Su valencije dušika u rasponu od -3 amonijaka i amina, na +5 i dušične kiseline (Tyagi, 2009). Ovaj element ne širi valens kao i drugi.
Atom dušika je kemijski element s atomskim brojem 7 i prvi element grupe 15 (ranije VA) periodičke tablice. Skupinu čine dušik (N), fosfor (P), arsen (As), antimon (Sb), bizmut (Bi) i moscovium (Mc).
Slika 1: Bohrov dijagram atoma dušika.
Elementi imaju određene opće sličnosti u kemijskom ponašanju, iako se kemijski jasno razlikuju jedan od drugog. Te sličnosti odražavaju zajedničke karakteristike elektronskih struktura njihovih atoma (Sanderson, 2016).
Dušik je prisutan u gotovo svim proteinima i ima važnu ulogu u biokemijskoj i industrijskoj primjeni. Dušik tvori jake veze zbog svoje sposobnosti trostruke veze s drugim atomom dušika i drugim elementima.
Stoga u dušičnim spojevima postoji velika količina energije. Prije 100 godina malo se znalo o dušiku. Sada se dušik najčešće koristi za očuvanje hrane i kao gnojivo (Wandell, 2016).
Elektronska konfiguracija i valencije
U atomu elektroni ispunjavaju različite razine prema svojoj energiji. Prvi elektroni ispunjavaju niže razine energije, a zatim prelaze na višu energetsku razinu.
Vanjska razina energije u atomu poznata je kao valentna ljuska, a elektroni u ovoj ljusci poznati su i kao valentni elektroni.
Ti se elektroni nalaze uglavnom u stvaranju veza i kemijskoj reakciji s drugim atomima. Stoga su valentni elektroni odgovorni za različita kemijska i fizikalna svojstva elementa (Valence Electron, SF).
Dušik, kao što je već spomenuto, ima atomski broj Z = 7. To znači da njegovo punjenje elektrona u njihovim energetskim razinama, ili u konfiguraciji elektrona, iznosi 1S 2 2S 2 2P 3.
Treba imati na umu da atomi u prirodi uvijek nastoje imati elektroničku konfiguraciju plemenitih plinova bilo dobivanjem, gubitkom ili dijeljenjem elektrona.
U slučaju dušika, plemeniti plin koji želi imati elektronsku konfiguraciju je neon, čiji je atomski broj Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6) i helij, čiji je atomski broj Z = 2 (1S 2) (Reusch, 2013).
Različiti načini kombiniranja dušika dat će mu valenciju (ili oksidacijsko stanje). U konkretnom slučaju dušika, jer se nalazi u drugom razdoblju periodičke tablice, on nije u mogućnosti proširiti svoj valentni sloj kao što to čine drugi elementi u njegovoj skupini.
Očekuje se da će imati nagibe -3, +3 i +5. Međutim, dušik ima valentna stanja u rasponu od -3, kao u amonijaku i aminima, do +5, kao u dušičnoj kiselini. (Tyagi, 2009).
Teorija valentne veze pomaže objasniti stvaranje spojeva, u skladu s elektronskom konfiguracijom dušika za dano oksidacijsko stanje. Za to je potrebno uzeti u obzir broj elektrona u valentnoj ljusci i koliko im je preostalo za stjecanje plemenite konfiguracije plina.
Dušikovi spojevi
Slika 2: struktura molekularnog dušika s valentnošću 0.
S obzirom na veliki broj oksidacijskih stanja, dušik može tvoriti veliki broj spojeva. U prvom redu se mora imati na umu da je u slučaju molekularnog dušika, po definiciji, njegova valencija jednaka 0.
Oksidacijsko stanje -3 jedno je od najčešćih elemenata. Primjeri spojeva s tim oksidacijskog stanja su amonijak (NH3), amini (R3N), amonijev ion (NH 4 +), imini (C = NR) i nitrili (C≡N).
U stanju oksidacije -2 dušik je ostavio sa 7 elektrona u svojoj valentnoj ljusci. Ovaj neparan broj elektrona u valentnoj ljusci objašnjava zašto spojevi s tim oksidacijskim stanjem imaju mostnu vezu između dva dušika. Primjeri spojeva s tim oksidacijskog stanja su hidrazin (R 2 -NNR 2) i hidrazona (C = NMR 2).
