Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Nitrogen and sulfur · ⁨ไนโตรเจนและกำมะถัน⁩

A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · Topic 12 · ⁨หัวข้อ 12⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
7:40

ไนโตรเจนและกำมะถัน

หายใจเข้า ลมหายใจเกือบสี่ในห้าที่เข้าไปในปอดของคุณคือไนโตรเจน — และมันออกมานอกอีกครั้งโดยไม่เปลี่ยนไปเลย ไนโตรเจนคือ…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

12.1

Why nitrogen is unreactive · ⁨ทำไมไนโตรเจนถึงไม่เกิดปฏิกิริยา⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. explain the lack of reactivity of nitrogen, with reference to triple bond strength and lack of polarity
  2. describe and explain: (a) the basicity of ammonia, using the Brønsted–Lowry theory (b) the structure of the ammonium ion and its formation by an acid–base reaction (c) the displacement of ammonia from ammonium salts by an acid–base reaction
  3. state and explain the natural and man-made occurrences of oxides of nitrogen and their catalytic removal from the exhaust gases of internal combustion engines
  4. understand that atmospheric oxides of nitrogen ($\text{NO}$ and $\text{NO}_2$) can react with unburned hydrocarbons to form peroxyacetyl nitrate, PAN, which is a component of photochemical smog
  5. describe the role of $\text{NO}$ and $\text{NO}_2$ in the formation of acid rain both directly and in their catalytic role in the oxidation of atmospheric sulfur dioxide
ไทย
  1. นิยามคำว่า ไฮโดรคาร์บอน ว่าเป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยอะตอม C และ H เท่านั้น
  2. เข้าใจว่า อัลเคน เป็นไฮโดรคาร์บอนธรรมดาที่ไม่มี กลุ่มฟังก์ชัน
  3. ระบุและอธิบายการเกิดตามธรรมชาติและการกระทำของมนุษย์ของออกไซด์ของไนโตรเจน และการกำจัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาจากก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
  4. เข้าใจว่าออกไซด์ของไนโตรเจนในบรรยากาศ ($\text{NO}$ และ $\text{NO}_2$) สามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรคาร์บอนที่ไม่เผาไหม้สมบูรณ์เพื่อสร้าง เพอร์ออกซีแอสetil nitrate, PAN ซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งของ หมอกควันเคมีแสง
  5. อธิบายบทบาทของ $\text{NO}$ และ $\text{NO}_2$ ในการก่อตัวของ ฝนกรด ทั้งโดยตรงและในบทบาทการเร่งปฏิกิริยาในการออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศ

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

Nitrogen gas, $\text{N}_2$, makes up most of the air but reacts with very little. There are two reasons:

  • the two nitrogen atoms are joined by a triple bond 三键, which has a very high bond energy 键能. A lot of energy is needed to break it.
  • the molecule has no polarity 极性 — it is perfectly symmetrical, so nothing pulls other molecules towards it.
ไทย

ก๊าซไนโตรเจน, $\text{N}_2$, เป็นองค์ประกอบหลักของอากาศแต่ทำปฏิกิริยากับสิ่งอื่นน้อยมาก มีสองเหตุผล:

  • อะตอมไนโตรเจนสองอะตอมเชื่อมต่อกันด้วย พันธะสาม ซึ่งมี พลังงานพันธะสูงมาก ต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการทำลายมัน
  • โมเลกุลนี้ไม่มี ขั้ว — มีความสมมาตรอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นไม่มีอะไรดึงโมเลกุลอื่นเข้ามาหา
อะตอมไนโตรเจนสองตัวเชื่อมต่อกันด้วยพันธะสาม แต่ละอะตอมมีคู่อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ชี้ว่าเป็นพันธะแข็งแรงและเป็นโมเลกุลสมมาตรไม่มีขั้ว
ไนโตรเจนไม่เกิดปฏิกิริยาเพราะสองสาเหตุ: พันธะสามที่แข็งแกร่งมาก และโมเลกุลที่ไม่มีขั้วซึ่งมีความสมมาตร
Explore · ⁨สำรวจ⁩

The shape of ammonia · ⁨รูปทรงของแอมโมเนีย⁩

Ammonia has three bonding pairs and one lone pair — the lone pair pushes the bonds down into a pyramidal shape (about 107°). · ⁨แอมโมเนียมีคู่อิเล็กตรอนคู่พันธะ 3 คู่และคู่อิเล็กตรอนอิสระ 1 คู่ — คู่อิเล็กตรอนอิสระดันพันธะลงสู่รูปร่าง สามเหลี่ยมมุมฉาก (ประมาณ 107°)⁩

