים חופשיים.

קיים מצב חמצון של -1 כאשר יסוד נתון מקבל רק חלקיק שלילי אחד. לדוגמה, ב-NH 2 OH או הידרוקסילאמין הוא טעון שלילי.

יש סימן חיובימצבי חמצון חנקן, כאשר חלקיקי אלקטרונים נלקחים משכבת ​​האנרגיה החיצונית. הם משתנים בין 1+ ל-+5.

המטען 1+ קיים בחנקן ב-N 2 O (תחמוצת חד ערכית) ובנתרן היפוניטריט עם הנוסחה Na 2 N 2 O 2.

ב-NO (תחמוצת דו ערכית), היסוד תורם שני אלקטרונים והופך למטען חיובי (+2).

יש מצב חמצון של חנקן 3 (בתרכובת NaNO 2 או ניטריד וגם בתחמוצת המשולשת). במקרה זה, 3 אלקטרונים מתפצלים.

המטען +4 מתרחש בתחמוצת עם ערכיות IV או דימר שלה (N 2 O 4).

הסימן החיובי של מצב החמצון (+5) מופיע ב-N 2 O 5 או בתחמוצת מחומשת, בחומצה חנקתית ובמלחים הנגזרות שלה.

תרכובות מחנקן למימן

חומרים טבעיים המבוססים על שני היסודות לעיל דומים לפחמימנים אורגניים. רק חנקני מימן מאבדים את יציבותם עם עלייה בכמות החנקן האטומי.

תרכובות המימן המשמעותיות ביותר כוללות את המולקולות של אמוניה, הידרזין וחומצה הידרזואית. הם מתקבלים על ידי אינטראקציה של מימן עם חנקן, וחמצן קיים גם בחומר האחרון.

מהי אמוניה

זה נקרא גם מימן ניטריד, וזה נוסחה כימיתמסומן כ-NH 3 במסה של 17. בתנאים עם טמפרטורה רגילהובלחץ, לאמוניה יש צורה של גז חסר צבע עם ריח אמוניה חריף. מבחינת צפיפות, הוא נדיר פי 2 מאוויר, הוא מתמוסס בקלות בסביבה המימית בגלל המבנה הקוטבי של המולקולה שלו. הכוונה לחומרים בסיכון נמוך.

בנפחים תעשייתיים, אמוניה מיוצרת על ידי סינתזה קטליטית ממולקולות מימן וחנקן. ישנן שיטות מעבדה להשגת ניטריט ממלחי אמוניום ונתרן.

מבנה האמוניה

המולקולה הפירמידה מכילה חנקן אחד ו-3 אטומי מימן. הם ממוקמים זה ביחס לזה בזווית של 107 מעלות. במולקולה טטרהדרלית, חנקן ממוקם במרכז. בשל שלושה פ-אלקטרונים לא מזווגים, הוא מחובר בקשרים קוטביים בעלי אופי קוולנטי עם 3 מימנים אטומיים, שלכל אחד מהם 1 s-אלקטרון. כך נוצרת מולקולת אמוניה. במקרה זה, חנקן מציג מצב חמצון של -3.

לאלמנט הזה יש עדיין זוג אלקטרונים לא משותף ברמה החיצונית, מה שיוצר קשר קוולנטי עם יון מימן בעל מטען חיובי. יסוד אחד הוא תורם של חלקיקים בעלי מטען שלילי, והשני הוא מקבל. כך נוצר יון האמוניום NH 4+.

מה זה אמוניום

הוא מסווג כיון או קטיון פוליאטומי טעון חיובי. אמוניום מסווג גם כ כימיקלים, שאינה יכולה להתקיים בצורה של מולקולה. הוא מורכב מאמוניה ומימן.

אמוניום עם מטען חיובי בנוכחות אניונים שונים עם סימן שלילי מסוגל ליצור מלחי אמוניום, שבהם הוא מתנהג כמו מתכות עם ערכיות I. כמו כן, עם השתתפותו, תרכובות אמוניום מסונתזות.

מלחי אמוניום רבים קיימים כחומרים גבישיים וחסרי צבע המסיסים בקלות במים. אם התרכובות של יון NH 4 + נוצרות על ידי חומצות נדיפות, אז בתנאי חימום הן מתפרקות עם שחרור של חומרים גזים. הקירור הבא שלהם מוביל לתהליך הפיך.

היציבות של מלחים כאלה תלויה בחוזקן של החומצות שמהן הם נוצרים. תרכובות אמוניום יציבות מתאימות לשארית חומצה חזקה. לדוגמה, אמוניום כלוריד יציב מופק מחומצה הידרוכלורית. בטמפרטורות של עד 25 מעלות, מלח כזה אינו מתפרק, מה שלא ניתן לומר על אמוניום פחמתי. התרכובת האחרונה משמשת לעתים קרובות בבישול לתפיחת בצק, במקום סודה לשתייה.

