background image

1

1

Materiały internetowe

• http://www.angelo.edu/faculty/kboudrea/inde

x/Notes_Chapter_08.pdf

• http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/po

wer_point/Ch24.ppt

• http://web.mit.edu/2.813/www/Class

%20Slides/Lecture%207%20Mat.Prod.pdf

• http://www.google.pl/search?

hl=pl&lr=&client=firefox-

a&channel=s&rls=org.mozilla:pl:official&q=uk

lad+okresowy+pierwiastkow

%2BPower+Point&start=20&sa=N

http://www.its.caltech.edu

/~chem1/Lecture%20Notes%20pdfs/Series%20

4%20Periodic%20Trends.pdf

• http://zchoin.fct.put.poznan.pl

background image

2

2

Związki węgla z azotem i ich 

pochodne

 

Cyjanowodór:   
 

HCN     silnie toksyczny (kwas pruski).  

 

Dawka śmiertelna - 50 mg KCN (!) 

 
 

HCN    CN

-

  + H

+

 

 

bardzo słaby kwas:     K

a

  = 710

-10

 

HCN występuje w formie 2 odmian izomerycznych: 
 
 

H - C  N          N - H 

 

cyjanowodór 

 

izocyjanowodór 

Sole   cyjanki, np. KCN - cyjanek potasu  z  Fe

2+

 i Fe

3+

 tworzy 

aniony 

kompleksowe: 
 

   [Fe(CN)

6

]

4-

      aniony heksacyjanożelazianowe(I I ) 

 

   [Fe(CN)

6

]

3-

      aniony heksacyjanożelazianowe(I I I ) 

Cyjanowodór:   
 

HCN     silnie toksyczny (kwas pruski).  

 

Dawka śmiertelna - 50 mg KCN (!) 

 
 

HCN    CN

-

  + H

+

 

 

bardzo słaby kwas:     K

a

  = 710

-10

 

HCN występuje w formie 2 odmian izomerycznych: 
 
 

H - C  N          N - H 

 

cyjanowodór 

 

izocyjanowodór 

Sole   cyjanki, np. KCN - cyjanek potasu  z  Fe

2+

 i Fe

3+

 tworzy 

aniony 

kompleksowe: 
 

   [Fe(CN)

6

]

4-

      aniony heksacyjanożelazianowe(I I ) 

 

   [Fe(CN)

6

]

3-

      aniony heksacyjanożelazianowe(I I I ) 

background image

3

3

Właściwości chemiczne węglowców 

- węgliki

• Węgliki, to związki węgla z pierwiastkami mniej od niego 

elektroujemnymi. Nie należą do nich zatem połączenia 

węgla z azotem, fosforem, tlenem, siarką i fluorowcami.

Wyróżniamy węgliki:
a)

 jonowe (typu soli),

b)

 międzywęzłowe,

c) kowalencyjne.
• ad a)  Zawierają aniony  C

4-

,  C

22-

  lub  C

34-

Al

4

C

3

 

 metanki

(C

4-

)

Na

2

C

2

,  CaC

2

 acetylenki (C

22-

)

Mg

2

C

3

  allilki

(C

34-

)

Otrzymuje się je przez ogrzewanie metalu z węglem lub 

węglowodorem. Krystalizują w sieciach jonowych (kationy 

metali i aniony C

4-

,  C

22-

  lub  C

34-

).

 

background image

4

4

Właściwości chemiczne węglowców 

- węgliki

• ad b) Sieć przestrzenna zbudowana z atomów metali 

a w przestrzeniach międzywęzłowych znajdują się 

atomy węgla

        (r

at

 > 130 pm,   r

c

 = 77 pm).

Powstają w bardzo wysokich temperaturach (2300 K) 

wyniku działania węgla na metale należące do 4,  5  lub 

 6 grupy -  są bardzo twarde, np.:  TiC,  V

2

C,  WC,  W

2

• ad c)  SiC, B

4

C

SiO

2

  +  3C  =  SiC  +  2CO

SiC    karborund   bardzo twardy   elementy 

grzejne 

     (sylity) i materiał szlifierski 
  Ich sieci są atomowe (atomy węgla i krzemu/boru)

background image

5

5

Właściwości chemiczne węglowców 

- węgliki

• Krzem jest jedynym węglowcem, który reaguje z węglem. W 

wyniku ogrzewania krzemu z węglem powstaje kowalencyjny 

węglik o wzorze SiC (budowa warstwowa, przy czym struktura 

warstw podobna do blendy cynkowej lub wurcytu):

Si + C → SiC

• Jest to związek o zbliżonym charakterze do metanków, ale jest 

bardzo bierny chemicznie (nierozpuszczalny w wodzie – nie 

ulega hydrolizie). Ulega stapianiu na powietrzu z 

wodorotlenkiem sodu:

SiC + 4NaOH + 2O

2

 → Na

2

CO

3

 + Na

2

SiO

3

 + 2H

2

O

SiC jest twardy i nietopliwy. Jako tzw. karborund stosowany jest 

szeroko do produkcji materiałów ściernych.

background image

6

6

Właściwości chemiczne węglowców 

– związki pierwiastków z wodorem

• Wszystkie węglowce tworzą kowalencyjne wodorki, przy 

czym różna jest łatwość ich tworzenia i ilość 

otrzymywanych połączeń dla poszczególnych pierwiastków. 

