Azot, ammonyak və ammonium duzları

Bu dərsdə öyrənəcəksən

Azot atomunun quruluşunu, N₂ molekulunda üçqat rabitəni və azotun −3-dən +5-ə qədər oksidləşmə dərəcələrini izah etmək.
Azotun və ammonyakın alınma və kimyəvi xassələrinin tənliklərini (katalitik oksidləşmə daxil) yazmaq.
Ammonium duzlarının xassələrini, termiki parçalanmasını, NH₄⁺ ionunun təyinini bilmək və azot oksidlərini müqayisə etmək.
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ reaksiyası üzrə artıq reagent, çıxım, qarışığın orta molyar kütləsi və ν(t) qrafiki tapşırıqlarını həll etmək.

Nəfəs aldığımız havanın həcmcə təxminən 78%-i azotdur, amma bitkilər bu azotu birbaşa mənimsəyə bilmir — onlara ammonium və nitrat ionları lazımdır. Novşadır spirti, gübrədəki ammonium-nitrat, soyuducu qurğulardakı maye ammonyak — hamısı azotun birləşmələridir. DİM-in 2026-cı il imtahanlarında azot və ammonyaka aid üç tapşırıq var idi: HXO₃ və XH₃ formullarına görə elementin tapılması, N₂ + H₂ reaksiyasında artıq reagent və qaz qarışığının ν(t) qrafiki. Nitrat turşusu və fosfor ayrıca dərslərdə öyrənilir.

Azot: atom quruluşu və N₂ molekulu

Azot (N, Z = 7) VA qrupunun — azot yarımqrupunun (N, P, As, Sb, Bi) birinci elementidir: 1s²2s²2p³, xarici təbəqədə 5 elektron, onlardan 3-ü tək. Ali oksidinin formulu R₂O₅ (N₂O₅), hidrogenli birləşməsi RH₃ (NH₃), ali turşusu HRO₃ (HNO₃) tiplidir — DİM «HXO₃ və XH₃ birləşmələrində X hansı elementdir?» sualını məhz buna görə soruşur. Azot 2-ci dövrdədir və d-yarımsəviyyəsi yoxdur: onun ən yüksək valentliyi IV-dür (NH₄⁺ ionunda və HNO₃-də), ən yüksək oksidləşmə dərəcəsi isə +5.

Oksidləşmə dərəcəsi	Nümunələr	Redoks xassəsi
−3	NH₃, NH₄Cl, Mg₃N₂	yalnız reduksiyaedici
0	N₂	həm oksidləşdirici, həm reduksiyaedici
+1, +2, +3, +4	N₂O, NO, HNO₂, NaNO₂, NO₂	həm oksidləşdirici, həm reduksiyaedici
+5	N₂O₅, HNO₃, KNO₃	yalnız oksidləşdirici

N₂ molekulunda atomlar üçqat rabitə ilə birləşib: N≡N — bir σ- və iki π-rabitə, yəni rabitədə 3 ortaq elektron cütü, 6 elektron iştirak edir. Rabitə enerjisi çox böyükdür (946 kJ/mol), ona görə azot adi şəraitdə təsirsizdir. Azot rəngsiz, iysiz, havadan bir qədər yüngül (28 < 29), suda pis həll olan qazdır, −196 °C-də qaynayır. Sənayedə onu maye havanın fraksiyalı distillə edilməsi ilə, laboratoriyada ammonium-nitritin qızdırılması ilə alırlar: NH₄NO₂ → N₂↑ + 2H₂O.

Oksidləşdirici kimi (N⁰ → N⁻³): litiumla adi şəraitdə 6Li + N₂ → 2Li₃N, maqneziumla qızdırdıqda 3Mg + N₂ → Mg₃N₂, hidrogenlə katalizator və yüksək təzyiqdə N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. Nitridlər su ilə parçalanır: Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃↑.
Reduksiyaedici kimi (N⁰ → N⁺²): oksigenlə yalnız elektrik boşalmasında, təxminən 2000 °C-də reaksiyaya girir: N₂ + O₂ ⇌ 2NO — endotermik reaksiya. İldırım zamanı havada belə NO yaranır.
Azotun dövranı: ildırımda yaranan NO nitratlara çevrilir, paxlalı bitkilərin yumrucuq bakteriyaları N₂-ni birləşdirir, bitkilər azotu zülallara çevirir, çürümə və bakteriyalar onu NH₃ və N₂ şəklində qaytarır.