קונדיטורים פשוט קוראים אמוניום קרבונט אמוניום. מלח זה משמש את יצרני הבירה לשיפור התסיסה של שמרי בירה.

תגובה איכותית לזיהוי יוני אמוניום היא פעולתם של הידרוקסידים ממתכת אלקלי על תרכובותיו. בנוכחות NH 4+ משתחררת אמוניה.

מבנה כימי של אמוניום

תצורת היון שלו דומה לטטרהדרון רגיל, שבמרכזו חנקן. אטומי מימן ממוקמים בחלק העליון של האיור. כדי לחשב את מצב החמצון של חנקן באמוניום, צריך לזכור שהמטען הכולל של הקטיון הוא +1, ולכל יון מימן חסר אלקטרון אחד, ויש רק 4 מהם. פוטנציאל המימן הכולל הוא +4. אם נחסר את המטען של כל יוני המימן מהמטען של הקטיון, נקבל: +1 - (+4) = -3. אז לחנקן יש מצב חמצון של -3. במקרה זה, הוא מוסיף שלושה אלקטרונים.

מה הם ניטרידים

חנקן מסוגל לשלב עם אטומים אלקטרו-חיוביים יותר בעלי אופי מתכתי ולא מתכתי. כתוצאה מכך נוצרות תרכובות הדומות להידרידים ולקרבידים. חומרים המכילים חנקן כאלה נקראים ניטרידים. בין המתכת לאטום החנקן בתרכובות, מבחינים קשרים קוולנטיים, יוניים וביניים. מאפיין זה הוא שעומד בבסיס הסיווג שלהם.

ניטרידים קוולנטיים כוללים תרכובות בקשר הכימי שלהן אלקטרונים אינם עוברים מחנקן אטומי, אלא יוצרים ענן אלקטרונים משותף יחד עם חלקיקים בעלי מטען שלילי של אטומים אחרים.

דוגמאות לחומרים כאלה הם ניטרידים של מימן, כמו מולקולות אמוניה והידרזין, וכן הלידים חנקן, הכוללים טריכלורידים, טריברומידים וטריפלואורידים. יש להם זוג אלקטרונים משותף השייך באותה מידה לשני אטומים.

ניטרידים יוניים כוללים תרכובות עם קשר כימי, נוצר על ידי מעבר אלקטרונים מיסוד מתכת לרמות חופשיות בחנקן. קוטביות נצפית במולקולות של חומרים כאלה. לניטרידים יש מצב חמצון חנקן של 3-. בהתאם, סך המטען של המתכת יהיה 3+.

תרכובות כאלה כוללות ניטרידים של מגנזיום, ליתיום, אבץ או נחושת, למעט מתכות אלקליות. יש להם נקודת התכה גבוהה.

ניטרידים ביניים כוללים חומרים בהם אטומי המתכות והחנקן מפוזרים באופן שווה ואין תזוזה ברורה של ענן האלקטרונים. תרכובות אינרטיות כאלה כוללות ניטרידים של ברזל, מוליבדן, מנגן וטונגסטן.

תיאור של תחמוצת חנקן משולשת

זה נקרא גם אנהידריד המופק מחומצה חנקתית בעלת הנוסחה HNO 2. אם לוקחים בחשבון את מצבי החמצון של חנקן (3+) וחמצן (2-) בטריאוקסיד, מתקבל היחס בין האטומים של יסודות 2 ל-3 או N 2 O 3.

הצורות הנוזליות והגזיות של אנהידריד הן תרכובות מאוד לא יציבות; הן מתפרקות בקלות ל-2 תחמוצות שונות עם ערכיות IV ו-II.

תרכובות עם מצב חמצון של -3.תרכובות חנקן במצב חמצון -3 מיוצגות על ידי אמוניה וניטרידות מתכת.

אַמוֹנִיָה- NH 3 הוא גז חסר צבע בעל ריח חריף אופייני. למולקולת האמוניה יש גיאומטריה של פירמידה טריגונלית עם אטום חנקן בראשה. האורביטלים האטומיים של חנקן נמצאים בפנים sp 3- מצב היברידי. שלושה אורביטלים מעורבים ביצירת קשרי חנקן-מימן, והאורביטל הרביעי מכיל זוג אלקטרונים לא משותף, למולקולה יש צורה פירמידלית. פעולת הדחייה של זוג האלקטרונים הבודד גורמת לזווית הקשר לרדת מ-109.5 ל-107.3 מעלות.