Najwięcej łańcuchowych i pierścieniowych połączeń, a przy 

tym najtrwalszych, tworzy węgiel (np. alkany, alkeny, 

związki alicykliczne – zajmuje się nimi chemia organiczna).

•  Sporo związków o wzorze Si

n

H

2n+2

 (n=1÷6) tworzy krzem 

(silany).

 
• Najniższe węglowodory (metan – CH

4

, etan – C

2

H

6

, propan – 

C

3

H

8

) występują w gazie ziemnym. Wszystkie wodorki 

można też otrzymać z innych związków chemicznych 

(najczęściej z halogenków) - obecnie powszechnie stosuje 

się do tego celu ich redukcję za pomocą glinowodorku litu:

MeCl

4

 + Li[AlH

4

] → MeH

4

 + AlCl

3

 + LiCl (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb)

• Uwaga! Żaden węglowiec nie reaguje bezpośrednio z 

wodorem.

 

background image

7

7

Właściwości chemiczne węglowców 

– związki pierwiastków z wodorem

• Węglowodory nasycone są dość bierne chemicznie. Znacznie 

reaktywniejsze są silany, które są silnymi reduktorami – w 

roztworach alkalicznych reagują z wodą, z wydzieleniem 

wodoru:

• Si

2

H

6

 + 2H

2

O + 4NaOH → 2Na

2

SiO

3

 + 7H

2

• Krzemowodory są bardziej od alkanów podatne na utlenianie i 

reakcję z chlorem, a reaktywność następnych wodorków 

węglowców w tych reakcjach maleje:

MeH

4

 +2O

2

 → MeO

2

 + 2H

2

O (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb)

• MeH

4

 +4Cl

2

 → MeCl

4

 + 4HCl (Me=C, Si, Ge, Sn, Pb)

• Trwałość wodorków typu MeH

4

 maleje w szeregu CH

4

 → PbH

4

.

• Znane są alkilowe i arylowe pochodne wszystkich wodorków 

IV grupy głównej

background image

8

8

Halogenki weglowców

• Znane sa wszystkie tetrahalogenki, poza PbI

4

. Wszystkie są 

tetraedryczne i lotne (poza jonowymi SnF

4

 i PbF

4

, które są trudno 

topliwe). Mieszane chlorofluorowęglowodory (freony) stosowano 

przed laty jako środki

 

chłodnicze i propelanty aerozoli.

• Wszystkie halogenki krzemu łatwo hydrolizują w wodzie, dając 

kwas otrokrzemowy:

SiX

4

 + 4H

2

0 → Si(OH)

4

 + 4HX (X=F, Cl, Br, I)

tetrafluorek krzemu we wtórnej reakcji z powstającym HF tworzy 

kompleks:

SiF

4

 + 2HF → [SiF

6

]

2-

• GeCl

4

 i GeBr

4

 hydrolizują trudniej, zaś SnCl

4

 i PbCl

4

 – tylko 

w roztworach rozcieńczonych, ale hydroliza jest niepełna i 

łatwa do odwrócenia.

• Węgiel tworzy wiele halogenków nienasyconych, np. 

CF

2

=CF

2

 (jego polimeryzacja pod ciśnieniem daje teflon):

nCF

2

=CF

2

 → (-CF

2

-CF

2

-)

n

, gdzie n=200÷700

background image

9

9

Właściwości fizykochemiczne 

węglowców – rozpuszczalność 

związków w wodzie

 

• Węglowiec w anionie kwasu tlenowego

- Dobrze rozpuszczalne w wodzie są węglany, szczawiany i 

mrówczany metali alkalicznych.

- Poza nielicznymi wyjątkami, wszystkie octany są dobrze 

rozpuszczalne.

- Z krzemianów rozpuszczalne są tylko sole sodowe i 

potasowe.

 

• Związki z węglowcem w pozycji kationu

- Te związki węglowców, których energia hydratacji jest 

większa od energii sieciowej, są dobrze rozpuszczalne w 

wodzie (m.in. azotany - zarówno cyny, jak i ołowiu, 

halogenki - poza związkami ołowiu(II)).

- Węgiel tworzy gazowe tlenki (CO i CO

2

) – CO

2

 w większym 

stopniu niż CO rozpuszcza się w wodzie. Wodorotlenki i 

różne formy tlenków (w tym uwodnionych) pozostałych 

węglowców,

są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, np.

• pIr(Sn(OH)

2

)=28.1, pIr(Sn(OH)

4

)=56.0

pIr(Pb(OH)

2

)=16.8, pIr(Pb(OH)

4

)=64.0

background image

10

10

Właściwości fizykochemiczne 

węglowców – rozpuszczalność 

związków w wodzie

 

Spośród siarczków węglowców CS

2

, SiS

2

, GeS i GeS

2

 

wykazują zróżnicowaną rozpuszczalność w wodzie. 
Siarczki cyny i ołowiu są nierozpuszczalne (jeszcze 
mniejsze iloczyny rozpuszczalności od siarczków mają 
seleniany i tellurany), np.
pIr(SnS)=25.0, pIr(PbS)=28.0
PbTe(pIr=48.0) < PbSe(pIr=38.0) < PbS(pIr=28.0)

Z halogenków węglowców trudno w wodzie rozpuszczają 
się wszystkie związki ołowiu(II), a także niektóre związki 
węgla.

