கார்ல் ஷீலே, ஒரு ஸ்வீடிஷ் வேதியியலாளர் மற்றும் டேனியல் ரூதர்ஃபோர்ட், ஒரு ஸ்காட்டிஷ் தாவரவியலாளர், 1772 இல் தனித்தனியாக நைட்ரஜனைக் கண்டுபிடித்தனர். ரெவரெண்ட் கேவென்டிஷ் மற்றும் லாவோசியர் ஆகியோரும் ஒரே நேரத்தில் நைட்ரஜனைப் பெற்றனர். நைட்ரஜனை முதலில் ஒரு தனிமமாக லாவோசியர் அங்கீகரித்தார், அவர் அதற்கு "அசோ" என்று பெயரிட்டார், அதாவது "உயிரற்றது". சாப்டல் 1790 இல் தனிமத்திற்கு நைட்ரஜன் என்று பெயரிட்டார். இந்த பெயர் கிரேக்க வார்த்தையான "நைட்ரே" (நைட்ரேட்டில் நைட்ரஜனைக் கொண்ட நைட்ரேட்) என்பதிலிருந்து பெறப்பட்டது.
நைட்ரஜனின் ஆதாரங்கள்
நைட்ரஜன் பூமியில் 30 வது மிக அதிகமாக உள்ள தனிமமாகும். நைட்ரஜன் வளிமண்டல அளவின் 4/5 அல்லது 78% க்கும் அதிகமாக இருப்பதைக் கருத்தில் கொண்டு, கிட்டத்தட்ட வரம்பற்ற நைட்ரஜன் நமக்குக் கிடைக்கிறது. சிலி சால்ட்பீட்டர் (சோடியம் நைட்ரேட்), சால்ட்பீட்டர் அல்லது நைட்ரே (பொட்டாசியம் நைட்ரேட்) மற்றும் அம்மோனியம் உப்புகள் கொண்ட தாதுக்கள் போன்ற பல்வேறு கனிமங்களில் நைட்ரேட்டுகளின் வடிவத்திலும் நைட்ரஜன் உள்ளது. அனைத்து உயிரினங்களிலும் இருக்கும் புரதங்கள் மற்றும் அமினோ அமிலங்கள் உட்பட பல சிக்கலான கரிம மூலக்கூறுகளில் நைட்ரஜன் உள்ளது.
இயற்பியல் பண்புகள்
நைட்ரஜன் N2 என்பது அறை வெப்பநிலையில் நிறமற்ற, சுவையற்ற மற்றும் மணமற்ற வாயுவாகும், மேலும் இது பொதுவாக நச்சுத்தன்மையற்றது. நிலையான நிலைமைகளின் கீழ் வாயு அடர்த்தி 1.25g/L ஆகும். நைட்ரஜன் மொத்த வளிமண்டலத்தில் 78.12% (தொகுதி பின்னம்) மற்றும் காற்றின் முக்கிய அங்கமாகும். வளிமண்டலத்தில் சுமார் 400 டிரில்லியன் டன் வாயு உள்ளது.
நிலையான வளிமண்டல அழுத்தத்தின் கீழ், -195.8℃ வரை குளிர்விக்கப்படும் போது, அது நிறமற்ற திரவமாக மாறும். -209.86℃க்கு குளிர்விக்கும் போது, திரவ நைட்ரஜன் பனி போன்ற திடப்பொருளாக மாறுகிறது.
நைட்ரஜன் எரியக்கூடியது மற்றும் மூச்சுத்திணறல் வாயுவாக கருதப்படுகிறது (அதாவது, தூய நைட்ரஜனை சுவாசிப்பது மனித உடலுக்கு ஆக்ஸிஜனை இழக்கிறது). நைட்ரஜன் தண்ணீரில் மிகக் குறைந்த கரைதிறன் கொண்டது. 283K இல், ஒரு தொகுதி நீர் N2 இன் 0.02 தொகுதிகளைக் கரைக்கும்.