בטמפרטורה של -33.4 מעלות צלזיוס, האמוניה מתעבה ליצירת נוזל בעל חום אידוי גבוה מאוד, המאפשר להשתמש בה כחומר קירור במערכות קירור תעשייתיות.

הנוכחות של זוג אלקטרונים לא משותף באטום החנקן מאפשרת לו ליצור קשר קוולנטי נוסף בהתאם למנגנון התורם-המקבל. כך, בסביבה חומצית, מתרחשת היווצרות הקטיון האמוניום המולקולרי - NH 4 +. היווצרות של קשר קוולנטי רביעי מובילה ליישור זוויות הקשר (109.5°) עקב הדחייה האחידה של אטומי מימן.

אמוניה נוזלית היא ממס מיינן עצמי טוב:

2NH 3 NH 4 + + NH 2 -

אניון אמיד

הוא ממיס מתכות אלקליות ואדמה אלקליין, ויוצר פתרונות מוליכים צבעוניים. בנוכחות זרז (FeCl 3), המתכת המומסת מגיבה עם אמוניה כדי לשחרר מימן וליצור אמיד, למשל:

2Na + 2NH 3 \u003d 2NaNH 2 + H 2

נתרן אמיד

אמוניה מסיסה מאוד במים (ב-20 מעלות צלזיוס, כ-700 נפחים של אמוניה מתמוססים בנפח אחד של מים). בתמיסות מימיות, הוא מציג תכונות של בסיס חלש.

NH 3 + H 2 O ® NH 3 × H 2 O NH 4 + + OH -

= 1.85 10 -5

באווירת חמצן, אמוניה נשרפת עם היווצרות חנקן; על זרז פלטינה, אמוניה מתחמצנת לחנקן תחמוצת (II):

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O; 4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O

כבסיס, אמוניה מגיבה עם חומצות ליצירת מלחים של קטיון האמוניום, למשל:

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

מלחי אמוניום מסיסים מאוד במים ומעט הידרוליזה. במצב הגבישי, הם אינם יציבים תרמית. הרכב מוצרי התרמוליזה תלוי בתכונות החומצה היוצרות את המלח:

NH 4 Cl ® NH 3 + HCl; (NH 4) 2 SO 4 ® NH 3 + (NH 4) HSO 4

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 ® N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O

תחת פעולת אלקליות על תמיסות מימיות של מלחי אמוניום, אמוניה משתחררת במהלך החימום, מה שמאפשר להשתמש התגובה הזוכשיטה איכותית למלחי אמוניום וכשיטת מעבדה להשגת אמוניה.

NH 4 Cl + NaOH \u003d NaCl + NH 3 + H 2 O

בתעשייה, אמוניה מתקבלת על ידי סינתזה ישירה.

N 2 + 3H 2 2NH 3

מכיוון שהתגובה היא הפיכה ביותר, הסינתזה מתבצעת ב לחץ דם גבוה(עד 100 MPa). כדי להאיץ את התהליך, התהליך מתבצע בנוכחות זרז (ברזל ספוגי המקודם על ידי תוספים) ובטמפרטורה של כ-500 מעלות צלזיוס.

ניטרידנוצרים כתוצאה מתגובות של מתכות רבות ולא-מתכות עם חנקן. התכונות של ניטרידים משתנות באופן טבעי תוך תקופה. לדוגמה, עבור אלמנטים מהתקופה השלישית:

ניטרידים של יסודות s מקבוצות I ו-II הם חומרים דמויי מלח גבישיים שמתפרקים בקלות על ידי מים ליצירת אמוניה.

Li 3 N + 3H 2 O \u003d 3LiOH + NH 3

מבין ההלוגן ניטרידים במצב חופשי, רק Cl 3 N בודד, אופי החומצה מתבטא בתגובה עם מים:

Cl 3 N + 3H 2 O \u003d 3HClO + NH 3

האינטראקציה של ניטרידים בעלי אופי שונה מובילה להיווצרות של ניטרידים מעורבים:

Li 3 N + AlN \u003d Li 3 AlN 2; 5Li 3 N + Ge 3 N 4 = 3Li 5 GeN 3

lithium nitridoaluminate nitridogermanate(IV) ליתיום

ניטרידים BN, AlN, Si 3 N 4, Ge 3 N 4 הם חומרים פולימריים מוצקים עם טמפרטורה גבוההנמס (2000-3000 מעלות צלזיוס), הם מוליכים למחצה או דיאלקטריים. ניטרידים של מתכות d - תרכובות גבישיות בהרכב משתנה (ברטולידים), קשות מאוד, עקשנות ויציבות מבחינה כימית, מפגינות תכונות מתכתיות: ברק מתכתי, מוליכות חשמלית.

