Почему литий реагирует с азотом так легко?

[chemister2010]

Почему литий реагирует с азотом так легко? Остальные щелочные металлы не образуют нитридов даже при кипении в азоте. И как так сильно снижается энергия активации азота?

[dmr]

7 минут назад, chemister2010 сказал:

Почему литий реагирует с азотом так легко? Остальные щелочные металлы не образуют нитридов даже при кипении в азоте. И как так сильно снижается энергия активации азота?

Тоже недавно спросил аналогичный Вопрос

[Paul_K]

Тому що він мае таку властивість.

[chemister2010]

Обычно я сам начинаю поиск ответов на свои вопросы и рано или поздно нахожу ответ.

Небольшое, но не очень внятное объяснение нашел здесь:

https://en.wikipedia.org/wiki/Alkali_metal#Nitrides_and_pnictides

Поиск продолжаю.

[yatcheh]

23 минуты назад, chemister2010 сказал:

Обычно я сам начинаю поиск ответов на свои вопросы и рано или поздно нахожу ответ.

Небольшое, но не очень внятное объяснение нашел здесь:

https://en.wikipedia.org/wiki/Alkali_metal#Nitrides_and_pnictides

Поиск продолжаю.

 

Ну, ясен пень - заход с другой стороны, со стороны чистой термодинамики. Кристаллический нитрид лития термодинамически стабилен в отличие от нитридов натрия/калия. Опять же благодаря экстремально малому и труднополяризуемому катиону.

[Paul_K]

38 минут назад, chemister2010 сказал:

Обычно я сам начинаю поиск ответов на свои вопросы и рано или поздно нахожу ответ.

Небольшое, но не очень внятное объяснение нашел здесь:

https://en.wikipedia.org/wiki/Alkali_metal#Nitrides_and_pnictides

Поиск продолжаю.

Это объяснение того, почему стабилен нитрид лития, а не почему литий реагирует с весьма инертным азотом с какой-то явно мизерной энергией активации (в чем и состоял вопрос). CCl4, например, вполне термодинамически стабильное соединение, но напрямую из хлора и графита его получить нельзя.

[chemister2010]

Почитав литературу я пока не нашел объяснения, но выработал свою теорию.

 

Поляризующее действие лития объясняет стабильность нитрида лития, но не объясняет скорость его реакции с азотом (у бериллия поляризующее действие должно быть больше, так как заряд больше, но он не реагирует с азотом при комнатной температуре). Энергия активации реакции в зависимости от условий колеблется от 7 до 12 кал/моль.

Скорее всего реакция радикальная на что указывает тормозящее влияние кислорода и водорода. Интересно, что без следов воды реакция при 25 С с азотом не идет. Скорее всего вода создает активные частицы для начала реакции. Скорее всего реакция начинается с образованием ион-радикального комплекса LiN2, где литий смещает электронную плотность азота на себя, передавая ему электрон на противоположный атом азота.

Изменено 16 Ноября, 2019 в 12:58 пользователем chemister2010

[Ruslan_Sharipov]

3 часа назад, chemister2010 сказал:

Почитав литературу я пока не нашел объяснения, но выработал свою теорию.

Теория - это хорошо. А почему нитрид лития не используют для производства аммиака? В Википедии написаны две реакции, обе дают аммиак: Li₃N + 3 H₂ = 3 LiH + NH₃ и 3 LiH + N₂ = Li₃N + NH₃.

Изменено 16 Ноября, 2019 в 14:42 пользователем Ruslan_Sharipov

[Gina.93]

1 час назад, Ruslan_Sharipov сказал:

Теория - это хорошо. А почему нитрид лития не используют для производства аммиака? В Википедии написаны две реакции, обе дают аммиак: Li₃N + 3 H₂ = 3 LiH + NH₃ и 3 LiH + N₂ = Li₃N + NH₃.

Во первых, очень высокие требования к чистоте(сухости, и оббескислороженности газов), ну есть и другие причины. Но одной этой пока достаточно. 

[yatcheh]

8 часов назад, chemister2010 сказал:

Почитав литературу я пока не нашел объяснения, но выработал свою теорию.

 

Поляризующее действие лития объясняет стабильность нитрида лития, но не объясняет скорость его реакции с азотом (у бериллия поляризующее действие должно быть больше, так как заряд больше, но он не реагирует с азотом при комнатной температуре). Энергия активации реакции в зависимости от условий колеблется от 7 до 12 кал/моль.

Скорее всего реакция радикальная на что указывает тормозящее влияние кислорода и водорода. Интересно, что без следов воды реакция при 25 С с азотом не идет. Скорее всего вода создает активные частицы для начала реакции. Скорее всего реакция начинается с образованием ион-радикального комплекса LiN2, где литий смещает электронную плотность азота на себя, передавая ему электрон на противоположный атом азота.

 

Если посмотреть на проблему шире, то возникает вопрос - а был ли мальчик? Вот вы говорите - "почему литий легко реагирует с азотом"? Есть всеобъемлющий ответ - "потому что литий - весьма активный щелочной металл". Сравнивать-то его не с чем - у его щелочных аналогов нитриды нестабильны. Иными словами, если бы условный калий давал стабильный нитрид, он бы, быть может, реагировал бы ещё шустрее.

 

Взять, скажем - водород. Самый стабильный гидрид - у лития (давление диссоциации достигает атмосферного при 850С), гидриды аналогов разлагаются при 400-450С. Но при этом литий активно реагирует с водородом только при 700С, а его аналоги - при 350-400С. Если бы гидриды аналогов разлагались на сотню градусов ниже, была бы та же качественная картина: литий реагирует с водородом, аналоги - нет.

 

То есть, реакция лития с азотом - нормальное следствие его щелочной природы, а аналогам просто не повезло с размером (нитриды больно хилые получаются).