DİM üslubunda: azot haqqında ifadələr (kodlaşdırılan tapşırıq)

Azot üçün doğru ifadələri müəyyən edin.
1. N₂ molekulunda rabitə əmələ gətirən elektronların sayı 6-dır
2. N₂ molekulunda iki σ- və bir π-rabitə var
3. Azotun ən yüksək valentliyi V-dir
4. Litiumla adi şəraitdə reaksiyaya girir
5. Oksigenlə elektrik boşalmasında azot(II)-oksid əmələ gətirir

Həllini göstər

1 — doğru: N≡N, üç ortaq cüt = 6 elektron.
2 — səhv: üçqat rabitə bir σ + iki π-dir.
3 — səhv: 2-ci dövr elementinin d-orbitalı yoxdur, ən yüksək valentlik IV-dür (oksidləşmə dərəcəsi isə +5 ola bilir).
4 — doğru: 6Li + N₂ → 2Li₃N. 5 — doğru: N₂ + O₂ ⇌ 2NO.
Cavab: 1, 4, 5.

Ammonyak: alınması və quruluşu

Laboratoriyada ammonyakı ammonium duzu ilə sönmüş əhəngin bərk qarışığını qızdıraraq alırlar: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O. Ammonyak havadan yüngüldür (17 < 29), ona görə onu ağzı aşağı çevrilmiş qaba yığır, CaO və ya bərk NaOH ilə qurudurlar. Sənayedə onu Haber–Bosch üsulu ilə sintez edirlər: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ + 92 kJ. Reaksiya dönən, ekzotermikdir və qazın həcmi azalır (4 həcm → 2 həcm), ona görə Le-Şatelye prinsipinə görə yüksək təzyiq (15–30 MPa) tarazlığı ammonyaka tərəf yönəldir. Aşağı temperaturda sürət azalır, ona görə 450–500 °C və dəmir katalizatoru seçilir; NH₃ soyudulub maye halında ayrılır, reaksiyaya girməyən N₂ və H₂ isə geri qaytarılır (sirkulyasiya).

NH₃ molekulunda azot atomu sp³-hibrid haldadır: üç N–H σ-rabitəsi və bir bölünməmiş elektron cütü, molekul üçbucaqlı piramida formasındadır (bucaq ≈ 107°) və polyardır. Molekullar arasında hidrogen rabitələri olduğundan ammonyak asan mayeləşir (−33 °C) və soyuducu maddə kimi işlədilir. Ammonyak suda çox yaxşı həll olur — 20 °C-də 1 həcm suda təxminən 700 həcm («fəvvarə» təcrübəsi). Aptekdə satılan novşadır spirti ammonyakın 10%-li sulu məhluludur.

Δν = ν₁ − ν₂ = ν(NH₃) = 2 · ν(N₂)ᵣ = (2/3) · ν(H₂)ᵣΔν = ν₁ − ν₂ = ν(NH₃) = 2 · ν(N₂)ᵣ = (2/3) · ν(H₂)ᵣ

burada:

ν₁, ν₂reaksiyadan əvvəl və sonra qaz qarışığının ümumi miqdarı, mol (və ya həcmi, l)
ν(N₂)ᵣ, ν(H₂)ᵣreaksiyaya daxil olmuş azot və hidrogenin miqdarı, mol

N₂ + 3H₂ → 2NH₃: hər 4 mol qaz əvəzinə 2 mol qaz yaranır, deməli qarışığın azalması alınan ammonyakın miqdarına bərabərdir.

ν(t) qrafiki: azalma 100 − 80 = 20 mol — bu, alınan NH₃-ün miqdarıdır.

DİM üslubunda: qaz qarışığının ν(t) qrafiki

Qapalı qabda 25 mol N₂ və 75 mol H₂ var idi. Qrafikə görə t₁ anında qazların ümumi miqdarı 80 mol olub. t₁ anına qədər neçə mol H₂ reaksiyaya girib, qarışıqda ammonyakın mol payı (%) və azotun çevrilmə dərəcəsi (%) nə qədərdir?