תרכובות עם מצב חמצון של -2.הידרזין - N 2 H 4 - תרכובת החנקן האנאורגנית החשובה ביותר במצב חמצון -2.

הידרזין הוא נוזל חסר צבע עם נקודת רתיחה של 113.5 מעלות צלזיוס, מתאדה באוויר. אדי הידרזין הם רעילים ביותר ויוצרים תערובות נפיצות עם אוויר. הידרזין מתקבל על ידי חמצון אמוניה עם נתרן היפוכלוריט:

2N -3 H 3 + NaCl +1 O \u003d N 2 -2 H 4 + NaCl -1 + H 2 O

הידרזין מתערבב עם מים בכל יחס ומתנהג בתמיסה כבסיס חומצי חלש, ויוצר שתי סדרות של מלחים.

N 2 H 4 + H 2 O N 2 H 5 + + OH - , K b = 9.3×10 -7 ;

קטיון הידרוסוניום

N 2 H 5 + + H 2 O N 2 H 6 2+ + OH - , K b = 8.5×10 -15;

קטיון דיהידרוסוניום

N 2 H 4 + HCl N 2 H 5 Cl; N 2 H 5 Cl + HCl N 2 H 6 Cl 2

הידרוסוניום כלוריד דיהידרוסוניום דיכלוריד

הידרזין הוא הגורם המפחית החזק ביותר:

4KMn +7 O 4 + 5N 2 -2 H 4 + 6H 2 SO 4 \u003d 5N 2 0 + 4Mn +2 SO 4 + 2K 2 SO 4 + 16H 2 O

דימתילהידרזין (הפטיל) לא סימטרי נמצא בשימוש נרחב כדלק רקטות.

תרכובות עם מצב חמצון של -1.הידרוקסילאמין - NH 2 OH - תרכובת החנקן האנאורגנית העיקרית במצב חמצון -1.

הידרוקסילאמין מתקבל על ידי הפחתת חומצה חנקתית עם מימן בזמן הבידוד במהלך אלקטרוליזה:

HNO 3 + 6H \u003d NH 2 OH + 2H 2 O

זהו חומר גבישי חסר צבע (ממ"מ 33 מעלות צלזיוס), מסיס מאוד במים, בו הוא מפגין תכונות של בסיס חלש. עם חומצות הוא נותן מלחי הידרוקסילמוניום - חומרים חסרי צבע יציבים המסיסים במים.

NH 2 OH + H 2 O + + OH - , K b = 2×10 -8

יון הידרוקסילמוניום

אטום החנקן במולקולת NH 2 OH מציג מצב חמצון ביניים (בין -3 ל-+5), כך שהידרוקסילמין יכול לפעול הן כחומר מפחית והן כחומר מחמצן:

2N -1 H 2 OH + I 2 + 2KOH = N 0 2 + 2KI + 4H 2 O;

חומר מפחית

2N -1 H 2 OH + 4FeSO 4 + 3H 2 SO 4 = 2Fe 2 (SO 4) 3 + (N -3 H 4) 2 SO 4 + 2H 2 O

מְחַמצֵן

NH 2 OH מתפרק בקלות כאשר מחומם, עובר חוסר פרופורציה:

3N -1 H 2 OH \u003d N 0 2 + N -3 H 3 + 3H 2 O;

תרכובות עם מצב חמצון של +1. תחמוצת חנקן (I) - N 2 O (תחמוצת חנקן, גז צחוק). ניתן להעביר את מבנה המולקולה שלה על ידי תהודה של שתי ערכיות ערכיות, המראות שניתן להתייחס לתרכובת זו כחנקן תחמוצת (I) רק באופן פורמלי, במציאות זה חנקן (V) אוקסיניטריד - ON +5 N -3.

N 2 O הוא גז חסר צבע עם חלש ריח נעים. בריכוזים קטנים הוא גורם להתקפי שמחה חסרת מעצורים, במינונים גדולים יש לו אפקט הרדמה כללית. תערובת של תחמוצת חנקן (80%) וחמצן (20%) שימשה ברפואה להרדמה.

בתנאי מעבדה ניתן להשיג תחמוצת חנקן (I) על ידי פירוק אמוניום חנקתי. N 2 O המתקבל בשיטה זו מכיל זיהומים של תחמוצות חנקן גבוהות יותר, שהן רעילות ביותר!