இரசாயன பண்புகள்
நைட்ரஜன் மிகவும் நிலையான இரசாயன பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. அறை வெப்பநிலையில் மற்ற பொருட்களுடன் வினைபுரிவது கடினம், ஆனால் இது அதிக வெப்பநிலை மற்றும் உயர் ஆற்றல் நிலைகளின் கீழ் சில பொருட்களுடன் இரசாயன மாற்றங்களுக்கு உட்படலாம், மேலும் மனிதர்களுக்கு பயனுள்ள புதிய பொருட்களை உற்பத்தி செய்ய பயன்படுத்தலாம்.
நைட்ரஜன் மூலக்கூறுகளின் மூலக்கூறு சுற்றுப்பாதை சூத்திரம் KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2 ஆகும். மூன்று ஜோடி எலக்ட்ரான்கள் பிணைப்புக்கு பங்களிக்கின்றன, அதாவது இரண்டு π பிணைப்புகள் மற்றும் ஒரு σ பிணைப்பு உருவாகின்றன. பிணைப்புக்கு எந்த பங்களிப்பும் இல்லை, மேலும் பிணைப்பு மற்றும் எதிர்-பிணைப்பு ஆற்றல்கள் தோராயமாக ஈடுசெய்யப்படுகின்றன, மேலும் அவை தனி எலக்ட்ரான் ஜோடிகளுக்கு சமமானவை. N2 மூலக்கூறில் மூன்று பிணைப்பு N≡N இருப்பதால், N2 மூலக்கூறு சிறந்த நிலைப்புத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதை அணுக்களாக சிதைக்க 941.69 kJ/mol ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. அறியப்பட்ட டையட்டோமிக் மூலக்கூறுகளில் N2 மூலக்கூறு மிகவும் நிலையானது, மேலும் நைட்ரஜனின் ஒப்பீட்டு மூலக்கூறு நிறை 28. மேலும், நைட்ரஜனை எரிப்பது எளிதல்ல மற்றும் எரிப்பதை ஆதரிக்காது.
சோதனை முறை
எரியும் Mg பட்டியை நைட்ரஜன் நிரப்பப்பட்ட எரிவாயு சேகரிக்கும் பாட்டிலில் வைக்கவும், Mg பட்டை தொடர்ந்து எரியும். மீதமுள்ள சாம்பலைப் பிரித்தெடுக்கவும் (சிறிது மஞ்சள் தூள் Mg3N2), சிறிதளவு தண்ணீரைச் சேர்த்து, ஈரமான சிவப்பு லிட்மஸ் காகிதத்தை நீல நிறமாக மாற்றும் வாயுவை (அம்மோனியா) உருவாக்கவும். எதிர்வினை சமன்பாடு: 3Mg + N2 = பற்றவைப்பு = Mg3N2 (மெக்னீசியம் நைட்ரைடு); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
பிணைப்பு பண்புகள் மற்றும் நைட்ரஜனின் வேலன்ஸ் பிணைப்பு அமைப்பு
N2 என்ற ஒற்றைப் பொருள் சாதாரண நிலைமைகளின் கீழ் மிகவும் நிலையானதாக இருப்பதால், நைட்ரஜன் ஒரு வேதியியல் செயலற்ற உறுப்பு என்று மக்கள் தவறாக நம்புகிறார்கள். உண்மையில், மாறாக, அடிப்படை நைட்ரஜன் அதிக இரசாயன செயல்பாடு உள்ளது. N (3.04) இன் எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டி F மற்றும் O க்கு அடுத்ததாக உள்ளது, இது மற்ற உறுப்புகளுடன் வலுவான பிணைப்புகளை உருவாக்க முடியும் என்பதைக் குறிக்கிறது. கூடுதலாக, N2 மூலக்கூறின் ஒற்றைப் பொருளின் நிலைப்புத்தன்மை N அணுவின் செயல்பாட்டைக் காட்டுகிறது. பிரச்சனை என்னவென்றால், அறை வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் N2 மூலக்கூறுகளை செயல்படுத்துவதற்கான உகந்த நிலைமைகளை மக்கள் இன்னும் கண்டுபிடிக்கவில்லை. ஆனால் இயற்கையில், தாவர முடிச்சுகளில் உள்ள சில பாக்டீரியாக்கள் காற்றில் உள்ள N2 ஐ சாதாரண வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் குறைந்த ஆற்றல் நிலையில் நைட்ரஜன் சேர்மங்களாக மாற்றி, பயிர் வளர்ச்சிக்கு உரமாகப் பயன்படுத்தலாம்.
எனவே, நைட்ரஜன் நிலைப்படுத்தல் பற்றிய ஆய்வு எப்போதும் ஒரு முக்கியமான அறிவியல் ஆராய்ச்சி தலைப்பாக இருந்து வருகிறது. எனவே, நைட்ரஜனின் பிணைப்பு பண்புகள் மற்றும் வேலன்ஸ் பிணைப்பு கட்டமைப்பை விரிவாகப் புரிந்துகொள்வது அவசியம்.
பத்திர வகை
N அணுவின் வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான் அடுக்கு அமைப்பு 2s2p3 ஆகும், அதாவது 3 ஒற்றை எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் ஒரு ஜோடி தனி எலக்ட்ரான் ஜோடிகள் உள்ளன. இதன் அடிப்படையில், சேர்மங்களை உருவாக்கும் போது, பின்வரும் மூன்று பிணைப்பு வகைகளை உருவாக்கலாம்:
1. அயனி பிணைப்புகளை உருவாக்குதல் 2. கோவலன்ட் பிணைப்புகளை உருவாக்குதல் 3. ஒருங்கிணைப்பு பிணைப்புகளை உருவாக்குதல்
1. அயனி பிணைப்புகளை உருவாக்குதல்
N அணுக்கள் அதிக எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டி (3.04) கொண்டவை. லி (எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டி 0.98), Ca (எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டி 1.00), மற்றும் Mg (எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டி 1.31) போன்ற குறைந்த எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டி கொண்ட உலோகங்களுடன் பைனரி நைட்ரைடுகளை உருவாக்கும் போது, அவை 3 எலக்ட்ரான்களைப் பெற்று N3- அயனிகளை உருவாக்கலாம். N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ignite= Mg3N2 N3- அயனிகள் அதிக எதிர்மறை மின்னூட்டம் மற்றும் பெரிய ஆரம் (171pm) கொண்டிருக்கும். நீர் மூலக்கூறுகளை சந்திக்கும் போது அவை வலுவாக ஹைட்ரோலைஸ் செய்யப்படும். எனவே, அயனி கலவைகள் உலர்ந்த நிலையில் மட்டுமே இருக்க முடியும், மேலும் N3-ன் நீரேற்றப்பட்ட அயனிகள் இருக்காது.
2. கோவலன்ட் பிணைப்புகளின் உருவாக்கம்
N அணுக்கள் அதிக எலக்ட்ரோநெக்டிவிட்டி கொண்ட உலோகங்கள் அல்லாத கலவைகளை உருவாக்கும் போது, பின்வரும் கோவலன்ட் பிணைப்புகள் உருவாகின்றன:
⑴N அணுக்கள் sp3 கலப்பின நிலையை எடுத்து, மூன்று கோவலன்ட் பிணைப்புகளை உருவாக்குகின்றன, ஒரு ஜோடி தனி எலக்ட்ரான் ஜோடிகளைத் தக்கவைத்துக்கொள்கின்றன, மேலும் மூலக்கூறு உள்ளமைவு NH3, NF3, NCl3 போன்ற முக்கோண பிரமிடுகளாகும். நான்கு கோவலன்ட் ஒற்றைப் பிணைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டால், மூலக்கூறு உள்ளமைவு NH4+ அயனிகள் போன்ற ஒரு வழக்கமான டெட்ராஹெட்ரான்.
