Ist N2 polar oder unpolar?

Hast du jemals ein Experiment gemacht, bei dem du eine Blume in eine kalte Substanz tauchst und sie auf einem Tisch wie Glas zerschmettert? Das war flüssiger Stickstoff. Auch die Lebensmittel, die Sie essen und die lange haltbar sind, wurden zweifellos mit Stickstoffgas konserviert. Wenn wir uns jedoch die chemische Struktur von N2 ansehen, stellt sich für einen neuen Chemiker häufig die Frage, ob N2 polar oder unpolar ist. Um die Antwort zu finden, wollen wir einige Themen über die Struktur und Reaktivität von N2 untersuchen!

Ist N2 also polar oder unpolar? N2 ist ein unpolares Molekül aufgrund seiner linearen geometrischen Struktur und es ist ein zweiatomiges Molekül. Daher haben beide Atome die gleiche Elektronegativität und teilen sich den gleichen Anteil an Ladung, und das gesamte Molekül hat ein Netto-Null-Dipolmoment, was es zu einem unpolaren Molekül macht.

Stickstoff, oder N2, ist eine sehr häufig vorkommende und notwendige Chemikalie für biologisches Leben und industrielle Prozesse. Stickstoff macht 78 % des Volumens der Luft aus, die wir täglich einatmen, und ist in allen Lebewesen in Form von Verbindungen vorhanden.

Stickstoff ist auch in der industriellen Chemie reichlich vorhanden, einschließlich Düngemitteln, Farbstoffen, Nylon und Sprengstoffen. Die meisten Reinigungsmittel, die Sie mit Ammoniak (NH3) verwendet haben, wurden mit molekularem Stickstoff hergestellt.

Polarität auf der Grundlage der Elektronegativität

Wenn Atome Bindungen eingehen, um Moleküle zu bilden, können wir den Grad der Polarität des Moleküls bestimmen. Bei ionischen Bindungen werden Valenzelektronen vollständig zwischen den Atomen übertragen, so dass beide Atome eine Ladung erhalten.

Wenn beispielsweise Natrium (Na) eine Bindung mit Chlor (Cl) eingeht, gibt das Natrium sein einziges Valenzelektron an das Chlor ab und bildet Na+und Cl-, die stabilste Form dieser Atome.

Wir sprechen hier jedoch von kovalenten Bindungen, bei denen Elektronen zwischen den Atomen ausgetauscht werden. Diese Bindungen treten zwischen Nichtmetallen auf, und kovalente Bindungen können entweder polar oder unpolar sein.

Wenn kovalente Bindungen auftreten, findet eine Übertragung der Elektronendichte von einem Atom zum anderen statt. Wenn die Elektronegativitäten der Atome nicht gleich sind, werden die Elektronen nicht gleichmäßig aufgeteilt und es bilden sich teilweise ionische Ladungen an jedem Atom.

Ein gutes Beispiel dafür ist die Bildung von Salzsäure oder HCl.

Elektronegativitäten werden normalerweise für das Element angegeben, das Sie verwenden, daher gebe ich sie hier an. Wasserstoff (H) hat eine Elektronegativität von 2,1, während Chlor (Cl) eine Elektronegativität von 3,0 hat; je höher die Elektronegativität, desto negativer ist ein Atom, wenn es stabil ist.

Wasserstoff hat ein Valenzelektron und benötigt zwei, um seine Valenzschale zu vervollständigen; Chlor hat sieben Elektronen und benötigt acht, um seine Valenzschale zu vervollständigen. Sie teilen sich also ihr eines Elektron und bilden eine kovalente Bindung.

Das Chlor nimmt jedoch mehr Elektronendichte auf, da seine Elektronegativität höher ist als die des Wasserstoffs.

Das bedeutet, dass das Chlor aufgrund seiner erhöhten Elektronendichte eine teilweise negative Ladung aufweist. Umgekehrt entwickelt Wasserstoff aufgrund seiner fehlenden Elektronendichte eine positive Teilladung.

Dadurch entsteht ein Dipolmoment, das die Elektronendichte auf das elektronegativere Molekül lenkt.

Daher ist ein Salzsäuremolekül polar, weil es einen Unterschied in der Elektronegativität und ein molekulares Dipolmoment gibt.

Hier ist der Artikel, um die Polarität von HCl zu überprüfen.

Warum ist N2 ein unpolares Molekül?

Lassen Sie uns diese Logik auf N2 anwenden. Stickstoffatome haben eine Elektronegativität von etwa 3,04. Aber in Stickstoffgas ist es ein homonukleares Molekül, d.h. es sind zwei gleiche Atome miteinander verbunden.

Es gäbe keinen Unterschied in der Elektronegativität zwischen den beiden Stickstoffatomen, was bedeutet, dass sie sich die Elektronendichte gleichmäßig teilen.

Wenn die Elektronendichte gleichmäßig zwischen den beiden Atomen geteilt wird, kann sich kein Dipolmoment bilden. Wir können also davon ausgehen, dass N2 unpolar ist.

Lewis-Struktur von N2

Eine Lewis-Struktur ist eine sehr einfache Darstellung der Valenzelektronen oder der äußersten Elektronen in einem Molekül. Sie erklärt nicht die Geometrie des Moleküls, aber sie ist ein Schritt vorwärts bei der Annäherung an die Geographie.

Um herauszufinden, ob N2 polar oder unpolar ist, kann die Lewis-Struktur die beste Elektronenausstattung des Moleküls offenbaren.

