N u elementarnom stanju 78,4 vol% (75,5 mas.%) atmosfere. As, Sb, Bi malo zastupljeni u obliku sulfidnih minerala

Transcript

1 GRUPA AZOTA

2 GRUPA AZOTA Pniktogeni zagušljivci N u elementarnom stanju 78,4 vol% (75,5 mas.%) atmosfere P u obliku fosfornih minerala apatita Ca 5 (PO 4 ) 3 X (X = F,Cl, OH) As, Sb, Bi malo zastupljeni u obliku sulfidnih minerala

3 GRUPA AZOTA nemetal metaloid metal Azot ima elektrnogetivnost 3 i gradi i jedinjenja sa pozitivnim brojevima Postepeni prelaz N, O, F

4 GRUPA AZOTA Elektronska konfiguracija ns 2 np 3 Oksidacioni brojevi Od III do V jedinon gradi jedinjenja sa svim oksidacionim stanjima P, As, Sb, Bi bitnija oksidaciona stanja III i V smanjena stabilnost jedinjenja sa oksidacionim brojem V sa povećanjem Z uglavnom kovalentna jedinjenja

5 GRUPA AZOTA Oksidacioni brojevi Oksidaciono stanje III Jedini stabilan Opada baznost Element (E) χ(e) Formula hidrida Naziv E H veza N 3,0 NH 3 Amonijak polarna P As Sb Bi 2,1 2,0 1,9 1,9 PH 3 AsH 3 SbH 3 BiH 3 Fosfin Arsin Stibin Bizmutin nepolarna nepolarna nepolarna nepolarna NH 3 slaba baza PH 3 skoro neutralan

6 GRUPA AZOTA Oksidacioni brojevi Oksidaciono stanje III i V Kisela svojstva oksida opadaju u nizu: N > P > As > Sb > Bi opada kiselost oksida E III i E V E V > E III opada kiselost oksida E oksidaciona sposobnost jedinjenja E V opada u nizu Bi >> N > Sb As > P

7 N 2 gas bez boje i mirisa Energija veze 946 kj/mol inertan niska T k = 196 o C dobijanje N 2 u laboratoriji NH 4+ + NO 2 N 2 + 2H 2 O dobijanje N 2 u industriji frakcionom destilacijom vazduha primena dobijanje amonijaka inertna atmosfera u laboratoriji i industriji sredstvo za hlađenje

8 N 2 u jedinjenjima Oksidacioni brojevi Od III do V lako gradi višestruke veze katenacija 2 ili 3 N (slično kao O) kovalentni karakter veza

9 NEGATIVNI OKSIDACIONI BROJEVI N III N II amonijak hidrazin NH 3 N 2 H 4 N I hidroksilamin NH 2 OH imaju bazna svojstva NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH K b = 1, N 2 H 4 + H 2 O N 2 H 5+ + OH K b = 8, NH 2 OH + H 2 O NH 3 OH + + OH K b = 6, amonijum hidrazinijum hidroksilamonijum soli

10 NEGATIVNI OKSIDACIONI BROJEVI III NH 3 gas karakterističnog neprijatnog mirisa velika rastvorljivost u vodi bazna svojstva vodenog rastvora NH 3 (aq) dobijanje amonijaka u laboratoriji istiskivanje iz amonijum soli jačom bazom Hemijska fontana 2NH 4 Cl(s) + Ca(OH) 2 (s) 2NH 3 (g) + CaCl 2 (s) + 2H 2 O(l)

11 NEGATIVNI OKSIDACIONI BROJEVI III NH 3 dobijanje amonijaka u industriji N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) Δ r H ө = 92,2 kj mol 1 Haber Bošov postupak visoka temperatura (kinetički razlozi) o C + katalizatori veliki pritisci atm izdvajanje NH 3 (l) primena amonijaka proizvodnja veštačkih đubriva (amonijum nitrat, fosfat, urea) proizvodnja azotne kiseline polimerna vlakna, eksplozivi CO 2 (g) + 2NH 3 (l) NH 4 (H 2 NCOO)(l) amonijum karbamat NH 4 (H 2 NCOO)(l) (NH 2 ) 2 CO + H 2 O urea

12 NEGATIVNI OKSIDACIONI BROJEVI III NH 3 Amonijum jon je kiselina koja nema izražena redukciona svojstva Amonjum soli su dobro rastvorljive u vodi Termičko razlaganje čvrstih amonijum soli soli kod kojih anjon ima oksidaciona svojstva (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (s) N 2 (g) + Cr 2 O 3 (s) + 4H 2 O(g) hemijski vulkan 2NH 4 NO 3 (s) > 300 o C 2N 2 (g) + O 2 (g) + 4H 2 O(g) 200 o C NH 4 NO 3 (s) N 2 O(g) + 2H 2 O(g) eksplozivi: egzotermne reakcije (velika energija veze N 2 ) brze reakcije velika količina gasova soli kod kojih anjon nema oksidaciona svojstva NH 4 Cl(s) NH 3 (g) + HCl(g)

