II. NITƠ 1.Cấu tạo
2.Tính chất lí học
Nitơ là khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị và hơi nhẹ hơn khơng khí d = 28/29. Cĩ nhiệt độ nĩng chảy là -210 0C và nhiệt độ sơi là -195,8 0C rất thấp. Rất ít tan trong nước và trong các dung mơi khác. Ở 0 0C, 1 lít nước hịa tan được 23,5 ml khí N2, nitơ khơng độc, nhưng khơng duy trì sự sống và sự cháy. Nĩ cịn được gọi là azot, theo tiếng Hy lạp cĩ nghĩa là khơng duy trì sự sống.
3. Tính chất hĩa học
Vì cĩ năng lượng liên kết rất lớn, phân tử N2 rất bền nhiệt, ở 3000 0C chưa phân hủy rõ rệt thành nguyên tử
N2 → 2N H0 = 942 kJ/mol
Vì vậy ở nhiệt độ thường N2 là một trong những chất trơ nhất, nhưng ở nhiệt độ cao thì nĩ hoạt động hơn, nhất là khi cĩ chất xúc tác.
- Ở nhiệt độ thường, N2 chỉ tác dụng trực tiếp với Li tạo thành nitrua
6Li + N2 → 2Li3N
và bị một số vi khuẩn cĩ trong đất và cĩ nhiều trong các nốt sần của rễ cây họ đậu đồng hĩa trực tiếp.
- Ở nhiệt độ cao, N2 cĩ thể tương tác với hidro, oxi và một số ít kim loại và hợp chất
* Với hidro: N2 + 3H2 2NH3 H0 = - 46,2
kJ/mol
Phản ứng này rất khĩ khăn vì phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao, phát nhiệt, giảm thể tích và hiệu suất rất bé (sẽ giải thích kĩ trong phần NH3). Tuy nhiên đĩ là phương pháp số một để điều chế NH3 trong cơng nghiệp.
Nitơ trơ với oxi ở nhiệt độ thường, nhưng tác dụng được ở nhiệt độ cao và hiệu suất cũng rất kém
N2 + O2 2NO H0 = - 90,25 kJ/mol
t 0C 1500 2000 2500 3000
%NO 0,1 0,61 1,8 3,57
Phản ứng cũng rất khĩ khăn, tuy nhiên nĩ là phương pháp số hai để điều chế axit nitric trong cơng nghiệp.
* Với halogen:
Halogen khơng tác dụng trực tiếp với N2. Các hợp chất NX3, NHX2, NH2X đều được điều chế gián tiếp từ amoniac, chúng đều là những hợp chất thu nhiệt.
* Với kim loại:
Ngoại trừ Li, các kim loại khác chỉ cho phản ứng trực tiếp với N2 ở nhiệt độ cao. Các kim loại hoạt động mạnh như Ca, Mg, Al... và một số kim loại chuyển tiếp như Cr, Zr, V, Nb, hĩa hợp với N2 ở nhiệt độ từ 700 - 9000C
N2 + 3Mg → Mg3N2
Phản ứng này dùng để khai thác khí trơ trong khơng khí, trong khâu hấp thụ sạch khí N2 trong khơng khí.
4.Các nitrua kim loại cĩ thể chia thành hai loại:
Cũng như cacbua kim loại, nitrua kim loại được chia làm hai nhĩm: nitrua ion và nitrua xâm nhập. Tuy nhiên, cấu tạo của chúng chưa được nghiên cứu kĩ như đối với cacbua kim loại.
a. Nitrua ion: (ở trạng thái rắn) cĩ chứa ion N3- (1,71A0), đĩ là nitrua của các kim loại mạnh như: Li, Na, K, Rb, Be, Mg, Ca, Zn, Cd và Tl. Những nitrua này bị thủy phân dễ mạnh như: Li, Na, K, Rb, Be, Mg, Ca, Zn, Cd và Tl. Những nitrua này bị thủy phân dễ
dàng và sinh ra NH3: Na3N + 3HOH → 3NaOH + NH3
Các nitrua ion được tạo nên khi cho các nguyên tố tác dụng trực tiếp với nhau hoặc nhiệt phân muối amidua kim loại: 3Ba(NH2)2 → Ba3N2 + 4NH3