Stickstoff ist ein Mitglied der Gruppe 5A im Periodensystem, was bedeutet, dass seine äußerste Schale fünf Elektronen hat. Die Lewis-Struktur eines einzelnen Stickstoffatoms ist unten abgebildet.

Stickstoff folgt, wie die meisten Elemente im Periodensystem, der Oktett-Regel, d.h. er möchte acht Elektronen in seiner äußeren Schale haben.

So wird er sich andere Atome suchen, die ebenfalls die Oktett-Regel erfüllen wollen, damit sie sich Valenzelektronen teilen können. Zum Beispiel ist Ammoniak eine Verbindung, die aus einem Stickstoff- und drei Wasserstoffmolekülen besteht.

Das Ziel ist es, Elektronenpaare zu bilden: An der Spitze der Lewis-Struktur für ein Stickstoffatom gibt es bereits ein Elektronenpaar oder ein einsames Paar, so dass sie nicht für eine Bindung zur Verfügung stehen.

Die anderen drei Einzelelektronen stehen zur Verfügung, um kovalente Bindungen oder Bindungen, bei denen die Elektronen zwischen zwei Atomen geteilt werden, mit anderen Atomen zu bilden, die Einzelelektronen haben.

Wasserstoff hat ein Elektron und benötigt nur zwei Elektronen, um seine äußere Schale zu vervollständigen; daher hat Stickstoff Platz für drei Wasserstoffatome.

Wie unten dargestellt, hat Stickstoff nun acht Elektronen in Form eines einsamen Paares und drei Einfachbindungen.

Jetzt ist die Oktettregel des Stickstoffs vollständig, und der Wasserstoff hat die zwei Elektronen, die für eine vollständige Valenzschale benötigt werden.

Damit haben wir die Lewis-Struktur des Ammoniaks, die seiner Molekülformel, NH3, entspricht. Die Polarität von NH3 findest du im Artikel.

Nun nehmen wir die Molekularformel von Stickstoff, N2. Stickstoff ist ein zweiatomiges Molekül, was bedeutet, dass bei Standardtemperatur und -druck (1 atm bei 25°C) Stickstoffatome mit einem anderen Stickstoffatom eine natürliche Bindung eingehen, um die Oktettregel für beide Atome zu erfüllen.

Stickstoff existiert in dieser Familie mit anderen zweiatomigen Molekülen, wie Sauerstoff, Wasserstoff und den vier Halogenen (Fluor, Chlor, Jod und Brom). Wie sieht also die Lewis-Struktur von N2 aus?

Wenn man bedenkt, dass Stickstoff fünf Valenzelektronen hat, von denen zwei ein einsames Elektronenpaar bilden, müssen sie die Oktettregel vervollständigen, indem sie ihre anderen drei freien Elektronen binden.

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, bildet ein Elektron des einen Stickstoffmoleküls eine Einfachbindung mit einem anderen Elektron des anderen Stickstoffs.

Damit beide Stickstoffatome die Oktettregel erfüllen, bilden alle drei freien Elektronen eine Bindung, wodurch eine Dreifachbindung entsteht. Daher existiert in der Natur ein Stickstoffmolekül mit einer Dreifachbindung, was es energiearm und stabil macht.

Molekulare Geometrie von N2

Nachdem wir nun die Lewis-Struktur behandelt haben, können wir die molekulare Geometrie von N2 erforschen.

Die Struktur des Moleküls lässt sich in der Regel anhand der Lewis-Struktur vorhersagen, aber die Lewis-Struktur kann uns auch zur Valenzschalen-Elektronenpaar-Abstoßung oder VSEPR-Theorie führen.

Die VSEPR-Theorie geht davon aus, dass die Geometrie eines Moleküls die Abstoßung zwischen den Elektronen in einer Valenzschale des Atoms minimiert.

Die Elektronen sind negativ und stoßen sich, ähnlich wie Magnete, gegenseitig ab, wenn sie sich zu nahe kommen, wodurch eine Spannung im Molekül entsteht. Wir wollen also diese Belastung minimieren.

Wir wissen, dass Stickstoffgas als zweiatomiges Molekül existiert, und die Lewis-Struktur zeigt, dass nur zwei Atome an seiner Struktur beteiligt sind.

Nach der VSEPR-Theorie kann N2 nur eine lineare Struktur haben, also eine gerade Linie. Das bedeutet, dass die beiden Atome in einem Winkel von 180° voneinander entfernt sind..,

Typischerweise sind lineare Moleküle unpolar, aber das ist nicht immer der Fall (siehe: Salzsäure, Flusssäure, Kohlenmonoxid), so dass wir nicht davon ausgehen können, dass N2 allein deshalb unpolar ist.

Dafür müssen wir etwas tiefer in die Elektronendichte und die Elektronegativität eintauchen, wie oben bereits besprochen.

Für ein besseres Verständnis solltest du auch den Artikel über die Lewis-Struktur von N2 und die Molekülgeometrie sowie die Hybridisierung durchlesen.

Schlussfolgerung

Stickstoff ist als Verbindung in unserem täglichen Leben ungemein häufig anzutreffen. Als zweiatomiges, einkerniges Molekül können wir seine Polarität anhand seiner Struktur, Geometrie und Elektronendichte bestimmen.

Wir haben festgestellt, dass Stickstoffgas eine starke Dreifachbindung bildet, eine lineare Geometrie mit 180° zwischen den Stickstoffatomen aufweist und seine Elektronendichte gleichmäßig auf die Stickstoffatome verteilt. Daher können wir feststellen, dass Stickstoffgas unpolar ist.