⑵N அணுக்கள் sp2 கலப்பின நிலையை எடுத்து, இரண்டு கோவலன்ட் பிணைப்புகள் மற்றும் ஒரு பிணைப்பை உருவாக்குகின்றன, மேலும் ஒரு ஜோடி தனி எலக்ட்ரான் ஜோடிகளைத் தக்கவைத்துக்கொள்கின்றன, மேலும் மூலக்கூறு உள்ளமைவு Cl—N=O போன்ற கோணத்தில் உள்ளது. (N அணு Cl அணுவுடன் ஒரு σ பிணைப்பு மற்றும் π பிணைப்பை உருவாக்குகிறது, மேலும் N அணுவில் ஒரு ஜோடி தனி எலக்ட்ரான் ஜோடிகள் மூலக்கூறை முக்கோணமாக்குகிறது.) தனி எலக்ட்ரான் ஜோடி இல்லை என்றால், மூலக்கூறு உள்ளமைவு முக்கோணமாக இருக்கும், அதாவது HNO3 மூலக்கூறு அல்லது NO3- அயன். நைட்ரிக் அமில மூலக்கூறில், N அணு முறையே மூன்று O அணுக்களுடன் மூன்று σ பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது, மேலும் அதன் π சுற்றுப்பாதையில் ஒரு ஜோடி எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் இரண்டு O அணுக்களின் ஒற்றை π எலக்ட்ரான்கள் மூன்று-மைய நான்கு-எலக்ட்ரான் டிலோகலைஸ்டு π பிணைப்பை உருவாக்குகின்றன. நைட்ரேட் அயனியில், நான்கு-மைய ஆறு-எலக்ட்ரான் டிலோகலைஸ் செய்யப்பட்ட பெரிய π பிணைப்பு மூன்று O அணுக்களுக்கும் மத்திய N அணுவிற்கும் இடையில் உருவாகிறது. இந்த அமைப்பு நைட்ரிக் அமிலம் +5 இல் N அணுவின் வெளிப்படையான ஆக்சிஜனேற்ற எண்ணை உருவாக்குகிறது. பெரிய π பிணைப்புகள் இருப்பதால், நைட்ரேட் சாதாரண நிலையில் போதுமான அளவு நிலையாக இருக்கும். ⑶N அணு ஒரு கோவலன்ட் டிரிபிள் பிணைப்பை உருவாக்க sp கலப்பினத்தை ஏற்றுக்கொள்கிறது மற்றும் ஒரு ஜோடி தனி எலக்ட்ரான் ஜோடிகளைத் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது. N2 மூலக்கூறில் N அணுவின் அமைப்பு மற்றும் CN- போன்ற மூலக்கூறு உள்ளமைவு நேரியல் ஆகும்.
3. ஒருங்கிணைப்பு பிணைப்புகளை உருவாக்குதல்
நைட்ரஜன் அணுக்கள் எளிய பொருட்கள் அல்லது சேர்மங்களை உருவாக்கும் போது, அவை பெரும்பாலும் தனி எலக்ட்ரான் ஜோடிகளைத் தக்கவைத்துக்கொள்கின்றன, எனவே அத்தகைய எளிய பொருட்கள் அல்லது கலவைகள் உலோக அயனிகளுடன் ஒருங்கிணைக்க எலக்ட்ரான் ஜோடி நன்கொடையாளர்களாக செயல்பட முடியும். எடுத்துக்காட்டாக, [Cu(NH3)4]2+ அல்லது [Tu(NH2)5]7, போன்றவை.
ஆக்சிஜனேற்ற நிலை-கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் வரைபடம்
நைட்ரஜனின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை-கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் வரைபடத்திலிருந்தும் காணலாம், NH4 அயனிகளைத் தவிர, N2 மூலக்கூறு 0 ஆக்சிஜனேற்ற எண் கொண்ட வரைபடத்தில் வளைவின் மிகக் குறைந்த புள்ளியில் உள்ளது, இது N2 வெப்ப இயக்கவியல் என்பதைக் குறிக்கிறது. மற்ற ஆக்சிஜனேற்ற எண்களுடன் நைட்ரஜன் சேர்மங்களுடன் ஒப்பிடும்போது நிலையானது.