Do trudno rozpuszczalnych związków cyny i ołowiu należą 
ortofosforany (pIr(Pb

3

(PO4)

2

)=43.5)

i ortoarseniany (pIr(Pb

3

(AsO4)

2

)=35.4). Do trudno 

rozpuszczalnych w wodzie związków ołowiu(II) należą też 
siarczan i chromian.

Spośród siarczków węglowców CS

2

, SiS

2

, GeS i GeS

2

 

wykazują zróżnicowaną rozpuszczalność w wodzie. 
Siarczki cyny i ołowiu są nierozpuszczalne (jeszcze 
mniejsze iloczyny rozpuszczalności od siarczków mają 
seleniany i tellurany), np.
pIr(SnS)=25.0, pIr(PbS)=28.0
PbTe(pIr=48.0) < PbSe(pIr=38.0) < PbS(pIr=28.0)

Z halogenków węglowców trudno w wodzie rozpuszczają 
się wszystkie związki ołowiu(II), a także niektóre związki 
węgla.

Do trudno rozpuszczalnych związków cyny i ołowiu należą 
ortofosforany (pIr(Pb

3

(PO4)

2

)=43.5)

i ortoarseniany (pIr(Pb

3

(AsO4)

2

)=35.4). Do trudno 

rozpuszczalnych w wodzie związków ołowiu(II) należą też 
siarczan i chromian.

background image

11

11

Struktura elektronowa 

azotowców

background image

12

12

Rozpowszechnienie 

pierwiastków w skorupie 

ziemskiej

Azot gazowy (N

2

) jest głównym składnikiem atmosfery 

ziemskiej (78%, pozostałą część stanowi tlen – około 
22%). Jego zawartość w skorupie ziemskiej jest niewielka 
– głównie złoża naturalnych azotanów (saletra chilijska – 
NaNO

3

, indyjska – KNO

3

).

Azot gazowy (N

2

) jest głównym składnikiem atmosfery 

ziemskiej (78%, pozostałą część stanowi tlen – około 
22%). Jego zawartość w skorupie ziemskiej jest niewielka 
– głównie złoża naturalnych azotanów (saletra chilijska – 
NaNO

3

, indyjska – KNO

3

).

  

N           P             As            Sb

          Bi

0,03 %    0,11 %     5  10

-4

  %

 10

-5

  %    2  10

-5 

 %

20        13

background image

13

13

Ogólna charakterystyka 

azotowców

 
Stan skupienia 

azot 

fosfor 

arsen 

antymon 

bizmut 

 

  g a z 

 

             c i a ł a    s t a ł e 

 

 

             n i e m e t a l e 

           p ó ł m e t a l e 

m e t a l 

Elektroujemność 

wg. Allreda-Rochowa 

3,07 

2,06 

2,20 

1,82 

1,67 

Konfiguracja  
elektronów 
walencyjnych 
 
Stopnie utlenienia 

 
                                                   s

2

p

3

 

 
 

od -3  do   +5 st. utlenienia 

 Orbitale typu d 

   brak 

 

        są dostępne 

 

maks. 4 wiązania   
kowalencyjne, np. 

4

NH   

 

  5  lub  6  wiązań kowalencyjnych, 
  np. PCl

5

,   

6

PCl  

 

 
Stan skupienia 

azot 

fosfor 

arsen 

antymon 

bizmut 

 

  g a z 

 

             c i a ł a    s t a ł e 

 

 

             n i e m e t a l e 

           p ó ł m e t a l e 

m e t a l 

Elektroujemność 

wg. Allreda-Rochowa 

3,07 

2,06 

2,20 

1,82 

1,67 

Konfiguracja  
elektronów 
walencyjnych 
 
Stopnie utlenienia 

 
                                                   s

2

p

3

 

 
 

od -3  do   +5 st. utlenienia 

 Orbitale typu d 

   brak 

 

        są dostępne 

 

maks. 4 wiązania   
kowalencyjne, np. 

4

NH   

 

  5  lub  6  wiązań kowalencyjnych, 
  np. PCl

5

,   

6

PCl  

 

background image

14

14

Właściwości fizykochemiczne 

azotowców

background image

15

15

Charakterystyka ogólna 

azotowców

• Ze wzrostem liczby atomowej narastają cechy metaliczne 

azotowców. Azot i fosfor to niemetale (azot - gazowy, fosfor 

– stały), arsen i antymon – półmetale, bizmut – metal.

• Azot jest piątym pierwiastkiem pod względem 

rozpowszechnienia we wszechświecie. Jest podstawowym 

składnikiem atmosfery ziemskiej (78%), ale w skorupie 

ziemskiej jego związki nie mają dużego udziału.

• Azot jest najbardziej elektroujemnym azotowcem (jego 

elektroujemność w skali Paulinga wynosi 3.0), dlatego jako 

jedyny tworzy cały szereg związków na stopniach utlenienia 

od –III do +V. Wszystkie azotowce tworzą związki na +III 

(podstawowy)

i +V stopniu utlenienia – to dwa najważniejsze stopnie 

utlenienia dla azotowców.

• Związki azotowców mają głównie charakter kowalencyjny. 

Fluor jest jedynym pierwiastkiem o wystarczająco dużej 

elektroujemności, aby tworzyć z niektórymi azotowcami 

związki o charakterze jonowym (np. SbF

3

, BiF

3

).

