Најважније из лекције
Азот (\( \text{N}_2 \)) и фосфор (\( \text{P} \)): Неметали 15. групе ПСЕ са 5 валентних електрона.
Алотропија фосфора: Бели фосфор (\( \text{P}_4 \)) је врло реактиван, отрован и чува се под водом; црвени фосфор (\( \text{P} \)) је стабилан, неотрован и користи се за паљење шибица.
Амонијак (\( \text{NH}_3 \)): Безбојан гас оштрог мириса, гради базан водени раствор (\( \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \)).
Киселине и соли:
Алотропија фосфора: Бели фосфор (\( \text{P}_4 \)) је врло реактиван, отрован и чува се под водом; црвени фосфор (\( \text{P} \)) је стабилан, неотрован и користи се за паљење шибица.
Амонијак (\( \text{NH}_3 \)): Безбојан гас оштрог мириса, гради базан водени раствор (\( \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \)).
Киселине и соли:
- \( \text{N}_2\text{O}_3 \longrightarrow \text{HNO}_2 \) (азотаста киселина) \(\longrightarrow\) соли: нитрити
- \( \text{N}_2\text{O}_5 \longrightarrow \text{HNO}_3 \) (азотна киселина) \(\longrightarrow\) соли: нитрати
- \( \text{P}_2\text{O}_5 \longrightarrow \text{H}_3\text{PO}_4 \) (фосфорна киселина) \(\longrightarrow\) соли: фосфати
Азот (\( _{7}\text{N} \)) и фосфор (\( _{15}\text{P} \)) су неметали који припадају 15. групи Периодног система елемената. Азот се налази у 2. периоди, а фосфор у 3. периоди.
| Елемент | Ознака и \(Z\) | Распоред електрона | Валенце у једињењима |
|---|---|---|---|
| Азот | \( _{7}\text{N} \) | \( \text{K}(2), \text{L}(5) \) | \(\text{I}, \text{II}, \mathbf{III}, \text{IV}, \mathbf{V}\) (најважније \(\text{III}\) и \(\text{V}\)) |
| Фосфор | \( _{15}\text{P} \) | \( \text{K}(2), \text{L}(8), \text{M}(5) \) | \(\mathbf{III}, \mathbf{V}\) |
Оба елемента на спољашњем енергетском нивоу имају по 5 валентних електрона.
Азот (\( \text{N}_2 \)) је двоатоман гас без боје, мириса и укуса. Слабије се раствара у води од кисеоника. Чини око 78% запремине ваздуха. На собној температури је веома слабо реактиван јер су атоми азота у молекулу повезани изузетно јаком троструком ковалентном везом (\( \text{N}\equiv\text{N} \)).
Фосфор се у природи јавља у облику две главне алотропске модификације:
| Својство | Бели фосфор (\( \text{P}_4 \)) | Црвени фосфор (\( \text{P} \)) |
|---|---|---|
| Грађа молекула | Четвороатомни молекули (\( \text{P}_4 \)) | Вишеатомни (полимерни) ланци |
| Реактивност | Врло реактиван, на ваздуху се самозапаљује | Мање реактиван и знатно стабилнији |
| Токсичност | Веома отрован | Није отрован |
| Чување и примена | Чува се под водом | Не чува се под водом; за паљење шибица |
Амонијак (\( \text{NH}_3 \)) је једињење азота и водоника. То је гас без боје, оштрог и карактеристичног мириса, лакши од ваздуха и одлично се раствара у води.
\[ \text{N}_2 + 3\text{H}_2 \longrightarrow 2\text{NH}_3 \]
Синтеза амонијака из елемената при одређеним условима
Водени раствор амонијака показује базна својства јер у реакцији молекула амонијака са водом настају хидроксидни јони (\( \text{OH}^- \)):
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
(настају амонијум-јон \( \text{NH}_4^+ \) и хидроксидни јон \( \text{OH}^- \))
Базност раствора амонијака се доказује индикаторима: црвена лакмус хартија прелази у плаву боју, а фенолфталеин постаје љубичасто-розе.
