Nitrogéncsoport elemei 2017.04.04. Nitrogéncsoport elemei
Elektron konfiguráció: ns2 np3 Páratlan rendszámúak - kevés izotóp Nitrogénnek antimonnak két izotópja van Foszfor, arzén, bizmut tiszta elem
Fizikai tulajdonságok Nitrogén színtelen, szagtalan, íztelen gáz Igen nehezen cseppfolyósítható Allotróp módosulata nincs Op, fp alacsony Két izotópja 14N, 15N Vízben kismértékben oldódik
Kémiai tulajdonságai Nitrogén Kémiailag inaktív Nagy kötésenergia, igen stabil homonukleáris molekula Nagy EN Oxidációsszám -3, …., +5 Oxidjai savanhidridek – oxosavak
Fémekkel (negatív std. redox pot.) nitridek 3Mg + N2 = Mg3N2 Hidrogénnel alkotott vegyületei (NH3, N2H4, HN3) Ammónia (NH3) Színtelen, szúrós szagú (istállószagú), könnyezésre ingerlő gáz Kis sűrűségű Alacsony op, fp, könnyen cseppfolyósítható (-35oC) -77 oC színtelen kristályokká fagy Vízben kitűnően oldódik Alkálifémeket és alkáliföldfémeket oldja cseppfolyós állapotban
Kémiai tulajdonságai Vizes oldata lúgos kémhatású, gyenge bázis (K = 1,78*10-5) Tiszta oxigénben meggyújtható 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O Platina katalizátorral salétromsavvá oxidálható NH3 + 2O2 = HNO3 + H2O exoterm Klórgáz nitrogénné oxidálja 2NH3 + 3Cl2 = N2 + 6HCl Savakkal ammónium sókká egyesül NH3 + HCl = NH4Cl NH3 + HNO3 = NH4NO3 Jó komplexképző (Lewis bázis) AgCl + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
Előállítás Tömény ammónia oldat (szalmiákszesz) hevítése NH4OH NH3 + H2O NH4Cl + NaOH = NH3 + NaCl + H2O Haber-Bosch ammónia szintézis 3H2 + N2 2NH3 exoterm, térfogat csökkenés Le Chatelier-Braun elv: alacsony hőmérséklet, nagy nyomás, de így lassú még katalizátor mellett is 500oC, 20 MPa nyomáson
Hidrazin (N2H4) Víz sűrűségű, levegőn füstölgő folyadék Vízben, alkoholban oldódik Vizes oldata gyenge bázis N2H4 + H2O = N2H5+ + OH- N2H5+ + H2O = N2H62+ + OH- Savakkal sót (hidrazónium) képez N2H4 + HCl = N2H5Cl hidrazónium-klorid erős redukálószer (lúgos közegben) N2H4 + 4OH- = N2 + 4H2O + 4e
Hidrogén-azid (HN3) színtelen szúrós szagú bomlékony, robbanékony folyadék gyenge sav sói azidok (robbanékonyak) Halogénekkel képzett vegyületei NX3 összetételűek kovalens kötésű molekula vegyületek csak a NF3 stabilis a többi robbanékony, bomlékony
Szobahőmérsékleten nem reagál csak ívfény hőmérsékleten. Oxigénnel képzett vegyületei Szobahőmérsékleten nem reagál csak ívfény hőmérsékleten. Dinitrogén-monoxid (N2O) - kéjgáz színtelen, édeskés ízű, szagú könnyen cseppfolyósítható gáz vízben jól oldódik formális savanhidrid égést táplálja 2N2O + O2 = 4NO hidrogénnel robbanó elegyet alkot N2O + H2 = N2 + H2O előállítása ammónium-nitrát hevítésével NH4NO3 = N2O + H2O
Nitrogén-monoxid (NO) színtelen, nehezen cseppfolyósítható gáz alacsony op, fp sűrűsége kicsit nagyobb, mint a levegőé vízben kissé oldódik nem anhidrid paramágneses levegőn megbarnul (oxidálódik) 2NO + O2 = 2NO2 halogénekkel egyesül 2NO + Cl2 = 2NOCl nitrozil-klorid
Nitrogén-dioxid (NO2) 2NO2 = N2O4 (egyensúlyi reakció) barna színtelen folyadék sötétvörös kellemetlen szagú gáz paramágneses vízben jól oldódik vegyes anhidrid 2NO2 + H2O = HNO2+ HNO3 alkáli lúgokkal nitriteket és nitrátokat alkot 2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O
Salétromossav (HNO2) kék színű, csak híg vizes oldatban állítható elő 2NaNO2 + H2SO4 = 2HNO2 + Na2SO4 O oC-on szobahőmérsékleten már bomlik 2HNO2 = NO2 + NO + H2O redukálószerként és oxidálószerként is viselkedik 5HNO2 +2KMnO4 + 3H2SO4 = 5HNO3 + K2SO4 + 2MnSO4 +3H2O 2HI + 2HNO2 = I2 + 2H2O + NO közepesen erős sav
