מהן ה-VALENCES של חנקן

חנקן הוא יסוד כימי חשוב מאוד בחיינו, גם לטוב וגם לרע. זהו הגז העיקרי באטמוספרה, הוא קיים בקרקע והוא מקרומולקולה חשובה ביותר עבור רוב היצורים החיים. הוא גם חלק מתרכובות בעלות חשיבות תעשייתית רבה כמו אמוניה, חומרי הנעה או חומרי נפץ.

מה שקורה הוא שהערכיות ומצב החמצון שלו שונים בהתאם לתרכובת. בשיעור זה של TEACHER נדבר על מהן הערכיות של חנקן. אם אתה מעוניין ללמוד על יסוד כימי זה, אתה תאהב את המאמר הזה!

אינדקס

1. מהו חנקן ותכונות
2. מהן הערכיות של חנקן?
3. מינוח של תרכובות חנקן
4. תרכובות חנקן חשובות
5. השפעות בריאותיות של חנקן
6. השפעות סביבתיות של חנקן

חנקן הוא יסוד כימי עם סימן N. עם מספר אטומי של 7, משקל אטומי של 14.0067 ונמצא במצב גזי בתנאים רגילים. חנקן מולקולרי מייצג 78% מהנפח באוויר היבש ולכן הוא הגז העיקרי הקיים באטמוספרה.

ריכוז גבוה זה של חנקן באטמוספירה נובע מפעולה חשמלית באטמוספירה, קיבוע חנקן אטמוספרי על ידי פעולה חיידקית, פעולה כימית בתעשיות ושחרור חנקן על ידי פירוק חומר אורגני או על ידי שְׂרֵפָה. בתרכובות היוצרות המצב המשולב שלו, חנקן נמצא במצבים שונים.

זהו מרכיב בעל חשיבות רבה עבור יצורים חיים, שכן זה חלק מכל החלבונים ירקות ובעלי חיים, ותרכובות אורגניות רבות אחרות. חנקן יוצר קשרים חזקים עם אטומים אחרים כמו חנקן ואחרים, בשל יכולתו יוצרים קשרים משולשיםלכן, לתרכובות חנקן יש כמות גדולה של אנרגיה.

חנקן מורכב מ שני איזוטופים:

• ה-N14 (רוב מאוד)
• N15 ואיזוטופים רדיואקטיביים שונים, המיוצרים במהלך תגובות גרעיניות.

זהו מרכיב בעל עניין רב בתעשייה הכימית ובתרכובות המשמשות בחקלאות. הוא משמש גם בנורות ליבון וכאשר יש צורך באווירה אינרטית יחסית.

חנקן בצורתו היסודית מגיב מעט בטמפרטורות רגילות עם רוב החומרים הנפוצים, בעוד שהוא גבוה טמפרטורות שהוא מגיב עם חומרים רבים, כגון טיטניום, אלומיניום, סיליקון, בורון, בריליום, סידן, ליתיום או כרום, עם חמצן (O2) אליו הוא מגיב יוצרים תחמוצות כגון תחמוצת החנקן (NO) ועם מימן בטמפרטורות גבוהות ובלחץ ליצירת תרכובת תעשייתית חשובה מאוד כגון האמוניה.

מקור תמונה: Monographs.com

ה ערכיות של יסוד כימי האם הוא מספר מ אלקטרונים מה חסרים או מה עליהם לתת כדי למלא את הרמה האלקטרונית האחרונה שלך.

ה אטומים יש להם בדרך כלל 7 רמות או שכבות היכן נמצאים האלקטרונים, כאשר 1 הוא הפנימי ביותר ו-7 הוא החיצוני ביותר. בתורם, קיימות תת-רמות שונות, הנקראות s, p, d ו-f. באטום, האלקטרונים ממלאים את הרמות השונות לפי האנרגיות שלהם, ממלאים תחילה את רמות האנרגיה הנמוכות ואז עוברים לרמה גבוהה יותר.

אל ה הרמה החיצונית ביותר של האטום זה נקרא גם בשם מעטפת ערכיות והאלקטרונים הממוקמים בקליפה זו נקראים אלקטרונים ערכיים. אלקטרונים אלו אחראים ליצירת קשרים ולתגובות הכימיות האפשריות. עם אטומים אחרים, כלומר, הם האלקטרונים האחראים על התכונות הפיזיקליות והכימיות של א אֵלֵמֶנט.

