Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Nitrogen and sulfur · ⁨النيتروجين والكبريت⁩

A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩ · Topic 12 · ⁨الموضوع 12⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
7:40

النيتروجين والكبريت

خذ نفسًا. ما يقارب أربعة أخماس ما دخل رئتيّ للتو كان نيتروجين — وعاد للخارج مباشرة دون أي تغيير. النيتروجين هو…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

12.1

Why nitrogen is unreactive · ⁨لماذا النيتروجين غير متفاعل⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
  1. explain the lack of reactivity of nitrogen, with reference to triple bond strength and lack of polarity
  2. describe and explain: (a) the basicity of ammonia, using the Brønsted–Lowry theory (b) the structure of the ammonium ion and its formation by an acid–base reaction (c) the displacement of ammonia from ammonium salts by an acid–base reaction
  3. state and explain the natural and man-made occurrences of oxides of nitrogen and their catalytic removal from the exhaust gases of internal combustion engines
  4. understand that atmospheric oxides of nitrogen ($\text{NO}$ and $\text{NO}_2$) can react with unburned hydrocarbons to form peroxyacetyl nitrate, PAN, which is a component of photochemical smog
  5. describe the role of $\text{NO}$ and $\text{NO}_2$ in the formation of acid rain both directly and in their catalytic role in the oxidation of atmospheric sulfur dioxide
العربية
  1. تعريف مصطلح الهيدروكربون بأنه مركب يتكون فقط من ذرات C و H
  2. فهم أن الألكانات هي هيدروكربونات بسيطة لا تحتوي على مجموعة وظيفية
  3. نص وشرح الظواهر الطبيعية والبشرية لأكاسيد النيتروجين وإزالتها التحفيزية من غازات العادم لمحرك الاحتراق الداخلي
  4. فهم أن أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي ($\text{NO}$ و$\text{NO}_2$) يمكن أن تتفاعل مع الهيدروكربونات غير المحترقة لتكوين بيروسي أسيتيل نترات، PAN، وهو مكون من مكونات الدخان الكيميائي الضوئي
  5. وصف دور $\text{NO}$ و$\text{NO}_2$ في تكوين المطر الحمضي بشكل مباشر وفي دورها التحفيزي في أكسدة ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Nitrogen gas, $\text{N}_2$, makes up most of the air but reacts with very little. There are two reasons:

  • the two nitrogen atoms are joined by a triple bond 三键, which has a very high bond energy 键能. A lot of energy is needed to break it.
  • the molecule has no polarity 极性 — it is perfectly symmetrical, so nothing pulls other molecules towards it.
العربية

غاز النيتروجين، $\text{N}_2$، يشكل معظم الهواء لكنه يتفاعل مع القليل منه. هناك سببان:

  • ذرتا النيتروجين مترابطتان بـ رابطة ثلاثية، لها طاقة رابطة عالية جداً. يتطلب كسرها الكثير من الطاقة.
  • الجزيء ليس له قطبية - فهو متماثل تماماً، لذا لا يوجد ما يسحب جزيئات أخرى نحوه.
ذرتا نيتروجين مترابطتان برابطة ثلاثية، كل منهما يحتوي على زوج حر، مسمى كرابطة قوية وجزيء متماثل وغير قطبي
النيتروجين غير متفاعل لسببين: رابطة ثلاثية قوية جداً، وجزيء متماثل وغير قطبي
Explore · ⁨استكشف⁩

The shape of ammonia · ⁨شكل الأمونيا⁩

Ammonia has three bonding pairs and one lone pair — the lone pair pushes the bonds down into a pyramidal shape (about 107°). · ⁨تحتوي الأمونيا على ثلاث أزواج ترابط وزوج حر — يدفع الزوج الحر الروابط للأسفل ليأخذ شكل هرمي (حوالي 107°).⁩

12.1

Ammonia and the ammonium ion · ⁨الأمونيا وأيون الأمونيوم⁩

English

Basicity of ammonia

The basicity 碱性 of ammonia (its ability to act as a base) comes from the lone pair 孤对电子 of electrons on the nitrogen atom. Using the Brønsted–Lowry theory, ammonia is a base because this lone pair can accept a proton 质子 ($\text{H}^+$):

$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$

The ammonium ion

When the lone pair forms a bond to $\text{H}^+$, it makes the ammonium ion 铵离子, $\text{NH}_4^+$. Because both shared electrons came from the nitrogen, this new bond is a coordinate bond 配位键. The ion has four identical N–H bonds and a tetrahedral shape.

Displacement of ammonia from its salts

If you warm an ammonium salt with a base (such as sodium hydroxide), you push out ammonia gas. This is an acid–base displacement 置换:

$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

The sharp smell of ammonia, and damp red litmus turning blue, is a test for an ammonium salt.

