氮是一种双原子分子,这意味着它由两个化学键合在一起的氮原子组成。其化学式为N2 。
嗯,这只是一个简单的答案。但关于这个主题还有一些事情需要了解,这将使你的概念变得非常清晰。
那么让我们直接开始吧。
说明:为什么氮是双原子分子?
氮 (N2) 是双原子分子,因为它的两个氮原子之间具有非常强的三键。这种键是由两个原子之间共享六个电子形成的,这赋予了分子非常高的键能和稳定性。
氮(原子序数7)的电子排布为1s 2 2s 2 2p 3 ,其最外层有五个价电子。为了获得稳定的构型,氮必须获得三个电子或失去五个电子,这在能量上是不利的。
然而,通过与另一个氮原子共享电子,这两个原子可以达到具有八个价电子的稳定构型(八位组规则)。这种共享导致两个氮原子之间形成三键,这是任何双原子分子中发现的最强的键。
氮原子之间的三键非常稳定,需要大量的能量才能打破它。这种稳定性解释了为什么氮气非常不活泼,并且经常在工业应用中用作惰性气体。
单原子氮存在吗?
是的,单原子氮(写作 N)是存在的,但它很罕见并且非常活泼。当氮气 (N2) 暴露在非常高的温度下时,例如雷击、核爆炸或高温等离子体期间,就会形成它。
然而,在室温和压力下,绝大多数氮以N2分子存在,比单原子氮稳定得多。
这是因为N2中氮原子之间的三键提供了非常高的键能,需要大量的能量才能断裂。
单原子氮非常活泼,因为它只有五个价电子,并试图获得或失去一个电子以实现更稳定的构型。
因此,单原子氮通常存在于非常活泼的化合物中,例如氮氧化物 (NOx) 或氨 (NH3)。
氮原子如何结合形成双原子分子?
氮原子通过共价键结合形成双原子分子。两个氮原子共享电子形成强大的三键,将原子结合在一起形成双原子分子,即氮气 (N2)。
键合是通过两个氮原子最外层原子轨道的重叠而发生的。每个氮原子有五个价电子,位于 2p 亚壳层。
当原子彼此接近时,每个原子的 2p 轨道重叠,形成三个分子轨道:一个键合轨道和两个反键合轨道。
键合轨道是由两个 2p 轨道的相长干涉产生的,它允许两个原子共享一对电子并形成共价键。该键合轨道的能量比原始原子轨道低,因此更稳定。
两个反键轨道是由两个 2p 轨道相消干涉产生的。这些轨道比原始原子轨道具有更高的能量,因此不太稳定。
所得 N2 分子具有一个三键,由一个 σ 键和两个 pi 键组成。三键非常牢固,需要大量能量才能断裂。
这种稳定性使氮气成为一种非常不活泼的物质,这就是为什么它经常被用作惰性气体。