Азот гради пет различитих оксида (валенце од \(\text{I}\) до \(\text{V}\)), док фосфор гради два оксида (валенце \(\text{III}\) и \(\text{V}\)).
| Формула | Назив оксида | Карактер оксида / Значај |
|---|---|---|
| \( \overset{\text{I}}{\text{N}_2\text{O}} \) | Азот(I)-оксид (азот-субоксид) | „Гас смејавац”; не реагује са водом/базама; анестетик |
| \( \overset{\text{II}}{\text{NO}} \) | Азот(II)-оксид (азот-моноксид) | Неутрални оксид |
| \( \overset{\text{III}}{\text{N}_2\text{O}_3} \) | Азот(III)-оксид (азот-триоксид) | Кисели оксид (анхидрид азотасте киселине, \( \text{HNO}_2 \)) |
| \( \overset{\text{IV}}{\text{NO}_2} \) | Азот(IV)-оксид (азот-диоксид) | Кисели оксид; смеђи отрован гас |
| \( \overset{\text{V}}{\text{N}_2\text{O}_5} \) | Азот(V)-оксид (азот-пентоксид) | Кисели оксид (анхидрид азотне киселине, \( \text{HNO}_3 \)) |
| \( \overset{\text{III}}{\text{P}_2\text{O}_3} \) | Фосфор(III)-оксид (фосфор-триоксид) | Кисели оксид |
| \( \overset{\text{V}}{\text{P}_2\text{O}_5} \) | Фосфор(V)-оксид (фосфор-пентоксид) | Кисели оксид (анхидрид фосфорне киселине, \( \text{H}_3\text{PO}_4 \)) |
Реакције киселих оксида са водом (грађење киселина):
\[ \text{N}_2\text{O}_5 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{HNO}_3 \quad (\text{азотна киселина}) \]
\[ \text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{H}_3\text{PO}_4 \quad (\text{фосфорна киселина}) \]
\[ \text{N}_2\text{O}_3 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{HNO}_2 \quad (\text{азотаста киселина}) \]
Реакције киселих оксида са базама (грађење соли):
\[ \text{N}_2\text{O}_5 + 2\text{NaOH} \longrightarrow 2\text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \quad (\text{натријум-нитрат}) \]
\[ \text{P}_2\text{O}_5 + 6\text{KOH} \longrightarrow 2\text{K}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} \quad (\text{калијум-фосфат}) \]
Азотна киселина (\( \text{HNO}_3 \)): Јака, безбојна, веома отровна неорганска киселина. Концентрована киселина (\(\approx 68\%\)) у додиру са кожом ствара карактеристичне жуте опекотине. Њене соли су нитрати.
Азотаста киселина (\( \text{HNO}_2 \)): Нестабилна киселина чији је анхидрид \( \text{N}_2\text{O}_3 \). Њене соли се називају нитрити.
Фосфорна киселина (\( \text{H}_3\text{PO}_4 \)): Безбојна, густа течност (концентрована је око \(85\%\)). Њене соли су фосфати.
- \( \text{HNO}_3 \) (азотна киселина) \(\longrightarrow\) соли: нитрати (нпр. \( \text{NaNO}_3 \))
- \( \text{HNO}_2 \) (азотаста киселина) \(\longrightarrow\) соли: нитрити (нпр. \( \text{NaNO}_2 \))
- \( \text{H}_3\text{PO}_4 \) (фосфорна киселина) \(\longrightarrow\) соли: фосфати (нпр. \( \text{K}_3\text{PO}_4 \))
Азот: Као инертна средина за конзервирање хране и металуршке процесе; течни азот се користи у медицини и дерматологији/козметици за уклањање промена на кожи.
Амонијак и азотна киселина: Највише за производњу минералних (вештачких) азотних ђубрива; \( \text{HNO}_3 \) се користи и за производњу експлозива и пречишћавање метала.
Фосфор: Црвени фосфор за производњу кутија за шибице; бели за специјалне ефекте и у војне сврхе; легирање челика.
Фосфорна киселина и фосфати: За производњу фосфатних вештачких ђубрива, као додатак у индустрији хране и освежавајућих пића.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одреди валенцу азота и фосфора у следећим једињењима:
а) \( \text{NH}_3 \)
б) \( \text{NO}_2 \)
в) \( \text{P}_2\text{O}_5 \)
г) \( \text{HNO}_3 \)
а) \( \text{NH}_3 \)
б) \( \text{NO}_2 \)
в) \( \text{P}_2\text{O}_5 \)
г) \( \text{HNO}_3 \)
Водоник има валенцу \(\text{I}\), а кисеоник \(\text{II}\):
а) У \( \overset{\text{III}}{\text{N}}\overset{\text{I}}{\text{H}_3} \) азот је тровалентан (\(\text{III}\)).
б) У \( \overset{\text{IV}}{\text{N}}\overset{\text{II}}{\text{O}_2} \) (\(2 \cdot \text{II} = 4\)), азот је четворовалентан (\(\text{IV}\)).
в) У \( \overset{\text{V}}{\text{P}_2}\overset{\text{II}}{\text{O}_5} \) фосфор је петовалентан (\(\text{V}\)).