NH 4 NO 3 ¾® N 2 O + 2H 2 O

על ידי תכונות כימיותתחמוצת חנקן (I) היא תחמוצת טיפוסית שאינה יוצרת מלח, היא אינה מגיבה עם מים, חומצות ואלקליות. כאשר הוא מחומם, הוא מתפרק ליצירת חמצן וחנקן. מסיבה זו, N 2 O יכול לפעול כחומר מחמצן, למשל:

N 2 O + H 2 \u003d N 2 + H 2 O

תרכובות עם מצב חמצון של +2. תחמוצת חנקן (II) - NO - גז חסר צבע, רעיל ביותר. באוויר, הוא מתחמצן במהירות על ידי חמצן ליצירת תחמוצת חנקן רעילה לא פחות (IV). בתעשייה, NO מיוצר על ידי חמצון של אמוניה על זרז פלטינה או על ידי העברת אוויר דרך קשת חשמלית (3000-4000 מעלות צלזיוס).

4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O; N 2 + O 2 \u003d 2NO

שיטת מעבדההשגת תחמוצת חנקן (II) היא האינטראקציה של נחושת עם חומצה חנקתית מדוללת.

3Cu + 8HNO 3 (הפרש) = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

תחמוצת חנקן (II) היא תחמוצת שאינה יוצרת מלח, חומר מפחית חזק, מגיב בקלות עם חמצן והלוגנים.

2NO + O 2 \u003d 2NO 2; 2NO + Cl 2 = 2NOCl

ניטרוסיל כלוריד

יחד עם זאת, בעת אינטראקציה עם חומרים מפחיתים חזקים, NO פועל כחומר מחמצן:

2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O; 10NO + 4Р = 5N 2 + 2Р 2 O 5

תרכובות עם מצב חמצון של +3. תחמוצת חנקן (III) - N 2 O 3 - נוזל באופן אינטנסיבי של צבע כחול(t.cr. -100 מעלות צלזיוס). יציב רק במצב נוזלי ומוצק ב טמפרטורות נמוכות. נראה שהוא קיים בשתי צורות:

תחמוצת החנקן (III) מתקבלת על ידי עיבוי משותף של אדי NO ו-NO 2. מתנתק בנוזלים ובאדים.

NO 2 + NO N 2 O 3

המאפיינים הם תחמוצת חומצית טיפוסית. הוא מגיב עם מים, יוצר חומצה חנקנית, עם אלקליות יוצר מלחים - ניטריטים.

N 2 O 3 + H 2 O \u003d 2HNO 2; N 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaNO 2 + H 2 O

חומצה חנקנית- חומצה בעוצמה בינונית (K a = 1×10 -4). הוא לא בודד בצורתו הטהורה, בתמיסות הוא קיים בשתי צורות טאוטומריות (טאוטומרים הם איזומרים הנמצאים בשיווי משקל דינמי).

צורת ניטריט צורת ניטרו

מלחים של חומצה חנקתית יציבים. האניון ניטריט מפגין דואליות חיזור בולטת. בהתאם לתנאים, הוא יכול לבצע הן את הפונקציה של חומר מחמצן והן את הפונקציה של חומר מפחית, למשל:

2NaNO 2 + 2KI + 2H 2 SO 4 = I 2 + 2NO + K 2 SO 4 + Na 2 SO 4 + 2H 2 O

מְחַמצֵן

KMnO 4 + 5NaNO 2 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5NaNO 3 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

חומר מפחית

חומצה חנקתית וניטריטים נוטים לחוסר פרופורציה:

3HN +3 O 2 \u003d HN +5 O 3 + 2N +2 O + H 2 O

תרכובות עם מצב חמצון של +4. תחמוצת חנקן (IV) - NO 2 - גז חום, עם חד ריח רע. רעיל במיוחד! בתעשייה, NO 2 מיוצר על ידי חמצון של NO. שיטת המעבדה להשגת NO 2 היא האינטראקציה של נחושת עם חומצה חנקתית מרוכזת, כמו גם פירוק תרמי של חנקתי עופרת.

Cu + 4HNO 3 (קונסול) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O;

2Pb(NO 3) 2 \u003d 2PbO + 4NO 2 + O 2

למולקולת NO 2 יש אלקטרון אחד לא מזווג והיא רדיקל חופשי יציב, ולכן תחמוצת החנקן מתמזגת בקלות.

תהליך הדימריזציה הפיך ורגיש מאוד לטמפרטורה:

פרמגנטי, דיאמגנטי,

חום חסר צבע

דו תחמוצת החנקן היא תחמוצת חומצית המגיבה עם מים ליצירת תערובת של חומצה חנקתית וחומצה חנקתית (אנהידריד מעורב).