13 NEGATIVNI OKSIDACIONI BROJEVI III NH 3 Postepenom zamenom H iz NH 3 : amidi NH 2 ili NH 2 imidi nitridi =NH ili NH 2 N ili N 3 Jake baze hidrolizuju dajući amonijak NaNH 2 (s) + H 2 O Na + + OH + NH 3 (aq) Mg 3 N 2 (s) + 6H 2 O 3Mg(OH) 2 (s) + 2NH 3 (aq)

14 NEGATIVNI OKSIDACIONI BROJEVI II N 2 H 4 bezbojna tečnost karakterističnog neprijatnog mirisa mogućnost formiranja vodoničnih veza nestabilan i lako se razlaže pri zagrevanju 3 N 2 H 4 (g) N 2 (g) + 4 NH 3 (g) disproporcionisanje kao oksidaciono sredstvo N 2 H H + + 2e 2 NH 4+ E ө = 1,28 V kao redukciono sredstvo kinetički nepovoljno! N 2 + 5H + + 4e N 2 H 5 + E ө = 0,23 V N 2 + 4H 2 O + 4e N 2 H 4 + 4OH E ө = 1,16 V kisela sredina bazna sredina Za dobijanje koloidnih metalnih prahova nanočestice

15 NEGATIVNI OKSIDACIONI BROJEVI I hidroksilamin čvrsta, nestabilna supstanca Hidroksilamonijum soli: (NH 3 OH) 2 SO 4 i (NH 3 OH)Cl su stabilnije kao redukciono sredstvo N 2 + 4H + + 2H 2 O + 2e 2NH 3 OH + N 2 + 4H 2 O + 2e 2NH 2 OH + 2OH E ө = 1,87 V E ө = 3,04 V kisela sredina bazna sredina Primena hidroksilamina kao redukciono sredstvo Najjače poznato redukciono sredstvo

16 NEGATIVNI OKSIDACIONI BROJEVI I/3 HN 3 Hidrogen azidna kiselina Azotovodonična kiselina K a = Soli: azidi Pb(N 3 ) 2 NaN 3 detonator u eksplozivima vazdušni jastuci (uz dodatak SiO 2 I KNO 3 stvaranje silikatnog praha od Na)

17 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI OKSIDI I KISELINE AZOTA I II N 2 O NO azot(i) oksid (azot suboksid) azot(ii) oksid (azot monoksid) HNO 2 Azotasta kiselina III IV N 2 O 3 nestabilan NO 2 diazot trioksid azot(iv) oksid (azot dioksid) N 2 O 4 diazot tetraoksid HNO 3 Azotna kiselina V N 2 O 5 nestabilan diazot pentaoksid

18 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI I Azot(I) oksid Dinitrogen oksid Azot suboksid 2,73 1,61 neutralni oksid (ne reaguje sa vodom i rastvorima baza) bez boje i mirisa izaziva veselo raspoloženje kao anestetik Dobijanje 200 o C N N O N NH 4 NO 3 (s) N 2 O(g) + 2H 2 O(g) uz vrlo pažljivo zagrevanje

19 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI II Azot(II) oksid Azot monoksid N O bezbojan gas otrovan Red veze oko 2,5 2KNO 2 + 2KI + 2H 2 SO 4 2NO + I 2 + 2K 2 SO 4 + 2H 2 O 3Cu + 8HNO 3 (razbl.) 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O slobodni radikal lako gubi e i prelazi u NO + (nitrozil jon) u kontaktu sa vazduhom vrlo brzo prelazi u NO 2 2NO + O 2 2NO 2 bezbojan smeđ NO i NO 2 zajednička oznaka(no x ) zagađivači

20 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI IV Azot(IV) oksid Azot dioksid Ravnoteža: 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) egzo Red veze oko 1,5 gas mrke boje korozivan (sam je oksidaciono sredstvo) jako oksidaciono sredstvo Sa vodom u tragovima (mešoviti oksid): IV III V 2NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 O N O Lako gubi e i prelazi u NO 2 +

21 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI III Azotasta kiselina HNO 2 Soli: nitriti Slaba kiselina K a = koja se spontano razlaže: 3HNO 2 HNO 3 + 2NO + H 2 O Dobijanje nitrita u industriji Na 2 CO 3 (aq) + NO(g) + NO 2 (g) 2NaNO 2 (aq) + CO 2 (g) kao oksidaciono sredstvo HNO 2 + H + + e NO(g) + H 2 O 2NO 2 + 3H 2 O+ e N 2 O + 6OH kao redukciono sredstvo NO 3 + 3H + + 2e HNO 2 + H 2 O NO 3 + H 2 O+ 2e NO 2 + 2OH E ө = 0,996 V E ө = 0,15 V E ө = 0,94 V E ө = 0,01 V kisela sredina bazna sredina kisela sredina bazna sredina

