स्वीडिश रसायनशास्त्रज्ञ कार्ल शेले आणि स्कॉटिश वनस्पतिशास्त्रज्ञ डॅनियल रदरफोर्ड यांनी 1772 मध्ये स्वतंत्रपणे नायट्रोजनचा शोध लावला. रेव्हरंड कॅव्हेंडिश आणि लॅव्होईझियर यांनीही स्वतंत्रपणे नायट्रोजन एकाच वेळी मिळवला. नायट्रोजनला प्रथम Lavoisier द्वारे एक घटक म्हणून ओळखले गेले, ज्याने त्याला "अझो" असे नाव दिले, म्हणजे "निर्जीव". Chaptal यांनी 1790 मध्ये नायट्रोजन या मूलद्रव्याचे नाव दिले. हे नाव ग्रीक शब्द "nitre" (नायट्रेटमध्ये नायट्रोजन असलेले नायट्रेट) वरून आले आहे.
नायट्रोजन उत्पादन उत्पादक - चीन नायट्रोजन उत्पादन कारखाना आणि पुरवठादार (xinfatools.com)
नायट्रोजनचे स्त्रोत
नायट्रोजन हा पृथ्वीवरील 30 वा सर्वात मुबलक घटक आहे. वातावरणातील 4/5 किंवा 78% पेक्षा जास्त नायट्रोजनचा वाटा आहे हे लक्षात घेता, आपल्याकडे जवळजवळ अमर्यादित प्रमाणात नायट्रोजन उपलब्ध आहे. चिलीयन सॉल्टपीटर (सोडियम नायट्रेट), सॉल्टपीटर किंवा नायट्रे (पोटॅशियम नायट्रेट) आणि अमोनियम क्षार असलेले खनिजे यासारख्या विविध खनिजांमध्ये नायट्रेट्सच्या स्वरूपात नायट्रोजन देखील अस्तित्वात आहे. नायट्रोजन सर्व सजीवांमध्ये उपस्थित असलेल्या प्रथिने आणि अमीनो ऍसिडसह अनेक जटिल सेंद्रिय रेणूंमध्ये असते.
भौतिक गुणधर्म
नायट्रोजन N2 हा खोलीच्या तपमानावर रंगहीन, चवहीन आणि गंधहीन वायू आहे आणि तो सहसा गैर-विषारी असतो. मानक परिस्थितीत गॅसची घनता 1.25g/L आहे. एकूण वातावरणापैकी 78.12% नायट्रोजन (आवाजाचा अंश) आणि हवेचा मुख्य घटक आहे. वातावरणात सुमारे 400 ट्रिलियन टन वायू आहेत.
मानक वातावरणाच्या दाबाखाली, जेव्हा -195.8℃ पर्यंत थंड केले जाते तेव्हा ते रंगहीन द्रव बनते. -209.86℃ पर्यंत थंड केल्यावर, द्रव नायट्रोजन बर्फासारखा घन बनतो.
नायट्रोजन ज्वलनशील नसतो आणि तो श्वासोच्छ्वास करणारा वायू मानला जातो (म्हणजे, शुद्ध नायट्रोजन श्वास घेतल्याने मानवी शरीराला ऑक्सिजनपासून वंचित राहते). नायट्रोजनची पाण्यात विद्राव्यता फारच कमी असते. 283K वर, पाण्याचा एक खंड N2 च्या सुमारे 0.02 खंड विरघळू शकतो.
रासायनिक गुणधर्म
नायट्रोजनमध्ये अत्यंत स्थिर रासायनिक गुणधर्म आहेत. खोलीच्या तपमानावर इतर पदार्थांसह प्रतिक्रिया देणे कठीण आहे, परंतु उच्च तापमान आणि उच्च ऊर्जा परिस्थितीत काही पदार्थांसह रासायनिक बदल होऊ शकतात आणि मानवांसाठी उपयुक्त नवीन पदार्थ तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.
