Валентность азота (N)

Теория:

Валентность азота — это его способность образовывать химические связи. У азота она переменчива, но чаще всего встречается в следующих значениях:

III (3): Это наиболее распространённая валентность азота, например, в аммиаке (NH₃).

IV (4): Азот может проявлять валентность IV, образуя дополнительную связь по донорно-акцепторному механизму, например, в ионе аммония (NH₄⁺) или в азотной кислоте (HNO₃).

II (2): В некоторых соединениях, например, в оксиде азота (NO).

I (1): Например, в закиси азота (N₂O).

Важно отметить, что максимальная валентность азота равна IV (4), несмотря на то, что он находится в V группе и может иметь степень окисления +5.

Содержание страницы

Toggle

Почему валентность азота 1,2,3,4

Валентность азота, как и других элементов, отражает его способность образовывать химические связи.

Азот (N) действительно может проявлять валентности 1, 2, 3 и 4 в различных соединениях.

Это объясняется его электронным строением и способностью образовывать разные типы связей.

Электронное строение азота

Азот имеет атомный номер 7, что означает 7 электронов.

Его электронная конфигурация:

1s²2s²2p³.

На внешнем (валентном) уровне у него 5 электронов:

два спаренных электрона на 2s-орбитали (↑↓)

три неспаренных электрона на 2p-орбиталях (↑ ↑ ↑)

Именно эти 5 валентных электронов определяют его химическое поведение.

Азот стремится достичь стабильной электронной конфигурации с 8 электронами на внешнем уровне (октет), как у благородного газа неона.

Объяснение различных валентностей

Валентность (количество связей, которые образует атом) азота может меняться в зависимости от того, как он использует свои валентные электроны:

✅Валентность 3:

Причина: Азот имеет три неспаренных электрона на 2p-орбиталях. Он может образовать три ковалентные связи, обмениваясь электронами с тремя другими атомами.

При этом у него остаётся одна неподеленная пара электронов на 2s-орбитали.

Примеры:

Аммиак (NH₃): Азот образует три одинарные ковалентные связи с тремя атомами водорода.

Азот (N₂): В молекуле азота два атома N образуют тройную связь (N ≡ N). Здесь каждый атом азота «связан» с тремя электронами другого атома.

Амины (например, CH₃NH₂): Азот также образует три связи.

✅Валентность 4:

Причина: Азот может проявлять валентность 4, когда он образует три обычные ковалентные связи и одну донорно-акцепторную (координационную) связь.

В этом случае неподеленная пара электронов с 2s-орбитали (или одной из 2p-орбиталей, если спаренные электроны 2s гибридизовались) предоставляется для образования связи с атомом, имеющим свободную орбиталь (акцептором).

Азот при этом приобретает формальный положительный заряд.

Примеры:

Ион аммония (NH4+): Молекула аммиака (NH3), где азот уже имеет три связи и одну неподеленную пару, присоединяет ион водорода (H⁺) с пустой 1s-орбиталью, образуя четвертую связь за счет неподеленной пары азота.

Азотная кислота (HNO₃): В этой молекуле атом азота центральный и образует четыре связи: одну двойную связь с одним атомом кислорода, одну одинарную связь с другой группой -OH и одну координационную связь с третьим атомом кислорода.

Диоксид азота (NO₂) и тетраоксид диазота (N₂O₄): В этих оксидах азот также проявляет валентность 4.

✅Валентность 2:

Причина: Азот может образовывать соединения, где он связан с двумя другими атомами, используя свои неспаренные электроны или образуя двойные связи.

Пример:

Оксид азота (NO): В этой молекуле азот образует двойную связь с кислородом (N = O).

Здесь азот проявляет валентность 2 (связан с двумя электронами кислорода).

✅Валентность 1:

Причина: Может проявляться, когда азот образует только одну связь или часть сложной структуры, где его вклад в связь эквивалентен одной связи.

Пример:

Оксид диазота (N₂O, «веселящий газ»): В молекуле N ≡ N⁺ − O⁻, один из атомов азота формально связан только одной связью с кислородом, хотя общая структура стабилизируется резонансом с тройной связью между атомами азота.

В структуре N⁻ = N⁺ = O центральный азот валентен 4, а концевой (слева) — 1.

Как определить валентность азота

Определить валентность азота (и любого другого элемента) в конкретном соединении можно, понимая, что валентность — это число химических связей, которые данный атом образует с другими атомами в молекуле или ионе.

Как это работает для азота:

➡️ Понимание электронного строения азота

Азот имеет атомный номер 7, и его электронная конфигурация 1s²2s²2p³.

На внешнем (валентном) энергетическом уровне у азота 5 электронов:

Одна спаренная электронная пара на 2s— орбитали (↑↓).

Три неспаренных электрона на 2p— орбиталях (↑ ↑ ↑).

Эти 5 валентных электронов определяют его способность образовывать связи.

Азот стремится достичь стабильной конфигурации благородного газа (8 электронов на внешнем уровне, «правило октета»).

