- explicar a falta de reatividade do nitrogênio, com referência à força da ligação tripla e à falta de polaridade
- descrever e explicar: (a) a basicidade da amônia, usando a teoria de Brønsted–Lowry (b) a estrutura do íon amônio e sua formação por uma reação ácido-base (c) o deslocamento da amônia de sais de amônio por uma reação ácido-base
- afirmar e explicar as ocorrências naturais e antrópicas de óxidos de nitrogênio e sua remoção catalítica dos gases de escape de motores de combustão interna
- compreender que os óxidos de nitrogênio atmosféricos ($\text{NO}$ e $\text{NO}_2$) podem reagir com hidrocarbonetos não queimados para formar peroxiacetilnitrato, PAN, que é um componente da smog fotoquímica
- descrever o papel de $\text{NO}$ e $\text{NO}_2$ na formação da chuva ácida, tanto diretamente quanto em seu papel catalítico na oxidação do dióxido de enxofre atmosférico
Nitrogênio e enxofre
Química do A-Level · Tópico 12
7:40
Nitrogênio e enxofre
Respire. Quase quatro quintos do que acabou de entrar nos seus pulmões era nitrogênio — e saiu de volta novamente, completamente inalterado. O nitrogênio é…
Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas
12.1
Por que o nitrogênio é pouco reativo
Programa
Fonte: Programa Cambridge International
O gás nitrogênio, $\text{N}_2$, compõe a maior parte do ar, mas reage com muito pouco. Há duas razões:
- os dois átomos de nitrogênio estão unidos por uma ligação tripla 三键, que tem uma energia de ligação 键enmuito alta. Muita energia é necessária para quebrá-la.
- a molécula não tem polaridade 极性 — ela é perfeitamente simétrica, então nada atrai outras moléculas para ela.
Explorar
A forma da amônia
A amônia possui três pares ligantes e um par livre — o par livre empurra as ligações para baixo, resultando em uma forma piramidal (aproximadamente 107°).
12.1
Amônia e o íon amônio
Basicidade da amônia
A basicidade 碱性 da amônia (sua capacidade de atuar como base) vem do par isolado 孤对电子 de elétrons no átomo de nitrogênio. Usando a teoria de Brønsted–Lowry, a amônia é uma base porque esse par isolado pode aceitar um próton 质子 ($\text{H}^+$):
$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$
O íon amônio
Quando o par isolado forma uma ligação com $\text{H}^+$, ele forma o íon amônio 铵离子, $\text{NH}_4^+$. Como ambos os elétrons compartilhados vieram do nitrogênio, essa nova ligação é uma ligação coordenada 配位键. O íon possui quatro ligações N–H idênticas e uma forma tetraédrica.
Deslocamento de amônia de seus sais
Se você aquecer um sal de amônio com uma base (como hidróxido de sódio), você desloca o gás amônia. Esta é uma deslocação 置换 ácido-base:
$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$
O cheiro forte de amônia e o papel tornassol vermelho úmido ficando azul são um teste para um sal de amônio.
12.1
Óxidos de nitrogênio e poluição do ar
De onde vêm
Óxidos de nitrogênio ($\text{NO}$ e $\text{NO}_2$, juntos chamados de $\text{NO}_x$) vêm de duas fontes:
- naturais: relâmpagos dão energia suficiente para que nitrogênio e oxigênio no ar se combinem.
- man-made (artificial): a alta temperatura dentro de um motor de combustão interna 内燃机 faz com que nitrogênio e oxigênio reajam:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$
Removendo-os dos escapamentos de carros
Um conversor catalítico 催化转化器 limpa os gases de exaustão 尾气. Ele permite que os gases nocivos reajam entre si para formar substâncias inofensivas:
$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$
Smog fotoquímico
À luz do sol, $\text{NO}$ e $\text{NO}_2$ reagem com hidrocarbonetos não queimados para formar peroxiacetil nitrato (PAN). O PAN é uma parte nociva do smog fotoquímico 光化学烟雾, a névoa marrom vista sobre cidades movimentadas.
Chuva ácida
Os óxidos de nitrogênio também ajudam a formar chuva ácida 酸雨 de duas maneiras:
- diretamente: $\text{NO}_2$ se dissolve na chuva para formar ácido nítrico.
- como catalisador: $\text{NO}_2$ acelera a oxidação do dióxido de enxofre atmosférico 二氧化硫 ($\text{SO}_2$) em $\text{SO}_3$, que então forma ácido sulfúrico na chuva.
Exemplo resolvido. Um sólido branco é aquecido com $\text{NaOH}$ aquoso, e um gás é liberado que torna o papel tornasol vermelho úmido azul. Identifique o gás e o íon no sólido, e explique a reação. O único gás comum que torna o papel tornasol vermelho úmido azul é a amônia, $\text{NH}_3$, portanto o sólido contém o íon amônio, $\text{NH}_4^{+}$. O íon hidróxido é a base mais forte, então ele retoma o próton do íon amônio:
$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$
Este é o teste padrão para $\text{NH}_4^{+}$. Sempre diga que o papel tornasol está úmido: a amônia deve se dissolver na água antes de poder mostrar sua basicidade, então o papel tornasol seco não daria nenhuma mudança de cor.
Explorar
Rota da poluição por NOx
Traços de óxidos de nitrogênio de motores quentes causam danos ambientais.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| triple bond/ˈtrɪpl bɒnd/ | 三键 | sān jiàn |
| bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ | 键能 | jiàn néng |
| polarity/pəʊˈlærɪti/ | 极性 | jí xìng |
| basicity/beɪˈsɪsɪti/ | 碱性 | jiǎn xìng |
| lone pair/ləʊn peə/ | 孤对电子 | gū duì diàn zi |
| proton/ˈprəʊtɒn/ | 质子 | zhì zi |
| ammonium ion/æˈməʊnɪəm ˈaɪɒn/ | 铵离子 | ǎn lí zi |
| coordinate bond/kəʊˈɔːdɪnət bɒnd/ | 配位键 | pèi wèi jiàn |
| displacement/dɪˈspleɪsmənt/ | 置换 | zhì huàn |
| internal combustion engine/ɪnˈtɜːnl kəmˈbʌstʃn ˈendʒɪn/ | 内燃机 | nèi rán jī |
| catalytic converter/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtə/ | 催化转化器 | cuī huà zhuǎn huà qì |
| exhaust gases/eɡˈzɔːst ˈɡæsɪz/ | 尾气 | wěi qì |
| photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/ | 光化学烟雾 | guāng huà xué yān wù |
| acid rain/ˈæsɪd reɪn/ | 酸雨 | suān yǔ |
| sulfur dioxide/ˈsʌlfɜː daɪˈɒksaɪd/ | 二氧化硫 | èr yǎng huà liú |
12.1
Dicas de prova
- $\text{N}_2$ é inerte devido à sua ligação tripla forte (energia de ligação muito alta) — enuncie isso exatamente.
- Amônia é uma base e um ligante devido ao seu par de elétrons livres; o íon amônio se forma por uma ligação dativa.
- Explique como óxidos de nitrogênio se formam (alta temperatura em motores) e sua relação com chuva ácida e smog fotoquímico.
- Forneça equações balanceadas e observações corretas para reações de amônia e do íon amônio.
Aulas interativas sobre este tópico
Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.