Jon azotkowy i jon azydkowy – czym się różnią

Gdy ktoś mówi „jon en trzy minus”, to w gruncie rzeczy nie wiadomo, o co mu dokładnie chodzi... 😃

Może mieć on na myśli dwa istniejące indywidua chemiczne – jon azotkowy N^3- lub jon azydkowy N₃^-. Położenie trójki w zapisie wzoru – w indeksie górnym lub w indeksie dolnym – jest tu decydujące. Porozmawiajmy dzisiaj o tych dwóch jonach.

Jon azotkowy, N^3-

Aby uczniowie lepiej zrozumieli ideę jonu azotkowego wystarczy zasugerować aby potraktowali amoniak jako bardzo słaby kwas trzyprotonowy. Gdy kwas ten utworzy wodorosól poprzez podstawienie jednego atomu wodoru metalem otrzymany zostanie amidek (np. amidek sodu, NH₂Na). Gdy podstawimy dwa atomy wodoru metalem, otrzymamy imidek (np. imidek litu, NHLi₂). Natomiast podstawienie trzech atomów wodoru prowadzi do uzyskania azotków.

W warunkach laboratoryjnych najłatwiej uzyskać azotek magnezu, Mg₃N₂. Jest to bowiem produkt uboczny spalania magnezu w powietrzu.

Azotki, jako sole kwasu dużo słabszego niż woda (pKa₁ = 38), gwałtownie hydrolizują w wodzie z wydzieleniem amoniaku:
Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃

Korzystając z zestawów Lewisa możemy przedstawić strukturę nie tylko omawianych wyżej soli (azotków) i wodorosoli (amidków i imidków), ale również samego jonu azotkowego, N^3-. Jest ona bardzo prosta i pokazujemy ją na zdjęciu.

Jon azydkowy, N₃^-

Jon nie znajduje odpowiednika w przypadku pozostałych pierwiastków grupy 15. Jest to ciekawy przykład drobiny, w której wyliczony stopień utlenienia atomów azotu jest ułamkowy (-⅓).

Kwas azotowodorowy (azydek wodoru) jest substancją bardzo nietrwałą i w wyższych temperaturach ulega wybuchowemu rozkładowi. Jest to łatwo parująca toksyczna ciecz, która po rozpuszczeniu w wodzie daje odczyn kwaśny (pKa = 4,6). Tworzy sole, które również ulegają rozkładowi w wyższych temperaturach, ale już bez wybuchu. Azydki litowców i berylowców w większości dobrze rozpuszczają się w wodzie, natomiast azydki srebra, ołowiu i rtęci(I) są nierozpuszczalne w wodzie. Ostatnie trzy wymienione substancje gdy są suche, wybuchają na skutek uderzenia.

Jon azydkowy jest izoelektronowy z cząsteczką CO₂ i podobnie jak ona ma budowę liniową, co świadczy o hybrydyzacji sp atomu środkowego. Tworzy aż trzy struktury rezonansowe. Nieorganiczny zestaw Lewisa „Atomków” jest jedynym zestawem na polskim rynku umożliwiającym ułożenie i analizę tych struktur. Widzimy je na zdjęciu.

Zastanawiając się wspólnie z uczniami nad budową jonu azydkowego zwracamy uwagę na ładunki formalne poszczególnych atomów. Niezłym ćwiczeniem będzie samodzielne określenie ich przez uczniów.

Z „Atomkami” nauka chemii jest ciekawsza❗

Łukasz Aranowski
13 września 2023