Carl Scheele, seorang ahli kimia Swedia, dan Daniel Rutherford, seorang ahli botani Skotlandia, menemukan nitrogen secara terpisah pada tahun 1772. Pendeta Cavendish dan Lavoisier juga secara independen memperoleh nitrogen pada waktu yang hampir bersamaan. Nitrogen pertama kali dikenali sebagai suatu unsur oleh Lavoisier, yang menamakannya “azo”, yang berarti “benda mati”. Chaptal menamai unsur nitrogen pada tahun 1790. Nama ini berasal dari kata Yunani “nitre” (nitrat yang mengandung nitrogen dalam nitrat)
Produsen Produksi Nitrogen - Pabrik & Pemasok Produksi Nitrogen Cina (xinfatools.com)
Sumber Nitrogen
Nitrogen adalah unsur paling melimpah ke-30 di Bumi. Mengingat nitrogen menyumbang 4/5 volume atmosfer, atau lebih dari 78%, kita memiliki jumlah nitrogen yang hampir tidak terbatas yang tersedia bagi kita. Nitrogen juga ada dalam bentuk nitrat dalam berbagai mineral, seperti sendawa Chili (natrium nitrat), sendawa atau nitre (kalium nitrat), dan mineral yang mengandung garam amonium. Nitrogen terdapat dalam banyak molekul organik kompleks, termasuk protein dan asam amino yang terdapat pada semua organisme hidup
Sifat fisik
Nitrogen N2 adalah gas yang tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau pada suhu kamar, dan biasanya tidak beracun. Kepadatan gas dalam kondisi standar adalah 1,25g/L. Nitrogen menyumbang 78,12% dari total atmosfer (fraksi volume) dan merupakan komponen utama udara. Ada sekitar 400 triliun ton gas di atmosfer.
Di bawah tekanan atmosfer standar, ketika didinginkan hingga -195,8℃, ia menjadi cairan tidak berwarna. Ketika didinginkan hingga -209,86℃, nitrogen cair menjadi padat seperti salju.
Nitrogen tidak mudah terbakar dan dianggap sebagai gas yang menyebabkan sesak napas (yaitu, menghirup nitrogen murni akan menghilangkan oksigen dalam tubuh manusia). Nitrogen memiliki kelarutan yang sangat rendah dalam air. Pada suhu 283K, satu volume air dapat melarutkan sekitar 0,02 volume N2.
Sifat kimia
Nitrogen memiliki sifat kimia yang sangat stabil. Sulit untuk bereaksi dengan zat lain pada suhu kamar, namun dapat mengalami perubahan kimia dengan zat tertentu pada suhu tinggi dan kondisi energi tinggi, serta dapat digunakan untuk menghasilkan zat baru yang berguna bagi manusia.
Rumus orbital molekul molekul nitrogen adalah KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. Tiga pasang elektron berkontribusi pada ikatan, yaitu terbentuk dua ikatan π dan satu ikatan σ. Tidak ada kontribusi terhadap ikatan, dan energi ikatan dan anti-ikatan kira-kira seimbang, dan keduanya setara dengan pasangan elektron bebas. Karena terdapat ikatan rangkap tiga N≡N pada molekul N2, molekul N2 memiliki stabilitas yang tinggi, dan dibutuhkan energi 941,69 kJ/mol untuk menguraikannya menjadi atom. Molekul N2 adalah molekul diatomik yang paling stabil yang diketahui, dan massa molekul relatif nitrogen adalah 28. Selain itu, nitrogen tidak mudah terbakar dan tidak mendukung pembakaran.
