Is N2 Polar or Nonpolar?

Czy kiedykolwiek robiłeś eksperyment, w którym zanurzasz kwiat w zimnej substancji i rozbijasz go na stole jak szkło? To był ciekły azot. Nawet żywność, którą jesz, a która może trwać przez długi czas, została bez wątpienia zakonserwowana gazem azotowym. Jednak, gdy przyjrzymy się strukturze chemicznej N2, częstym pytaniem, jakie może mieć nowy chemik, jest to, czy N2 jest polarny czy niepolarny. Zbadajmy kilka tematów dotyczących struktury i reaktywności N2, aby znaleźć odpowiedź!

Więc, czy N2 jest polarny czy niepolarny? N2 jest cząsteczką niepolarną ze względu na swoją liniową strukturę geometryczną i jest cząsteczką dwuatomową. W rezultacie, oba atomy mają równą elektroujemność i dzielą równą część ładunku, a ogólna cząsteczka skutkuje zerowym momentem dipolowym netto, co czyni ją cząsteczką niepolarną.

Azot, lub N2, jest bardzo obfitym i niezbędnym związkiem chemicznym dla życia biologicznego i procesów przemysłowych. Azot stanowi 78% objętości powietrza, którym oddychamy każdego dnia i występuje w formie związków we wszystkich żywych organizmach.

Atrogen jest również obfity w chemii przemysłowej, w tym w nawozach, barwnikach, nylonie i materiałach wybuchowych. Najczęściej, wszelkie środki czyszczące używane z amoniakiem, NH3, został wykonany z azotu molekularnego.

Polarity Based on Electronegativity

Gdy atomy tworzą wiązania, aby utworzyć cząsteczki, możemy określić poziom polaryzacji cząsteczki będzie wykazywać. Wiązania jonowe całkowicie przenoszą elektrony walencyjne między atomami, tworząc ładunek dla obu atomów.

Na przykład, gdy sód (Na) łączy się z chlorem (Cl), sód oddaje swój jeden elektron walencyjny chlorowi, tworząc Na+i Cl-, najbardziej stabilną formę tych atomów.

Jednakże omawiamy wiązania kowalencyjne, które dzielą elektrony między atomami. Wiązania te występują między niemetalami, a wiązania kowalencyjne mogą być albo polarne albo niepolarne.

Gdy występują wiązania kowalencyjne, następuje przeniesienie gęstości elektronowej z jednego atomu na drugi. Jeśli elektronegatywności atomów nie są równe, elektrony nie będą dzielone równo, tworząc częściowo jonowe ładunki na każdym atomie.

Wspaniałym przykładem tego jest tworzenie kwasu chlorowodorowego lub HCl.

Elektronegatywności są zazwyczaj podawane dla pierwiastka, którego używasz, więc podam je tutaj. Wodór (H) ma elektronegatywność 2.1, podczas gdy chlor (Cl) ma elektronegatywność 3.0; im wyższa elektronegatywność, tym bardziej ujemny atom będzie, gdy jest stabilny.

Wodór ma jeden elektron walencyjny i chce dwa, aby uzupełnić swoją powłokę walencyjną; chlor ma siedem elektronów i chce osiem, aby uzupełnić swoją powłokę walencyjną. Tak więc, będą dzielić się swoim jednym elektronem, tworząc wiązanie kowalencyjne.

Jednakże chlor zajmie więcej gęstości elektronowej, ponieważ jego elektronegatywność jest wyższa niż wodoru.

To oznacza, że chlor będzie wykazywał częściowy ładunek ujemny z jego zwiększonej gęstości elektronowej. Odwrotnie, wodór rozwija częściowy ładunek dodatni z powodu braku gęstości elektronowej.

Tworzy to moment dipolowy, który kieruje gęstość elektronów do bardziej elektronegatywnej cząsteczki.

W związku z tym cząsteczka kwasu solnego będzie polarna, ponieważ istnieje różnica w elektroujemności i molekularny moment dipolowy.

Tutaj znajduje się artykuł, aby sprawdzić polarność HCl.

Dlaczego N2 jest cząsteczką niepolarną?

Zastosujmy tę logikę do N2. Atomy azotu mają elektronegatywność około 3,04. Ale w gazie azotowym, jest to cząsteczka homonuklearna, co oznacza, że są to dwa takie same atomy połączone razem.

Nie byłoby różnicy w elektroujemności pomiędzy dwoma atomami azotu, co oznacza, że dzieliłyby gęstość elektronową jednakowo.

Jeśli gęstość elektronowa jest dzielona równo pomiędzy dwa atomy, nie może powstać żaden moment dipolowy. Dlatego możemy założyć, że N2 jest niepolarny.

Struktura Lewisa dla N2

Struktura Lewisa jest bardzo prostą reprezentacją elektronów walencyjnych, lub najbardziej zewnętrznych, w cząsteczce. Nie wyjaśnia ona geometrii cząsteczki, ale jest krokiem naprzód w podejściu do geografii.

Ale aby dowiedzieć się czy N2 jest polarny czy niepolarny, struktura Lewisa może ujawnić najlepszy skład elektronowy cząsteczki.