• Azot może tworzyć wiązania wielokrotne (między atomami 

azotu, np. cząsteczka N

2

, jak i między azotem i węglem czy 

tlenem, np. HCN, HNO

2

). Właśnie dlatego tlenki azotu N

2

O

3

 i 

N

2

O

5

 są monomeryczne i gazowe, zaś tritlenki i pentatlenki 

pozostałych azotowców są stałymi dimerami.

background image

16

16

Charakterystyka ogólna 

azotowców

• W poszczególnych okresach układu okresowego, 

azotowce są bardziej elektroujemne niż odpowiednie 

pierwiastki z grup głównych I÷IV (azot ma 

elektroujemność w skali Paulinga 3.0 i jest jednym z 

najbardziej elektroujemnych pierwiastków). W szeregu 

od pierwiastków grupy I do IV maleje liczba związków 

jonowych, ale dla azotowców zaczyna znowu wzrastać, w 

stosunku do węglowców.

• Najczęściej związki azotowców mają budowę AB, AB

2

AB

3

, A

2

B

3

 i A

2

B

5

. Te, które mają wystarczająco jonowy 

charakter, tworzą sieci typu wurcytu (np. azotki: AlN, 

GaN), lub typu blendy cynkowej (np. fosforki: AlP, GaP). 

Niektóre związki

o charakterze jonowym, tworzą sieci zdeformowane, ze 

względu na różnicę w stechiometrii cząsteczek (np. SbF

3

BiF

3

 tworzą sieć typu fluorytu, w której zajętych jest 

tylko 2/3 miejsc sieciowych przeznaczonych dla 

kationów.

S

2-

S

2-

Zn

2

+

Zn

2

+

Ca

2

+

Ca

2

+

F

-

F

-

background image

17

17

Stopnie utlenienia azotowców

Stopnie utlenienia:  

Przykłady: 

-3 st.utl.   

 

 

   NH

,    PH

3

 

+1 st.utl.  

 

 

   N

2

O   

 

+3 st.utl.  

 

 

   N

2

O

3

,   HNO

2

,  H

3

PO

3

,  Bi

2

(SO

4

)

3

 

+5 st.utl.     

 

   N

2

O

5

,   HNO

3

,  H

3

PO

4

,  H

3

AsO

4

 

 
 Ponadto -2, -1, +2  i +4  st. utlenienia (np.: N

2

H

4

, NH

2

OH, NO, NO

2

 

background image

18

18

Występowanie w przyrodzie i 

otrzymywanie azotowców

 

azot – stanowi 78% atmosfery ziemskiej; praktycznie 

wszystkie jego związki są rozpuszczalne w wodzie – mimo 

tego występuje w postaci złóż soli (głównie azotanów: 

saletry chilijskiej NaNO

3

 i saletry indyjskiej KNO

3

)

 fosfor – jest dziesiątym pierwiastkiem pod względem 

rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej; występuje w 

postaci złóż magmowych (apatyty) lub osadowych 

(fosforyty); istotnym składnikiem wszystkich tych złóż jest 

chloro- i fluoroapatyt (Ca

3

(PO

4

)

2

▪(CaF

2

,CaCl

2

))

• Pozostałe azotowce należą do śladowych pierwiastków w 

przyrodzie.

•  arsen – występuje w popiele piecowym przy 

otrzymywaniu żelaza i niklu

•  antymon – najczęściej towarzyszy w przyrodzie rudom 

cynku

• bizmut – jest składnikiem pyłu piecowego po prażeniu 

PbS.

background image

19

19

Występowanie w przyrodzie i 

otrzymywanie azotowców

Azot najczęściej otrzymywany jest przez 

skraplanie powietrza. Bardzo czysty azot (w 

małych ilościach) można otrzymywać przez 

ogrzewanie azydku sodowego – NaN

3

.

NaN

3

    =  3/2N

2

  +  Na

  (bardzo czysty azot)

Ogrzewanie z azotynu amonu:

NH

4

NO

2

  =  N

2

  +  2H

2

O

• Fosfor, arsen, antymon i bizmut na skalę 

przemysłową otrzymywane są przez redukcję 

węglem ich odpowiednich tlenków:

• Ca

3

(PO

4

)

2

 + SiO

2

 → CaSiO

3

 + P

4

O

10

P

4

O

10

 + 10C → 4P + 10CO

Me

4

O

6

 + 6C → 4Me + 6CO (Me=As, Sb, Bi)

background image

20

20

Sieci przestrzenne azotowców

Wśród azotowców są dwa pierwiastki 

niemetaliczne – azot(gazowy) i fosfor (stały), 

dwa półmetale (arsen i antymon) oraz jeden 

metal (bizmut).

background image

21

21

Alotropia  azotowców

 

Odmiany niemetaliczne                 

Metaliczne 

Azot

 

N

2

 

Fosfor

 

biały                    czerwony                     fioletowy

 

d = 1,89 g/ cm

3

      (bezpostaciowy)             d = 2,32 g/ cm

3

 

(toksyczny)                                
 
 

 czarny 
d = 2,70 g/ cm

3

 

- połysk 
  metaliczny 
- przewodzi prąd 

Arsen

 

  żółty                          czarny 

 szary 

Antymon

    żółty                          czarny 

 srebrzystobiały 

Bizmut

 

                       - 

 różowo-biały 

 

Odmiany najtrwalsze podkreślono.

Odmiany najtrwalsze podkreślono.

background image

22

22

Alotropia  azotowców

 

Fosfor biały występuje w postaci cząsteczek P

4

:

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Pozostałe odmiany są  

 

 

 

 

    produktami polimeryzacji  
cząsteczek P

4.

