A második periódus elemei, gázainak összehasonlítása

Ebben a tételben a második periódus elemei kerülnek előtérbe. A nitrogén, oxigén, fluor és neon anyagszerkezeti jellemzése, fizikai és kémiai tulajdonságaik ismertetése.

Nitrogén (második periódus elemei)

Anyagszerkezeti jellemzés

• Az V. főcsoport elemei közé tartozik.
• elektronszerkezete: 1s² 2s² 2p³
• 3 vegyértékelektront tartalmaz
• Nagy az elektronegativitása és kicsi az atomsugara, ezért képes stabilis π–kötéseket is létrehozni.
• Kétatomos molekulákat alkot (N₂), atomjaik között három kovalens kötés van. A kötéstávolság igen kicsi, ezért a kötési energia igen nagy.
• A molekulák teljesen apolárisak, a szimmetriájuk miatt.

Halmazszerkezeti jellemzés – fizikai tulajdonságok

Színtelen, szagtalan, levegőnél kisebb sűrűségű gáz. Nemfémes elem. Szilárd állapotban molekularácsot alkot, molekulák között gyenge diszperziós kölcsönhatások, ezért olvadás-és forráspontja közel esik egymáshoz. Vízben kismértékben oldódik. A nitrogén elemi állapotban a levegőben fordul elő (78%). A fehérjék fontos alkotóeleme.

Reakciókészség – kémiai tulajdonságok

• Közönséges körülmények között gyakorlatilag nem reakcióképes, a nagy stabilitása miatt.
• Az égést nem táplálja.
• A hidrogénnel exoterm, egyensúlyi reakcióban egyesül, megfelelő hőmérsékleten és nyomáson, katalizátor jelenlétében.
• N₂ + 3 H₂ 2 NH₃
• Magas hőmérsékleten egyesül oxigénnel és nitrogén-monoxid keletkezik.
• N₂ + O₂ = 2 NO
• Magas hőmérsékleten néhány fémmel nitriddé egyesül.
• 3 Mg + N₂ = Mg₃N₂

Oxigén (második periódus elemei)

Anyagszerkezeti jellemzés

• A VI. főcsoport elemei közé tartozik.
• elektronszerkezete: 1s² 2s² 2p⁴
• 6 vegyértékelektront tartalmaz
• Az oxigénatom 2 elektron felvételével kétszer negatív töltésű oxidionná (O^2-) alakulhat át.
• Vegyületei az oxidok, oxidációs számuk -2.
• molekulái kétatomosak: O₂
• Az oxigénmolekula stabilitása nagy, kötési energiája igen jelentős.

Fizikai tulajdonságok

Színtelen, szagtalan, a levegőnél nagyobb sűrűségű gáz. Forráspontja alacsony, ezért nehezen cseppfolyósítható. A cseppfolyós és szilárd oxigén halványkék. Vízben csekély mértékben oldódik.

Az olvadás- és forráspontja és a vízben való oldódásának mértéke az oxigénmolekula apoláris jellegének köszönhető, szilárd állapotban molekularácsot alkot.

Kémiai tulajdonságok

Az egyik legreakcióképesebb elem. Mindennel reagál, kivétel a nemesgázokkal és nemesfémekkel.

A hidrogén- és oxigéngáz 2:1 térfogatarányú elegye a durranógáz.

Durranógázpróba: A gázfejlesztőből kiáramló hidrogénnel töltsünk meg víz alatt egy kémcsövet! Befogva a kémcső száját, közelítsünk láng fölé, ezután tegyük szabaddá a kémcső nyílását! Ha éles, csattanó hanggal ég el, akkor még tartalmaz a gáz oxigént. Addig kell ismételni a próbát, amíg a gáz nyugodtan, hang nélkül ég el.

A készülékhez kapcsolt kihúzott üvegcső végén óvatosan gyújtsuk meg a kiáramló hidrogént! Helyezzünk a láng fölé száraz főzőpoharat!

Fluor (második periódus elemei)

Anyagszerkezeti jellemzés

• A VII. főcsoport elemei közé tartozik
• elektronszerkezete: 1s² 2s² 2p⁵
• 9 vegyértékelektront tartalmaz
• Elektronegativitása az elemek között a legnagyobb.
• Vegyületeiben mindig -1 oxidációs számmal szerepel.
• Egyetlen izotópja van.
• Molekulái kétatomosak: F₂

Fizikai tulajdonságok

Zöldessárga, szúrós szagú, a levegőnél nagyobb sűrűségű, mérgező gáz. Forráspontja és olvadáspontja igen alacsony.

Kémiai tulajdonságok

• Reakciókészsége az elemek között a legnagyobb. A nemesgázokon, az oxigénen, a nitrogénen és a nemesfémeken kívül mindennel reakcióba lép.
• A hidrogénnel sötétben robbanásszerűen egyesül, hidrogén-fluorid keletkezik:
• H₂ + F₂ = 2 HF
• Nemfémekkel molekulavegyületeket alkot (pl.: kén, foszfor).
• A legtöbb fémmel tűztünemény közben fluoridokká vegyül. Víz távollétében néhány fém felületén kialakuló összefüggő fém – fluorid réteg megvédi a fémet a teljes átalakulástól (pl.: ólom).
• Erélyes oxidálószer, a hidrogént vegyületeiből is elvonja.
• A vízzel ózontartalmú oxigén képződése közben reagál.
• H₂O + F₂ = 2 HF + O
• 3 H₂O + 3 F₂ = 6 HF + O₃
• A haloidsókból és haloidsavakból a többi halogénelemet oxidáció során kiűzi. Víznyomok jelenlétében a kvarcot (SiO₂) és az üveget is megtámadja.

Neon (második periódus elemei)

Anyagszerkezeti jellemzés

• A VIII. főcsoport elemei közé tartozik.
• elektronszerkezete: 1s₂ 2s₂ 2p₆
• A lehetséges legalacsonyabb energiaszinttel rendelkeznek és nem alkotnak egymással kémiai kötéseket.
• A nemesgázok halmaza nemesgázatomokból áll, tehát halmazaik egyatomosak.
• A nemesgázatomok nagy gerjesztési energiájuk miatt nehezen polarizálhatók.

Fizikai tulajdonságok

Színtelen, szagtalan, igen alacsony olvadás- és forráspontú, nehezen cseppfolyósítható gázok. Alacsony hőmérsékletre hűtve apoláris atomjaik között gyenge diszperziós kötések hatnak, ezért fagyáspontjukon molekularácsos kristályokba rendeződnek.

Vízben kis mértékben, szerves oldószerekben jobban, a cseppfolyós levegőben jól oldódnak. A hőt rosszul az elektromosságot nem vezetik.

Ha azonban az üvegcsőben levő nemesgázok nyomását erősen lecsökkentjük és nagy elektromos feszültséget kapcsolunk a cső két végére, akkor a nemesgázok vezetővé válnak. Ilyenkor a cső egyik végétől a másik felé áramló elektronok ütköznek a nemesgázatomokkal. Az ütközés következtében a nemesgázatom magja körül mozgó elektronok közül egy vagy két elektron gerjesztett állapotba kerül. Amikor az elektronok visszatérnek eredeti pályájukra, ezt a felvett energiát fény kisugárzása közben adják le. A neon narancsszínű fénnyel világít.

További kidolgozott kémia érettségi tételeket itt találsz.