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氮氣
由于單質(zhì)N2在常況下異常穩(wěn)定,人們常誤認(rèn)為氮是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑的元素。實際上相反,元素氮有很高的化學(xué)活性。N的電負(fù)性(3.04)僅次于F、O、Cl和Br,說明它能和其它元素形成較強的鍵。另外單質(zhì)N2分子的穩(wěn)定性恰好說明N原子的活潑性。問題是人們還沒有找到在常溫常壓下能使N2分子活化的有利條件。但在自然界中,植物根瘤上的一些細(xì)菌卻能夠在常溫常壓的低能量條件下,把空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氮化合物,作為肥料供作物生長使用。所以固氮的研究一直是一個重要的科學(xué)研究課題。因此我們有必要詳細(xì)了解氮的成鍵特性和價鍵結(jié)構(gòu)。
氮氣分子中對成鍵有貢獻(xiàn)的是三對電子,即形成兩個π鍵和一個σ鍵。 對成鍵有貢獻(xiàn),成鍵與反鍵能量近似抵消,它們相當(dāng)于孤電子對。由于N2分子中存在叁鍵N≡N,所以N2分子具有很大的穩(wěn)定性,將它分解為原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的雙原子分子中最穩(wěn)定的,氮氣的相對分子質(zhì)量是28。氮氣通常不易燃燒且不支持燃燒。化學(xué)式為N2。
N原子采取sp2雜化態(tài),形成2個共價鍵和一個鍵,并保留有一對孤電子對,分子構(gòu)型為角形,例如Cl—N=O 。(N原子與Cl 原子形成一個σ 鍵和一個π鍵,N原子上的一對孤電子對使分子成為角形。) 若沒有孤電子對時,則分子構(gòu)型為三角形,例如硝酸分子或硝酸根離子。硝酸分子中N原子分別與三個O原子形成三個σ鍵,它的π軌道上的一對電子和兩個O原子的成單π電子形成一個三中心四電子的不定域π鍵。在硝酸根離子中,三個O原子和中心N原子之間形成一個四中心六電子的不定域大π鍵。
這種結(jié)構(gòu)使硝酸中N原子的表觀氧化數(shù)為+5,由于存在大π鍵,硝酸鹽在常況下是足夠穩(wěn)定的。