12.1

Ammonia and the ammonium ion · ⁨แอมโมเนียและไอออนแอมโมเนียม⁩

English

Basicity of ammonia

The basicity 碱性 of ammonia (its ability to act as a base) comes from the lone pair 孤对电子 of electrons on the nitrogen atom. Using the Brønsted–Lowry theory, ammonia is a base because this lone pair can accept a proton 质子 ($\text{H}^+$):

$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$

The ammonium ion

When the lone pair forms a bond to $\text{H}^+$, it makes the ammonium ion 铵离子, $\text{NH}_4^+$. Because both shared electrons came from the nitrogen, this new bond is a coordinate bond 配位键. The ion has four identical N–H bonds and a tetrahedral shape.

Displacement of ammonia from its salts

If you warm an ammonium salt with a base (such as sodium hydroxide), you push out ammonia gas. This is an acid–base displacement 置换:

$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

The sharp smell of ammonia, and damp red litmus turning blue, is a test for an ammonium salt.

ไทย
โรงงานผลิตสารเคมีขนาดใหญ่
แอมโมเนียถูกเปลี่ยนเป็นปุ๋ยไนโตรเจนในโรงงานอุตสาหกรรมในปริมาณมหาศาล

ความเป็นเบสของแอมโมเนีย

ความเป็นเบส ของแอมโมเนีย (ความสามารถในการทำหน้าที่เป็นเบส) มาจาก คู่อิเล็กตรอนอิสระ บนอะตอมไนโตรเจน โดยใช้ทฤษฎี Brønsted–Lowry แอมโมเนียเป็นเบสเพราะคู่อิเล็กตรอนนี้สามารถรับ โปรตอน ($\text{H}^+$):

$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$
แอมโมเนียที่มีคู่อิเล็กตรอนอิสระบนไนโตรเจน รับไอออนไฮโดรเจนเพื่อสร้างไอออนแอมโมเนียมทรงสี่หน้า
แอมโมเนียทำหน้าที่เป็นเบสเพราะคู่อิเล็กตรอนอิสระบนไนโตรเจนรับโปรตอน ทำให้เกิดไอออนแอมโมเนียม

ไอออนแอมโมเนียม

เมื่อคู่อิเล็กตรอนอิสระสร้างพันธะกับ $\text{H}^+$ จะเกิด ไอออนแอมโมเนียม, $\text{NH}_4^+$ เนื่องจากอิเล็กตรอนคู่ที่ร่วมพันธะมาทั้งหมดมาจากไนโตรเจน พันธะใหม่นี้จึงเป็น พันธะ koordinasi ไอออนนี้มีสี่พันธะ N–H เหมือนกันหมดและมีรูปทรงทรงสี่หน้า

การแทนที่แอมโมเนียออกจากเกลือของมัน

หากให้ความร้อนเกลือแอมโมเนียมกับเบส (เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์) จะขับแก๊สแอมโมเนียออกมา นี่คือปฏิกิริยา การแทนที่ ระหว่างกรด-เบส:

$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

กลิ่นฉุนของแอมโมเนีย และการทำให้กระดาษลิทมัสแดงเปียกเปลี่ยนเป็นสีฟ้า เป็นการทดสอบหาเกลือแอมโมเนียม

12.1

Oxides of nitrogen and air pollution · ⁨ออกไซด์ของไนโตรเจนและมลพิษทางอากาศ⁩

English

Where they come from

Oxides of nitrogen ($\text{NO}$ and $\text{NO}_2$, together called $\text{NO}_x$) come from two sources:

  • natural: lightning gives enough energy for nitrogen and oxygen in the air to combine.
  • man-made: the high temperature inside an internal combustion engine 内燃机 makes nitrogen and oxygen react:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$

Removing them from car exhaust

A catalytic converter 催化转化器 cleans the exhaust gases 尾气. It lets the harmful gases react together to form harmless ones:

$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$

Photochemical smog

In sunlight, $\text{NO}$ and $\text{NO}_2$ react with unburned hydrocarbons to form peroxyacetyl nitrate (PAN). PAN is a harmful part of photochemical smog 光化学烟雾, the brown haze seen over busy cities.