➡️ Подсчет связей в конкретном соединении

Чтобы определить валентность азота, нужно взглянуть на его структурную формулу (как атомы соединены между собой) или, если ее нет, вывести ее из химической формулы.

Зная типичные валентности других элементов (например, водород — 1, кислород — 2).

✅ Валентность 3 (наиболее типичная)

Как образуется: Азот использует свои три неспаренных электрона для образования трех ковалентных связей.

При этом у него остается одна неподеленная электронная пара.

Пример: Аммиак (NH₃)

Азот связан с тремя атомами водорода одинарными связями.

Вывод: Азот образует 3 связи, значит, его валентность в аммиаке равна 3.

Пример: Молекула азота (N2)

Два атома азота соединены тройной связью: N ≡ N.

Вывод: Каждый атом азота образует 3 связи с другим атомом азота, его валентность равна 3.

✅ Валентность 4

Как образуется: Помимо трех обычных ковалентных связей, азот использует свою неподеленную электронную пару для образования донорно-акцепторной (координационной) связи с атомом, который имеет свободную орбиталь.

При этом азот приобретает формальный положительный заряд.

Пример: Ион аммония (NH₄⁺)

Молекула аммиака (NH₃) присоединяет ион водорода (H⁺).

Азот «делится» своей неподеленной парой с H⁺.

Вывод: Азот образует 4 связи (3 обычные и 1 координационную), значит, его валентность в ионе аммония равна 4.

Пример: Диоксид азота (NO₂)

Структура O = N⁺ − O⁻ ↔ O⁻ − N⁺ = O (имеет неспаренный электрон, димеруется в N₂O₄).

В молекуле NO₂ азот связан с одним кислородом двойной связью и с другим кислородом одинарной связью, а также имеет неспаренный электрон.

Если мы считаем каждую связь (одинарную, двойную) как одну «валентную единицу», то азот образует 2 связи (одну двойную, одну одинарную) + 1 неспаренный электрон.

Более корректно в такой молекуле смотреть на число связей: 2 с одним О и 1 с другим О, плюс наличие радикала.

Или в димере N₂O₄ каждый азот связан с двумя кислородами и другим азотом. В целом, азот здесь способен на 4 связи.

Вывод: Валентность азота в NO₂ считается 4.

✅ Валентность 2
Как образуется: Азот может образовать двойную связь с другим атомом.

Пример: Оксид азота (NO)

N = O

Вывод: Азот образует 2 связи с кислородом, его валентность равна 2.

✅ Валентность 1

Как образуется: В некоторых соединениях азот может быть связан только одной связью.

Пример: Оксид диазота (N₂O, «веселящий газ»)

N ≡ N⁺ — O⁻(одна из резонансных структур).

В этой структуре концевой атом азота (тот, что не связан с кислородом) образует 1 связь (тройную) с другим атомом азота. Валентность здесь относится к этому атому.

Вывод: В таких структурах некоторые атомы азота могут проявлять валентность 1.

Пример решения, задача:

Определите валентность азота в следующих соединениях:

а) NCl₃(трихлорид азота)
б) N₂O₅(пентаоксид диазота).

Решение:

Чтобы определить валентность азота, нужно нарисовать или представить структурные формулы этих соединений и посчитать количество связей, исходящих от атома азота.

Будем помнить, что валентность кислорода (O) обычно 2, и хлора (Cl) обычно 1.

а) NCl₃ (трихлорид азота)

Азот в NCl₃ связан с тремя атомами хлора.

Структурная формула:

Cl — N — Cl
|
Cl

Вывод: Азот образует 3 одинарные связи. Валентность азота = 3.

б) N₂O₅ (пентаоксид диазота)

Это ангидрид азотной кислоты (HNO₃). В этой молекуле два атома азота связаны через атом кислорода, и каждый азот также связан с двумя атомами кислорода.

Структурная формула:

O₂N — O — NO₂

(можно расписать как O = N⁺ − O⁻, а второй кислород также двойной связью).

Более детально, каждый атом азота связан:

С одним атомом кислорода двойной связью.
С одним атомом кислорода одинарной связью.
С одним атомом кислорода, который соединяет два азота, одинарной связью.

Это означает, что каждый атом азота образует 4 связи (одну двойную и две одинарные).

Вывод: Валентность каждого атома азота = 4.

Часто задаваемые вопросы

Сколько валентностей у азота?

Азот проявляет валентности 1, 2, 3 и 4.

Сколько валентных электронов у азота?

Это электроны, расположенные на его внешнем энергетическом уровне:

1. Два электрона на 2s-орбитали.

2.Три электрона на 2p-орбиталях.

Именно эти пять электронов участвуют в образовании химических связей.

Как понять, сколько валентных электронов у ?

Посмотрите на его расположение в Периодической таблице Менделеева:

1. Найдите азот (N) в таблице.

2. Посмотрите номер группы (столбца), в которой он находится.

3. Азот находится в V (пятой) группе главной подгруппы (или 15-й группе, если считать все группы).

4. Для элементов главных подгрупп (s- и p-блоков), номер группы равен количеству валентных электронов.

Поэтому, у азота 5 валентных электронов.