 

 
 

 

 

 
 

Przemiany alotropowe fosforu: 

 
 

 

 

 

 

biały              czerwony 

            

 

 

 

 

     

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

biały              fioletowy 

 
 

 

 

 

 

 

biały               czarny 

 

 

 

 

 

 

 

 

450 K 

(I

2

 

800 K 

490 K 

1,2 GPa 

Fosfor biały zapala się już w 

Fosfor biały zapala się już w 

temperaturze  57 

temperaturze  57 

o

o

C:

C:

P

P

4

4

  +  5O

  +  5O

2

2

  =  P

  =  P

4

4

O

O

10

10

             

             

H

H

o

o

 = -3096 kJ/mol    

 = -3096 kJ/mol    

Silnie rozdrobniony fosfor 

Silnie rozdrobniony fosfor 

biały zapala się samorzutnie 

biały zapala się samorzutnie 

w atmosferze powietrza już w 

w atmosferze powietrza już w 

temperaturze pokojowej.

temperaturze pokojowej.

Fosfor biały zapala się już w 

Fosfor biały zapala się już w 

temperaturze  57 

temperaturze  57 

o

o

C:

C:

P

P

4

4

  +  5O

  +  5O

2

2

  =  P

  =  P

4

4

O

O

10

10

             

             

H

H

o

o

 = -3096 kJ/mol    

 = -3096 kJ/mol    

Silnie rozdrobniony fosfor 

Silnie rozdrobniony fosfor 

biały zapala się samorzutnie 

biały zapala się samorzutnie 

w atmosferze powietrza już w 

w atmosferze powietrza już w 

temperaturze pokojowej.

temperaturze pokojowej.

background image

23

23

Połączenia z wodorem - wodorki

 

 

 

 

N   

P     As  

Sb  

Bi 

XH

3

         x   

 x   

  x  

 x   

X

2

H

4

        x           x 

HX

         x 

      

a) XH

3

 

 

 

 

 

NH

 

amoniak

 

 

 

 

 

 

 

PH

3

 

 

fosfan (fosforowodór) 

 

 

 

 

 

 

AsH

3

        arsan  (arsenowodór) 

 

 

 

 

 

 

SbH

3

   

styban (antymonowodór) 

 

 

 

      H 

 

BiH

3

   

bizmutan (bizmutowodór) 

   H 

 

 

 

           

 

.. 

Hybrydyzacja typu sp

3

      cząsteczki w kształcie piramidy    

      kąty od  106

o

   (dla   NH

3

)   do   91o  (dla  SbH

3

  i  BiH

3

).

NH

3

     cząsteczka polarna     = 1,48 D     

     wiązanie atomowe spolaryzowane    asocjacja cząsteczek 

NH

3

 w stanie ciekłym:  

   N - H - - - N  (wiązania wodorowe)

       Pozostałe wodorki są niepolarne   mała różnica

       elektroujemności pomiędzy wodorem i azotowcem.

Hybrydyzacja typu sp

3

      cząsteczki w kształcie piramidy    

      kąty od  106

o

   (dla   NH

3

)   do   91o  (dla  SbH

3

  i  BiH

3

).

NH

3

     cząsteczka polarna     = 1,48 D     

     wiązanie atomowe spolaryzowane    asocjacja cząsteczek 

NH

3

 w stanie ciekłym:  

   N - H - - - N  (wiązania wodorowe)

       Pozostałe wodorki są niepolarne   mała różnica

       elektroujemności pomiędzy wodorem i azotowcem.

background image

24

24

Połączenia z wodorem - wodorki

 

Amoniak 

N

2

  +  3H

2

  =  2NH

3

  

H

o

  =  - 92 kJ / mol 

 

 

szybkość 

wydajność 

 temperatura 
 ciśnienie 
 katalizator 



 
 

Warunki optymalne syntezy: 
 
 

30 - 35 MPa,    770 - 780 K,   

katalizator –  np. Fe 

 
Metoda laboratoryjna:  z soli amonowych 
 
 

NH

4

+

  +  OH

-

  =  NH

H

2

O               NH

3

  +  H

2

 
Amoniak rozpuszczony w wodzie 
NH

3

  jest  dobrze  rozpuszczalny  w  wodzie  i  tworzy  słaby  

wodorotlenek: 

 

NH

3

  +  H

2

O     NH

 H

2

ogrzewanie 

background image

25

25

Połączenia z wodorem - wodorki

 

Amoniak 

NH

 H

2

 NH

4

+

  +  OH

-

   

 

K

b

 = 1,8  10

-5

 

 
Sole amonowe:   

 

 

 

NH

4

Cl,   (NH

4

)

2

SO

4

,   NH

4

HSO

4

 
Spalanie amoniaku w tlenie: 4NH

3

  +  3O

2

  =  2N

2

  +  6H

2

 
W obecności katalizatora (Pt): 
 

4NH

3

  +  5O

2

  =  4NO  +  6H

2

O   metoda Ostwalda 

Ciekły  (bezwodny)  NH

3

  jest    dobrym    rozpuszczalnikiem    dla  

substancji polarnych. Ulega autodysocjacji: 
 
 

 

2NH

3

    =     NH

4

 

+

      +       NH

2

-

 

      

      

   słaby kwas         mocna zasada 

 
Pochodne amoniaku: 
 