Həllini göstər

Δν = 100 − 80 = 20 mol → ν(NH₃) = 20 mol, ν(N₂)ᵣ = 10 mol, ν(H₂)ᵣ = 1,5 · 20 = 30 mol.
t₁ anında: N₂ 25 − 10 = 15 mol, H₂ 75 − 30 = 45 mol, NH₃ 20 mol (cəmi 80 mol ✓).
NH₃-ün mol payı: 20 / 80 · 100% = 25%; azotun çevrilməsi: 10 / 25 · 100% = 40%.

ν₂ / ν₁ = p₂ / p₁ = M̄₁ / M̄₂ν₂ / ν₁ = p₂ / p₁ = M̄₁ / M̄₂

burada:

ν₁, ν₂reaksiyadan əvvəl və sonra qazların ümumi miqdarı, mol
p₁, p₂qapalı qabda təzyiq (V və T sabit olduqda)
M̄₁, M̄₂qarışığın orta molyar kütləsi, q/mol: M̄ = 2 · D(H₂)

Qazların kütləsi reaksiyada dəyişmir (m = ν · M̄ = const), ona görə miqdar azaldıqca orta molyar kütlə artır.

Hesablama: hidrogenə görə sıxlıq

N₂ və H₂ qarışığının hidrogenə görə sıxlığı 4,25-dir. Katalizator üzərindən keçirildikdən sonra alınan qarışığın hidrogenə görə sıxlığı 5 oldu. İlkin qarışıqda azotun həcm payını və ammonyakın çıxımını (%) hesablayın.

Həllini göstər

M̄₁ = 2 · 4,25 = 8,5. Azotun payı x: 28x + 2(1 − x) = 8,5 → 26x = 6,5 → x = 0,25 (25%), yəni N₂ : H₂ = 1 : 3.
M̄₂ = 2 · 5 = 10 → ν₂ / ν₁ = 8,5 / 10 = 0,85. 1 mol qarışıqdan: Δν = 0,15 mol = ν(NH₃).
Nəzəri: 0,25 mol N₂ → 0,5 mol NH₃ → η = 0,15 / 0,5 · 100% = 30%.

Ammonyakın kimyəvi xassələri

Ammonyakın iki «siması» var. Bölünməmiş elektron cütü hesabına o, H⁺ ionunu birləşdirir — əsas kimi davranır; azotun oksidləşmə dərəcəsi isə ən aşağıdır (−3), ona görə redoks reaksiyalarında ammonyak yalnız reduksiyaedicidir. NH₃ + H⁺ → NH₄⁺ reaksiyasında rabitə donor-akseptor mexanizmi ilə yaranır: azot öz elektron cütünü H⁺ ionunun boş orbitalına verir; NH₄⁺-da dörd N–H rabitəsi eynidir, azotun valentliyi IV-dür.

Su ilə: NH₃ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ — zəif əsas; məhlul fenolftaleini moruq rənginə, qırmızı lakmusu göy rəngə boyayır.
Turşularla ammonium duzları əmələ gətirir: NH₃ + HCl → NH₄Cl (ağ «tüstü»), 2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄, NH₃ + H₂SO₄ → NH₄HSO₄, NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃. Yüksək təzyiqdə karbon qazı ilə karbamid alınır: 2NH₃ + CO₂ → (NH₂)₂CO + H₂O.
Oksigenlə: katalizatorsuz yanır — 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O; platin katalizatoru üzərində (≈ 800 °C) katalitik oksidləşmə gedir — 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O. İkinci reaksiya nitrat turşusu istehsalının birinci mərhələsidir.
Digər oksidləşdiricilərlə: qızdırdıqda mis(II)-oksidi misə qədər reduksiya edir — 2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O; xlorla 2NH₃ + 3Cl₂ → N₂ + 6HCl.

