Az N2 poláris vagy nem poláris?

Végeztél már olyan kísérletet, ahol egy virágot hideg anyagba mártasz, és az asztalon összetöröd, mint az üveget? Ez folyékony nitrogén volt. Még az ételeket is, amiket megeszel, és amelyek sokáig elállnak, kétségtelenül nitrogéngázzal tartósították. Amikor azonban a N2 kémiai szerkezetét vizsgáljuk, egy kezdő vegyésznek gyakran felmerülhet az a kérdése, hogy a N2 poláris vagy nem poláris. Vizsgáljunk meg néhány témát az N2 szerkezetéről és reakcióképességéről, hogy megtaláljuk a választ!

Szóval, az N2 poláris vagy nem poláris? Az N2 nem poláris molekula, mert lineáris geometriai szerkezete miatt kétatomos molekula. Ennek eredményeként mindkét atom azonos elektronegativitással rendelkezik, és azonos arányban osztozik a töltésen, és a teljes molekula nettó nulla dipólusmomentumot eredményez, így nem poláris molekula.

A nitrogén, vagy N2, egy nagyon gyakori és szükséges vegyi anyag a biológiai élet és az ipari folyamatok számára. A nitrogén a naponta belélegzett levegő 78 térfogatszázalékát alkotja, és vegyület formájában minden élőlényben megtalálható.

A nitrogén az ipari kémiában is bőségesen megtalálható, beleértve a műtrágyákat, a festékeket, a nejlont és a robbanóanyagokat. Leggyakrabban az ammóniát, NH3-at tartalmazó tisztítószerek, amelyeket használtál, molekuláris nitrogénnel készültek.

Polaritás az elektronegativitás alapján

Amikor az atomok kötéseket alkotnak, hogy molekulákat hozzanak létre, meghatározhatjuk, hogy a molekula milyen polaritást fog mutatni. Az ionos kötések teljes mértékben átadják a valenciaelektronokat az atomok között, így mindkét atom töltést kap.

Mikor például a nátrium (Na) kötődik a klórhoz (Cl), a nátrium leadja egy valenciaelektronját a klórnak, így Na+ és Cl- keletkezik, ezeknek az atomoknak a legstabilabb formája.

Most azonban kovalens kötésekről beszélünk, amelyek elektronokat osztanak meg az atomok között. Ezek a kötések nem fémek között fordulnak elő, és a kovalens kötések lehetnek polárisak vagy nem polárisak.

Amikor kovalens kötések keletkeznek, az elektronsűrűség egyik atomról a másikra kerül át. Ha az atomok elektronegativitása nem egyenlő, akkor az elektronok nem egyenlően oszlanak meg, így az egyes atomokon részben ionos töltések alakulnak ki.

Egy nagyszerű példa erre a sósav vagy HCl képződése.

Az elektronegativitásokat általában megadják az általad használt elemhez, ezért itt megadom őket. A hidrogén (H) elektronegativitása 2,1, míg a klór (Cl) elektronegativitása 3,0. Minél nagyobb az elektronegativitás, annál negatívabb lesz egy atom, ha stabil.

A hidrogénnek egy valenciaelektronja van, és kettőt szeretne a valenciahéjához; a klórnak hét elektronja van, és nyolcat szeretne a valenciahéjához. Így megosztják az egy elektronjukat, kovalens kötést alkotva.

A klór azonban több elektronsűrűséget vesz fel, mivel elektronegativitása nagyobb, mint a hidrogéné.

Ez azt jelenti, hogy a klór a megnövekedett elektronsűrűség miatt részleges negatív töltést fog mutatni. Ezzel szemben a hidrogén az elektronsűrűségének hiánya miatt részleges pozitív töltést fejleszt.

Ez egy dipólusmomentumot hoz létre, amely az elektronsűrűséget az elektronegatívabb molekulára irányítja.

Ezért a sósavmolekula poláros lesz, mert az elektronegativitások és a molekuláris dipólusmomentum között különbség van.

Itt a cikk, amelyben a HCl polaritását ellenőrizhetjük.

Miért nem poláros molekula az N2?

Alkalmazzuk ezt a logikát az N2-re. A nitrogénatomok elektronegativitása körülbelül 3,04. A nitrogéngázban azonban homonukleáris molekula, vagyis két azonos atom kötődik egymáshoz.

A két nitrogénatom között nem lenne elektronegativitásbeli különbség, ami azt jelenti, hogy az elektronsűrűségen egyenlően osztoznának.

Ha az elektronsűrűség egyenlően oszlik meg a két atom között, akkor nem alakulhat ki dipólusmomentum. Így feltételezhetjük, hogy az N2 nem poláris.

N2 Lewis-szerkezete

A Lewis-szerkezet egy nagyon egyszerű ábrázolása a molekula valencia-, vagyis legkülső elektronjainak. Nem magyarázza meg a molekula geometriáját, de egy lépés előre a földrajz megközelítésében.

De ahhoz, hogy megtudjuk, hogy az N2 poláris vagy nem poláris, a Lewis-szerkezetből a molekula legjobb elektronösszetételét lehet megtudni.

