L’N2 è polare o non polare?

Hai mai fatto un esperimento in cui immergi un fiore in una sostanza fredda e lo frantumi su un tavolo come fosse vetro? Quello era azoto liquido. Anche i cibi che mangi che possono durare a lungo sono stati senza dubbio conservati con gas azoto. Tuttavia, quando guardiamo la struttura chimica di N2, una domanda comune che un nuovo chimico può avere è se N2 è polare o non polare. Esploriamo alcuni argomenti sulla struttura e la reattività di N2 per trovare la risposta!

Quindi, N2 è polare o non polare? N2 è una molecola non polare a causa della sua struttura geometrica lineare ed è una molecola biatomica. Di conseguenza, entrambi gli atomi hanno la stessa elettronegatività e condividono un’uguale proporzione di carica e il risultato complessivo della molecola è un momento di dipolo netto nullo che la rende una molecola non polare.

L’azoto, o N2, è una sostanza chimica molto abbondante e necessaria per la vita biologica e i processi industriali. L’azoto costituisce il 78% in volume dell’aria che respiriamo ogni giorno, e si trova in forma composta in tutti gli esseri viventi.

L’azoto è anche abbondante nella chimica industriale, tra cui fertilizzanti, coloranti, nylon ed esplosivi. Più comunemente, qualsiasi prodotto per la pulizia che hai usato con ammoniaca, NH3, è stato fatto con azoto molecolare.

Polarità basata sull’elettronegatività

Quando gli atomi formano legami per creare molecole, possiamo determinare il livello di polarità che la molecola presenterà. I legami ionici trasferiscono completamente gli elettroni di valenza tra gli atomi per formare una carica per entrambi gli atomi.

Per esempio, quando il sodio (Na) si lega con il cloro (Cl), il sodio cede il suo elettrone di valenza al cloro, formando Na+e Cl-, la forma più stabile di questi atomi.

Tuttavia, stiamo parlando di legami covalenti, che condividono elettroni tra atomi. Questi legami si verificano tra non metalli, e i legami covalenti possono essere polari o non polari.

Quando si verificano legami covalenti, c’è un trasferimento di densità di elettroni da un atomo all’altro. Se le elettronegatività degli atomi non sono uguali, gli elettroni non saranno condivisi equamente, formando cariche parzialmente ioniche su ogni atomo.

Un grande esempio di questo è la formazione di acido cloridrico o HCl.

Le elettronegatività sono tipicamente fornite per l’elemento che stai usando, quindi le fornirò qui. L’idrogeno (H) ha un’elettronegatività di 2,1, mentre il cloro (Cl) ha un’elettronegatività di 3,0; più alta è l’elettronegatività, più negativo sarà un atomo quando è stabile.

L’idrogeno ha un elettrone di valenza e ne vuole due per completare il suo guscio di valenza; il cloro ha sette elettroni e ne vuole otto per completare il suo guscio di valenza. Così, condivideranno il loro unico elettrone, formando un legame covalente.

Tuttavia, il cloro prenderà più densità di elettroni poiché la sua elettronegatività è più alta di quella dell’idrogeno.

Questo significa che il cloro mostrerà una parziale carica negativa dalla sua maggiore densità elettronica. Al contrario, l’idrogeno sviluppa una parziale carica positiva a causa della sua mancanza di densità di elettroni.

Questo crea un momento di dipolo, che dirige la densità di elettroni verso la molecola più elettronegativa.

Pertanto, una molecola di acido cloridrico sarà polare perché c’è una differenza di elettronegatività e un momento di dipolo molecolare.

Ecco l’articolo per verificare la polarità di HCl.

Perché N2 è una molecola non polare?

Applichiamo questa logica a N2. Gli atomi di azoto hanno un’elettronegatività di circa 3,04. Ma nell’azoto gassoso, è una molecola omonucleare, cioè due degli stessi atomi legati insieme.

Non ci sarebbe differenza di elettronegatività tra i due atomi di azoto, il che significa che condividerebbero equamente la densità elettronica.

Se la densità elettronica è condivisa equamente tra i due atomi, nessun momento di dipolo può formarsi. Quindi, possiamo assumere che N2 sia non polare.

Struttura di Lewis di N2

Una struttura di Lewis è una rappresentazione molto semplice degli elettroni di valenza, o più esterni, in una molecola. Non spiega la geometria della molecola, ma è un passo avanti nell’approccio alla geografia.

Ma per scoprire se N2 è polare o non polare, la struttura di Lewis può rivelare la migliore composizione di elettroni della molecola.

L’azoto è un membro del gruppo 5A della tavola periodica, il che significa che il suo guscio più esterno ha cinque elettroni. La struttura di Lewis di un singolo atomo di azoto è qui sotto.

