Đơn chất nitrogen

Bài học giới thiệu đến các em lý thuyết bài Đơn chất nitrogen. Bên cạnh là các ví dụ và bài tập có lời giải chi tiết, xây dựng dựa trên kiến thức trọng tâm chương trình hóa 11 Cánh diều.

I. Trạng thái tự nhiên của nguyên tố Nitrogen

• Nguyên tố nitrogen có: kí hiệu hóa học là N; số hiệu nguyên tử là 7; độ âm điện là 3,04.
• Trong tự nhiên: tồn tại ở cả dạng đơn chất và hợp chất.
• Trong khí quyển: tồn tại chủ yếu dưới dạng đơn chất N₂. Khí nitrogen chiếm khoảng 78% thể tích không khí.
• Trong đất và nước: tồn tại chủ yếu dưới dạng ion nitrate (NO₃^-), nitrite (NO₂^-) và ammonium (NH₄⁺).
• Trong cơ thể sinh vật: amino acid, protein…

II. Đơn chất Nitrogen

1. Đặc điểm liên kết

• Phân tử N₂ có liên kết ba giữa hai nguyên tử nitrogen.
• Công thức lewis:

2. Tính chất cơ bản

a) Tính kém hoạt động hóa học (tính trơ) ở nhiệt độ thấp

Liên kết ba giữa hai nguyên tử N trong phân tử nitrogen có năng lượng liên kết rất lớn (946 kJ/mol) nên rất khó bị phá vỡ và tham gia phản ứng. Vì vậy, ở nhiệt độ và áp suất thường, nitrogen rất khó tham gia phản ứng. 

b) Tính hoạt động hóa học ở nhiệt độ cao

• Phản ứng với hydrogen diễn ra thuận nghịch, ở điều kiện nhiệt độ và áp suất khá cao cùng với chất xúc tác là bột sắt:

N₂(g) + 3H₂(g) 2NH₃(g)          = -91, 8 kJ

• Phản ứng với oxygen ở nhiệt độ rất cao, khoảng 3000^oC:

N₂(g) + O₂(g) 2NO(g)                                      = 182,6 kJ

• Trong tự nhiên, phản ứng trên xảy ra trong cơn mưa dông kèm sấm chớp, khởi đầu quá trình tạo và cung cấp đạm nitrate cho đất từ nước mưa:

N₂ NO NO₂ HNO₃ H⁺ + NO₃^-

3. Ứng dụng

• Khí nitrogen được sử dụng để thay thế một phần hay toàn bộ không khí nhằm tạo môi trường trơ, hạn chế cháy nổ, hạn chế sự oxi hóa thực phẩm, …
• Nitrogen lỏng được dùng làm môi trường lạnh để bảo quản mẫu vật trong ý tế và nghiên cứu khoa học.