A nitrogén a periódusos rendszer 5A csoportjának tagja, vagyis a legkülső héja öt elektronnal rendelkezik. Egyetlen nitrogénatom Lewis-szerkezete alább látható.

A nitrogén, mint a periódusos rendszer legtöbb eleme, a nyolcas szabályt követi, vagyis nyolc elektront szeretne a külső héjában.

Ezért más atomokat fog keresni, amelyek szintén ki akarják egészíteni a nyolcas szabályt, hogy megoszthassák a valenciaelektronokat. Például az ammónia egy nitrogén- és három hidrogénmolekulából álló vegyület.

A cél az elektronpárok létrehozása: a nitrogénatom Lewis-szerkezetének tetején már van egy elektronpár vagy egy magányos elektronpár, így ezek nem állnak rendelkezésre kötésekhez.

A másik három egyes elektron arra alkalmas, hogy kovalens kötéseket vagy olyan kötéseket hozzon létre, amelyek két atom között megosztják az elektronokat, más, egyes elektronokkal rendelkező atomokkal.

A hidrogénnek egy elektronja van, és csak két elektronra van szüksége a külső héj kitöltéséhez; így a nitrogénnek három hidrogénatom számára van hely.

Az alábbiakban látható módon a nitrogén körül most nyolc elektron van, egy magányos pár és három egyszerű kötés formájában.

Most a nitrogén nyolcas szabálya teljes, és a hidrogénnek megvan a teljes valenciahéjhoz szükséges két elektronja.

Ezzel megmarad az ammónia Lewis-szerkezete, amely megfelel a molekuláris képletének, az NH3-nak. Nézzük meg a cikkben az NH3 polaritását.

Most vegyük a nitrogén molekuláris képletét, az N2-t. A nitrogén kétatomos molekula, ami azt jelenti, hogy standard hőmérsékleten és nyomáson (1 atm 25°C-on) a nitrogénatomok természetesen kötődnek egy másik nitrogénatomhoz, hogy mindkét atom oktett-szabálya teljesüljön.

A nitrogén ebben a családban létezik más kétatomos molekulákkal, például az oxigénnel, a hidrogénnel és a négy halogénnel (fluor, klór, jód és bróm). Szóval, mi az N2 Lewis-szerkezete?

Nos, emlékezve arra, hogy a nitrogénnek öt valenciaelektronja van, amelyek közül kettő magányos párt alkot, a másik három szabad elektron megkötésével kell kiegészíteniük a nyolcas szabályt.

Amint a fenti ábrán látható, az egyik nitrogénmolekula egyik elektronja egyszerű kötést fog kialakítani a másik nitrogénmolekula másik elektronjával.

Hogy mindkét nitrogénatom teljesítse az oktett-szabályt, mindhárom szabad elektron kötést fog kialakítani, hármas kötést hozva létre. Így a természetben egy nitrogénmolekula hármas kötéssel létezik, ami miatt alacsony energiájú és stabil a természetben.

A N2 molekuláris geometriája

Most, hogy a Lewis-szerkezettel foglalkoztunk, megvizsgálhatjuk az N2 molekuláris geometriáját.

A molekula szerkezetét általában a Lewis-szerkezetből tudjuk megjósolni, de a Lewis-szerkezet a valenciahéj elektronpár-taszítás, vagyis a VSEPR elmélethez is elvezethet bennünket.

A VSEPR elmélet azon a feltételezésen alapul, hogy a molekula geometriája minimalizálja az adott atom valenciahéjában lévő elektronok közötti taszítást.

Ne feledjük, hogy az elektronok negatívak, és a mágnesekhez hasonlóan taszítják egymást, ha túl közel kerülnek egymáshoz, ami feszültséget okoz a molekulában. Tehát ezt a feszültséget szeretnénk minimalizálni.

Tudjuk, hogy a nitrogéngáz kétatomos molekulaként létezik, és a Lewis-szerkezet szerint csak két atom vesz részt a szerkezetében.

A VSEPR elmélet szerint az N2 csak lineáris, azaz egyenes szerkezetű lehet. Ez azt jelenti, hogy a két atom 180°-os szögben van egymástól távol.., ahogy az alább látható.

Tipikusan a lineáris molekulák nem polárisak, de ez nem mindig van így (lásd: sósav, fluorsav, szén-monoxid), így nem feltételezhetjük, hogy az N2 csak ennek alapján nem poláris.

Ezért kicsit mélyebben bele kell merülnünk az elektronsűrűségbe és az elektronegativitásba, ahogy azt fentebb már tárgyaltuk.

Az N2 Lewis-szerkezete és molekuláris geometriája, valamint a hibridizáció című cikket is érdemes átnézni a további megértés érdekében.

Következtetés

A nitrogén mint vegyület óriási mennyiségben fordul elő mindennapjainkban. Kétatomos, homonukleáris molekulaként szerkezetéből, geometriájából és elektronsűrűségéből meghatározhatjuk polaritását.

Megállapítottuk, hogy a nitrogéngáz erős hármas kötést képez, geometriája lineáris, a nitrogénatomok között 180°-os, és elektronsűrűségét egyenlően osztja meg a nitrogénatomok között. Ezért megállapíthatjuk, hogy a nitrogéngáz nem poláris.