הדרכים השונות של שילוב חנקן יעניקו לו ערכיות (ידוע גם כמצב החמצון). חנקן אינו מסוגל להרחיב את מעטפת הערכיות שלו כפי שעושים אלמנטים אחרים בקבוצתו. הערכיות האפשריות שלו הן -3, +3 ו-+5. מצב הערכיות של חנקן משתנה בהתאם לתרכובת שהוא חלק ממנה. גם ליסודות האחרים של משפחת החנקן יש מצבי חמצון אלה והם זרחן (P), אנטימון (Sb), ביסמוט (Bi), מוסקוביום (Mc) וארסן (As).

ניתן להסביר את היווצרותן של תרכובות כימיות עם חנקן בעקבות תיאוריית קשר הערכיות, על פי התצורה האלקטרונית של כל מצב חמצון של חנקן. כדי להסביר זאת, נלקח בחשבון מספר האלקטרונים בקליפת הערכיות שלו וכמה חסרים כדי להגיע לתצורה האלקטרונית של גז אצילי.

תרכובות חנקן מורכבות מבחינה כימית והמינוח המסורתי לא הספיק כדי למנות ולזהות אותם בקלות, אז שהאיגוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC) יצר (גם בשל גורמים אחרים) א מינוח שיטתי שבהם נקראות תרכובות לפי מספר האטומים היוצרים אותן.

מינוח זה מתאים במיוחד למתן שמות לתחמוצות חנקן. לפיכך, תחמוצת החנקן נקראת חד חמצני חנקן ותחמוצת חנקן (NO), חד חמצני דיניטרוגן (N2O).

בנוסף למינוח זה, בשנת 1919, הכימאי הגרמני אלפרד סטוק פיתחו שיטה שבה נקראו תרכובות תלוי במצב החמצון, מיוצג בספרות רומיות ובסוגריים. בדרך זו, תחמוצת החנקן תיקרא תחמוצת חנקן (II) ותחמוצת החנקן, תחמוצת חנקן (I).

תמונה: יוטיוב

חנקן מסוגל להיקשר ליסודות שונים וליצור מספר רב של תרכובות בשל מספר רב של מצבי חמצון אפשריים. במקרה של חנקן מולקולרי, הערכיות שלו היא 0 בהגדרה.

אחד ממצבי החמצון הנפוצים ביותר הוא -3. במצב חמצון זה, חנקן יוצר תרכובות כמו אמוניה (NH3), יון האמוניום (NH4).^-), ניטרילים (C≡N), אימינים (C=N-R) או אמינים (R3N). כאשר חנקן נמצא במצב חמצון -2, נותרו 7 אלקטרונים בקליפת הערכיות שלו. המספר האי-זוגי של אלקטרונים במעטפת הערכיות שלו מקל על יצירת קשרי גישור בין שני אטומי חנקן. במצב זה, חנקן יוצר הידרזונים (C=N-N-R2) והדרזינים (R2-N-N-R2). במצב חמצון -1 נשארים 6 אלקטרונים במעטפת הערכיות ונוצרות תרכובות כמו הידרוקסיל אמין (R2NOH) ותרכובות אזו (RN=NR).

כאשר חנקן מגיע למצבי חמצון חיוביים, קשרי חנקן לאטומי חמצן ליצירת תחמוצות, חומצות חמצון או מלחים חמצוניים. במצב חמצון +1, חנקן נשאר עם 4 אלקטרונים בקליפת הערכיות שלו. לפיכך, יש לנו דוגמאות כמו תחמוצת דיניטרוגן (N2O), הידועה בכינויו גז צחוק, ותרכובות חנקן (R=NO). במצב +2 יש לנו תחמוצת חנקן או תחמוצת חנקן (NO), שהוא גז חסר צבע שנוצר במהלך התגובה של מתכות עם חומצה חנקתית מדוללת. לתרכובת זו יש רדיקל חופשי מאוד לא יציב שיכול להגיב עם חמצן ליצירת מזהם אטמוספרי חשוב כמו חנקן דו חמצני (NO2)