2NO 2 + H 2 O \u003d HNO 2 + HNO 3; 2NO 2 + 2NaOH \u003d NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O

תרכובות עם מצב חמצון של +5. תחמוצת חנקן (V) - N 2 O 5 - חומר גבישי לבן. מתקבל על ידי התייבשות של חומצה חנקתית או חמצון של תחמוצת חנקן (IV) עם אוזון:

2HNO 3 + P 2 O 5 \u003d N 2 O 5 + 2HPO 3; 2NO 2 + O 3 \u003d N 2 O 5 + O 2

במצב הגבישי, ל-N 2 O 5 יש מבנה דמוי מלח - + -, באדים (t. vozg. 33 מעלות צלזיוס) - מולקולרי.

N 2 O 5 - תחמוצת חומצה - חומצה חנקתית אנהידריד:

N 2 O 5 + H 2 O \u003d 2HNO 3

חומצה חנקתית- HNO 3 - נוזל חסר צבע עם נקודת רתיחה של 84.1 מעלות צלזיוס, מתפרק בחימום ובאור.

4HNO 3 \u003d 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O

זיהומי חנקן דו חמצני מעניקים לחומצה חנקתית מרוכזת צבע חום צהוב. חומצה חנקתית מתמזגת עם מים בכל יחס והיא אחת החומצות המינרליות החזקות ביותר; היא מתפרקת לחלוטין בתמיסה.

המבנה של מולקולת החומצה החנקתית מתואר על ידי הנוסחאות המבניות הבאות:

קשיים בכתיבה נוסחה מבנית HNO 3 נגרמת על ידי העובדה כי, מראה בתרכובת זו את מצב החמצון +5, חנקן, כיסוד של התקופה השנייה, יכול ליצור רק ארבעה קשרים קוולנטיים.

חומצה חנקתית היא אחד מחומרי החמצון החזקים ביותר. עומק ההתאוששות שלו תלוי בגורמים רבים: ריכוז, טמפרטורה, חומר הפחתת. בדרך כלל, כאשר מתחמצן עם חומצה חנקתית, נוצרת תערובת של מוצרי הפחתה:

HN +5 O 3 ® N +4 O 2 ® N +2 O ® N +1 2 O ® N 0 2 ® +

התוצר השולט של חמצון של מתכות לא-מתכות ולא פעילות עם חומצה חנקתית מרוכזת הוא תחמוצת החנקן (IV):

I 2 + 10HNO 3 (קונצרן) = 2HIO 3 + 10NO 2 + 4H 2 O;

Pb + 4HNO 3 (קונצרן) = Pb (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

חומצה חנקתית מרוכזת מפסיבית ברזל ואלומיניום. אלומיניום עובר פסיבציה אפילו עם חומצה חנקתית מדוללת. חומצה חנקתית בכל ריכוז אינה משפיעה על זהב, פלטינה, טנטלום, רודיום ואירידיום. זהב ופלטינה מומסים באקווה רג'יה - תערובת של חומצות חנקתיות וחומצות הידרוכלוריות מרוכזות ביחס של 1:3.

Au + HNO 3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H 2 O

השפעת החמצון החזקה של אקווה רג'יה נובעת מהיווצרות כלור אטומי במהלך פירוק ניטרוסיל כלוריד, תוצר של האינטראקציה של חומצה חנקתית עם מימן כלורי.

HNO 3 + 3HCl \u003d Cl 2 + NOCl + 2H 2 O;

NOCl = NO + Cl×

ממס יעיל למתכות נמוכות פעילות הוא תערובת של חומצות חנקתיות והידרופלואוריות מרוכזות.

3Ta + 5HNO 3 + 21HF = 3H 2 + 5NO + 10H 2 O

חומצה חנקתית מדוללת, בעת אינטראקציה עם לא-מתכות ומתכות נמוכות פעילות, מופחתת בעיקר לתחמוצת חנקן (II), למשל:

3P + 5HNO 3 (razb) + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO;

3Pb + 8HNO 3 (razb) \u003d 3Pb (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

מתכות פעילות מפחיתות חומצה חנקתית מדוללת ל-N 2 O, N 2 או NH 4 NO 3, למשל,

4Zn + 10HNO 3 (razb) \u003d 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

עיקר החומצה החנקתית הולך לייצור דשנים וחומרי נפץ.

חומצה חנקתית מיוצרת באופן תעשייתי בשיטת מגע או קשת, הנבדלים זה מזה בשלב הראשון - ייצור תחמוצת החנקן (II). שיטת הקשת מבוססת על ייצור NO על ידי העברת אוויר דרך קשת חשמלית. בתהליך המגע, NO מיוצר על ידי חמצון של אמוניה עם חמצן על פני זרז פלטינה. לאחר מכן, תחמוצת החנקן (II) מתחמצנת לתחמוצת החנקן (IV) על ידי חמצן אטמוספרי. על ידי המסת NO 2 במים בנוכחות חמצן מתקבלת חומצה חנקתית בריכוז של 60-65%.