नायट्रोजन रेणूंचे आण्विक कक्षीय सूत्र KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2 आहे. इलेक्ट्रॉनच्या तीन जोड्या बाँडिंगमध्ये योगदान देतात, म्हणजे, दोन π बॉन्ड आणि एक σ बॉन्ड तयार होतात. बाँडिंगमध्ये कोणतेही योगदान नाही, आणि बाँडिंग आणि अँटी-बॉन्डिंग ऊर्जा अंदाजे ऑफसेट आहेत आणि ते एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड्यांच्या समतुल्य आहेत. N2 रेणूमध्ये N≡N हे तिहेरी बंध असल्यामुळे, N2 रेणूमध्ये उत्तम स्थिरता असते आणि त्याचे अणूंमध्ये विघटन करण्यासाठी 941.69 kJ/mol ऊर्जा लागते. ज्ञात डायटॉमिक रेणूंपैकी N2 रेणू सर्वात स्थिर आहे आणि नायट्रोजनचे सापेक्ष आण्विक वस्तुमान 28 आहे. शिवाय, नायट्रोजन बर्न करणे सोपे नाही आणि ज्वलनास समर्थन देत नाही.
चाचणी पद्धत
बर्निंग एमजी बार नायट्रोजनने भरलेल्या गॅस गोळा करणाऱ्या बाटलीमध्ये ठेवा आणि Mg बार जळत राहील. उरलेली राख (किंचित पिवळी पावडर Mg3N2) काढा, थोडेसे पाणी घाला आणि गॅस (अमोनिया) तयार करा ज्यामुळे ओले लाल लिटमस पेपर निळा होईल. प्रतिक्रिया समीकरण: 3Mg + N2 = इग्निशन = Mg3N2 (मॅग्नेशियम नायट्राइड); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
नायट्रोजनची बाँडिंग वैशिष्ट्ये आणि व्हॅलेन्स बाँड रचना
N2 हा एकच पदार्थ सामान्य परिस्थितीत अत्यंत स्थिर असल्यामुळे, नायट्रोजन हा रासायनिक दृष्ट्या निष्क्रिय घटक आहे असे लोक चुकून मानतात. खरं तर, त्याउलट, मूलभूत नायट्रोजनमध्ये उच्च रासायनिक क्रिया असते. N (3.04) ची विद्युत ऋणात्मकता F आणि O नंतर दुसऱ्या क्रमांकावर आहे, हे दर्शविते की ते इतर घटकांसह मजबूत बंध तयार करू शकते. याव्यतिरिक्त, एकल पदार्थ N2 रेणूची स्थिरता फक्त N अणूची क्रिया दर्शवते. समस्या अशी आहे की लोकांना खोलीच्या तापमानात आणि दाबावर N2 रेणू सक्रिय करण्यासाठी इष्टतम परिस्थिती अद्याप सापडलेली नाही. परंतु निसर्गात, वनस्पतींच्या गाठीवरील काही जिवाणू हवेतील N2 चे नायट्रोजन संयुगांमध्ये सामान्य तापमान आणि दाबाने कमी-ऊर्जेच्या परिस्थितीत रूपांतर करू शकतात आणि पिकांच्या वाढीसाठी खत म्हणून त्यांचा वापर करू शकतात.
त्यामुळे नायट्रोजन स्थिरीकरणाचा अभ्यास हा नेहमीच एक महत्त्वाचा वैज्ञानिक संशोधनाचा विषय राहिला आहे. म्हणून, नायट्रोजनची बाँडिंग वैशिष्ट्ये आणि व्हॅलेन्स बाँड रचना तपशीलवार समजून घेणे आवश्यक आहे.
बाँड प्रकार
N अणूची व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन लेयर रचना 2s2p3 आहे, म्हणजेच 3 एकल इलेक्ट्रॉन आणि एकल इलेक्ट्रॉन जोड्यांची जोडी आहे. यावर आधारित, संयुगे तयार करताना, खालील तीन बाँड प्रकार तयार केले जाऊ शकतात:
1. आयनिक बंध तयार करणे 2. सहसंयोजक बंध तयार करणे 3. समन्वय बंध तयार करणे
1. आयनिक बंध तयार करणे
N अणूंमध्ये उच्च विद्युत ऋणात्मकता असते (3.04). जेव्हा ते Li (विद्युत ऋणात्मकता 0.98), Ca (विद्युत ऋणात्मकता 1.00), आणि Mg (विद्युत ऋणात्मकता 1.31) सारख्या कमी इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी असलेल्या धातूसह बायनरी नायट्राइड तयार करतात, तेव्हा ते 3 इलेक्ट्रॉन मिळवू शकतात आणि N3- आयन बनवू शकतात. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ignite= Mg3N2 N3- आयनांमध्ये जास्त ऋण शुल्क आणि मोठी त्रिज्या (171pm) असते. जेव्हा ते पाण्याच्या रेणूंचा सामना करतात तेव्हा ते जोरदारपणे हायड्रोलायझ केले जातील. म्हणून, आयनिक संयुगे फक्त कोरड्या अवस्थेतच अस्तित्वात असू शकतात आणि N3- चे कोणतेही हायड्रेटेड आयन नसतील.