العربية
معقد كيميائي صناعي كبير
تُحول الأمونيا إلى أسمدة نيتروجينية في المصانع الصناعية على نطاق ضخم.

قاعدية الأمونيا

القاعدية للأمونيا (قدرتها على العمل كقاعدة) تأتي من الزوج الحر من الإلكترونات على ذرة النيتروجين. باستخدام نظرية برونستيد-لووري، الأمونيا قاعدة لأن هذا الزوج الحر يمكنه قبول بروتون ($\text{H}^+$):

$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$
أمونيا تحتوي على زوج حر على نيتروجينها يقبل أيون هيدروجين لتكوين أيون أمونيوم رباعي الأوجه
تعمل الأمونيا كقاعدة لأن الزوج الحر على نيتروجينها يقبل بروتوناً، مما يكون أيون الأمونيوم

أيون الأمونيوم

عندما يشكل الزوج الحر رابطة مع $\text{H}^+$، فإنه يكون أيون الأمونيوم، $\text{NH}_4^+$. بما أن كلا الإلكترونات المشتركة جاءت من النيتروجين، فهذه الرابطة الجديدة هي رابطة إحداثية. الأيون لديه أربع روابط N–H متطابقة وشكل رباعي الأوجه.

إزاحة الأمونيا من أملاحها

إذا قمت بتسخين ملح أمونيوم مع قاعدة (مثل هيدروكسيد الصوديوم)، فإنك تطرد غاز الأمونيا. هذا إزاحة حمض-قاعدة:

$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

الرائحة الحادة للأمونيا، وتحويل ورق عباد الشمس الأحمر الرطب إلى الأزرق، هو اختبار لملح الأمونيوم.

12.1

Oxides of nitrogen and air pollution · ⁨أكاسيد النيتروجين وتلوث الهواء⁩

English

Where they come from

Oxides of nitrogen ($\text{NO}$ and $\text{NO}_2$, together called $\text{NO}_x$) come from two sources:

  • natural: lightning gives enough energy for nitrogen and oxygen in the air to combine.
  • man-made: the high temperature inside an internal combustion engine 内燃机 makes nitrogen and oxygen react:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$

Removing them from car exhaust

A catalytic converter 催化转化器 cleans the exhaust gases 尾气. It lets the harmful gases react together to form harmless ones:

$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$

Photochemical smog

In sunlight, $\text{NO}$ and $\text{NO}_2$ react with unburned hydrocarbons to form peroxyacetyl nitrate (PAN). PAN is a harmful part of photochemical smog 光化学烟雾, the brown haze seen over busy cities.

Acid rain

The oxides of nitrogen also help make acid rain 酸雨 in two ways:

  • directly: $\text{NO}_2$ dissolves in rain to form nitric acid.
  • as a catalyst: $\text{NO}_2$ speeds up the oxidation of atmospheric sulfur dioxide 二氧化硫 ($\text{SO}_2$) into $\text{SO}_3$, which then forms sulfuric acid in the rain.

Worked example. A white solid is warmed with aqueous $\text{NaOH}$, and a gas is released that turns damp red litmus blue. Identify the gas and the ion in the solid, and explain the reaction. The only common gas that turns damp red litmus blue is ammonia, $\text{NH}_3$, so the solid contains the ammonium ion, $\text{NH}_4^{+}$. The hydroxide ion is the stronger base, so it takes the proton back from the ammonium ion:

$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

This is the standard test for $\text{NH}_4^{+}$. Always say the litmus is damp: the ammonia must dissolve in the water before it can show its basicity, so dry litmus would give no colour change at all.

العربية

مصدرها

أكاسيد النيتروجين ($\text{NO}$ و $\text{NO}_2$، تُعرف مجتمعة باسم $\text{NO}_x$) تأتي من مصدرين:

  • طبيعي: البرق يوفر طاقة كافية لنيتروجين وأكسجين الهواء للتحدث.
  • بشري: درجة الحرارة العالية داخل محرك الاحتراق الداخلي تجعل النيتروجين والأكسجين يتفاعلان:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$

إزالتها من عادم السيارات

المحول الحفاز ينقي غازات العادم. يسمح للغازات الضارة بالتفاعل معاً لتكوين غازات غير ضارة:

$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$
غازات NO و CO الضارة تمر عبر كتلة محفز وتخرج كنيتروجين وكربون ثاني أكسيد غير ضارة
في المحول الحفاز، تتفاعل الغازات الضارة NO و CO فوق المحفز لتكوين N$_2$ و CO$_2$ غير ضارة

الدخان الضوئي

في ضوء الشمس، $\text{NO}$ و $\text{NO}_2$ يتفاعلان مع الهيدروكربونات غير المحترقة لتكوين بيروكسي أسيتيل نترات (PAN). PAN هو جزء ضار من الدخان الضوئي، الضباب البني المرئي فوق المدن المزدحمة.