4NO 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4HNO 3

במידת הצורך, חומצה חנקתית מרוכזת בזיקוק עם חומצה גופרתית מרוכזת. במעבדה ניתן להשיג חומצה חנקתית 100% על ידי פעולת חומצה גופרתית מרוכזת על נתרן חנקה גבישי בחימום.

NaNO 3 (cr) + H 2 SO 4 (קונצרן) = HNO 3 + NaHSO 4

מלחים של חומצה חנקתית- חנקות - מסיסים מאוד במים, לא יציב תרמית. פירוק חנקות של מתכות פעילות (למעט ליתיום), הנמצאות בסדרת פוטנציאל האלקטרודה הסטנדרטי משמאל למגנזיום, מוביל להיווצרות ניטריטים. לדוגמה:

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2

במהלך פירוק הליתיום, חנקות מגנזיום, וכן חנקות מתכת, הממוקמות בסדרת פוטנציאל האלקטרודה הסטנדרטי מימין למגנזיום, עד לנחושת, משתחררת תערובת של תחמוצת חנקן (IV) וחמצן. לדוגמה:

2Cu(NO 3) 2 \u003d 2CuO + 4NO 2 + O 2

חנקות של מתכות שנמצאות בסוף סדרת הפעילות מתפרקות למתכת חופשית:

2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2

חנקות נתרן, אשלגן ואמוניום נמצאות בשימוש נרחב לייצור אבק שריפה וחומרי נפץ, כמו גם דשני חנקן (סלטפטר). אמוניום גופרתי, מי אמוניה וקרבמיד (אוריאה) - אמיד חומצה פחמנית מלאה משמשים גם כדשנים:

מימן אזיד(dinitridonitrat) - HN 3 (HNN 2) - נוזל נדיף חסר צבע (ממ"פ -80 מעלות צלזיוס, ק"מ 37 מעלות צלזיוס) עם ריח חריף. אטום החנקן המרכזי נמצא בהכלאה sp, מצב החמצון הוא +5, האטומים הסמוכים לו הם בעלי מצב חמצון של –3. מבנה מולקולה:

פתרון מים HN 3 - חומצה הידרוניטרוסית קרובה בחוזקה לחומצה אצטית, K a \u003d 2.6 × 10 -5. יציב בתמיסות מדוללות. זה מתקבל על ידי אינטראקציה של הידרזין וחומצה חנקתית:

N 2 H 4 + HNO 2 \u003d HN 3 + 2H 2 O

מבחינת תכונות החמצון, HN 3 (HN +5 N 2) דומה לחומצה חנקתית. אז, אם האינטראקציה של מתכת עם חומצה חנקתית מייצרת תחמוצת חנקן (II) ומים, אז עם חומצה הידראזואית - חנקן ואמוניה. לדוגמה,

Cu + 3HN +5 N 2 = Cu(N 3) 2 + N 2 0 + NH 3

תערובת של HN 3 ו- HCl מתנהגת כמו אקווה רג'יה. מלחים של חומצה הידרוניטרית - אזידים. רק אזידים מתכת אלקליים יציבים יחסית; בטמפרטורות של מעל 300 מעלות צלזיוס הם נהרסים ללא פיצוץ. השאר מתפוררים בפיצוץ בפגיעה או בחימום. עופרת אזיד משמש בייצור של נפץ:

Pb(N 3) 2 = Pb + 3N 2 0

המוצר ההתחלתי לייצור אזידים הוא NaN 3, הנוצר כתוצאה מהתגובה של נתרן אמיד ותחמוצת חנקן (I):

NaNH 2 + N 2 O \u003d NaN 3 + H 2 O

4.2 זרחן

זרחן מיוצג בטבע על ידי איזוטופ אחד - 31 P, הקלרק של זרחן הוא 0.05 מול.%. זה מתרחש בצורה של מינרלים פוספטים: Ca 3 (PO 4) 2 - פוספוריט, Ca 5 (PO 4) 3 X (X \u003d F, Cl, OH) - אפטות. כלול בעצמות ובשיניים של בעלי חיים ובני אדם, כמו גם בהרכב חומצות גרעין(DNA ו-RNA) וחומצות אדנוזין זרחתיות (ATP, ADP ו-AMP).

זרחן מתקבל על ידי הפחתת זרחן עם קולה בנוכחות דו תחמוצת הסיליקון.

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 + 5C = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO

חומר פשוט - זרחן - יוצר מספר שינויים אלוטרופיים, שהעיקריים שבהם הם זרחן לבן, אדום ושחור. זרחן לבן נוצר במהלך עיבוי אדי זרחן והוא חומר דמוי שעווה לבנה (ממ"מ 44 מעלות צלזיוס), בלתי מסיס במים, מסיס בכמה ממסים אורגניים. לזרחן לבן יש מבנה מולקולרי והוא מורכב ממולקולות טטרהדרליות P 4 .

