Nitrogéncsoport elemei

Az előadások a következő témára: "Nitrogéncsoport elemei"— Előadás másolata:

1 Nitrogéncsoport elemei
Nitrogéncsoport elemei

2 Elektron konfiguráció: ns2 np3
Páratlan rendszámúak - kevés izotóp Nitrogénnek antimonnak két izotópja van Foszfor, arzén, bizmut tiszta elem

3 Fizikai tulajdonságok
Nitrogén színtelen, szagtalan, íztelen gáz Igen nehezen cseppfolyósítható Allotróp módosulata nincs Op, fp alacsony Két izotópja 14N, 15N Vízben kismértékben oldódik

4 Kémiai tulajdonságai Nitrogén Kémiailag inaktív
Nagy kötésenergia, igen stabil homonukleáris molekula Nagy EN Oxidációsszám -3, …., +5 Oxidjai savanhidridek – oxosavak

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 Difoszfor-pentaoxid (P4O10)
fehér, pelyhes, könnyen szublimáló vegyület erősen nedvszívó foszforsavak valódi savanhidridje leghatásosabb szárítószer Foszforsavak HPO3 H3PO4 H4P2O7 metafoszforsav ortofoszforsav pirofoszforsav

19 Előállítás Nitrogén cseppfolyós levegő frakcionált desztillálása
NH4NO2 = N2 + 2H2O Foszfor Ca3(PO4)2 homokkal és faszénnel keverve hevítik 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 = P4O10 + 6CaSiO3 P4O C = P4 + 10CO Arzén Arzenopirit pörkölése levegőmentesen FeAsS = FeS + As

20 Előfordulás levegő chilei salétrom NaNO3 foszforit Ca3(PO4)2
apatit Ca5(PO4)3X arzenopirit FeAsS nikkelin NiAs bizmutin Sb2S3

21 Felhasználás Indifferens gázként (villanyégőkben, oxidációs folyamatok megakadályozására) Műtrágyagyártás salétromsavgyártás szárítószer üdítőitalgyártás

22 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+

23 dinitrogenáz reduktáz

24 Nitrogén kötés feltételezett mechanizmusa

25 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.

26 Nitrogén megkötés

27 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