L’azoto, come la maggior parte degli elementi della tavola periodica, segue la regola dell’ottetto, cioè vuole otto elettroni nel suo guscio esterno.

Così, cercherà altri atomi che vogliono completare la regola dell’ottetto in modo da poter condividere gli elettroni di valenza. Per esempio, l’ammoniaca è un composto formato da un azoto e tre molecole di idrogeno.

L’obiettivo è creare coppie di elettroni: in cima alla struttura di Lewis per un atomo di azoto, c’è già una coppia di elettroni o una coppia solitaria, quindi non sono disponibili per legarsi.

Gli altri tre elettroni singoli sono disponibili per fare legami covalenti o legami che condividono gli elettroni tra due atomi, con altri atomi che hanno elettroni singoli.

L’idrogeno ha un solo elettrone, e ha bisogno solo di due elettroni per completare il suo guscio esterno; così, l’azoto ha spazio per tre atomi di idrogeno.

Come mostrato sotto, l’azoto ha ora otto elettroni che lo circondano, sotto forma di una coppia solitaria e tre legami singoli.

Ora la regola dell’ottetto dell’azoto è completa, e l’idrogeno ha i due elettroni necessari per un guscio di valenza completo.

Questo ci lascia la struttura di Lewis dell’ammoniaca, che corrisponde alla sua formula molecolare, NH3. Controlla l’articolo per la polarità di NH3.

Prendiamo ora la formula molecolare dell’azoto, N2. L’azoto è una molecola biatomica, il che significa che a temperatura e pressione standard (1 atm a 25°C), gli atomi di azoto si legano naturalmente con un altro atomo di azoto per soddisfare la regola dell’ottetto di entrambi gli atomi.

L’azoto esiste in questa famiglia con altre molecole biatomiche, come l’ossigeno, l’idrogeno e i quattro alogeni (fluoro, cloro, iodio e bromo). Allora, qual è la struttura di Lewis di N2?

Bene, ricordando che l’azoto ha cinque elettroni di valenza, con due di questi elettroni che formano una coppia solitaria, devono completare la regola dell’ottetto legando gli altri tre elettroni liberi.

Come mostrato nella figura qui sopra, un elettrone di una molecola di azoto formerà un singolo legame con un altro elettrone dell’altro azoto.

Per entrambi gli atomi di azoto per soddisfare la regola dell’ottetto, tutti e tre gli elettroni liberi formeranno legami, creando un triplo legame. Così, una molecola di azoto esiste in natura con un triplo legame, rendendola bassa in energia e stabile in natura.

Geometria molecolare di N2

Ora che abbiamo coperto la struttura di Lewis, possiamo esplorare la geometria molecolare per N2.

Si può tipicamente predire la struttura della molecola dalla struttura di Lewis, ma la struttura di Lewis può indirizzarci verso la teoria della repulsione di valenza-shell electron-pair, o VSEPR.

La teoria VSEPR funziona sul presupposto che la geometria di una molecola minimizzerà la repulsione tra gli elettroni in un guscio di valenza di quell’atomo.

Ricordiamo che gli elettroni sono negativi e, proprio come i magneti, si respingeranno a vicenda se saranno troppo vicini l’uno all’altro, creando una tensione sulla molecola. Quindi, vogliamo minimizzare questa tensione.

Sappiamo che l’azoto gassoso esiste come molecola biatomica, e la struttura di Lewis mostra solo due atomi che partecipano alla sua struttura.

Secondo la teoria VSEPR, l’unica struttura che N2 potrebbe assumere è lineare, o semplicemente una linea retta. Ciò significa che i due atomi sono separati da un angolo di 180°, come si vede qui sotto.

Tipicamente, le molecole lineari saranno non polari, ma questo non è sempre il caso (vedi: acido cloridrico, acido fluoridrico, monossido di carbonio), quindi non possiamo assumere che N2 sia non polare solo su questo.

Per questo, dovremo immergerci un po’ più a fondo nella densità elettronica e nella elettronegatività come già discusso sopra.

Per una maggiore comprensione, dovresti anche leggere l’articolo sulla struttura di Lewis di N2 e la geometria molecolare, e l’ibridazione.

Conclusione

L’azoto come composto è tremendamente abbondante nella nostra vita quotidiana. Come molecola biatomica e omonucleare, possiamo determinare la sua polarità dalla sua struttura, geometria e densità di elettroni.

Abbiamo trovato che l’azoto gassoso forma un forte triplo legame, è lineare nella geometria con 180° tra gli atomi di azoto, e condivide la sua densità di elettroni equamente tra gli atomi di azoto. Pertanto, possiamo determinare che l’azoto gassoso è non polare.