חוזק הקשר (ערכיות זווית P-P-Pהוא רק 60 מעלות) קובע את התגובתיות הגבוהה והרעילות של זרחן לבן ( מנה קטלניתבערך 0.1 גרם). מכיוון שזרחן לבן מסיס מאוד בשומנים, לא ניתן להשתמש בחלב כתרופה נגד הרעלה. באוויר, זרחן לבן מתלקח באופן ספונטני, ולכן הוא מאוחסן במיכל כימיקלים סגור הרמטית מתחת לשכבת מים.

לזרחן אדום יש מבנה פולימרי. הוא מתקבל על ידי חימום זרחן לבן או הקרנתו באור. בניגוד לזרחן לבן, הוא מגיב מעט ואינו רעיל. עם זאת, כמויות שיוריות של זרחן לבן עלולות להפוך את הזרחן האדום לרעיל!

זרחן שחור מתקבל על ידי חימום זרחן לבן בלחץ של 120 אלף אטמוספירה. יש לו מבנה פולימרי, בעל תכונות מוליכים למחצה, יציב מבחינה כימית ואינו רעיל.

תכונות כימיות. זרחן לבן מתחמצן באופן ספונטני על ידי חמצן אטמוספרי בטמפרטורת החדר (חימצון של זרחן אדום ושחור מתרחש בעת חימום). התגובה מתרחשת בשני שלבים ומלווה באור (chemiluminescence).

2P + 3O 2 \u003d 2P 2 O 3; P 2 O 3 + O 2 \u003d P 2 O 5

זרחן גם מגיב בהדרגה עם גופרית והלוגנים.

2P + 3Cl 2 \u003d 2PCl 3; PCl 3 + Cl 2 = PCl 5

בעת אינטראקציה עם מתכות פעילות, זרחן פועל כחומר מחמצן, ויוצר פוספידים - תרכובות זרחן במצב חמצון -3.

3Ca + 2P = Ca 3P 2

חומצות מחמצנות (חומצות חנקתיות וחומצות גופריתיות מרוכזות) מחמצנות זרחן לחומצה זרחתית.

P + 5HNO 3 (קונצרן) = H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O

כאשר רותחים עם תמיסות אלקליות, זרחן לבן אינו פרופורציונלי:

4P 0 + 3KOH + 3H 2 O = P -3 H 3 + 3KH 2 P +1 O 2

פוספין אשלגן היפופוספיט

חנקן הוא אולי הנפוץ ביותר יסוד כימיבכל מערכת השמש. ליתר דיוק, חנקן הוא הרביעי בשכיחותו. חנקן בטבע הוא גז אינרטי.

גז זה חסר צבע וריח וקשה מאוד להמיס אותו במים. עם זאת, מלחי חנקה נוטים להגיב טוב מאוד עם מים. לחנקן יש צפיפות נמוכה.

חנקן הוא יסוד מדהים. יש הנחה שהיא קיבלה את שמה מהשפה היוונית העתיקה, שפירושה "חסר חיים, מפונק" בתרגום ממנה. למה יחס שלילי כל כך לחנקן? אחרי הכל, אנחנו יודעים שזה חלק מחלבונים, ולנשימה בלעדיו זה כמעט בלתי אפשרי. חנקן ממלא תפקיד חשוב בטבע. אבל באטמוספירה הגז הזה אינרטי. אם אתה לוקח את זה כמו שהוא בצורתו המקורית, אז רבים תופעות לוואי. הקורבן עלול אפילו למות מחנק. אחרי הכל, חנקן נקרא חסר חיים כי הוא אינו תומך בעירה או נשימה.

בתנאים רגילים, גז כזה מגיב רק עם ליתיום, ויוצר תרכובת כמו ליתיום ניטריד Li3N. כפי שאנו יכולים לראות, מצב החמצון של חנקן בתרכובת כזו הוא -3. עם מתכות אחרות, וכמובן, הוא גם מגיב, אבל רק בחימום או בשימוש בזרזים שונים. דרך אגב, -3 - הדרגה הנמוכה ביותרחמצון חנקן, שכן יש צורך ב-3 אלקטרונים בלבד כדי למלא לחלוטין את רמת האנרגיה החיצונית.

לאינדיקטור זה יש משמעויות שונות. לכל מצב חמצון של חנקן יש תרכובת משלו. עדיף פשוט לזכור קשרים כאלה.

5 - דרגת החמצון הגבוהה ביותר של חנקן. מתרחש בכל מלחי החנקה ובכלל.