Номер 218, страница 215 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.218. При нагревании оксида натрия с нитратом натрия образуется вещество состава ${\mathrm{Na}}_3{\mathrm{NO}}_4.$ В водном растворе оно превращается в нитрат натрия. Запишите уравнения реакций. Почему ортонитраты гораздо менее устойчивы по сравнению с ортофосфатами?

Запишите уравнения реакций.

1. Реакция образования ортонитрата натрия при нагревании оксида натрия с нитратом натрия:

$Na_2O + NaNO_3 \xrightarrow{t} Na_3NO_4$

2. Реакция превращения ортонитрата натрия в нитрат натрия в водном растворе (гидролиз):

$Na_3NO_4 + H_2O \rightarrow NaNO_3 + 2NaOH$

Ответ: $Na_2O + NaNO_3 \xrightarrow{t} Na_3NO_4$; $Na_3NO_4 + H_2O \rightarrow NaNO_3 + 2NaOH$.

Почему ортонитраты гораздо менее устойчивы по сравнению с ортофосфатами?

Неустойчивость ортонитратов по сравнению с ортофосфатами объясняется фундаментальными различиями между атомами азота и фосфора, хотя они и находятся в одной группе периодической системы.

Ключевые факторы:

1. Атомный радиус и стерические затруднения. Атом азота (элемент 2-го периода) имеет очень маленький радиус. Разместить вокруг него четыре атома кислорода для образования тетраэдрического иона $NO_4^{3-}$ крайне затруднительно из-за сильного отталкивания между атомами кислорода (стерического напряжения). Атом фосфора (элемент 3-го периода) значительно крупнее, что позволяет ему легко координировать четыре атома кислорода, образуя устойчивый тетраэдрический ортофосфат-ион $PO_4^{3-}$ без существенных пространственных затруднений.

2. Предпочтительная координация и гибридизация. Для азота в степени окисления +5 наиболее стабильной является тригонально-планарная структура с координационным числом 3, как в нитрат-ионе $NO_3^{-}$. В этой структуре реализуется эффективная система делокализованных $\pi$-связей, что придает иону дополнительную устойчивость. Образование ортонитрат-иона $NO_4^{3-}$ требует перехода к тетраэдрической координации (координационное число 4), что для маленького атома азота энергетически невыгодно. Для фосфора же координационное число 4 является типичным и наиболее устойчивым.

Таким образом, сочетание малого размера и предпочтения к более низкой координации делает ион $NO_4^{3-}$ крайне нестабильным, в отличие от его фосфорного аналога $PO_4^{3-}$.

Ответ: Главная причина заключается в малом атомном радиусе азота по сравнению с фосфором. Это создает сильные пространственные (стерические) затруднения при попытке разместить четыре атома кислорода вокруг атома азота, что делает ортонитрат-ион $NO_4^{3-}$ крайне неустойчивым. В то же время, более крупный атом фосфора легко образует стабильный тетраэдрический ортофосфат-ион $PO_4^{3-}$.