Как меняется форма азота
Переключай стадии. На схеме выделяется текущая форма вещества, а подпись у стрелки объясняет, какое условие связывает её со следующей.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
Атом N и молекула N₂
Азот имеет атомный номер 7 и распределение электронов 2, 5. В молекуле N₂ атомы соединены тройной ковалентной неполярной связью. Три общие электронные пары прочно удерживают атомы вместе.
Одинаковая группа не означает одинаковую структуру
ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА N И P
Красный фосфор имеет более протяжённое строение и отличается от белого. Структуру называют вместе с элементом.
Разрыв такой связи требует значительной энергии, поэтому многие реакции азота идут только при специальных условиях. При этом элемент азот входит в большое число соединений. Низкая реакционная способность N₂ не означает отсутствия химии азота.
Подробности: понятия и примеры
- Атом
N: Z = 7; уровни 2, 5
- Молекула
N≡N
- Связь
Три общие пары, шесть электронов
Азот имеет атомный номер 7 и распределение электронов 2, 5. В молекуле N₂ атомы соединены тройной ковалентной неполярной связью.
Главный компонент воздуха
В сухом воздухе азот составляет примерно 78 % объёма. Он бесцветен, не поддерживает обычное горение и сравнительно мало растворяется в воде. Промышленное выделение основано, в частности, на разделении воздуха.
| Форма азота | Где встречается | Чем отличается |
|---|---|---|
| N₂ | Воздух | Устойчивая двухатомная молекула |
| NH₄⁺ | Соли аммония | Положительный сложный ион |
| NO₃⁻ | Нитраты | Отрицательный сложный ион |
Свободный N₂ и связанный азот почвы неравноценны для питания большинства растений. Для включения атмосферного азота в биологические циклы нужны процессы фиксации. В них молекула превращается в соединения, доступные следующим участникам круговорота.
В сухом воздухе азот составляет примерно 78 % объёма. Он бесцветен, не поддерживает обычное горение и сравнительно мало растворяется в воде.
Состав земной атмосферы
Состав воздуха показывает, почему его относят к смесям; в тексте используется округление 78 : 21 : 1.
Dbc334 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы аммиака NH₃
Три связи N—H и пирамидальная форма молекулы помогают объяснить её полярность и взаимодействие с водой.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Фосфор в группе азота
Фосфор имеет атомный номер 15 и распределение электронов 2, 8, 5. Как и азот, он имеет пять внешних электронов. Характерные степени окисления в соединениях — −3, +3 и +5; конкретное значение зависит от партнёров.
| Соединение | Степень окисления P | Причина |
|---|---|---|
| Ca₃P₂ | −3 | Три Ca по +2 |
| P₂O₃ | +3 | Три O по −2 |
| P₂O₅ | +5 | Пять O по −2 |
В природе фосфор обычно связан в соединениях, прежде всего фосфатах. Простое вещество и фосфат-ион PO₄³⁻ существенно различаются по свойствам. Содержание элемента в минерале не означает присутствия в нём свободного фосфора.
Фосфор имеет атомный номер 15 и распределение электронов 2, 8, 5. Как и азот, он имеет пять внешних электронов.
Кислород окисляет фосфор
При достаточном количестве O₂ образуется оксид фосфора(V). Школьная запись 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ использует простейшую формулу оксида. Для молекулярной формы более явно P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀.
- С кислородом
- P: 0 → +5
- С кальцием
- P: 0 → −3
- Учебная формула оксида
- P₂O₅ — отношение атомов 2 : 5
Фосфор повышает степень окисления с 0 до +5 и является восстановителем. С активным металлом, напротив, он может принимать электроны: 3Ca + 2P → Ca₃P₂. Окислительно-восстановительную роль устанавливают по изменению степени. Прочность тройной связи N≡N объясняет малую реакционную способность азота при обычных условиях. Связь с H₂ требует повышенных температуры и давления, а также катализатора. Белый фосфор содержит молекулы P₄; красный имеет полимерное строение и менее реакционноспособен. При избытке кислорода можно записать P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀; формула P₂O₅ передаёт простейшее соотношение элементов.
При достаточном количестве O₂ образуется оксид фосфора(V). Школьная запись 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ использует простейшую формулу оксида.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 36. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 36. Элементы VА-группы. Азот и фосфор.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e