במצב +3 נוצרות תרכובות כמו ניטריט בתמיסה בסיסית (NO2–) או חומצה חנקנית בתמיסת חומצה (HNO2). שניהם חומרי חמצון שיכולים להוליד תחמוצת חנקן (NO) או להיות חומרים מפחיתים ליצירת יון החנקתי. תרכובות נוספות הן דיניטרוגן טריאוקסיד (N2O3) וקבוצת הניטרו (R-NO2). במצב +4 יש לנו דו תחמוצת החנקן (NO2) או דו תחמוצת החנקן. זהו גז בצבע חום שנוצר על ידי תגובה של מתכות רבות עם חומצה חנקתית מרוכזת ליצירת דיניטרוגן טטרוקסיד (N2O4). ב-+5, נוכל למצוא חנקות או חומצה חנקתית, שהם חומרי חמצון בתמיסות חומצה.

סוף סוף, ישנן תרכובות בהן חנקן נמצא במצבי חמצון שונים.. מדובר בתרכובות כמו ניטרוסילאזיד או דיניטרוגן טריאוקסיד.

תמונה: אמביינטום

חנקן מולקולרי הוא המרכיב הגזי העיקרי של גז אטמוספרי. במים ובאדמה נוכל למצוא אותו בצורה של חנקה וניטריט. כל התרכובות הללו מתחברות זו לזו במחזור החנקן.

פעולת האדם שינתה את ריכוזי החנקה והניטריט ביבשה, בעיקר באמצעות מריחת זבל עם חנקות על הקרקע. יתר על כן, ריכוז החנקות והניטריטים בקרקע ובמים גדל על ידי החנקן הנפלט על ידי תעשיות במהלך מחזור החנקן. זה יכול גם להוביל לעלייה בחנקן במי השתייה.

ה השפעות של ניטרטים וניטריטים על בריאות האדם הם יכולים להיות:

• לחנקות יש השפעה שלילית על פעילות בלוטת התריס
• חנקות מפחיתות את אחסון ויטמין A
• גם ניטרטים וגם ניטריטים מייצרים ניטרוזמינים, שהם גורם שכיח לסרטן
• ניטריט מגיב עם המוגלובין, וגורם לירידה ביכולת נשיאת החמצן של הדם.
• תחמוצת חנקן (NO) היא שליח בסיסי בגוף האדם, הגורם להרפיה שריר, יתרונות במערכת הלב וכלי הדם או הפעלת השפעות איתות על תאים של מערכת החיסון. השפעות אלו כבר מנוצלות ביישומים רפואיים רבים, כגון תרופות נגד התקפי לב או ויאגרה.

תוספת של חנקות וניטריטים לדשנים גורמת לעלייה בריכוזים הסביבתיים שלהם, כמו גם תהליכים תעשייתיים שונים. רבות מהתרכובות הללו יכולות לברוח לאטמוספירה ולהגיב עם חמצן, מה שמוביל למזהמים אטמוספריים שמעדיפים את הגברת אפקט החממה.

בתורם, חנקות וניטריטים גם מייצרים השפעות שליליות במים מתוקים ובסביבה הימית, משפיע לרעה על מערכת אקולוגית זו ועל המין שמאכלסים אותה. כמו כן, ריכוזי התרכובות החנקניות הללו במי השתייה גדלים באופן דרסטי, ובכך מפעילים את השפעותיהם השליליות על בריאות האדם.

אם אתה רוצה לקרוא עוד מאמרים דומים ל מהן הערכיות של חנקן, אנו ממליצים לך להיכנס לקטגוריה שלנו של האטום.

• Mayz-Figueroa, J. (2004). קיבוע חנקן ביולוגי. UDO Agricultural Scientific Journal, 4(1), 1-20.
• Celaya-Michel, H., & Castellanos-Villegas, A. ו. (2011). מינרליזציה של חנקן בקרקע של אזורים צחיחים וחצי צחיחים. Terra Latinoamericana, 29(3), 343-356.
• קרדנאס-נבארו, ר., סאנצ'ז-יינז, ג'יי. M., Farías-Rodríguez, R., & Peña-Cabriales, J. י. (2004). תשומות חנקן בחקלאות. סדרת גננות מגזין צ'פינגו, 10(2), 173-178.