Amidki   

 

 

np. NaNH

2

,  Ca(NH

2

)

2

 

I midki 

 

 

 

np. Li

2

NH, MgNH 

Azotki  

 

 

 

np. Na

3

N, Mg

3

N

2

,  AlN 

Hydroksylamina     NH

2

OH 

background image

26

26

Połączenia z wodorem - wodorki

 

Amoniak 

Aminy 

 

     

 

   R

1

  

-R

1

, -R

2

, -R

lub -H 

 

 

 

N        R

2

 

 

 

  

 

  R

3

 

 

Typy amin: 
1) 1-szo rzędowa  R

1

 = R

2

 = H,    R

3

  H,   

np. (CH

3

)NH

2) 2-go rzędowa  R

1

 = H,     

  R

2

, R

3

  H,   np. (C

2

H

5

)

2

NH 

3) 3-cio rzędowa  R

1

, R

2

, R

3

   H,   

 

 

np. (C

8

H

17

)

3

4) czwartorzedowe sole amonowe 

 

 

 

R

1   

+

 

 

 

R

2

  N  R

4

     X

-

      X

-

 to np.:  Cl

-

,  Br

       

 

R

3   

 

       

 

I nne związki azotu z wodorem: 

 

 

 

 

 

 

H   

   H  

 

hybrydyzacja obu

 

Hydrazyna N

2

H

4

  

   N     N 

 

      

atomów azotu

  

 

 

 

 

 

 

H   

    H 

 

typu  sp

2

 

 

background image

27

27

Połączenia z wodorem - wodorki

 

I nne związki azotu z wodorem: 

 

 

 

 

 

 

H   

   H  

 

hybrydyzacja obu

 

Hydrazyna N

2

H

4

  

   N     N 

 

      

atomów azotu

  

 

 

 

 

 

 

H   

    H 

 

typu  sp

2

 

 

W roztworze wodnym posiada właściwości słabo zasadowe:   
 
 

N

2

H

4

  H

2

O  hydrat hydrazyny czyli (NH

 NH

3

+

)OH

-

 

 
 
 

Hydrazyna  i  jej  pochodne  są  silnymi  środkami  redukującymi  - 

wydzielają złoto, platynę i srebro z ich soli. 
 

Stosowana  jest  paliwo  rakietowe  (+  substancje  silnie 

utleniające, np. ciekły tlen, H

2

O

2

,  st. HNO

3

). 

 

background image

28

28

Połączenia z wodorem - 

wodorki

 

Azydek wodoru  HN

3   

      kwas azotowodorowy 

 
umiarkowanie mocny kwas: 
 
Sole kwasu azotowodorowego to azydki: 
 

NaN

3

     azydek sodu,  

Ca(N

3

)

2  

   azydek wapnia 

Azydek  sodu  jest  używany  w  samochodowych  poduszkach 
powietrznych. 

 

Wodorki pozostałych azotowców : 
 

PH

3

 

-  fosfan (fosforowodór)  

 

toksyczne gazy 

 

AsH

3

  -  arsan  

 

 

 

 

 

 

nie posiadają wł. 

 

SbH

3

  -  styban 

 

 

 

 

 

 

zasadowych 

 

BiH

3

  -  bizmutan  

 

 

 

 

 

z wyj. PH

3

 

 

P

2

H

-  dwufosfan    

 

 

 

 

HN

3

  =  H

+

  +  N

3

-

 

background image

29

29

Tlenowe połączenia 

azotowców

 

Tlenki i kwasy tlenowe azotu: 
 

Stopień 

utlenienia 

Tlenki 

Kwasy 

+1 

N

2

H

2

N

2

O

2

 

+2 

NO 

 

+3 

N

2

O

3

 

HNO

2

 

+4 

NO

2

,  N

2

O

4

 

 

+5 

N

2

O

5

 

HNO

3

 

 

background image

30

30

Tlenowe połączenia 

azotowców

 

Tlenek azotu (NO) 
Otrzymywanie: 

 

1

o

  N

2

  +  O

2

    2NO   

 

2

o

  3Cu + 8H

+

 + 2NO

3

-

     =    3Cu

2+

  +  2NO  +  4H

2

                
3

o

  NH

3

                 NO 

             

 

Budowa cząsteczki NO:    5  +  6  =  11    
 

 

 

 

 

 

O

2

:  

6  +  6  =  12 

 
Budowa cząsteczki NO jest taka jak O

2

 ale o 1 elektron mniej: 

KK (2s)

2

 (

*

2s)

2

 (2p

x

)

2

 (2p

y

)

2

 (2p

z

)

2

 (

*

2p

y

)

1

   

 

 

 

 

 

 

 

 

  

  

 

liczby elektronów 
walencyjnych 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

walencyjnych

 

rząd 
wiązania: 

katalityczne 

spalanie 

2,5

 

=

 

2

3

 

-

 

8

background image

31

31

Tlenowe połączenia 

azotowców

 

Kwas azotowy(I I I ) = HNO

2

 

 
kwas azotowy(I I I ) 
 kwas azotawy  HNO

2

 

J est to kwas nietrwały. W stężonych roztworach ulega rozkładowi:  
 

 

 

 

3HNO

2

  =  H

+

  +  NO

3

-

  +  2NO  +  H

2

O   

 

 

 

 

 

 

HNO

2

     H

+

  +  NO

2

-

        K

a

  = 510

-4

 

 
Sole kwasu azotawego: azotyny, np.  NaNO

2

, NH

4

NO

2

, Ca(NO

2

)

 

 

 

Anion NO

2

-

 :     5  +  2  x  6  +  1  = 18 el. walencyjnych 

 

Cząsteczka O

3

:   6  x  3  =  18 el. walencyjnych 

 

 

 

Anion  NO

2

-

  jest  izoelektronowy  z  cząsteczką  O

3

         ta  sama 

struktura  orbitali  molekularnych  (patrz  cząsteczka  O

3

  wg.  teorii 

orbitali molekularnych). 