22 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI V Azotna kiselina HNO 3 Soli: nitrati bezbojnatečnost temperature ključanja 83 o C Jaka kiselina (K a 20) koja se sporo razlaže: 4HNO 3 4NO 2 (g) + O 2 + 2H 2 O Potpomognuta svetlošću temne boce treća kiselina po proizvodnji (komercijalni proizvod 68 mas.% )

23 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI Azotna kiselina HNO 3 V Dobijanje azotne kiseline Ostvaldov proces I faza: katalitička oksidacija amonijaka kiseonikom 4 NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O 900 o C p atmosferski ili blago povišeni II faza:oksidacija NO kiseonikom 2NO + O 2 2NO 2 III faza: apsorpcija NO 2 u vodi 40 o C povišeni p 2NO 2 + H 2 O HNO 3 + HNO 2 reoksidacija kiseonikom

24 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI Azotna kiselina HNO 3 Jako oksidaciono sredstvo V Različite mogućnosti oksidacije HNO 3 NO 3 + 2H + + e NO 2 + H 2 O E ө = 0,80 V NO 3 + 4H + + 3e NO + 2H 2 O NO H + + 8e N 2 O + 5H 2 O NO 3 +10H + + 8e NH H 2 O E ө = 0,96 V E ө = 1,12 V E ө = 0,86 V Usvojeno: koncentrovana (65 mas%) do NO 2 razblažena do NO

25 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI Azotna kiselina HNO 3 V Jako oksidaciono sredstvo Usvojeno: koncentrovana (65 mas%) do NO 2 razblažena do NO koncentrovana HNO 3 Cu + 4HNO 3 (konc.) Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O razblažena HNO 3 3Cu + 8HNO 3 (razbl.) 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O vrlo razblažena HNO 3 i metali sa negativnim E 4M + NO H + (vrlo razblažena HNO 3 ) 4M 2+ + NH H 2 O

26 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI V Azotna kiselina HNO 3 Soli: nitrati svi nitrati su rastvorljivi u vodi Struktura nitrat jona Termičko razlaganje nitrata 2NaNO 3 (l) 2NaNO 2 (l) + O 2 (g) Red veze 1,33 4 KNO 3 K 2 O + 2N 2 + 5O 2 Do oksida + S, + C barut Do nitrita (dobijanje nitrita)

27 POZITIVNI OKSIDACIONI BROJEVI Azotna kiselina HNO 3 V Upotreba azotne kiseline proizvodnja veštačkih đubriva Nitrovanjem organskih jedinjena: Nitroglicerin ( dinamit) Trinitrotoluen, TNT Nitoceluloza u eksplozivima

28 AZOT U PRIRODI Kruženje vrlo složen proces koji uključuje i živi svet fiksacija vezivanje elmentarnog N u biološka jedinjenja denitrifikacija oslobađanje N 2 i N 2 O tokom raspada organizama Zagađenje NO i NO 2 (NO x ) povećana emisija ljudskom aktivnošću kisele kiše uništavanje ozonskog omotača Biološki jedan od osnovnih elemenata koji čine živu materiju aminokiseline proteini, nukleinske kiseline

29 i još dosta (obojenih) modifikacija GRUPA AZOTA FOSFOR Alotropske modifikacije fosfora Beli fosfor P 4 nestabilan i vrlo reaktivan rastvorljiv u organskim rastvaračima,cs 2 otrovan (letalna doza 50 do 100 mg) svetli u tami hemijska luminescencija Crveni fosfor polimeran, amorfan stabilniji i manje reaktivan nerastvorljiv neotrovan (manje otrovan)

30 GRUPA AZOTA FOSFOR Dobijanje fosfora Redukcijom apatita uz dodatak SiO ºC 2Ca 3 (PO 4 ) 2 + 6SiO C P 4 (g) + 10CO + 6CaSiO 3 Upotreba fosfora dobijanje oksida P 4 O 10 i fosforne kiseline dobijanje PCl 3,PCl 5, P 4 S 3, P 4 S 10

31 GRUPA AZOTA FOSFOR Oksidacioni brojevi III, III V OKSIDACIONI BROJ III Fosfin PH 3 gasovito, slabo bazno, otrovno jedinjenje dobijanje hidrolizom fosfida: Ca 3 P H 2 O 2PH 3 (g) + 3Ca(OH) 2 (s) upotrebljava se za sintezu organskih jedinjenja sa fosforom