لقطة جوية لمدينة كبيرة بطبقة مميزة من الضباب البني الرمادي تستقر فوق المباني تحت سماء زرقاء صافية أعلاه
الدخان الضوئي فوق مدينة كبيرة. الطبقة البنية محتجزة منخفضة، تماماً حيث انبعاثات المرور - sunlight turns those nitrogen oxides and unburned hydrocarbons into the haze you can see

الأمطار الحمضية

أكاسيد النيتروجين تساعد أيضاً في تكوين الأمطار الحمضية بطريقتين:

  • مباشرة: $\text{NO}_2$ يذوب في المطر لتكوين حمض النتريك.
  • كعامل حفاز: $\text{NO}_2$ يسرع أكسدة ثاني أكسيد الكبريت الجوي ($\text{SO}_2$) إلى $\text{SO}_3$، والذي يتكون بدوره حمض الكبريتيك في المطر.
مخطط تدفق: NO2 يُكوّن حمض النتريك و SO2 يُكوّن حمض الكبريتيك، مع催化 NO2 لمسار الكبريت، كلاهما يؤدي إلى الأمطار الحمضية
أكاسيد النيتروجين والكبريت تصنع الأمطار الحمضية: NO$_2$ يُكوّن حمض النتريك مباشرة ويحفز أيضاً أكسدة SO$_2$ إلى حمض الكبريتيك

مثال محلول. يُسخّن صلب أبيض مع $\text{NaOH}$ مائي، ويتصاعد غاز يحوّل ورقة ليتmus حمراء رطبة إلى اللون الأزرق. حدد الغاز والأيون في الصلب، واشرح التفاعل. الغاز الشائع الوحيد الذي يحوّل ورقة ليتmus حمراء رطبة إلى أزرق هو الأمونيا، $\text{NH}_3$، لذا يحتوي الصلب على أيون الأمونيوم، $\text{NH}_4^{+}$. أيون الهيدروكسيد قاعدة أقوى، لذا يستعيد البروتون من أيون الأمونيوم:

$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

هذا هو الاختبار القياسي لـ $\text{NH}_4^{+}$. يجب دائماً أن تقول إن ورقة الليتmus رطبة: إذ يجب أن تذوب الأمونيا في الماء قبل أن تُظهر قاعدتها، لذا لن تُعطي ورقة ليتmus جافة أي تغير في اللون على الإطلاق.

Explore · ⁨استكشف⁩

NOx pollution route · ⁨مسار تلوث NOx⁩

Trace nitrogen oxides from hot engines to environmental harm. · ⁨آثار أكاسيد النيتروجين من المحركات الساخنة إلى الضرر البيئي.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
triple bond/ˈtrɪpl bɒnd/ الرابطة الثلاثية
bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ طاقة الرابطة
polarity/pəʊˈlærɪti/ القطبية
basicity/beɪˈsɪsɪti/ القاعدية
lone pair/ləʊn peə/ زوج من الإلكترونات الحرة
proton/ˈprəʊtɒn/ بروتون
ammonium ion/æˈməʊnɪəm ˈaɪɒn/ أيون الأمونيوم
coordinate bond/kəʊˈɔːdɪnət bɒnd/ الرابطة التناسقية
displacement/dɪˈspleɪsmənt/ إزاحة
internal combustion engine/ɪnˈtɜːnl kəmˈbʌstʃn ˈendʒɪn/ محرك الاحتراق الداخلي
catalytic converter/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtə/ محول حفازي
exhaust gases/eɡˈzɔːst ˈɡæsɪz/ غازات العادم
photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/ الدخان الضوئي الكيميائي
acid rain/ˈæsɪd reɪn/ الأمطار الحمضية
sulfur dioxide/ˈsʌlfɜː daɪˈɒksaɪd/ ثاني أكسيد الكبريت
12.1

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • $\text{N}_2$ is unreactive because of its strong triple bond (very high bond energy) — state this exactly.
  • Ammonia is a base and a ligand because of its lone pair; the ammonium ion forms by a dative bond.
  • Explain how oxides of nitrogen form (high temperature in engines) and their link to acid rain and photochemical smog.
  • Give balanced equations and correct observations for reactions of ammonia and the ammonium ion.
العربية
  • $\text{N}_2$ غير متفاعلة بسبب رابطة ثلاثية قوية (طاقة ربط عالية جداً) — وضح ذلك تماماً.
  • الأمونيا قاعدة وليغاند بسبب زوج الإلكترونات الحر؛ يتكون أيون الأمونيوم عبر رابطة تناسقية.
  • اشرح كيفية تكون أكاسيد النيتروجين (في درجات حرارة عالية في المحركات) وعلاقتها بالأمطار الحمضية والدخان الضوئي.
  • قدم معادلات موزونة وملاحظات صحيحة لتفاعلات الأمونيا وأيون الأمونيوم.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP