Stickstoff Valencias Elektronische Konfiguration und Verbundwerkstoffe

Die Stickstoff-Valenzen sie reichen von -3, wie in Ammoniak und Aminen, bis zu +5 wie in Salpetersäure (Tyagi, 2009). Dieses Element erweitert Valenzen nicht wie andere.

Das Stickstoffatom ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 7 und das erste Element der Gruppe 15 (früher VA) des Periodensystems. Die Gruppe besteht aus Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb), Bismut (Bi) und Moskovium (Mc).

Die Elemente teilen gewisse allgemeine Ähnlichkeiten im chemischen Verhalten, obwohl sie sich eindeutig chemisch voneinander unterscheiden. Diese Ähnlichkeiten spiegeln gemeinsame Eigenschaften der elektronischen Strukturen ihrer Atome wider (Sanderson, 2016).

Stickstoff ist in fast allen Proteinen vorhanden und spielt eine wichtige Rolle sowohl für biochemische Anwendungen als auch für industrielle Anwendungen. Stickstoff bildet aufgrund seiner Fähigkeit, eine Dreifachbindung mit einem anderen Stickstoffatom und anderen Elementen zu bilden, starke Bindungen.

Daher ist in den Stickstoffverbindungen eine große Menge an Energie vorhanden. Vor 100 Jahren war wenig über Stickstoff bekannt. Heute wird Stickstoff häufig zur Konservierung von Lebensmitteln und als Düngemittel verwendet (Wandell, 2016).

Elektronische Konfiguration und Wertigkeiten

In einem Atom füllen die Elektronen die verschiedenen Ebenen entsprechend ihrer Energien. Die ersten Elektronen füllen die niedrigen Energieniveaus und bewegen sich dann auf ein höheres Energieniveau.

Das äußerste Energieniveau in einem Atom wird als Valenzschale bezeichnet, und die Elektronen, die in dieser Schale angeordnet sind, werden als Valenzelektronen bezeichnet.

Diese Elektronen werden hauptsächlich in der Bildung von Bindungen und in der chemischen Reaktion mit anderen Atomen gefunden. Daher sind Valenzelektronen für unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften eines Elements verantwortlich (Valenzelektronen, S.F.).

Stickstoff hat, wie bereits erwähnt, eine Ordnungszahl von Z = 7. Dies bedeutet, dass Ihre Elektronen, die Ihre Energieniveaus oder elektronische Konfiguration füllen, 1S sind² 2S² 2P³.

Es muss daran erinnert werden, dass Atome in der Natur immer die elektronische Konfiguration von Edelgasen haben, indem sie Elektronen gewinnen, verlieren oder teilen.

Im Fall von Stickstoff ist das Edelgas, das es zu erreichen wünscht, eine elektronische Konfiguration, Neon, dessen Ordnungszahl Z = 10 (1S² 2S² 2P⁶) und Helium, dessen Ordnungszahl Z = 2 (1S²) (Reusch, 2013).

Die unterschiedlichen Arten, in denen Stickstoff kombiniert werden muss, verleihen ihm seine Wertigkeit (oder seinen Oxidationszustand). Im speziellen Fall von Stickstoff, der sich in der zweiten Periode des Periodensystems befindet, ist er nicht in der Lage, seine Valenzschicht zu erweitern, wie dies die anderen Elemente seiner Gruppe tun.

Es wird erwartet, dass es Valenzen von -3, +3 und +5 hat. Stickstoff hat jedoch Valenzzustände im Bereich von -3, wie in Ammoniak und Aminen, bis zu +5, wie in Salpetersäure. (Tyagi, 2009).

Die Valenzbindungs-Theorie hilft, die Bildung von Verbindungen gemäß der elektronischen Konfiguration von Stickstoff für eine gegebene Oxidationsstufe zu erklären. Dazu müssen wir die Anzahl der Elektronen in der Valenzschicht berücksichtigen und wie viel benötigt wird, um eine Edelgaskonfiguration zu erhalten.

Stickstoffverbindungen

Angesichts seiner großen Anzahl von Oxidationszuständen kann Stickstoff eine große Anzahl von Verbindungen bilden. In erster Linie muss daran erinnert werden, dass im Fall von molekularem Stickstoff seine Valenz 0 ist.

Der Oxidationszustand von -3 ist einer der häufigsten für das Element. Beispiele für Verbindungen mit diesem Oxidationszustand sind Ammoniak (NH 3), Amine (R 3 N), Ammoniumionen (NH)₄⁺), die Imine (C = N-R) und die Nitrile (C = N).

In der Oxidationsstufe -2 befindet sich der Stickstoff mit 7 Elektronen in seiner Valenzschale. Diese ungerade Anzahl von Elektronen in der Valenzschale erklärt, warum Verbindungen mit diesem Oxidationszustand eine Brückenverbindung zwischen zwei Stickstoff haben. Beispiele für Verbindungen mit diesem Oxidationszustand sind Hydrazine (R₂-N-N-R₂) und Hydrazone (C = N-N-R)₂).