32 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ III Fosfor(III) oksid P 4 O 6 P 4 + 3O 2 P 4 O 6 Oksidacija uz kontrolisanu količinu kiseonika

33 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ III Fosforasta kiselina H 3 PO 3 P 4 O 6 + 6H 2 O 4H 2 PHO 3 Dvobazna kiselina H 2 PHO 3 K a,1 = 5,0 10 2, K a,1 = 2, Soli: fosfiti redukciono sredstvo kisela sredina H 3 PO 4 + 2H + + 2e H 2 PHO 3 + H 2 O E ө = 0,276 V bazna sredina!!! PO H 2 O + 2e PHO 3 + 3OH E ө = 1,12 V primena Redukcija metala i dobijanje metalnih prevaka

34 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ III Halogenidi PX 3 Geometrija trostrane piramide Najvažniji je PCl 3 (fosfor(iii) hlorid) Hidrolizom halogenida nastaje fosforasta kiselina PCl 3 + 3H 2 O H 3 PO 3 + 3HCl

35 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ V Fosfor(V) oksid P 4 O 10 P 4 + 5O 2 P 4 O 10 U reakciji sa viškom kiseonika Reaguje burno sa vodom dajući fosfornu kiselinu koristi se kao dehidrataciono sredstvo

36 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ V Fosforna kiselina H 3 PO 4 (ortofosforna kiselina) čvrsta supstanca sa tempearturom topljenja 42 o C dobijanje iz P 4 O 10 P 4 O H 2 O 4H 3 PO 4 iz fluoroapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 5H 2 SO H 2 O 3H 3 PO 4 + 5CaSO 4 2H 2 O + HF 95 % fosfogips tehnička

37 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ V Fosforna kiselina H 3 PO 4 slaba kiselina H 3 PO 4 (aq) H + (aq) + H 2 PO 4 (aq) K a1 = 7, H 2 PO 4 aq) H + (aq) + HPO 4 2 (aq) K a2 = 6, HPO 4 2 (aq) H + (aq) + PO 4 3 (aq) K a3 = 4, K a3 < K a2 < K a1 nema oksidaciona svojstva

38 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ V Fosforna kiselina H 3 PO 4 Soli: dihidrogenfosfati primarni fosfati hidrogenfosfati sekundarni fosfati fosfati tercijarni fosfati H 2 PO 4 HPO 4 2 PO 4 3 (soli sa katjonima alkalnih metala) Kisela reakcija rastvora Bazna reakcija rastvora Jako bazna reakcija rastvora najvažnije soli su sa Na +, K + i NH 4 + primena H 3 PO 4 prehrambena industrija kućna hemija veštačka đubriva Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 7H 3 PO H 2 O 5Ca(HPO 4 ) 2 + HF trostruki superfosfat

39 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ V Fosforna kiselina H 3 PO 4 Sklona je kondenzaciji H 2 O ortofosforna H 2 O pirofosforna (difosforna) (HPO 3 ) n metafosforna [HPO 3 ] n POLIFOSFORNE KISELINE H 3 PO 4 FOSFORNA KISELINA H 4 P 2 O 7 PIROFOSFORNA KISELINA

40 GRUPA AZOTA FOSFOR OKSIDACIONI BROJ V Jedinjenja sa halogenima najvažnija PCl 5 (fosfor(v) hlorid) i POCl 3 (fosfor(v) hlorid oksid) Oba jedinjneja hidrolizuju do H 3 PO 4 PCl 5 + H 2 O POCl 3 + 2HCl POCl 3 + 3H 2 O H 3 PO 4 + 3HCl Trigonalno bipiramidalana geometrija (Samo u gasovitoj fazi) primena U proizvodnji organskih jedinjnja sa fosforom

41 GRUPA AZOTA FOSFOR primena Fosfatne stene Fosforna kiselina (95 % tehnička) Veštačka đubriva Elementarni fosfor Fosforna kiselina čista Prehrambena ind. Dobijanje soli Deterdženti Halogenidi i sulfidi fosfora Organska jedinjenja P Fosfatiranje metala

42 GRUPA AZOTA FOSFOR FOSFOR U PRIRODI Kruženje u ciklus fosfora nisu uključena gasovita jedinjenja gubici P iz zemljišta (ispiranje) ne mogu se nadoknaditi prirodno Zagađenje fosfati povećana količina u vodama usled primene u deterdžentima i đubrivima poremećena rečna flora (eutrofikacija) izumiranje rečne faune i flore zbog povećane potrošnje O 2 Biološki jedan od elemenata koji čine živu materiju (6. u ljudskom organizmu) u kostima, održavanje ph u ćeliji, DNK, adenozin trifosfat