N₂ – Nitơ

Cấu tạo

Phân tử N₂ có liên kết ba N≡N rất bền (năng lượng liên kết 946 kJ/mol) nên nitrogen khá trơ ở nhiệt độ thường, chỉ phản ứng ở nhiệt độ cao hoặc có xúc tác. Chiếm khoảng 78% thể tích không khí.

Tính chất hoá học

Trơ ở nhiệt độ thường; ở nhiệt độ cao vừa có tính oxi hoá (chủ yếu) vừa có tính khử.

• Tính oxi hoá — với hydrogen: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (400–500 °C, 200–300 atm, xúc tác Fe).
• Tính oxi hoá — với kim loại hoạt động: 3Mg + N₂ → Mg₃N₂ (t°); 6Li + N₂ → 2Li₃N (nhiệt độ thường).
• Tính khử — với oxygen: N₂ + O₂ ⇌ 2NO (3000 °C hoặc tia lửa điện); NO sinh ra hoá nâu ngay trong không khí: 2NO + O₂ → 2NO₂.

Điều chế

Công nghiệp: chưng cất phân đoạn không khí lỏng (N₂ sôi ở −196 °C, tách trước O₂). Phòng thí nghiệm: đun nóng dung dịch muối ammonium nitrite: NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O (t°), hoặc NH₄Cl + NaNO₂ → NaCl + N₂ + 2H₂O (t°).

Ứng dụng

Tổng hợp ammonia (sản xuất phân đạm, HNO₃); môi trường trơ trong luyện kim, bảo quản thực phẩm, bơm lốp máy bay; nitrogen lỏng để bảo quản mẫu sinh học, làm lạnh sâu.

Nhận biết

Khí không màu, không duy trì sự cháy (que đóm đang cháy tắt), không làm đục nước vôi trong (phân biệt với CO₂), không mùi (phân biệt với NH₃, SO₂).

Phản ứng tiêu biểu

• Tổng hợp NH₃ từ N₂ và H₂N₂ + 3H₂ → 2NH₃
• NH₃ khử CuO khi đun nóng2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3Cu + 3H₂O
• Al tác dụng với HNO₃ rất loãng tạo N₂10Al + 36HNO₃ → 10Al(NO₃)₃ + 3N₂ + 18H₂O
• Đốt NH₃ trong oxygen không xúc tác4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O
• Nitrogen tác dụng với oxygenN₂ + O₂ → 2NO
• Nitrogen tác dụng với magnesiumN₂ + 3Mg → Mg₃N₂
• Nitrogen tác dụng với lithiumN₂ + 6Li → 2Li₃N
• NH₃ tác dụng với Cl₂2NH₃ + 3Cl₂ → N₂ + 6HCl
• NH₃ dư tác dụng với Cl₂8NH₃ + 3Cl₂ → N₂ + 6NH₄Cl
• Mg tác dụng với HNO₃ rất loãng tạo N₂5Mg + 12HNO₃ → 5Mg(NO₃)₂ + N₂ + 6H₂O

Cùng nhóm đơn chất

• O₂ – oxi
• H₂ – hiđro
• Cl₂ – clo
• Fe – sắt
• Br₂ – brom
• Cu – đồng
• S – lưu huỳnh
• Al – nhôm