Acid rain

The oxides of nitrogen also help make acid rain 酸雨 in two ways:

  • directly: $\text{NO}_2$ dissolves in rain to form nitric acid.
  • as a catalyst: $\text{NO}_2$ speeds up the oxidation of atmospheric sulfur dioxide 二氧化硫 ($\text{SO}_2$) into $\text{SO}_3$, which then forms sulfuric acid in the rain.

Worked example. A white solid is warmed with aqueous $\text{NaOH}$, and a gas is released that turns damp red litmus blue. Identify the gas and the ion in the solid, and explain the reaction. The only common gas that turns damp red litmus blue is ammonia, $\text{NH}_3$, so the solid contains the ammonium ion, $\text{NH}_4^{+}$. The hydroxide ion is the stronger base, so it takes the proton back from the ammonium ion:

$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

This is the standard test for $\text{NH}_4^{+}$. Always say the litmus is damp: the ammonia must dissolve in the water before it can show its basicity, so dry litmus would give no colour change at all.

ไทย

แหล่งกำเนิด

ออกไซด์ของไนโตรเจน ($\text{NO}$ และ $\text{NO}_2$ รวมเรียกว่า $\text{NO}_x$) มาจากสองแหล่ง:

  • ธรรมชาติ: ฟ้าผ่าให้พลังงานเพียงพอให้ไนโตรเจนและออกซิเจนในอากาศรวมตัวกัน
  • จากมนุษย์: อุณหภูมิสูงภายใน เครื่องยนต์สันดาปภายใน ทำให้ไนโตรเจนและออกซิเจนทำปฏิกิริยากัน:
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$

การกำจัดออกจากไอเสียรถยนต์

ตัวเร่งปฏิกิริยา ทำความสะอาด แก๊สไอเสีย โดยทำให้แก๊สที่เป็นอันตรายทำปฏิกิริยากันเกิดแก๊สที่ไม่เป็นอันตราย:

$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$
แก๊สที่เป็นอันตราย NO และ CO ผ่านบล็อกตัวเร่งปฏิกิริยาและกลายเป็นไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่ไม่เป็นอันตราย
ในตัวเร่งปฏิกิริยา แก๊สที่เป็นอันตราย NO และ CO ทำปฏิกิริยาเหนือตัวเร่งเพื่อสร้าง N$_2$ และ CO$_2$ ที่ไม่เป็นอันตราย

มลพิษทางอากาศจากแสงแดด (Photochemical smog)

ภายใต้แสงแดด $\text{NO}$ และ $\text{NO}_2$ ทำปฏิกิริยากับ ไฮโดรคาร์บอน ที่เผาไหม้ไม่สมบูรณ์เพื่อสร้างเพอร์แซคิลไนเตรต (PAN) PAN เป็นส่วนประกอบที่เป็นอันตรายของ ควันหมอกจากแสงแดด ซึ่งเป็นหมอกสีน้ำตาลที่เห็นเหนือเมืองใหญ่ที่แออัด

มุมมองจากมุมสูงของเมืองขนาดใหญ่ที่มีชั้นหมอกสีน้ำตาลเทาชัดเจนลอยอยู่เหนืออาคารใต้ท้องฟ้าสีฟ้าใส
ควันหมอกจากแสงแดดเหนือเมืองใหญ่ ชั้นสีน้ำตาลถูกกักไว้ด้านล่างตรงที่ไอเสียจากยานพาหนะอยู่ — แสงแดดเปลี่ยนออกไซด์ของไนโตรเจนและไฮโดรคาร์บอนที่ไม่เผาไหม้ให้เป็นหมอกที่คุณมองเห็น

ฝนกรด

ออกไซด์ของไนโตรเจนยังช่วยให้เกิด ฝนกรด ในสองวิธี:

  • โดยตรง: $\text{NO}_2$ ละลายในฝนเพื่อสร้างกรดไนترิก
  • ในฐานะตัวเร่ง: $\text{NO}_2$ เร่งการออกซิเดชันของ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ในบรรยากาศ ($\text{SO}_2$) ให้กลายเป็น $\text{SO}_3$ ซึ่งจะสร้างกรดซัลฟิวริกในฝนต่อไป
แผนภาพการไหล: NO2 สร้างกรดไนทริกและ SO2 สร้างกรดซัลฟิวริก โดย NO2 ยังเร่งเส้นทางของซัลเฟอร์ ทั้งสองนำไปสู่ฝนกรด
ออกไซด์ของไนโตรเจนและซัลเฟอร์สร้างฝนกรด: NO$_2$ สร้างกรดไนทริกโดยตรงและยังเร่งการออกซิเดชันของ SO$_2$ เป็นกรดซัลฟิวริก