0 மற்றும் +5 க்கு இடையில் ஆக்சிஜனேற்ற எண்களைக் கொண்ட பல்வேறு நைட்ரஜன் சேர்மங்களின் மதிப்புகள் அனைத்தும் HNO3 மற்றும் N2 (வரைபடத்தில் புள்ளியிடப்பட்ட கோடு) ஆகிய இரண்டு புள்ளிகளை இணைக்கும் கோட்டிற்கு மேலே உள்ளன, எனவே இந்த கலவைகள் வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக நிலையற்றவை மற்றும் விகிதாசார எதிர்வினைகளுக்கு ஆளாகின்றன. N2 மூலக்கூறைக் காட்டிலும் குறைவான மதிப்பைக் கொண்ட வரைபடத்தில் உள்ள ஒரே ஒன்று NH4+ அயன் ஆகும். [1] நைட்ரஜனின் ஆக்சிஜனேற்ற நிலை-கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் வரைபடம் மற்றும் N2 மூலக்கூறின் கட்டமைப்பிலிருந்து, தனிம N2 செயலற்றதாக இருப்பதைக் காணலாம். அதிக வெப்பநிலை, உயர் அழுத்தம் மற்றும் வினையூக்கியின் இருப்பு ஆகியவற்றின் கீழ் மட்டுமே நைட்ரஜன் ஹைட்ரஜனுடன் வினைபுரிந்து அம்மோனியாவை உருவாக்குகிறது: வெளியேற்ற நிலைமைகளின் கீழ், நைட்ரஜன் ஆக்ஸிஜனுடன் இணைந்து நைட்ரிக் ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது: N2+O2=வெளியேற்றம்=2NO நைட்ரிக் ஆக்சைடு விரைவாக ஆக்ஸிஜனுடன் இணைகிறது. நைட்ரஜன் டை ஆக்சைடு 2NO+O2=2NO2 நைட்ரஜன் டை ஆக்சைடு நீரில் கரைந்து நைட்ரிக் அமிலம், நைட்ரிக் ஆக்சைடு 3NO2+H2O=2HNO3+NO வளர்ந்த நீர்மின்சாரம் உள்ள நாடுகளில், நைட்ரிக் அமிலத்தை உருவாக்க இந்த எதிர்வினை பயன்படுத்தப்படுகிறது. அம்மோனியாவை உருவாக்குவதற்கு N2 ஹைட்ரஜனுடன் வினைபுரிகிறது: N2+3H2=== (மீளக்கூடிய அடையாளம்) 2NH3 N2 குறைந்த அயனியாக்கம் திறன் கொண்ட உலோகங்களுடன் வினைபுரிகிறது மற்றும் அதன் நைட்ரைடுகள் அயனி நைட்ரைடுகளை உருவாக்க அதிக லட்டு ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக: அறை வெப்பநிலையில் உலோக லித்தியத்துடன் N2 நேரடியாக வினைபுரியும்: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 ஒளிரும் வெப்பநிலையில் Mg, Ca, Sr, Ba கார பூமி உலோகங்களுடன் வினைபுரிகிறது: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 முடியும் ஒளிரும் வெப்பநிலையில் போரான் மற்றும் அலுமினியத்துடன் மட்டுமே வினைபுரிகிறது: 2 B + N2=== 2 BN (மேக்ரோமாலிகுல் கலவை) N2 பொதுவாக 1473K க்கும் அதிகமான வெப்பநிலையில் சிலிக்கான் மற்றும் பிற குழு உறுப்புகளுடன் வினைபுரிகிறது.
நைட்ரஜன் மூலக்கூறு பிணைப்புக்கு மூன்று ஜோடி எலக்ட்ரான்களை பங்களிக்கிறது, அதாவது இரண்டு π பிணைப்புகள் மற்றும் ஒரு σ பிணைப்பை உருவாக்குகிறது. இது பிணைப்புக்கு பங்களிக்காது, மேலும் பிணைப்பு மற்றும் பிணைப்பு எதிர்ப்பு ஆற்றல்கள் தோராயமாக ஈடுசெய்யப்படுகின்றன, மேலும் அவை தனி எலக்ட்ரான் ஜோடிகளுக்கு சமமானவை. N2 மூலக்கூறில் மூன்று பிணைப்பு N≡N இருப்பதால், N2 மூலக்கூறு சிறந்த நிலைப்புத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதை அணுக்களாக சிதைப்பதற்கு 941.69kJ/mol ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. அறியப்பட்ட டையட்டோமிக் மூலக்கூறுகளில் N2 மூலக்கூறு மிகவும் நிலையானது, மேலும் நைட்ரஜனின் ஒப்பீட்டு மூலக்கூறு நிறை 28. மேலும், நைட்ரஜனை எரிப்பது எளிதல்ல மற்றும் எரிப்பதை ஆதரிக்காது.
இடுகை நேரம்: ஜூலை-23-2024
