Nitrogen

I. Vị trí và cấu tạo phân tử nitrogen

1. Vị trí

- Cấu hình electron của nguyên tử N (Z = 7) là: 1s²2s²2p³.

- Nitrogen nằm ở ô thứ 7, nhóm VA, chu kì 2 trong bảng tuần hoàn.

2. Cấu tạo phân tử

- Ba electron ở phân lớp 2p có thể tạo được ba liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác.

- Phân tử nittrogen gồm hai nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết ba và có cấu tạo là N ≡ N.

- CTPT: N₂

II. Tính chất vật lý của nitrogen

Ở điều kiện thường nitrogen là:

- Chất khí, không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí.

- Hóa lỏng ở -196^oC, rất ít tan trong nước.

- Không duy trì sự cháy và sự hô hấp.

III. Tính oxi hóa của nitrogen

- Phân tử nitrogen có liên kết ba rất bền (ở 3000^oC chưa bị phân hủy), nên nitrogen khá trơ về mặt hóa học ở nhiệt độ thường.

- Các số oxi hóa thường gặp của N₂ là: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5:

- N₂ có số oxi hóa là 0 nên vừa thể hiện tính oxi hóa vừa thể hiện tính khử. Tuy nhiên, tính chất chủ yếu là tính oxi hóa.

1. Tác dụng với hydrogen

Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có xúc tác. Nitrogen phản ứng với hydrogen tạo amonia. Đây là phản ứng thuận nghịch và toả nhiệt: 

N₂(k) + 3H₂(k) \(\overset {{t^o},\,xt} \leftrightarrows \) 2NH₃(k)  (∆H = - 92 KJ)

2. Tác dụng với kim loại

- Ở nhiệt độ thường nitrogen chỉ tác dụng với lithium tạo lithium nitride:

6Li + N₂ → 2Li₃N

- Ở nhiệt độ cao, nitrogen tác dụng với nhiều kim loại.

3Mg  +  N₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) Mg₃N₂ (magnesium nitride)

Nhận xét: Nitrogen thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn.

IV. Tính khử của nitrogen

- Ở nhiệt độ cao khoảng 3000^oC (hoặc nhiệt độ lò hồ quang điện) nitrogen phản ứng với oxi tạo nitrogen monoxide.      

N₂  +  O₂  ⇄  2NO  (không màu)

- Ở điều kiện thường, nitrogen monoxide tác dụng với oxi không khí tạo nitrogen dioxide màu nâu đỏ.

2NO  +  O₂ → 2NO₂

Nhận xét: Nitrogen thể hiện tính khử khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn.

V. Điều chế nitrogen

1. Trong công nghiệp

Trong công nghiệp, nitrogen được sản xuất bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng.

2. Trong phòng thí nghiệm

- Nhiệt phân muối nitride:

            NH₄NO₂  \(\xrightarrow{{{t^o}}}\)  N₂ + 2H₂O

- Dung dịch muối bão hòa của ammonium chloride và sodium nitride:

NH₄Cl + NaNO₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) N₂ + NaCl + 2H₂O

Video thí nghiệm điều chế Nitrogen trong phòng thí nghiệm

VI. Trạng thái tự nhiên và ứng dụng của nitrogen

1. Trạng thái tự nhiên

Nitrogen tồn tại ở dạng tự do và trong hợp chất:

- Dạng tự do: Nitrogen chiếm 80% thể tích không khí.

- Dạng hợp chất: có nhiều ở dạng NaNO₃ (diêm tiêu natri), trong thành phần protein, nucleic acid...

2. Ứng dụng

- Nitrogen là một trong những thành phần dinh dưỡng chính của thực vật.

- Phần lớn được dùng để tổng hợp amonia từ đó sản xuất ra các loại phân đạm, nitric acid...

- Dùng làm môi trường trơ cho các ngành công nghiệp luyện kim; nitrogen lỏng được dùng để bảo quản máu và các các mẫu sinh học khác....