In der Oxidationsstufe -1 bleibt Stickstoff mit 6 Elektronen in der Valenzschale. Beispiele für Stickstoffverbindungen mit dieser Wertigkeit sind Hydroxylamin (R₂NOH) und die Azoverbindungen (RN = NR).

In den positiven Oxidationsstufen ist Stickstoff im allgemeinen an Sauerstoffatome gebunden, die Oxide, Oxisole oder Oxide bilden. Für den Fall der Oxidationsstufe +1 hat Stickstoff 4 Elektronen in seiner Valenzschale.

Beispiele für Verbindungen mit dieser Wertigkeit sind Distickstoffoxid oder Lachgas (N₂O) und salpetrige Verbindungen (R = NO) (Reusch, Oxidationsstufen von Stickstoff, 2015).

Für den Fall der Oxidationsstufe von +2 ist ein Beispiel Stickstoffoxid oder Stickoxid (NO), ein farbloses Gas, das durch die Reaktion von Metallen mit verdünnter Salpetersäure erzeugt wird. Diese Verbindung ist ein sehr instabiles freies Radikal, da es mit O reagiert₂ in der Luft, um das NO-Gas zu bilden₂.

Nitrit (Nr₂^-) in basischer Lösung und salpetriger Säure (HNO)₂) in saurer Lösung sind Beispiele für Verbindungen mit Oxidationsstufe +3. Diese können Oxidationsmittel sein, um normalerweise NO (g) oder Reduktionsmittel zur Bildung des Nitrations zu erzeugen.

Distickstofftrioxid (N₂O₃) und die Nitrogruppe (R-NO₂) sind weitere Beispiele für Stickstoffverbindungen mit der Wertigkeit +3.

Stickstoffdioxid (NO₂) oder Stickstoffdioxid ist eine Stickstoffverbindung mit der Wertigkeit +4. Es ist ein braunes Gas, das gewöhnlich durch die Reaktion von konzentrierter Salpetersäure mit vielen Metallen erzeugt wird. Dimerisiert zu N₂O₄.

Im Zustand +5 finden wir Nitrate und Salpetersäure, die in sauren Lösungen oxidierend wirken. In diesem Fall hat Stickstoff zwei Elektronen in der Valenzschale, die sich im 2S-Orbital befinden. (Oxidationszustände von Stickstoff, S.F.).

Es gibt auch Verbindungen wie Nitrosilazid und Distickstofftrioxid, bei denen Stickstoff mehrere Oxidationsstufen im Molekül aufweist. Im Fall von Nitrosilazid (N₄O) Stickstoff hat Valenz -1, 0, + 1 und +2; und im Falle von Distickstofftrioxid hat es die Wertigkeit +2 und +4.

Nomenklatur von Stickstoffverbindungen

Angesichts der Komplexität der Chemie der Stickstoffverbindungen reichte die traditionelle Nomenklatur nicht aus, um sie zu benennen, geschweige denn, sie angemessen zu identifizieren. Dies ist unter anderem der Grund dafür, dass die Internationale Vereinigung der reinen und angewandten Chemie (IUPAC für ihre Abkürzung in Englisch) eine systematische Nomenklatur geschaffen hat, in der die Verbindungen nach der Anzahl der Atome benannt werden, die sie enthalten.

Dies ist vorteilhaft, wenn es um die Benennung von Stickoxiden geht. Zum Beispiel würde Stickoxid Stickstoffmonoxid und Lachgas (NO) Distickstoffmonoxid (N) genannt werden₂O).

Außerdem entwickelte der deutsche Chemiker Alfred Stock im Jahr 1919 eine Methode zur Bezeichnung chemischer Verbindungen auf der Grundlage der Oxidationsstufe, die in römischen Ziffern in Klammern steht. So würden beispielsweise Stickoxid und Stickoxid als Stickoxid (II) bzw. Stickoxid (I) bezeichnet (IUPAC, 2005).

Referenzen

1. (2005). NOMENKLATUR DER ANORGANISCHEN CHEMIE IUPAC Empfehlungen 2005. Von iupac.org abgerufen.
2. Oxidationszustände von Stickstoff. (S.F.) Von kpu.ca abgerufen.
3. Reusch, W. (2013, 5. Mai). Elektronenkonfigurationen im Periodensystem. Von chemie.msu.edu abgerufen.
4. Reusch, W. (2015, 8. August). Oxidationszustände von Stickstoff. Von chem.libretexts.org abgerufen.
5. Sanderson, R. T. (2016, 12. Dezember). Stickstoffgruppenelement. Wiederhergestellt von britannica.com.
6. Tyagi, V. P. (2009). Essentielle Chemie XII. Neues Delikatessengeschäft: Ratna Sagar.
7. Valenzelektronen. (S.F.) Von chemistry.tutorvista.com abgerufen.
8. Wandell, A. (2016, 13. Dezember). Chemie von Stickstoff. Von chem.libretexts.org abgerufen.