Is N2 polair of niet-polair?

Heb je ooit een experiment gedaan waarbij je een bloem in een koude stof doopt en die op een tafel als glas verbrijzelt? Dat was vloeibare stikstof. Zelfs het voedsel dat je eet en dat lang houdbaar is, werd ongetwijfeld bewaard met stikstofgas. Wanneer we echter naar de chemische structuur van N2 kijken, is een veel voorkomende vraag die een nieuwe scheikundige kan hebben of N2 polair of niet-polair is. Laten we een paar onderwerpen over de structuur en reactiviteit van N2 onderzoeken om het antwoord te vinden!

Zo, is N2 polair of niet-polair? N2 is een niet polair molecuul vanwege zijn lineaire geometrische structuur en het is een diatomisch molecuul. Als gevolg daarvan hebben beide atomen een gelijke elektronegativiteit en delen ze een gelijk deel van de lading, waardoor het totale molecuul een netto nul dipoolmoment heeft en het een apolair molecuul is.

Stikstof, of N2, is een zeer overvloedige en noodzakelijke chemische stof voor het biologische leven en industriële processen. Stikstof maakt 78 volumeprocent uit van de lucht die we elke dag inademen, en het wordt in samengestelde vorm aangetroffen in alle levende wezens.

Stikstof is ook overvloedig aanwezig in de industriële chemie, met inbegrip van kunstmest, kleurstoffen, nylon, en explosieven. Schoonmaakmiddelen die u hebt gebruikt met ammoniak, NH3, zijn meestal gemaakt met moleculaire stikstof.

Polariteit op basis van elektronegativiteit

Wanneer atomen bindingen vormen om moleculen te maken, kunnen we het niveau van polariteit bepalen dat het molecuul zal vertonen. Ionische bindingen dragen valentie-elektronen volledig over tussen atomen om een lading te vormen voor beide atomen.

Bij voorbeeld, wanneer natrium (Na) bindt met chloor (Cl), geeft natrium zijn ene valentie-elektron af aan chloor, waardoor Na+en Cl- worden gevormd, de meest stabiele vorm van deze atomen.

Het gaat hier echter om covalente bindingen, die elektronen delen tussen atomen. Deze bindingen komen voor tussen niet-metalen, en covalente bindingen kunnen zowel polair als niet-polair zijn.

Wanneer covalente bindingen optreden, is er een overdracht van elektronendichtheid van het ene atoom naar het andere. Als de elektronegativiteiten van de atomen niet gelijk zijn, worden de elektronen niet gelijkelijk gedeeld, waardoor gedeeltelijk ionische ladingen op elk atoom worden gevormd.

Een goed voorbeeld hiervan is de vorming van zoutzuur of HCl.

Electronegativiteiten worden meestal gegeven voor het element dat je gebruikt, dus ik zal ze hier geven. Waterstof (H) heeft een elektronegativiteit van 2,1, terwijl chloor (Cl) een elektronegativiteit van 3,0 heeft; hoe hoger de elektronegativiteit, hoe negatiever een atoom zal zijn wanneer het stabiel is.

Waterstof heeft één valentie-elektron en wil er twee om zijn valentieschil te voltooien; chloor heeft zeven elektronen en wil er acht om zijn valentieschil te voltooien. Ze zullen dus hun ene elektron delen en een covalente binding vormen.

Het chloor zal echter meer elektronendichtheid opnemen omdat zijn elektronegativiteit hoger is dan die van waterstof.

Dit betekent dat chloor een gedeeltelijke negatieve lading gaat vertonen door zijn verhoogde elektronendichtheid. Omgekeerd ontwikkelt waterstof een gedeeltelijke positieve lading als gevolg van zijn gebrek aan elektronendichtheid.

Dit creëert een dipoolmoment, dat de elektronendichtheid naar het meer elektronegatieve molecuul leidt.

Daarom zal een zoutzuurmolecuul polair zijn omdat er een verschil in elektronegativiteit en een moleculair dipoolmoment is.

Hier is het artikel om de polariteit van HCl na te gaan.

Waarom is N2 een niet-polair molecuul?

Laten we deze logica eens toepassen op N2. Stikstofatomen hebben een elektronegativiteit van ongeveer 3,04. Maar in stikstofgas is het een homonucleair molecuul, wat betekent dat het twee dezelfde atomen zijn die aan elkaar gebonden zijn.

Er zou geen verschil in elektronegativiteit zijn tussen de twee stikstofatomen, wat betekent dat ze de elektronendichtheid gelijk delen.

Als de elektronendichtheid gelijk verdeeld is tussen de twee atomen, kan er geen dipoolmoment ontstaan. We kunnen dus aannemen dat N2 niet polair is.

Lewisstructuur van N2

Een Lewisstructuur is een zeer eenvoudige weergave van de valentie, of buitenste, elektronen in een molecuul. Het verklaart niet de geometrie van het molecuul, maar het is een stap vooruit in de benadering van de geografie.

Maar om uit te vinden of N2 polair of niet-polair is, kan de Lewisstructuur de beste elektronensamenstelling van het molecuul onthullen.