2. सहसंयोजक बंधांची निर्मिती
जेव्हा N अणू उच्च विद्युत ऋणात्मकतेसह नॉन-मेटल्ससह संयुगे तयार करतात, तेव्हा खालील सहसंयोजक बंध तयार होतात:
⑴N अणू sp3 संकरित स्थिती घेतात, तीन सहसंयोजक बंध तयार करतात, एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड्यांची जोडी टिकवून ठेवतात आणि आण्विक संरचना त्रिकोणीय पिरॅमिडल असते, जसे की NH3, NF3, NCl3, इ. जर चार सहसंयोजक एकल बंध तयार होतात, तर आण्विक कॉन्फिगरेशन असते. नियमित टेट्राहेड्रॉन, जसे की NH4+ आयन.
⑵N अणू sp2 संकरीकरण स्थिती घेतात, दोन सहसंयोजक बंध आणि एक बंध तयार करतात आणि एकल इलेक्ट्रॉन जोड्यांची जोडी टिकवून ठेवतात आणि आण्विक कॉन्फिगरेशन कोनीय असते, जसे की Cl—N=O. (N अणू Cl अणूसह σ बंध आणि एक π बंध तयार करतो आणि N अणूवरील एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड्यांची जोडी रेणू त्रिकोणी बनवते.) एकटा इलेक्ट्रॉन जोडी नसल्यास, आण्विक संरचना त्रिकोणी असते, जसे की HNO3 रेणू किंवा NO3- आयन. नायट्रिक ऍसिड रेणूमध्ये, N अणू अनुक्रमे तीन O अणूंसह तीन σ बंध तयार करतो आणि त्याच्या π ऑर्बिटलवर इलेक्ट्रॉनची एक जोडी आणि दोन O अणूंचे एकल π इलेक्ट्रॉन तीन-केंद्र चार-इलेक्ट्रॉन डिलोकलाइज्ड π बॉन्ड बनवतात. नायट्रेट आयनमध्ये, तीन ओ अणू आणि मध्य एन अणू यांच्यामध्ये चार-मध्य सहा-इलेक्ट्रॉन डिलोकलाइज्ड मोठे π बॉन्ड तयार होतो. ही रचना नायट्रिक ऍसिड +5 मध्ये N अणूची स्पष्ट ऑक्सिडेशन संख्या बनवते. मोठ्या π बंधांच्या उपस्थितीमुळे, नायट्रेट सामान्य परिस्थितीत पुरेसे स्थिर असते. ⑶N अणू सहसंयोजक तिहेरी बंध तयार करण्यासाठी sp संकरीकरणाचा अवलंब करतो आणि एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड्यांची जोडी राखून ठेवतो. आण्विक संरचना रेखीय आहे, जसे की N2 रेणू आणि CN- मधील N अणूची रचना.
3. समन्वय बंधांची निर्मिती
जेव्हा नायट्रोजन अणू साधे पदार्थ किंवा संयुगे तयार करतात, तेव्हा ते बहुधा एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड्या ठेवतात, त्यामुळे असे साधे पदार्थ किंवा संयुगे धातूच्या आयनांशी समन्वय साधण्यासाठी इलेक्ट्रॉन जोडी दाता म्हणून काम करू शकतात. उदाहरणार्थ, [Cu(NH3)4]2+ किंवा [Tu(NH2)5]7, इ.
ऑक्सिडेशन स्टेट-गिब्स फ्री एनर्जी डायग्राम
नायट्रोजनच्या ऑक्सिडेशन स्टेट-गिब्स फ्री एनर्जी डायग्रामवरून हे देखील पाहिले जाऊ शकते की, NH4 आयन वगळता, 0 च्या ऑक्सिडेशन क्रमांकासह N2 रेणू आकृतीमधील वक्रच्या सर्वात कमी बिंदूवर आहे, जे सूचित करते की N2 थर्मोडायनामिकली आहे. इतर ऑक्सिडेशन क्रमांकांसह नायट्रोजन संयुगांच्या सापेक्ष स्थिर.