DİM üslubunda: çevrilmələr sxemi

Sxemdə X, Y və Z maddələrini müəyyən edin.
Mg₃N₂ →(+H₂O) X →(+CuO, t) Y →(+Li) Z →(+H₂O) X
A) NH₃; NO; Li₃N
B) NH₃; N₂; Li₃N
C) N₂; NH₃; LiNO₃
D) NH₃; N₂; LiNH₂
E) HNO₃; NO; Li₃N

Həllini göstər

Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃↑ — X = NH₃.
2NH₃ + 3CuO → 3Cu + N₂ + 3H₂O — ammonyak reduksiyaedicidir, Y = N₂ (ammonyakdan NO yalnız Pt üzərində oksigenlə alınır).
6Li + N₂ → 2Li₃N — Z = Li₃N; Li₃N + 3H₂O → 3LiOH + NH₃↑ — yenə X.
Doğru cavab: B.

Ammonium duzları və NH₄⁺ ionunun təyini

Ammonium duzları ion quruluşlu kristal maddələrdir, suda yaxşı həll olur və tam dissosiasiya edir. Lakin onlar zəif əsasın duzlarıdır: məhlulları hidroliz nəticəsində turş mühit göstərir (bax: «Elektrolitik dissosiasiya, ion mübadiləsi reaksiyaları və duzların hidrolizi»). NH₄⁺ ionunun təyini: duza qələvi əlavə edib qızdırırlar — NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O, qısa ion tənliyi NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O. Ammonyak iyindən, nəm qırmızı lakmus kağızının göyərməsindən və qatı HCl-ə batırılmış şüşə çubuğun yanında ağ «tüstü» yaranmasından tanınır.

Duz	Qızdırdıqda	Reaksiyanın tipi
NH₄Cl	NH₄Cl ⇌ NH₃↑ + HCl↑	redoks deyil; qazlar qabın soyuq hissəsində yenidən NH₄Cl verir (sublimasiyaya bənzəyir)
(NH₄)₂CO₃	(NH₄)₂CO₃ → 2NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O	redoks deyil; qalıq qalmır
NH₄HCO₃	NH₄HCO₃ → NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O	redoks deyil; xəmiri qabardan maddə
NH₄NO₃	NH₄NO₃ → N₂O↑ + 2H₂O	daxili molekulyar redoks: N⁻³ → N⁺¹, N⁺⁵ → N⁺¹
NH₄NO₂	NH₄NO₂ → N₂↑ + 2H₂O	daxili molekulyar redoks: N⁻³ → N⁰, N⁺³ → N⁰

Ammonium duzlarının termiki parçalanması: anion oksidləşdirici deyilsə, NH₃ ayrılır; anion oksidləşdiricidirsə (NO₃⁻, NO₂⁻, Cr₂O₇²⁻), ammonium azotu oksidləşir.

Tətbiqi: NH₄Cl (novşadır) — lehimləmə və quru elementlər; NH₄NO₃ (ammonium şorası) və (NH₄)₂SO₄ — azot gübrələri (hesablamaları «Məişətdə və sənayedə kimya» dərsindədir); NH₄HCO₃ — xəmiri qabardan maddə.

DİM üslubunda: eyni kütlədə ammonium duzları (cədvəl)

Eyni kütlədə (m q) götürülmüş duzlar qələvinin artığı ilə qızdırıldı:
NH₄Cl — m q — V₁ l NH₃
(NH₄)₂SO₄ — m q — V₂ l NH₃
NH₄NO₃ — m q — V₃ l NH₃
V₁, V₂ və V₃ arasında doğru münasibəti müəyyən edin. Mr(NH₄Cl) = 53,5, Mr((NH₄)₂SO₄) = 132, Mr(NH₄NO₃) = 80
A) V₁ = V₂ = V₃ B) V₂ > V₁ > V₃ C) V₃ > V₂ > V₁ D) V₁ > V₂ > V₃ E) V₂ > V₃ > V₁

Həllini göstər

Hər NH₄⁺ ionu bir NH₃ verir: 1 q duzdan alınan NH₃ = (NH₄⁺ ionlarının sayı) / M.
NH₄Cl: 1 / 53,5 ≈ 0,0187; (NH₄)₂SO₄: 2 / 132 ≈ 0,0152; NH₄NO₃: 1 / 80 = 0,0125 (mol/q).
V₁ > V₂ > V₃ — doğru cavab: D.