Atrogen jest członkiem grupy 5A w układzie okresowym, co oznacza, że jego najbardziej zewnętrzna powłoka ma pięć elektronów. Struktura Lewisa pojedynczego atomu azotu znajduje się poniżej.

Atrogen, podobnie jak większość pierwiastków w układzie okresowym, przestrzega zasady oktetu, co oznacza, że chce mieć osiem elektronów w swojej zewnętrznej powłoce.

Więc, będzie szukał innych atomów, które również chcą wypełnić zasadę oktetu, aby mogły dzielić elektrony walencyjne. Na przykład, Amoniak jest związkiem wykonanym z jednego azotu i trzech cząsteczek wodoru.

Celem jest stworzenie par elektronów: na górze struktury Lewisa dla atomu azotu, jest już para elektronów lub samotna para, więc nie są one dostępne dla bonding.

Inne trzy pojedyncze elektrony są dostępne do tworzenia wiązań kowalencyjnych lub wiązań, które dzielą elektrony między dwoma atomami, z innymi atomami, które mają pojedyncze elektrony.

Hydrogen ma jeden elektron, i tylko potrzebuje dwóch elektronów, aby zakończyć jego zewnętrznej powłoki; tak więc, azot ma miejsce dla trzech atomów wodoru.

Jak pokazano poniżej, Azot ma teraz osiem elektronów otaczających go, w postaci jednej samotnej pary i trzech pojedynczych wiązań.

Teraz zasada oktetu azotu jest kompletna, a wodór ma dwa elektrony potrzebne do kompletnej powłoki walencyjnej.

To pozostawia nam strukturę Lewisa Amoniaku, która pasuje do jego wzoru cząsteczkowego, NH3. Sprawdź artykuł o polarności NH3.

Teraz weźmy wzór molekularny azotu, N2. Azot jest cząsteczką dwuatomową, co oznacza, że w standardowej temperaturze i ciśnieniu (1 atm w 25°C), atomy azotu naturalnie wiążą się z innym atomem azotu, aby spełnić zasadę oktetu obu atomów.

Atrogen istnieje w tej rodzinie z innymi cząsteczkami dwuatomowymi, takimi jak tlen, wodór i cztery chlorowce (fluor, chlor, jod i brom). Więc, jaka jest struktura Lewisa N2?

Więc, pamiętając, że azot ma pięć elektronów walencyjnych, z dwoma z tych elektronów tworzących samotną parę, muszą one uzupełnić regułę oktetu poprzez wiązanie ich pozostałych trzech wolnych elektronów.

Jak pokazano na rysunku powyżej, jeden elektron z jednej cząsteczki azotu utworzy pojedyncze wiązanie z innym elektronem z drugiego azotu.

Aby oba atomy azotu spełniły regułę oktetu, wszystkie trzy wolne elektrony utworzą wiązania, tworząc wiązanie potrójne. Tak więc, cząsteczka azotu istnieje w przyrodzie z potrójnym wiązaniem, co czyni ją niskoenergetyczną i stabilną w przyrodzie.

Geometria molekularna N2

Teraz, gdy omówiliśmy strukturę Lewisa, możemy zbadać geometrię molekularną dla N2.

Zwykle można przewidzieć strukturę cząsteczki na podstawie struktury Lewisa, ale struktura Lewisa może skierować nas do teorii odpychania elektronów w powłoce walencyjnej lub teorii VSEPR.

Teoria VSEPR działa w oparciu o założenie, że geometria cząsteczki zminimalizuje odpychanie pomiędzy elektronami w powłoce walencyjnej atomu.

Pamiętajmy, że elektrony są ujemne i, podobnie jak magnesy, będą się odpychać, jeśli znajdą się zbyt blisko siebie, tworząc naprężenie w cząsteczce. Tak więc, chcemy zminimalizować to naprężenie.

Wiemy, że gazowy azot istnieje jako cząsteczka dwuatomowa, a struktura Lewisa pokazuje tylko dwa atomy uczestniczące w jego strukturze.

Zgodnie z teorią VSEPR, jedyną strukturą jaką N2 może przyjąć jest liniowa, lub po prostu linia prosta. Oznacza to, że dwa atomy są od siebie oddalone pod kątem 180°…, jak widać poniżej.

Typowo, liniowe cząsteczki będą niepolarne, ale nie zawsze tak jest (patrz: kwas solny, kwas fluorowodorowy, tlenek węgla), więc nie możemy założyć, że N2 jest niepolarny na tej tylko podstawie.

W tym celu będziemy musieli zanurzyć się trochę głębiej w gęstość elektronową i elektronoegatywność, jak już omówiono powyżej.

Dla lepszego zrozumienia, powinieneś również przejść przez artykuł o strukturze Lewisa N2 i geometrii molekularnej, i hybrydyzacji.

Wniosek

Nitrogen jako związek jest ogromnie obfity w naszym codziennym życiu. Jako dwuatomowa, jednojądrowa cząsteczka, możemy określić jego polarność na podstawie jego struktury, geometrii i gęstości elektronowej.

Znaleźliśmy, że gazowy azot tworzy silne wiązanie potrójne, jest liniowy w geometrii z 180° między atomami azotu i dzieli swoją gęstość elektronową równo między atomy azotu. Dlatego możemy stwierdzić, że gazowy azot jest niepolarny.

.