U stanju oksidacije -1 ostaje dušik sa 6 elektrona u valentnoj ljusci. Primjeri dušikovih spojeva sa ovim valencijom hidroksil amin (R 2 NOH) i azo spojevi (RN = NR).
U pozitivnim oksidacijskim stanjima dušik se općenito veže na kisikove atome da formira okside, oksal-soli ili oksidace. U slučaju +1 oksidacijskog stanja, dušik ima 4 elektrona u svojoj valentnoj ljusci.
Primjeri spojeva s tim valencijom su dušikov oksid ili se smije plina (N 2 O) i nitrozo spojeva (R = NO) (Reusch, oksidacijskih stanja dušika, 2015).
U slučaju stanja oksidacije +2, primjer je dušični oksid ili dušični oksid (NO), bezbojni plin nastao reakcijom metala s razrijeđenom dušičnom kiselinom. Ovaj spoj je vrlo nestabilan slobodni radikal jer reagira s O 2 na zraku da se dobije NO 2 plin.
Nitrit (NO 2 -) u osnovne otopine i dušične kiseline (HNO 2) u otopini kiseline su primjeri spojeva s oksidacijskog stanja +3. To mogu biti oksidirajuća sredstva koja normalno stvaraju NO (g) ili redukcijska sredstva da tvore nitratni ion.
Dušikov trioksid (N 2 O 3), a nitro skupina (R NO 2) i drugi primjeri dušičnih spojeva s valencijom +3.
Dušikov dioksid (NO 2) ili dušični dioksid dušični je spoj s valentnošću +4. To je smeđi plin koji nastaje reakcijom koncentrirane dušične kiseline s mnogim metalima. Dimerizira se u oblik N 2 O 4.
U stanju +5 nalazimo nitrate i dušičnu kiselinu koji oksidiraju u kiselinskim otopinama. U ovom slučaju dušik ima 2 elektrona u valentnoj ljusci, koji se nalaze u 2S orbiti. (Oksidacijska stanja dušika, SF).
Postoje i spojevi poput nitrosilazida i dinitrogen trioksida gdje dušik ima različita oksidacijska stanja u molekuli. U slučaju nitrosilazide (N 4 O), dušik ima valenciju -1, 0, 1 i + +2; a kod dinitrogen trioksida ima valenciju +2 i +4.
Nomenklatura dušičnih spojeva
S obzirom na složenost kemije dušičnih spojeva, tradicionalna nomenklatura nije bila dovoljna za njihovo imenovanje, još manje da ih pravilno identificira. Zato je, između ostalog, da je Međunarodna unija čiste i primijenjene kemije (IUPAC) stvorila sustavnu nomenklaturu u kojoj su spojevi imenovani prema broju atoma koje sadrže.
To je korisno kada je u pitanju imenovanje dušičnih oksida. Na primjer, dušikov oksid nazvati dušikov monoksid i dušikov oksid (NO) dušikov monoksid (N 2 O).
Nadalje, 1919. godine njemački kemičar Alfred Stock razvio je metodu za imenovanje kemijskih spojeva na temelju oksidacijskog stanja, koja je zapisana rimskim brojevima priloženim u zagradama. Tako bi se, na primjer, dušični oksid i dušikov oksid nazvao odnosno dušikov oksid (II) i dušični oksid (I), odnosno (IUPAC, 2005).
Reference
- (2005). NOMENKLATURA NORGANSKE HEMIJE Preporuke IUPAC-a 2005. Preuzeto s iupac.org.
- Oksidacijska stanja dušika. (SF). Oporavak od kpu.ca.
- Reusch, W. (2013., 5. svibnja). Elektronske konfiguracije u periodičnoj tablici. Oporavak od kemije.msu.edu.
- Reusch, W. (2015, 8. kolovoza). Oksidacijska stanja dušika. Oporavak s chem.libretexts.org.
- Sanderson, RT (2016, 12. prosinca). Element azotne skupine. Oporavak od britannica.com.
- Tyagi, VP (2009). Osnovna kemija Xii. Nova deli: Ratna Sagar.
- Valentni elektroni. (SF). Oporavak od chemistry.tutorvista.com.
- Wandell, A. (2016, 13. prosinca). Kemija dušika. Oporavak s chem.libretexts.org.