ตัวอย่างที่แสดงวิธีทำ สารแข็งสีขาวถูกให้ความร้อนร่วมกับ $\text{NaOH}$ ในน้ำ แล้วมีแก๊สปล่อยออกมาซึ่งทำให้กระดาษลิตมัสเปียกสีแดงเปลี่ยนเป็นสีฟ้า ระบุชนิดของแก๊สและไอออนในสารแข็ง และอธิบายปฏิกิริยานี้ แก๊สเพียงชนิดเดียวที่พบบ่อยและทำให้กระดาษลิตมัสเปียกสีแดงเปลี่ยนเป็น สีฟ้า คือ แอมโมเนีย $\text{NH}_3$ ดังนั้นสารแข็งจึงมี ไอออนแอมโมเนียม $\text{NH}_4^{+}$ ไอออนไฮดรอกไซด์เป็นเบสที่แรงกว่า จึงดึงโปรตอนกลับมาจากไอออนแอมโมเนียม:

$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

นี่คือทดสอบมาตรฐานสำหรับ $\text{NH}_4^{+}$ ต้องระบุเสมอว่ากระดาษลิตมัสต้อง เปียก: เพราะแอมโมเนียต้องละลายในน้ำก่อนจึงจะแสดงความเป็นเบสได้ ดังนั้นกระดาษลิตมัสแห้งจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงสีเลย

Explore · ⁨สำรวจ⁩

NOx pollution route · ⁨เส้นทางมลพิษ NOx⁩

Trace nitrogen oxides from hot engines to environmental harm. · ⁨ไนโตรเจนออกไซด์ปริมาณน้อยจากเครื่องยนต์ร้อนสู่ความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
triple bond/ˈtrɪpl bɒnd/ พันธะสาม
bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ พลังงานพันธะ
polarity/pəʊˈlærɪti/ ขั้วไฟฟ้า
basicity/beɪˈsɪsɪti/ ความเป็นเบส
lone pair/ləʊn peə/ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว
proton/ˈprəʊtɒn/ โปรตอน
ammonium ion/æˈməʊnɪəm ˈaɪɒn/ ไอออนแอมโมเนียม
coordinate bond/kəʊˈɔːdɪnət bɒnd/ พันธะโคออร์ดิเนต
displacement/dɪˈspleɪsmənt/ การกระจัด
internal combustion engine/ɪnˈtɜːnl kəmˈbʌstʃn ˈendʒɪn/ เครื่องยนต์สันดาปภายใน
catalytic converter/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtə/ ตัวแปลงสภาพไอเสีย (catalytic converter)
exhaust gases/eɡˈzɔːst ˈɡæsɪz/ ก๊าซไอเสีย
photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/ หมอกควันจากแสง UV
acid rain/ˈæsɪd reɪn/ ฝนกรด
sulfur dioxide/ˈsʌlfɜː daɪˈɒksaɪd/ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์
12.1

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

English
  • $\text{N}_2$ is unreactive because of its strong triple bond (very high bond energy) — state this exactly.
  • Ammonia is a base and a ligand because of its lone pair; the ammonium ion forms by a dative bond.
  • Explain how oxides of nitrogen form (high temperature in engines) and their link to acid rain and photochemical smog.
  • Give balanced equations and correct observations for reactions of ammonia and the ammonium ion.
ไทย
  • $\text{N}_2$ ไม่เกิดปฏิกิริยาเนื่องจากมี พันธะสามที่แข็งแรง (พลังงานพันธะสูงมาก) — ระบุสิ่งนี้ให้ตรงตามคำ
  • แอมโมเนีย เป็นเบสและลิแกนด์เนื่องจากมี คู่อิเล็กตรอนอิสระ; ไอออนแอมโมเนียมเกิดจากพันธะโคออร์ดิเนต
  • อธิบายการเกิด ออกไซด์ของไนโตรเจน (อุณหภูมิสูงในเครื่องยนต์) และความเชื่อมโยงกับฝนกรดและหมอกควันทางเคมี
  • ให้สมการที่สมดุลและการสังเกตที่ถูกต้องสำหรับปฏิกิริยาของแอมโมเนียและไอออนแอมโมเนียม

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP