Bài 6: Một số hợp chất của nitrogen với oxygen

I. Các oxide của nitrogen

1. Công thức, tên gọi

Oxide của nitrogen ký hiệu chung là NO_x, một loại hợp chất điển hình gây ô nhiễm không khí. Hợp chất NO_x có trong không khí là NO₂, NO, N₂O₄, N₂O.

2. Nguồn gốc phát sinh NO_x trong không khí

- Nguồn gốc tự nhiên: núi lửa phun trào, cháy rừng, mưa dông kèm theo sấm sét, sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ.

- Nguồn gốc nhân tạo: hoạt động giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, nhà máy nhiệt điện,...

- NO_x là một trong các nguyên nhân gây mưa acid, sương mù quang hóa, hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozone và hiện tượng phú dưỡng, làm ô nhiễm môi trường.

3. Mưa acid

- Nước mưa thông thường có pH khoảng 5,6 chủ yếu do có CO₂ hòa tan tạo môi trường acid yếu. Khi nước mưa có pH nhỏ hơn 5,6 gọi là hiện tượng mưa acid.

- Tác nhân gây mưa acid: SO₂ và NO_x, sinh ra chủ yếu do các hoạt động công nghiệp, nhiệt điện, giao thông, khai thác và chế biến dầu mỏ,...

- Khí SO₂, NO_x bị oxi hóa bởi oxygen, ozone, hydrogen peroxide, gốc tự do với xúc tác của các ion kim loại trong khói bụi rồi hòa tan vào nước, tạo thành sulfuric acid và nitric acid.

Ví dụ:

2SO₂ + O₂ + 2H₂O \(\overset{xúc\ tác}{\rightarrow}\) 2H₂SO₄

4NO₂ + O₂ + 2H₂O \(\overset{xúc\ tác}{\rightarrow}\) 4HNO₃

Các giọt acid li ti tạo thành mưa rơi xuống bề mặt Trái Đất.

- Mưa acid gây tác động xấu đối với môi trường, con người và sinh vật, rõ rệt nhất khi nước mưa có giá trị pH dưới 4,5. Mưa acid ảnh hưởng đến sinh vật, ăn mòn các công trình xây dựng, kiến trúc bằng đá và kim loại,...

II. Nitric acid

1. Cấu tạo

Công thức Lewis (a) và công thức cấu tạo (b) của nitric acid

Đặc điểm cấu tạo của phân tử nitric acid:

- Nguyên tử N có số oxi hóa là +5, là số oxi hóa cao nhất của nitrogen.

- Liên kết O – H phân cực mạnh về phía nguyên tử oxygen.

- Liên kết N → O là liên kết cho nhận.

2. Tính chất vật lí

- Nitric acid tinh khiết là chất lỏng, không màu, có khối lượng riêng D = 1,53 g/mL.

- t_nc = -42^oC; t_s = 83^oC.

- Nitric acid bốc khói mạnh trong không khí ẩm, tan vô hạn trong nước.

3. Tính chất hóa học

a) Tính acid

- Nitric acid có khả năng cho proton, thể hiện tính chất của một acid Bronsted – Lowry.

- Trong công nghiệp, nitric acid được sử dụng để sản xuất phân bón giàu dinh dưỡng như ammonium nitrate, calcium nitrate.

- Ammonium nitrate cung cấp nguyên tố nitrogen ở cả dạng ammonium và cả dạng nitrate.

b) Tính oxi hóa

- Phân tử nitric acid chứa nguyên tử nitrogen có số oxi hóa cao nhất (+5) nên nitric acid có khả năng nhận electron, thể hiện tính oxi hóa mạnh.

- Do có tính oxi hóa mạnh, nitric acid thường được sử dụng để phá mẫu quặng trong việc nghiên cứu, xác định hàm lượng các kim loại trong quặng.

III. Hiện tượng phú dưỡng

• Hiện tượng phú dưỡng hóa: Khi hàm lượng nitrogen trong nước đạt 300 μg/L và hàm lượng phosphorus đạt 20 μg/L.
• Nguyên nhân: sự dư thừa dinh dưỡng cung cấp nguồn thức ăn dồi dào cho sinh vật phù du phát triển rất mạnh.
• Nguồn dư thừa dinh dưỡng:
  • Nước thải (nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt) được đưa đến ao, hồ qua cống dẫn nước hoặc chảy tràn trên mặt đất khi mưa lũ.
  • Dư thừa thức ăn chăn nuôi ở đầm nuôi trồng thủy sản.
• Tác hại
  • Cản trở sự hấp thụ ánh sáng mặt trời vào nước giảm sự quang hợp của thực vật thủy sinh
  • Rong, tảo biển phát triển mạnh thiếu nguồn oxygen trầm trọng cho các loài khác (đặc biệt là tôm, cá) gây mất cân bằng sinh thái.
  • Gây ô nhiễm môi trường nước, không khí, tạo bùn lắng xuống lòng ao, hồ.

1. Sự phát thải các oxide của nitrogen trong không khí chủ yếu do các hoạt động của con người như giao thông vận tải, nhiệt điện, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống.

2. Nguyên nhân gây hiện tượng mưa acid do có sự phát thải quá nhiều khí SO₂, NO_x từ sản xuất công nghiệp, giao thông,...

3. Nitric acid là acid mạnh và có tính oxi hóa mạnh.