г) У \( \overset{\text{I}}{\text{H}}\overset{\text{V}}{\text{N}}\overset{\text{II}}{\text{O}_3} \) азот је петовалентан (\(\text{V}\)).
а) У \( \overset{\text{III}}{\text{N}}\overset{\text{I}}{\text{H}_3} \) азот је тровалентан (\(\text{III}\)).
б) У \( \overset{\text{IV}}{\text{N}}\overset{\text{II}}{\text{O}_2} \) (\(2 \cdot \text{II} = 4\)), азот је четворовалентан (\(\text{IV}\)).
в) У \( \overset{\text{V}}{\text{P}_2}\overset{\text{II}}{\text{O}_5} \) фосфор је петовалентан (\(\text{V}\)).
г) У \( \overset{\text{I}}{\text{H}}\overset{\text{V}}{\text{N}}\overset{\text{II}}{\text{O}_3} \) азот је петовалентан (\(\text{V}\)).
Задатак 2 (средњи): Напиши једначине хемијских реакција:
а) Реакција азот(III)-оксида са калцијум-хидроксидом.
б) Реакција потпуне неутрализације калијум-хидроксида фосфорном киселином.
а) Реакција азот(III)-оксида са калцијум-хидроксидом.
б) Реакција потпуне неутрализације калијум-хидроксида фосфорном киселином.
а) Азот(III)-оксид је анхидрид азотасте киселине, па у реакцији са базом даје со нитрит и воду:
\[ \text{N}_2\text{O}_3 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{Ca(NO}_2)_2 + \text{H}_2\text{O} \]
(настаје калцијум-нитрит и вода)
б) Реакцијом неутрализације базе и киселине настају со и вода: \[ 3\text{KOH} + \text{H}_3\text{PO}_4 \longrightarrow \text{K}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} \] (настаје калијум-фосфат и вода)
б) Реакцијом неутрализације базе и киселине настају со и вода: \[ 3\text{KOH} + \text{H}_3\text{PO}_4 \longrightarrow \text{K}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} \] (настаје калијум-фосфат и вода)
Задатак 3 (средњи): Објасни зашто се водени раствор амонијака боји у присуству фенолфталеина ружичасто, док се гасовити азот сматра веома инертном супстанцом.
1. Растварањем амонијака у води долази до реакције \( \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \), чиме се повећава концентрација \( \text{OH}^- \) јона, раствор постаје базан и зато боји фенолфталеин у ружичасто.
2. Елементарни азот (\( \text{N}_2 \)) је инертан јер су два атома азота повезана врло јаком троструком ковалентном везом (\( \text{N}\equiv\text{N} \)), за чије је раскидање потребна велика количина енергије.
2. Елементарни азот (\( \text{N}_2 \)) је инертан јер су два атома азота повезана врло јаком троструком ковалентном везом (\( \text{N}\equiv\text{N} \)), за чије је раскидање потребна велика количина енергије.
Задатак 4 (тежак): Колико је грама натријум-хидроксида (\( \text{NaOH} \)) потребно да би се у реакцији са азот(V)-оксидом добило \( 8{,}5\text{ g} \) одговарајуће соли (\( \text{NaNO}_3 \))?
Познате моларне масе: \( M(\text{NaOH}) = 40\text{ g/mol} \), \( M(\text{NaNO}_3) = 85\text{ g/mol} \).
Познате моларне масе: \( M(\text{NaOH}) = 40\text{ g/mol} \), \( M(\text{NaNO}_3) = 85\text{ g/mol} \).
Пишемо уравнотежену једначину хемијске реакције:
\[ 2\text{NaOH} + \text{N}_2\text{O}_5 \longrightarrow 2\text{NaNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \]
Из једначине видимо стехиометријски однос количина:
\[ \frac{n(\text{NaOH})}{n(\text{NaNO}_3)} = \frac{2}{2} = 1 \implies n(\text{NaOH}) = n(\text{NaNO}_3) \]
Рачунамо количину супстанце добијеног \( \text{NaNO}_3 \):
\[ n(\text{NaNO}_3) = \frac{m(\text{NaNO}_3)}{M(\text{NaNO}_3)} = \frac{8{,}5\text{ g}}{85\text{ g/mol}} = 0{,}1\text{ mol} \]
Рачунамо потребну масу \( \text{NaOH} \):
\[ n(\text{NaOH}) = 0{,}1\text{ mol} \]
\[ m(\text{NaOH}) = n(\text{NaOH}) \cdot M(\text{NaOH}) = 0{,}1\text{ mol} \cdot 40\text{ g/mol} = 4\text{ g} \]
Одговор: Потребно је \( 4\text{ g} \) натријум-хидроксида.