Stikstof is lid van groep 5A op het periodiek systeem, wat betekent dat de buitenste schil vijf elektronen heeft. De Lewis-structuur van een enkel stikstofatoom staat hieronder.

Stikstof volgt, net als de meeste elementen op het periodiek systeem, de octetregel, wat betekent dat het acht elektronen in zijn buitenste schil wil hebben.

Dus zal het andere atomen zoeken die ook de octetregel willen voltooien, zodat ze valentie-elektronen kunnen delen. Ammoniak bijvoorbeeld is een verbinding van één stikstofmolecuul en drie waterstofmoleculen.

Het doel is om elektronenparen te maken: bovenaan de lewis-structuur voor een stikstofatoom is er al een elektronenpaar of een eenlingpaar, dus die zijn niet beschikbaar voor binding.

De andere drie enkele elektronen zijn beschikbaar om covalente bindingen te maken of bindingen die de elektronen delen tussen twee atomen, met andere atomen die enkele elektronen hebben.

Waterstof heeft één elektron, en heeft slechts twee elektronen nodig om zijn buitenste schil te voltooien; stikstof heeft dus ruimte voor drie waterstofatomen.

Zoals hieronder te zien is, heeft stikstof nu acht elektronen om zich heen, in de vorm van één lone pair en drie enkele bindingen.

Nu is de octet-regel van stikstof compleet, en waterstof heeft de twee elektronen die nodig zijn voor een volledige valentieschil.

En nu hebben we de Lewis-structuur van ammoniak, die overeenkomt met zijn molecuulformule, NH3. Bekijk het artikel voor de polariteit van NH3.

Nemen we nu de molecuulformule van stikstof, N2. Stikstof is een diatomisch molecuul, wat betekent dat bij standaardtemperatuur en -druk (1 atm bij 25°C) stikstofatomen zich op natuurlijke wijze binden met een ander stikstofatoom om te voldoen aan de octetregel van beide atomen.

Stikstof bestaat in deze familie met andere diatomische moleculen, zoals zuurstof, waterstof en de vier halogenen (fluor, chloor, jodium, en broom). Dus, wat is de Lewisstructuur van N2?

Wel, bedenkend dat stikstof vijf valentie-elektronen heeft, waarbij twee van deze elektronen een lone paar vormen, moeten ze de octetregel voltooien door hun andere drie vrije elektronen te binden.

Zoals uit de figuur hierboven blijkt, zal één elektron van het ene stikstofmolecuul een enkele binding vormen met een ander elektron van het andere stikstof.

Voor beide stikstofatomen om aan de octetregel te voldoen, zullen alle drie de vrije elektronen een binding vormen, waardoor een drievoudige binding ontstaat. Aldus bestaat in de natuur een stikstofmolecuul met een drievoudige binding, waardoor het laag in energie is en stabiel in de natuur.

Moleculaire geometrie van N2

Nu we de Lewis-structuur hebben behandeld, kunnen we de moleculaire geometrie voor N2 onderzoeken.

U kunt de structuur van het molecuul meestal voorspellen aan de hand van de Lewis-structuur, maar de Lewis-structuur kan ons leiden naar de valentieschelp-elektron-paar afstoting, of VSEPR-theorie.

VSEPR-theorie werkt op de aanname dat de geometrie van een molecuul de afstoting tussen elektronen in een valentieschil van dat atoom minimaliseert.

Bedenk dat elektronen negatief zijn, en net als magneten zullen ze elkaar afstoten als ze te dicht bij elkaar komen, waardoor er spanning op het molecuul ontstaat. We willen die spanning dus zo klein mogelijk maken.

We weten dat stikstofgas bestaat als een tweeatomig molecuul, en de Lewisstructuur laat slechts twee atomen zien die deelnemen aan de structuur.

Volgens de VSEPR-theorie is de enige structuur die N2 zou kunnen aannemen lineair, oftewel gewoon een rechte lijn. Dit betekent dat de twee atomen onder een hoek van 180° uit elkaar staan.., zoals hieronder te zien is.

Typisch zullen lineaire moleculen apolair zijn, maar dat is niet altijd het geval (zie: zoutzuur, fluorwaterstofzuur, koolmonoxide), dus we kunnen niet aannemen dat N2 alleen hierop apolair is.

Hiervoor zullen we wat dieper moeten duiken in elektronendichtheid en elektronegativiteit, zoals hierboven al besproken.

Voor meer begrip zou je ook het artikel over N2 Lewisstructuur en Moleculaire Geometrie, en Hybridisatie moeten doornemen.

Conclusie

Stikstof als verbinding is enorm overvloedig in ons dagelijks leven. Als diatomisch, homonucleair molecuul kunnen we zijn polariteit bepalen uit zijn structuur, geometrie en elektronendichtheid.

Wij hebben ontdekt dat stikstofgas een sterke drievoudige binding vormt, lineair is in geometrie met 180° tussen stikstofatomen, en zijn elektronendichtheid gelijkelijk over stikstofatomen verdeelt. Daarom kunnen we vaststellen dat stikstofgas niet polair is.