BÀI 4: NITROGEN - SULFUR

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Ở trạng thái tự nhiên, nitrogen tồn tại ở dạng đơn chất và hợp chất:

- Dạng đơn chất: 78% thể tích không khí; trong tự nhiên là hỗn hợp 2 đồng vị ¹⁴N (99,63%) và ¹⁵N (0,37%)

- Dạng hợp chất: trong khoáng vật sodium nitrate (diêm tiêu Chile); thành phần protein, nucleic acid.

II. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ PHÂN TỬ

1. Cấu tạo nguyên tử

- Nguyên tố nitrogen ở ô số 7, nhóm VA, chu kì 2 trong bảng tuần hoàn, có độ âm điện lớn

- Các số oxi hóa thường gặp của nitrogen:

- 3; 0; + 1; + 2; + 3; + 4; +5

2. Cấu tạo phân tử

Phân tử nitrogen gồm hai nguyên tử, liên kết với nhau bằng liên kết ba (1 liên kết và 2 liên kết ); năng lượng liên kết lớn và không có cực

1. Công thức Lewis của phân tử nitrogen:

:N≡N:

Nếu coi hai nguyên tử nitrogen không ở trạng thái lai hóa sp:

- 1 liên kết tạo thành nhờ sự xen phủ dọc theo trục liên kết của cặp orbital 2p_z–2p_z

- 2 liên kết tạo thành nhờ sự xen phủ bên của các cặp orbital 2p_x–2p_x và 2p_y –2p_y

- Phân tử nitrogen có liên kết ba bền vững, khó bị phá vỡ để tạo liên kết mới nên nitrogen khá trơ ở nhiệt độ thường

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Ở điều kiện thường, nitrogen là chất khí, không màu, không mùi, không vị, khó hòa tan, tan rất ít trong nước.

- Khí nitrogen không duy trì sự cháy và sự hô hấp

- Phân tử nitrogen nhẹ và không phân cực, tương tác van der Waals giữa các phân tử nitrogen rất yếu nên khó hóa lỏng

- Tương tác van der Waals giữa các phân tử nitrogen với nước rất yếu nên ít tan trong nước

IV. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

1. Tác dụng với hydrogen

2. Tác dụng với oxygen

Quá trình tạo và cung cấp đạm nitrate cho đất từ nước mưa được biểu diễn theo sơ đồ:

N₂ NO NO₂ HNO₃ H⁺ +

V. ỨNG DỤNG

- Một số ứng dụng của nitrogen:

• Tác nhân làm lạnh

• Tổng hợp ammonia

• Tạo khí quyển trơ

• Bảo quản thực phẩm

• Nitrogen có nhiều ứng dụng trong sản xuất và đời sống

• Ứng dụng quan trọng nhất của khí nitrogen là để tổng hợp ammonia, mắt xích trung gian để sản xuất nitric acid, muối nitrate và nhiều hợp chất khác

• Trong nghiên cứu, khí nitrogen được dùng tạo bầu khí quyển trơ do phân tử nitrogen rất bền nhiệt

• Trong y học, nitrogen lỏng được dùng tạo môi trường lạnh sâu để bảo quản mẫu vật phẩm. Nitrogen lỏng với độ lạnh sâu cũng đóng băng mô ngay khi tiếp xúc nên được dùng điều trị mụn cóc và một số bệnh ngoài da

• Trong công nghiệp thực phẩm, nitrogen lỏng được phun vào vỏ bao bì trước khi đóng nắp nitrogen biến thành thể khí làm căng vỏ bao bì, vừa bảo vệ thực phẩm khi có va chạm, vừa bảo quản hương vị thực phẩm.