硝酸鹽易溶于水的原因分析

摘 要：硝酸鹽易溶于水的主要原因，是因為NO離子的π鍵和+5價N的控制電子的能力強，使得NO離子的電子不能被陽離子極化，即負離子的電荷中心與正電荷的中心重合，造成硝酸鹽的陽離子與NO離子之間是明顯的離子鍵。故硝酸鹽易溶于水。

關鍵詞：π鍵；極化；硝酸根

硝酸鹽易溶于水，這是在中學就學過知道的事實。但是究其原因何在，本文想探討一下。

一、硝酸的分子結構

圖1硝酸的分子結構 圖2硝酸根的離子結構

從圖1可見，硝酸分子中中心原子是N原子，其雜化類型應當是sp2，其中的O-N-O的鍵角為130°，這是由于形成的H鍵產生的拉力，使得鍵角張大；這樣必造成其它的鍵角變小。O原子也采取sp2雜化形式成鍵，但是鍵角H-O-N的鍵角度為90°，同樣是由于形成的H鍵的拉力所致。在硝酸分子中O-N-O三原子之間，形成一個三中心四電子的π鍵。由于硝酸分子形成分子內的H鍵，使得分子間的作用相對弱些，這就造成了硝酸的揮發性。同時由于硝酸分子內的H鍵存在，而使得硝酸分子中的三個O原子沒有均化分布于N原子的周圍，使得硝酸分子具有了結構的相對不對稱與不穩定，同時π鍵也不是整個基團共有，這樣便使得電子云中心會有偏移，所以，對于硝酸分子來講，要比硝酸鹽不穩定、易分解。

二、硝酸根離子的結構

從圖2可見，由于硝酸是強酸，溶于水后完全形成NO離子形式存在。在形成的NO離子時，由于H+以離子的形式完全脫離開與其相連的O原子，同時也離開原來與其相連接形成H鍵的O原子。為使硝酸根離子更加穩定，形成的NO離子內部結構發生均化過程，使得硝酸根陰離子的結構與硝酸分子時的結構有些不同。其中心原子N的sp2雜化可以完全表現出來，與其相連接的三個O原子的鍵角與鍵長均等化都相同。這樣均化后的硝酸根離子結構，使NO離子在溶液中非常穩定。由于N與O的成鍵雜化sp2方式相同，每個N與O之間除了一個σ鍵外，還形成了一個四中心六電子的大π鍵。

硝酸根的上述結構的改變，對NO離子的穩定與其鹽的易溶至關重要。首先是結構對稱，使其穩定，大π鍵的形成，使得電子云為整個硝酸根離子所共有，本來N原子對電子就有較強的吸附力（電負性為3.04），所以，+5價N原子對電子的吸引控制能力就更強，其通過大π鍵，把電子牢牢控制在自己的周圍，使得硝酸根的正負電荷中心重合，造成硝酸根離子的電子云不發生任何偏離，只顯現出其負一價離子的特性。也就是說，在任何正電場的作用下，都不能把硝酸根離子的電子云極化，使其中心偏離硝酸根離子的正電荷中心。這方面的作用充分顯示了+5價的N原子對電子的限制力，也就是說，+5價的N原子對電子的吸引、控制、束縛的作用之大之強，是所有其它含氧酸的中心原子所做不到的。所以硝酸鹽才有自己獨到性質——易溶于水。

三、N原子與O原子之間特性

那么，為什么N原子有這個能力造成硝酸鹽易溶于水的特性，而別的含氧酸的中心原子沒這個能力呢？這與N原子的電子層結構與外電子數也與O原子的電子層結構和外電子數有關。由于N與O的電子層數相同，而外層電子數只差1個，使得N與O對電子的爭奪相互差別不會很大，中心正電荷的N原子對電子的吸引距離與O原子對電子的吸引距離基本相同，電子向O原子的偏離程度不會很大，同樣遠離N原子也不會很遠。這可從它們的電負性數值上得到證實：氧3.44，氮3.04，只差0.4。當O得到電子后，而N又失去了電子，可以想象，正電性的N對負電性的O對電子的相互爭奪肯定是正電性的N為主導，負電性的O只有隨從的份了，所以，造成NO根離子把負電荷牢牢地束縛在自己周圍，而不被其它離子所極化。故造成所有的硝酸鹽的陽離子與NO之間的明顯離子鍵，這是NO離子的特殊性，使其鹽易溶于水。

正是由于+5價的N原子對電子的強烈束縛控制能力，使得硝酸根基團的電子僅僅圍繞在其周圍，這樣也就降低了NO離子中的+5價N原子對外得電子的能力，造成硝酸根的標準電極電位比其它價態的N的標準電極電位小的原因之一。

四、結束語

綜上所述，硝酸鹽易溶于水的主要原因，是硝酸根的離子性造成所有的硝酸鹽的陽離子與硝酸根陰離子之間明顯的離子鍵所造成。形成明顯離子鍵的原因是N與O原子的特性及NO離子的結構所決定的。

參考資料：

[1]武漢大學，等.分析化學[M].北京：人民教育出版社，1978.

[2]北京師范大學，華中師范大學，南京師范大學，無機化學教研室.無機化學[M].北京：高等教育出版社，1986.