J est kwasem słabym: 

background image

32

32

Tlenowe połączenia 

azotowców

 

Dwutlenek azotu  (NO

2

)  

 

 

 

 

 

 

2NO +  O

2

  =  2NO

2

   

 
W temperaturze  <  420 K   NO

2  

 ulega  dimeryzacji: 

 

 

 

2NO

2

    N

2

O

4

   

 

 

 

 

 

 

 

 

N

2

O

4

  +  H

2

O  =  HNO

3

  +  HNO

2

 

 
jonowo:   N

2

O

4

  +  H

2

O  =  H

+

 + NO

3

-

  +  HNO

2

 

 

Cząsteczka NO

2

  

5  +  2  x  6  =  17 elektronów walencyjnych    1 niesparowany  

 

 

 

 

 

elektron   cząsteczka paramagnetyczna 

 
Cząsteczka   O

3

  

 

 6  x  3  = 18 elektronów walencyjnych

 

 

Cząsteczka  NO

2

  ma  budowę  podobną  do  O

3

  -  ale  posiada  o  1 

elektron mniej: 

1

0
del

2

del

2

3

,

2

2

2

,

1

2

2

2

2

y

2

1

y

2

3

2

1

)

(

)

(

)

(

)

(

)

t

(

)

p

2

(

)

p

2

(

)

s

2

(

)

s

2

(

KKK

background image

33

33

Tlenowe połączenia 

azotowców

 

 

Cząsteczka N

2

O

4

  

 

2  x  5  +  4  x  6  =  34   elektrony walencyjne    nie ma tutaj

 

niesparowanego elektronu    cząsteczka diamagnetyczna 

 
Wiązanie N - N w cząsteczce N

2

O

4

 ma większą długość (164 pm) niż 

pojedyńcze  wiązanie  N  -  N  w  cząsteczce  hydrazyny  (145  pm)      

wiązanie słabsze od wiązania pojedynczego: 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

Kwas azotowy - HNO

3

  

J est to mocny kwas: 
 

 

 

HNO

3

     H

+

  +  NO

3

-

 

J est kwasem utleniającym: 
 

 

 

Cu  + HNO

3

  =  ? 

 

3Cu  +  8H

+

  +  2NO

3

 

-

 =  3Cu

2+

  +  2NO  +  4H

2

126

N

 

164 pm 

background image

34

34

Tlenowe połączenia 

azotowców

 

Kwas azotowy - HNO

3

  

J est to mocny kwas: 
 

 

 

HNO

3

     H

+

  +  NO

3

-

 

J est kwasem utleniającym: 
 

 

 

Cu  + HNO

3

  =  ? 

 

3Cu  +  8H

+

  +  2NO

3

 

-

 =  3Cu

2+

  +  2NO  +  4H

2

 

Dobierz współczynniki do tej reakcji pisząc reakcje połówkowe 

 

Cu    +    HCl       reakcja  nie  zachodzi         HCl  nie  jest  kwasem 

utleniającym. 
 
W  HNO

3

  roztwarzają  się  wszystkie  metale  za  wyjątkiem  złota 

i platynowców. 
 
Woda królewska - mieszanina stężonych roztworów wodnych HNO

3

 

i  HCl  w  stosunku  objętościowym  1  :  3.  Reakcja  roztwarzania  złota    
w wodzie królewskiej: 

 

      Dobierz współczynniki do tej reakcji pisząc reakcje połówkowe.  

 

O

H

2

NO

AuCl

H

4

NO

Cl

4

Au

2

4

3

background image

35

35

Otrzymywanie kwasu azotowego – 

etapy otrzymywania

1

o

  N

2

  +  3H

2

  =  2NH

3

 

 
2

o

  4NH

3

  + 5O

2

  =  4NO  +  6H

2

 
3

o

  NO  +  

1

/

2

O

2

  =  NO

2

 

 
4

o

  2NO

2

    N

2

O

4

 

 
5

o

  N

2

O

4

  +  H

2

O  =  HNO

3

  +  HNO

2

 

 
6

o

  3HNO

2

  =  HNO

3

  +  2NO  + H

2

background image

36

36

 

HNO

3

 

Stężony HNO

3

:    69%  mas.,    d = 1,41 kg/ dm

3

   

 

 

 

Sole  kwasu  azotowego     AZOTANY,  np:  NaNO

3

,  Ca(NO

3

)

2

Al(NO

3

)

3

 

 

 

 

Kształt anionu   

3

NO

   jest płaski (hybrydyzacja sp

2

 

 

 

Strukturę  elektronową  (wzory  Lewisa)  anionu 

3

NO

  oddają  

3 mezomeryczne wzory elektronowe: 

 

:

O         O

:

   

 

:

O   

O

:

   

 

:

O        O

:

 

 

N   

 

 

 

N   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      :

O

 

 

 

      

:

O

:

