Mitől függ, hogy egy-egy elem hány vegyértékkel vesz részt a reakciókban?

H1N1 :'D, jót nevettem. Megpróbálom mesélősebben előadni, remélem átmegy.

Az első megválaszolandó kérdés: miért keletkeznek molekulák? Nem jó nekik atomi magányukban? Éppenséggel jó, de mégis társasággal az igazi. Ezt úgy mondjuk, hogy alacsonyabb energiaállapottal rendelkeznek a molekulák. A molekulákra ilyen szinten (ált. és közép iskola) egy szabály érvényesül: az oktett elv. A molekulát alkotó atomok jó testvér módjára beadják, amilyük van azért, hogy mindenkinek meglegyen a 8 külső elektron. Az oktett elv a második, harmadik periódusra (Li->Ne,Na->Ar) teljesül. A nemesgáz szerkezet (pl.: Ne: 2s^2 2p^6) stabilitását jelenti az oktett elv. Természetesen, egyikük sem adja a közösbe a belsőbb elektronokat, mindig csak a legkülső héjon találhatókat, valamint a hidrogén két elektronnal is beéri. Ezeket szemelőtt tartva pl.: a vizsgáljuk meg a vizet.

hidrogén e-szerkezete: 1s^1, oxigén e-szerkezete: 1s^2 2s^2 2p^4. Nézzük mi lesz, ha találkoznak. O-H keletkezik, kialakul egy egyszeres kötés, tehát mindketten beadtak egy-egy elektront és az a két elektron innentől mindkettőjükhöz tartozik. Nézzük az elektronszerkezeteket. H 1s^2, O 1s^2 2s^2 2p^5. A hidrogén köszöni szépen, neki elég volt. Kitelt a kettő szükséges elektron, nem kér többet (nagyon nem, hidd el én már kiszámoltam). Sajnos az oxigénnek még egy kellene. Ötlet: adjunk neki még egy hidrogént. H-O-H. Az első hidrogén már megvolt, azzal már nem kell foglalkozni. Most azonban a másik hidrogén is két elektronnal rendelkezik a kialakult kötés miatt. És lássunk csodát az oxigén e-szerkezete: 1s^2 2s^2 2s^6, ami a 2. periódus beli Neon elektronszáma, tehát nemesgáz szerkezet (az oktett elv a külső héjra, vagyis a 2. héj elektronjaira: 2+6-ra vonatkozik). Így a víz képlete: H2O, ami azt jelenti, hogy a stabil molekula két db hidrogénből és egy oxigénből épül fel, egyszeres kötésekkel köztük.

Biztosan tanultál (OH-)-ról. Az hogyan kapcsolódik az előbb O-H dumához? Hát az a helyzet, hogy az a negatív töltés egy elektron többletet jelent. Vagyis ha megnézzük az elektronszerkezetét az (OH-)-nak: a hidrogénnel egy kötéssel csatlakozik, tehát ő kigyűlt. Akkor kié az extra, töltést okozó elektron? Az oxigén elektronhiányos volt, szóval neki pont jó lesz. Így teljesül az oktett elv, de szerzett egy negatív töltést.

Egy másik példaként nézzük a nitrogén molekulát (N2).

Az atom elektronszerkezete: 1s^2 2s^2 2p^3 (innentől a törzselektront nem írom, csak a vegyértékeket). Ha egy másik nitrogénnel összetalálkozik: N-N. Ez stabil? Nézzük az e-szerkezetét. Mindkettőjüknek 2s^2 2p^4. Ez még nem az igazi. Adjunk hozzá még egy nitrogént? Sajnos az nem elég, kettőt pedig bizonyos okokból nem lehet. Ötlet: osztozzanak tovább. N=N. Stabil? 2s^2 2p^5. Már majdnem nyolc. Itt is mérlegelhetjük, hogy adjunk nekik még nitrogént és N-N=N legyen? Sajnos az nem jó, mert az új nitrogénnek nem lesz ki a nyolc elektronja. Ötlet: végül is, már két-két elektront beadtak. Adjanak be még egyet-egyet. N#N (hármas kötést akar jelenteni). Ez mennyire stabil? 2s^2 2p^6. Na ez már mindkettejüknek jó lesz.

A nitrogénvegyületek épp a nitrogén speciális tulajdonságai bonyolultabbak, nem tárgyalom itt. Azonban az oxidációs számot még elmondom. Az oxidációs szám gyakorlatilag azt a számot adja meg, ahány elektront beadott. Hogy dől el az előjel? A nagyobb elektronnegativitású elem negatív, a kisebb pozitív, egyébként pedig nincs értelme. Visszatérve a vízre: Az oxigén nagyobb elektronnegativitású és két elektront adott a közösbe. Így -2 az oxidációs száma. A hidrogének +1-esek, ugyanis 1-1-et adtak, de kisebb az elektronnegativitásuk. Természetesen az N2 esetén nincs értelme, hiszen egyik sem húzza az elektronokat maga felé.

Egy kicsit hosszú, de remélem segítettem megérteni. Sajnálom, ha a nyelvezetet túl gyerekesnek találtad, de a kérdésből látszanak az alapvető hiányosságok és fogalomzavarok, így próbáltam annyira leegyszerűsíteni, amennyire lehet.

Nem véletlenül nem szokták a nitrogén-oxidok szerkezetét nagyon feszegetni a középiskolában, mivel a klasszikus kötésmodellekkel.

A nitrogén-monoxidban 2,5 rendű kötés van (azaz úgy vehetjük, hogy 5 elektron vesz részt a kialakításában). A nitrogén-dioxidban másfélszeres a kötésrend. Ráadásul mindkét molekula gyök, azaz párosítatlan elektront tartalmaznak. (Logikus, hiszen páratlan számú elektron van bennük.)

Ezeken a linkeken valamivel bővebben írnak a szerkezetükről (angolul):

[link]

[link]

[link]

"Vagy a nitrogén ionos molekuláiban a nitrogén oxidációs számának nagyobb, mint 5 vagy kisebb mint 3-nak (vagy 1-nek??) kell lennie, hogy pozitív vagy negatív töltést kapjon?"

A nitrogénnek nem lehet +5-nél nagyobb az oxidációs száma (különben az első héjról is elektront kéne leadnia). A nitrát ionban +5, a nitrit ionban +3 az oxidációs száma. +3-nál simán lehet kisebb az oxidációs száma, de ettől még nem lesz ion. (Pl. az ammóniában -3 nitrogén oxidációs száma.)