קחו נשימה. כמער רבע מחומרים שנכנסו לריאותיכם עכשיו היו חנקן — והוא יצא החוצה ישירות, ללא שינוי. חנקן הוא…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון
12.1
Why nitrogen is unreactive · מדוע חנקן לא תגובתי
Syllabus · סיילבוס
English
explain the lack of reactivity of nitrogen, with reference to triple bond strength and lack of polarity
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
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
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
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
עברית
הסבר לחוסר התגובתיות של חנקן, בהתייחס לעוצמת קשר משולש ולעדר הקוטביות
תאר והסבר: (א) ה-בסיסיות של האמוניה, באמצעות תורת ברונסטד-לוארי; (ב) מבנה יון האמोनיום ויוצרו בתגובה חומצה-בסיס; (ג) החלפת האמוניה ממילי אמוניום על ידי תגובה חומצה-בסיס
ציין והסבר את ההופעה הטבעית והאנושית של תחמוצות חנקן ואת הסרתן הקטליטית מגזי פליטה של מנועי בעירה פנימית
הבן שתחמוצות חנקן אטמוספריות ($\text{NO}$ ו$\text{NO}_2$) יכולות להגיב עם מיצרים לא שרויים כדי ליצור פרוקסיאצטייל ניטרט, PAN, שהוא רכיב ב-ערפל פוטוכימי, photochemical smog
תאר את התפקיד של $\text{NO}$ ו$\text{NO}_2$ ב formation of acid rain גם ישירות וגם בתפקיד הקטליטי שלהם בחמצון סולפדיאוקסיד אטמוספי
Source: Cambridge International syllabus · מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'
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.
עברית
גז חנקן, $\text{N}_2$, מרכיב את רוב האוויר אך מגיב עם מעט מאוד. ישנם שני סיבות:
שני אטומי החנקן מחוברים באמצעות קשר משולש, בעל אנרגיית קשר גבוהה מאוד. נדרשת הרבה אנרגיה כדי לשבור אותו.
למולקולה אין קוטביות - היא סימטרית לחלוטין, ולכן אין דבר שמושך מולקולות אחרות לעברה.
חנקן אינו תגובתי בשל שתי סיבות: קשר משולש חזק מאוד, ומולקולה סימטרית ואי-קוטבית
Explore · חקור
The shape of ammonia · צורת האמוניה
Ammonia has three bonding pairs and one lone pair — the lone pair pushes the bonds down into a pyramidal shape (about 107°). · לאמוניה יש שלושה זוגות קשר וזוג אלקטרונים בלתי-קושר — הזוג הבלתי-קושר דוחף את הקשרים למטה לצורה פירמידתית (כ-107°).
12.1
Ammonia and the ammonium ion · אמونيا ויון האמוניום
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 ($\text{H}^+$):
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:
הבסיסיות של האמוניה (יכולתה לפעול כבסיס) נובעת מהזוג אלקטרונים בלתי משתתף על אטום החנקן. לפי התאוריה של ברונסטד-לאורי, האמוניה היא בסיס מכיוון שזוג זה יכול לקבל פרוטון ($\text{H}^+$):
האמוניה פועלת כבסיס כי הזוג הבלתי משתתף על החנקן שלה מקבל פרוטון, ובכך נוצר יון האמוניום
יון האמוניום
כשזוג האלקטרונים הבלתי משתתף יוצר קשר ל$\text{H}^+$, הוא יוצר את יון האמוניום, $\text{NH}_4^+$. מכיוון ששני האלקטרונים בשיתוף הגיעו מחנקן, קשר זה הוא קשר קואורדינטיבי. ליון יש ארבעה קשרים N–H זהים ומבנה טטרהדרלי.
הסחת האמוניה ממלחיה
אם מחממים מלח אמוניום עם בסיס (כגון נתרן הידרוקסיד), מתפלטת גז אמוניה. זוהי הסחה חומצה-בסיס:
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:
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.
עברית
מאין הן מגיעות
חומצות חנקן ($\text{NO}$ ו$\text{NO}_2$, הנקראות יחד $\text{NO}_x$) מגיעות משני מקורות:
טבעי: הבזק מספק מספיק אנרגיה כדי שהחנקן וחמצן באוויר יתאחדו.
מלאכותי: הטמפרטורה הגבוהה בתוך מנוע בעירה פנימי גורמת לחנקן ולחמצן להגיב:
בממיר הקItems, הגזים הרעים NO ו-CO מגיבים מעל פני הממיר ויוצרים N$_2$ ו-CO$_2$ חסרי סיכון
ערפל פוטוכימי
באור שמש, $\text{NO}$ ו$\text{NO}_2$ מגיבים עם הידרוקربונים לא-שרפים ליצירת פרואציל ניטראט (PAN). PAN הוא חלק מזיק בסמוג פוטוכימי, הערפל החום הנראה מעל ערים עמוסות.
*סמוג פוטוכימי מעל עיר גדולה. השכבה החומה כלואה נמוך, בדיו במקום שבו זיהומי רכב — אור שמש ממיר את תחמוצי הניטרוגן וההידרופרבונים הא-שרפים לערפל שרואים.
גשם חומצי
תחמוצי הניטרוגן תורמים גם ליצירת גשם חומצי בשתי דרכים:
כקטליזטור: $\text{NO}_2$ מאיץ את חמצון סולפיט דו-חמצני באטמוספרה ($\text{SO}_2$) ל$\text{SO}_3$, שנשאר אחר כך חומצה סולפורית בגשם.
*תחמוצי ניטרוגן וסולף יוצרים גשם חומצי: NO$_2$ יוצר חומצה ניטרית ישירות וגם מקטליז את חמצון SO$_2$ לחומצה סולפורית.
דוגמה מודגמת. מוצק לבן מחומם עם $\text{NaOH}$ מימי, ושחרר גז שמעלה נייר ליטמוס אדום לח למעלה. זיהוי הגז והיון במוצק, והסבר התגובה. הגז היחיד הנפוץ שמעלה נייר ליטמוס אדום לח למעלה הוא אמוניה, $\text{NH}_3$, ולכן המוצק מכיל את יון האמוניום, $\text{NH}_4^{+}$. היון ההידרוקסידי הוא בסיס חזק יותר, ולכן הוא לוקח את הפרוטון חזרה מיון האמוניום:
זהו המבחן הסטנדרטי ל$\text{NH}_4^{+}$. תמיד יש להציין שהנייר לח: האמוניה חייבת להתמוסס במים לפני שתוכל להראות את הבסיסיות שלה, ולכן נייר ליטמוס יבש לא יניב שינוי צבע כלל.
Explore · חקור
NOx pollution route · מסלול זיהום NOx
Trace nitrogen oxides from hot engines to environmental harm. · עקוב אחרי תחמוצות חנקן טריוורדיות ממנועי חמים לפגיעה בסביבה.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · בחרו נושא אחד והאתר יעקוב אחריו — הערות, מסמכים, וידאו ותרגולים פתוחים בו.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · הקלד כדי לחפש הערות, שיעורים, קוד, אוצר מילים ושאלות מבחנים בכל הנושאים.