Metode pengujian
Masukkan batangan Mg yang terbakar ke dalam botol pengumpul gas yang berisi nitrogen, dan batangan Mg tersebut akan terus terbakar. Ekstrak sisa abu (bubuk Mg3N2 agak kuning), tambahkan sedikit air, dan menghasilkan gas (amoniak) yang mengubah kertas lakmus merah basah menjadi biru. Persamaan reaksi: 3Mg + N2 = penyalaan = Mg3N2 (magnesium nitrida); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3↑
Karakteristik ikatan dan struktur ikatan valensi nitrogen
Karena zat tunggal N2 sangat stabil dalam kondisi normal, orang sering salah mengira bahwa nitrogen adalah unsur kimia yang tidak aktif. Padahal, unsur nitrogen justru memiliki aktivitas kimia yang tinggi. Keelektronegatifan N (3,04) berada di urutan kedua setelah F dan O, yang menunjukkan bahwa ia dapat membentuk ikatan kuat dengan unsur lain. Selain itu, kestabilan molekul zat tunggal N2 hanya menunjukkan aktivitas atom N. Permasalahannya, masyarakat belum menemukan kondisi optimal untuk mengaktifkan molekul N2 pada suhu dan tekanan ruangan. Namun di alam, beberapa bakteri pada bintil tanaman dapat mengubah N2 di udara menjadi senyawa nitrogen dalam kondisi energi rendah pada suhu dan tekanan normal, dan menggunakannya sebagai pupuk untuk pertumbuhan tanaman.
Oleh karena itu, studi tentang fiksasi nitrogen selalu menjadi topik penelitian ilmiah yang penting. Oleh karena itu, penting bagi kita untuk memahami karakteristik ikatan dan struktur ikatan valensi nitrogen secara detail.
Jenis obligasi
Struktur lapisan elektron valensi atom N adalah 2s2p3, yaitu terdapat 3 elektron tunggal dan sepasang pasangan elektron bebas. Berdasarkan hal ini, ketika membentuk senyawa, tiga jenis ikatan berikut dapat dihasilkan:
1. Membentuk ikatan ion 2. Membentuk ikatan kovalen 3. Membentuk ikatan koordinasi
1. Membentuk ikatan ion
Atom N memiliki keelektronegatifan yang tinggi (3,04). Ketika mereka membentuk nitrida biner dengan logam dengan elektronegativitas lebih rendah, seperti Li (elektronegatifitas 0,98), Ca (elektronegatifitas 1,00), dan Mg (elektronegatifitas 1,31), mereka dapat memperoleh 3 elektron dan membentuk ion N3-. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =menyala= Mg3N2 N3- ion mempunyai muatan negatif lebih tinggi dan radius lebih besar (171pm). Mereka akan terhidrolisis kuat ketika bertemu dengan molekul air. Oleh karena itu, senyawa ionik hanya dapat ada dalam keadaan kering, dan tidak akan ada ion N3- yang terhidrasi.
2. Pembentukan ikatan kovalen
Ketika atom N membentuk senyawa dengan nonlogam yang mempunyai keelektronegatifan lebih tinggi, maka terbentuklah ikatan kovalen berikut:
⑴N atom mengambil keadaan hibridisasi sp3, membentuk tiga ikatan kovalen, mempertahankan sepasang pasangan elektron bebas, dan konfigurasi molekulnya adalah piramida trigonal, seperti NH3, NF3, NCl3, dll. Jika empat ikatan tunggal kovalen terbentuk, konfigurasi molekulnya adalah tetrahedron biasa, seperti ion NH4+.
⑵N atom mengambil keadaan hibridisasi sp2, membentuk dua ikatan kovalen dan satu ikatan, dan mempertahankan sepasang pasangan elektron bebas, dan konfigurasi molekulnya bersudut, seperti Cl—N=O. (Atom N membentuk ikatan σ dan ikatan π dengan atom Cl, dan sepasang pasangan elektron bebas pada atom N membuat molekul berbentuk segitiga.) Jika tidak ada pasangan elektron bebas, konfigurasi molekulnya berbentuk segitiga, seperti molekul HNO3 atau NO3- ion. Dalam molekul asam nitrat, atom N membentuk tiga ikatan σ dengan masing-masing tiga atom O, dan sepasang elektron pada orbital π dan elektron π tunggal dari dua atom O membentuk ikatan π terdelokalisasi tiga pusat, empat elektron. Dalam ion nitrat, ikatan π besar terdelokalisasi empat pusat dengan enam elektron terbentuk antara tiga atom O dan atom N pusat. Struktur ini membuat bilangan oksidasi atom N dalam asam nitrat menjadi +5. Karena adanya ikatan π yang besar, nitrat cukup stabil dalam kondisi normal. ⑶N atom mengadopsi hibridisasi sp untuk membentuk ikatan rangkap tiga kovalen dan mempertahankan sepasang pasangan elektron bebas. Konfigurasi molekulnya linier, seperti struktur atom N pada molekul N2 dan CN-.
3. Terbentuknya ikatan koordinasi
Ketika atom nitrogen membentuk zat atau senyawa sederhana, mereka sering kali mempertahankan pasangan elektron bebas, sehingga zat atau senyawa sederhana tersebut dapat bertindak sebagai donor pasangan elektron untuk berkoordinasi dengan ion logam. Misalnya, [Cu(NH3)4]2+ atau [Tu(NH2)5]7, dan seterusnya.
Diagram energi bebas keadaan oksidasi-Gibbs
Dapat juga dilihat dari diagram bilangan oksidasi-energi bebas Gibbs nitrogen, kecuali ion NH4, molekul N2 dengan bilangan oksidasi 0 berada pada titik terendah kurva pada diagram, yang menunjukkan bahwa N2 secara termodinamika stabil relatif terhadap senyawa nitrogen dengan bilangan oksidasi lainnya.
Nilai berbagai senyawa nitrogen dengan bilangan oksidasi antara 0 dan +5 semuanya berada di atas garis yang menghubungkan dua titik HNO3 dan N2 (garis putus-putus pada diagram), sehingga senyawa tersebut tidak stabil secara termodinamika dan rentan terhadap reaksi disproporsionasi. Satu-satunya pada diagram yang nilainya lebih rendah dari molekul N2 adalah ion NH4+. [1] Dari diagram bilangan oksidasi-energi bebas Gibbs nitrogen dan struktur molekul N2, terlihat bahwa unsur N2 tidak aktif. Hanya pada suhu tinggi, tekanan tinggi, dan adanya katalis, nitrogen dapat bereaksi dengan hidrogen membentuk amonia: Pada kondisi pelepasan, nitrogen dapat bergabung dengan oksigen membentuk oksida nitrat: N2+O2=pelepasan=2NO Nitrogen oksida dengan cepat bergabung dengan oksigen menjadi membentuk nitrogen dioksida 2NO+O2=2NO2 Nitrogen dioksida larut dalam air membentuk asam nitrat, oksida nitrat 3NO2+H2O=2HNO3+NO Di negara-negara dengan pembangkit listrik tenaga air yang maju, reaksi ini telah digunakan untuk menghasilkan asam nitrat. N2 bereaksi dengan hidrogen menghasilkan amonia: N2+3H2=== (tanda reversibel) 2NH3 N2 bereaksi dengan logam dengan potensial ionisasi rendah dan nitridanya memiliki energi kisi yang tinggi untuk membentuk nitrida ionik. Contoh: N2 dapat bereaksi langsung dengan logam litium pada suhu kamar: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 bereaksi dengan logam alkali tanah Mg, Ca, Sr, Ba pada suhu pijar: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 dapat hanya bereaksi dengan boron dan aluminium pada suhu pijar: 2 B + N2=== 2 BN (senyawa makromolekul) N2 umumnya bereaksi dengan silikon dan unsur golongan lain pada suhu lebih tinggi dari 1473K.
Molekul nitrogen menyumbangkan tiga pasang elektron untuk berikatan, yaitu membentuk dua ikatan π dan satu ikatan σ. Ia tidak berkontribusi pada ikatan, dan energi ikatan dan anti-ikatan kira-kira diimbangi, dan keduanya setara dengan pasangan elektron bebas. Karena terdapat ikatan rangkap tiga N≡N pada molekul N2, maka molekul N2 memiliki kestabilan yang tinggi, dan dibutuhkan energi sebesar 941,69kJ/mol untuk menguraikannya menjadi atom. Molekul N2 adalah molekul diatomik yang paling stabil yang diketahui, dan massa molekul relatif nitrogen adalah 28. Selain itu, nitrogen tidak mudah terbakar dan tidak mendukung pembakaran.
Waktu posting: 23 Juli-2024