0 आणि +5 मधील ऑक्सिडेशन क्रमांकासह विविध नायट्रोजन संयुगेची मूल्ये सर्व HNO3 आणि N2 (आकृतीमधील ठिपके असलेली रेषा) दोन बिंदूंना जोडणाऱ्या रेषेच्या वर आहेत, त्यामुळे ही संयुगे थर्मोडायनामिकली अस्थिर आहेत आणि विषम प्रतिक्रियांना प्रवण आहेत. N2 रेणूपेक्षा कमी मूल्य असलेले आकृतीत एकमेव NH4+ आयन आहे. [१] ऑक्सिडेशन स्टेट-गिब्सच्या नायट्रोजनच्या मुक्त ऊर्जा आकृतीवरून आणि N2 रेणूच्या संरचनेवरून, असे दिसून येते की मूल N2 निष्क्रिय आहे. केवळ उच्च तापमान, उच्च दाब आणि उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत नायट्रोजन हायड्रोजनवर प्रतिक्रिया देऊन अमोनिया तयार करू शकतो: डिस्चार्ज परिस्थितीत, नायट्रोजन ऑक्सिजनसह नायट्रिक ऑक्साईड तयार करू शकतो: N2+O2=डिस्चार्ज=2NO नायट्रिक ऑक्साईड त्वरीत ऑक्सिजनसह एकत्रित होते. नायट्रोजन डायऑक्साइड 2NO+O2=2NO2 नायट्रोजन डायऑक्साइड पाण्यात विरघळते आणि नायट्रिक ऍसिड तयार करते, नायट्रिक ऑक्साईड 3NO2+H2O=2HNO3+NO विकसित जलविद्युत असलेल्या देशांमध्ये, ही प्रतिक्रिया नायट्रिक ऍसिड तयार करण्यासाठी वापरली जाते. अमोनिया तयार करण्यासाठी N2 हायड्रोजनसह प्रतिक्रिया देते: N2+3H2=== (उलटता येण्याजोगे चिन्ह) 2NH3 N2 कमी आयनीकरण क्षमता असलेल्या आणि ज्यांच्या नायट्राइड्समध्ये आयनिक नायट्राइड्स तयार करण्यासाठी उच्च जाळीची ऊर्जा असते अशा धातूंवर प्रतिक्रिया देते. उदाहरणार्थ: N2 खोलीच्या तपमानावर धातूच्या लिथियमवर थेट प्रतिक्रिया देऊ शकते: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 क्षारीय पृथ्वीवरील Mg, Ca, Sr, Ba या तपमानावर प्रतिक्रिया देते: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 करू शकते तप्त झाल्यावर प्रकाशमान होणाऱ्या तापमानात फक्त बोरॉन आणि ॲल्युमिनियमवर प्रतिक्रिया देते: 2 B + N2=== 2 BN (मॅक्रोमोलेक्युल कंपाऊंड) N2 साधारणपणे 1473K पेक्षा जास्त तापमानात सिलिकॉन आणि इतर गट घटकांवर प्रतिक्रिया देते.
नायट्रोजन रेणू बाँडिंगमध्ये इलेक्ट्रॉनच्या तीन जोड्या घालतात, म्हणजेच दोन π बंध आणि एक σ बाँड तयार करतात. हे बाँडिंगमध्ये योगदान देत नाही, आणि बाँडिंग आणि अँटी-बॉन्डिंग ऊर्जा अंदाजे ऑफसेट आहेत, आणि ते एकाकी इलेक्ट्रॉन जोड्यांच्या समतुल्य आहेत. N2 रेणूमध्ये N≡N हा तिहेरी बंध असल्यामुळे, N2 रेणूमध्ये उत्तम स्थिरता असते आणि त्याचे अणूंमध्ये विघटन करण्यासाठी 941.69kJ/mol ऊर्जा लागते. ज्ञात डायटॉमिक रेणूंपैकी N2 रेणू सर्वात स्थिर आहे आणि नायट्रोजनचे सापेक्ष आण्विक वस्तुमान 28 आहे. शिवाय, नायट्रोजन बर्न करणे सोपे नाही आणि ज्वलनास समर्थन देत नाही.
पोस्ट वेळ: जुलै-23-2024