Azot oksidləri

Oksid	N-in oksidləşmə dərəcəsi	Xassələri	Növü
N₂O	+1	rəngsiz, şirintəhər iyli qaz («şənləndirici qaz»), narkozda işlədilir, yanmanı saxlayır	duz əmələ gətirməyən
NO	+2	rəngsiz, suda az həll olur, havada dərhal oksidləşir: 2NO + O₂ → 2NO₂	duz əmələ gətirməyən
N₂O₃	+3	göy rəngli maye (aşağı temperaturda): N₂O₃ + H₂O → 2HNO₂	turşu oksidi
NO₂	+4	qonur, kəskin iyli, zəhərli qaz; soyuqda dimerləşir: 2NO₂ ⇌ N₂O₄ (rəngsiz)	su ilə iki turşu verir
N₂O₅	+5	rəngsiz kristallar: N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃	turşu oksidi

NO₂-də azot aralıq oksidləşmə dərəcəsindədir (+4), ona görə su və qələvilərlə disproporsionallaşır: 2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂; 2NO₂ + 2NaOH → NaNO₃ + NaNO₂ + H₂O; soda ilə 2NO₂ + Na₂CO₃ → NaNO₃ + NaNO₂ + CO₂↑. Oksigen iştirak etdikdə yalnız nitrat turşusu alınır: 4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃ — sənaye üsulunun son mərhələsi.

Hesablama: azot oksidləri

20 ml NO ilə 15 ml O₂ qarışdırıldı. Alınan qaz qarışığının həcmini (ml), NO₂-nin həcm payını (%) və qarışığın hidrogenə görə sıxlığını hesablayın (NO₂-nin dimerləşməsi nəzərə alınmır; həcmlər eyni şəraitdə ölçülüb). Mr(NO₂) = 46, Mr(O₂) = 32

Həllini göstər

2NO + O₂ → 2NO₂: 20 ml NO 10 ml O₂ sərf edir və 20 ml NO₂ verir; 15 − 10 = 5 ml O₂ artıq qalır.
V = 20 + 5 = 25 ml; φ(NO₂) = 20 / 25 · 100% = 80%.
M̄ = 0,8 · 46 + 0,2 · 32 = 43,2 q/mol → D(H₂) = 43,2 / 2 = 21,6.

İnteraktiv

Simulyasiya yüklənir…

Azotun oksidləşmə dərəcəsini tap: −3 — yalnız elektron verə bilər, +5 — yalnız qəbul edə bilər.

Əsas fikirlər

Azot (2s²2p³) −3-dən +5-ə qədər oksidləşmə dərəcələri göstərir, ən yüksək valentliyi IV-dür; N₂-də üçqat rabitə (1σ + 2π, 6 elektron) molekulu çox davamlı edir.
NH₃ laboratoriyada 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ qarışığından, sənayedə N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ + Q reaksiyası ilə (Fe, 450–500 °C, yüksək təzyiq, sirkulyasiya) alınır.
NH₃ həm əsasdır (H⁺ birləşdirib NH₄⁺ verir), həm də yalnız reduksiyaedicidir: katalizatorsuz yanıb N₂, Pt üzərində NO verir, CuO-nu misə qədər reduksiya edir.
Ammonium duzları qələvi ilə qızdırıldıqda NH₃ ayırır — NH₄⁺ ionunun təyini belədir; NH₄Cl parçalanıb yenidən birləşir, NH₄NO₃ → N₂O, NH₄NO₂ → N₂.
N₂O və NO duz əmələ gətirməyən, N₂O₃ və N₂O₅ turşu oksidləridir; NO₂ su və qələvi ilə disproporsionallaşır, oksigenlə birlikdə isə HNO₃ verir.
N₂ + 3H₂ → 2NH₃ üzrə hesablamada: qarışığın azalması alınan NH₃-ə bərabərdir, kütlə sabit olduğundan ν₂ / ν₁ = p₂ / p₁ = M̄₁ / M̄₂.

Özünü yoxla

12 sual. Hər düzgün cavab XP qazandırır.

1 / 12

N₂ molekulunda kimyəvi rabitənin əmələ gəlməsində neçə elektron iştirak edir?