Salétromsav (HNO3) színtelen, nagy sűrűségű folyadék levegőn füstölög vízzel minden arányban elegyedik erős sav bomlása állás közben is végbemegy (megbarnul, fény elősegíti) 2HNO3 = 2NO2 + H2O + O erős oxidálószer
Három allotróp módosulata van fehér foszfor P4 szabályos molekularács, lágy, késsel vágható könnyen megolvasztható könnyen párolog kellemetlen szagú vízben nem oldódik szén-diszulfidban, benzolban, éterben, zsírokban, olajokban jól oldódik, rendkívül mérgező vörös foszfor egy dimenziós láncszerű atomrács ibolyás vörös színű por op, fp magasabb, mint a fehér foszforé könnyen szublimál, fehér foszfor csapódik le szerves és szervetlen oldószerekben oldhatatlan
A fehér foszfor igen reakcióképes elem fekete foszfor különleges körülmények között előállítható labilis módosulat réteges atomrácsos szerkezetű Kémiai tulajdonságok A fehér foszfor igen reakcióképes elem rendkívül gyúlékony, égésekor P4O10 keletkezik P4 + 5O2 = P4O10 szobahőmérsékleten lassan oxidálódik (foszforeszcencia) P4 + 3O2 = P4O6 halogénekkel tűztünemény közben egyesül P4 + 6Cl2 = 4PCl3 P4 + 10Cl2 = 4PCl5
Hidrogénnel foszfinná egyesül P4 + 6H2 = 4PH3 magasabb hőmérsékleten a vízgőzt is redukálja P4 + 16H2O = 4H3PO4 + 10H2 Foszfor oxidjai, oxosavai Difoszfor-trioxid (P4O6) fehér, viasz lágyságú könnyen olvadó, kristályos anyag hideg vízben lassan oldódik foszforossavnak valódi savanhidridje P4O6 + 6H2O = 4H3PO3 Foszforossavak HPO2 H3PO3 H4P2O5 metafoszforossav ortofoszforossav pirofoszforossav
Difoszfor-pentaoxid (P4O10) fehér, pelyhes, könnyen szublimáló vegyület erősen nedvszívó foszforsavak valódi savanhidridje leghatásosabb szárítószer Foszforsavak HPO3 H3PO4 H4P2O7 metafoszforsav ortofoszforsav pirofoszforsav
Előállítás Nitrogén cseppfolyós levegő frakcionált desztillálása NH4NO2 = N2 + 2H2O Foszfor Ca3(PO4)2 homokkal és faszénnel keverve hevítik 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 = P4O10 + 6CaSiO3 P4O10 + 10C = P4 + 10CO Arzén Arzenopirit pörkölése levegőmentesen FeAsS = FeS + As
Előfordulás levegő chilei salétrom NaNO3 foszforit Ca3(PO4)2 apatit Ca5(PO4)3X arzenopirit FeAsS nikkelin NiAs bizmutin Sb2S3
Felhasználás Indifferens gázként (villanyégőkben, oxidációs folyamatok megakadályozására) Műtrágyagyártás salétromsavgyártás szárítószer üdítőitalgyártás
Nitrogén biológiai szerepe Nitrogenáz enzim komplex: a nitrogén molekulában levő kovalens kötés felbomlását aktiválja. Felépítése: dinitrogenáz (Fe-Mo-fehérje) - ide kötődik az N2 reduktáz (Fe-fehérje) - a redukcióhoz szükséges elektronokat szolgáltatja, amelynek eredménye: 2NH4+ N2 + 8H+ + 6e 2NH4+
dinitrogenáz reduktáz
Nitrogén kötés feltételezett mechanizmusa
Nitrifikáló baktériumok: A levegő nitrogénjét Nitrogén körforgalma Nitrifikáló baktériumok: A levegő nitrogénjét ammóniává, ammóniumionná alakítják. Növényi fehérjébe (nukleinsavakba beépül) nitritté, nitráttá oxidálják denitrifikáló baktériumok: nitrátokat anareob körülmények között nitrogénné redukálja Növényevő állatok a növényi fehérjéket aminosavakká bontják, majd felépítik a saját állati fehérjéjüket.
Nitrogén megkötés
Foszfor biológiai szerepe A földkéreg 10. leggyakoribb eleme Létfontosságú biomolekulák alkotóeleme Csontok felépítése Napi foszfát szükséglet: 1,5 g A természetben PO43- formában található Foszfát szennyezés Detergensek Eutrofizálódás: élővizek tápanyagban való feldúsulása Foszfát megnő, alga mennyiség megnő Ősszel: alga elpusztul, bomlása oxigént fogyaszt