   

 

 

      

:

   

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

 

  

 

  

 

background image

37

37

Tlenki fosforu, arsenu, antymonu i 

bizmutu

• Fosfor, arsen i antymon nie tworzą prostych tlenków 

Me

2

O

3

 i Me

2

O

5

, tylko odpowiednie dimery (odróżnia je 

to od azotu, który ma zdolność do tworzenia wiązań 

wielokrotnych). Bizmut tworzy tlenek (Bi

2

O

3

)n (o 

budowie polimerycznej),

a pięciotlenku Bi

2

O

5

 nie tworzy wcale:

4Me + 3O

2

 → Me

4

O

6

 (Me=P, As, Sb)

4nBi + 3nO

2

 → 2(Bi

2

O

3

)n

• Zasadowość tritlenków rośnie w szeregu N

2

O

3

 → 

(Bi

2

O

3

)n. Tritlenki azotu, fosforu i arsenu są kwasowe, 

antymonu – amfoteryczny a bizmutu – zasadowy.

• Trwałość pentatlenków maleje w szeregu N

2

O

5

 → 

Sb

4

O

10

.

background image

38

38

Tlenki  i  kwasy  tlenowe  

fosforu

 

st. utl.    tlenki   

kwasy 

+3          P

4

O

6

   

H

3

PO

3

       ortofosforawy = fosforowy(I I I ) 

+5        

P

4

O

10

   

H

3

PO

4

       ortofosforowy = fosforowy(V) 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

4

O

6

   +  6H

2

O  =  4H

3

PO

3

 

 

 

 

 

 

 

P

4

O

10

  +  6H

2

O  =  4H

3

PO

4

 

 

H

3

PO

4

  ma  ścisłą  nazwę  kwas  ortojednofosforowy,  zwyczajowo 

nazywamy go kwasem fosforowym 

 

H

3

PO

4

  - kwas o średniej mocy 

(x)

 

H

3

PO

4

    H

+

  +  H

2

PO

4

-

 

 

K

a1

  =  7  10

-3

 

 

H

2

PO

4

-

    H

+

  +  HPO

4

2-

 

 

K

a2

  =  8  10

-8

 

 

HPO

4

2-

    H

+

  +  PO

4

3-

   

K

a3

  =  4  10

-13

 

(x)

 ze względu na 1-szy etap dysocjacji 

 

background image

39

39

Tlenki  i  kwasy  tlenowe  

fosforu

Sole kwasu fosforowego to fosforany 
Przykłady soli kwasu fosforowego:  
NaH

2

PO

4

  , Ca(H

2

PO

4

)

dwuwodorofosforan sodu i wapnia 

K

2

HPO

4

, MgHPO

 

jednowodorofosforan potasu i magnezu 

Ca

3

(PO

4

)

2

, AlPO

4

   

(obojętny) fosforan wapnia i glinu 

                                   

Odwadnianie H

3

PO

4

 

 

kondensacja kwasu fosforowego     polifosforany 

 

 

 

 

Mamy dwa typy polifosforanów: 

 

budowa łańcuchowa   

 

budowa pierścieniowa 

      kwasy ortofosforowe 

 

       kwasy metafosforowe 

 
1. Łańcuchy polifosforanów 
Ogrzewanie H

3

PO

4

 w temp. 470 - 570 K: 

    O   

 

    O         

       O         O 

 

HO - P - OH  +  HO - P - OH  =  HO - P - O - P - OH  + H

2

 

         OH                      OH   

       OH     OH 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kwas ortodwufosforowy 
(H

4

P

2

O

7

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

walencyjnych

 

background image

40

40

Połączenia   pozostałych  azotowców  z  

tlenem

 

 

+3 

+5 

 
 
 
As 

                Amfoteryczny 
 
              AsO

3

3-

   (H

3

AsO

3

As

4

O

6

  

              As

3+

 

(As

4

O

6

 - arszenik - silna trucizna) 

 

              Kwasowy 
 
 
 As

4

O

10

    AsO

4

3-

   (H

3

AsO

4

 
                 

 

 
 
 

Sb 

               Zasadowy 
 
 Sb

4

O

6

     Sb

3+

   

 
 Sb(OH)

– wodorotlenek antymonu(I I I ) 

 
 Sb

2

(SO

4

)

3

  -  siarczan antymonu(I I I ) 

 
Hydroliza Sb

3+

Sb

3+

 + H

2

O = SbO

+

 + 2H

+

  

SbO

+

 : kation antymonylowy 

                Kwasowy 
 
 
 Sb

2

O

5

     [Sb(OH)

6

]

-

  

  
HSb(OH)

6

 –  kwas  

heksahydroksoantymonowy(V) 

 

background image

41

41

Połączenia   pozostałych  azotowców  z  

tlenem

 

 
 
 

Bi 

               Zasadowy 
 
 Bi

2

O

3

     Bi

3+

   

 
 Bi(OH)

3

 –  wodorotlenek bizmutu(I I I ) 

 
 Bi

2

(SO

4

)

3

  -  siarczan bizmutu(I I I ) 

 
Hydroliza Bi

3+

 Bi

3+

 + H

2

O = BiO

+

 + 2H

+

 

 BiO

+

 : kation bizmutylowy 

                Kwasowy 
 
 
Bi

2

O

5

      BiO

3

-

   (BiO

4

3-

 
Kwasy bizmutu(V) nie są znane 

 


Document Outline