కార్ల్ షీలే, స్వీడిష్ రసాయన శాస్త్రవేత్త మరియు స్కాటిష్ వృక్షశాస్త్రజ్ఞుడు డేనియల్ రూథర్‌ఫోర్డ్ 1772లో విడివిడిగా నత్రజనిని కనుగొన్నారు. రెవరెండ్ కావెండిష్ మరియు లావోసియర్ కూడా స్వతంత్రంగా అదే సమయంలో నత్రజనిని పొందారు. నత్రజనిని మొదటగా లావోసియర్ ఒక మూలకంగా గుర్తించాడు, అతను దానిని "అజో" అని పేరు పెట్టాడు, అంటే "నిర్జీవం". 1790లో చాప్టల్ మూలకానికి నైట్రోజన్ అని పేరు పెట్టారు. ఈ పేరు గ్రీకు పదం "నైట్రే" (నైట్రేట్‌లో నైట్రోజన్‌ని కలిగి ఉంటుంది) నుండి వచ్చింది.
నైట్రోజన్ ఉత్పత్తి తయారీదారులు - చైనా నైట్రోజన్ ఉత్పత్తి కర్మాగారం & సరఫరాదారులు (xinfatools.com)
నత్రజని యొక్క మూలాలు
భూమిపై అత్యధికంగా లభించే మూలకాలలో నైట్రోజన్ 30వ స్థానంలో ఉంది. నత్రజని వాతావరణ పరిమాణంలో 4/5 లేదా 78% కంటే ఎక్కువగా ఉందని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, మనకు దాదాపు అపరిమిత మొత్తంలో నత్రజని అందుబాటులో ఉంది. నత్రజని చిలీ సాల్ట్‌పీటర్ (సోడియం నైట్రేట్), సాల్ట్‌పీటర్ లేదా నైట్రే (పొటాషియం నైట్రేట్) మరియు అమ్మోనియం లవణాలు కలిగిన ఖనిజాలు వంటి వివిధ రకాల ఖనిజాలలో నైట్రేట్‌ల రూపంలో కూడా ఉంది. అన్ని జీవులలో ఉండే ప్రోటీన్లు మరియు అమైనో ఆమ్లాలతో సహా అనేక సంక్లిష్ట సేంద్రీయ అణువులలో నైట్రోజన్ ఉంటుంది.
భౌతిక లక్షణాలు
నైట్రోజన్ N2 గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద రంగులేని, రుచిలేని మరియు వాసన లేని వాయువు, మరియు సాధారణంగా విషపూరితం కాదు. ప్రామాణిక పరిస్థితుల్లో గ్యాస్ సాంద్రత 1.25g/L. మొత్తం వాతావరణంలో నత్రజని 78.12% (వాల్యూమ్ భిన్నం) మరియు గాలిలో ప్రధాన భాగం. వాతావరణంలో దాదాపు 400 ట్రిలియన్ టన్నుల గ్యాస్ ఉంది.
ప్రామాణిక వాతావరణ పీడనం కింద, -195.8℃ కు చల్లబడినప్పుడు, అది రంగులేని ద్రవంగా మారుతుంది. -209.86℃ వరకు చల్లబడినప్పుడు, ద్రవ నత్రజని మంచు లాంటి ఘనపదార్థంగా మారుతుంది.
నత్రజని మంటలేనిది మరియు ఉక్కిరిబిక్కిరి చేసే వాయువుగా పరిగణించబడుతుంది (అంటే, స్వచ్ఛమైన నైట్రోజన్‌ని పీల్చడం వల్ల మానవ శరీరం ఆక్సిజన్‌ను కోల్పోతుంది). నత్రజని నీటిలో చాలా తక్కువ ద్రావణీయతను కలిగి ఉంటుంది. 283K వద్ద, ఒక నీటి పరిమాణం N2 యొక్క 0.02 వాల్యూమ్‌లను కరిగించగలదు.
రసాయన లక్షణాలు
నత్రజని చాలా స్థిరమైన రసాయన లక్షణాలను కలిగి ఉంది. గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఇతర పదార్ధాలతో ప్రతిస్పందించడం కష్టం, అయితే ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక శక్తి పరిస్థితులలో కొన్ని పదార్ధాలతో రసాయన మార్పులకు లోనవుతుంది మరియు మానవులకు ఉపయోగకరమైన కొత్త పదార్థాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.
నైట్రోజన్ అణువుల పరమాణు కక్ష్య సూత్రం KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2. మూడు జతల ఎలక్ట్రాన్లు బంధానికి దోహదం చేస్తాయి, అంటే రెండు π బంధాలు మరియు ఒక σ బంధం ఏర్పడతాయి. బంధానికి ఎటువంటి సహకారం లేదు, మరియు బంధం మరియు వ్యతిరేక బంధ శక్తులు సుమారుగా ఆఫ్‌సెట్ చేయబడతాయి మరియు అవి ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జతలకు సమానం. N2 అణువులో ట్రిపుల్ బాండ్ N≡N ఉన్నందున, N2 అణువు గొప్ప స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు దానిని పరమాణువులుగా విడదీయడానికి 941.69 kJ/mol శక్తి పడుతుంది. తెలిసిన డయాటోమిక్ అణువులలో N2 అణువు అత్యంత స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు నత్రజని యొక్క సాపేక్ష పరమాణు ద్రవ్యరాశి 28. అంతేకాకుండా, నత్రజని దహనం చేయడం సులభం కాదు మరియు దహనానికి మద్దతు ఇవ్వదు.
పరీక్ష పద్ధతి
బర్నింగ్ Mg బార్‌ను నైట్రోజన్‌తో నింపిన గ్యాస్ కలెక్టింగ్ బాటిల్‌లో ఉంచండి మరియు Mg బార్ బర్న్ అవుతూనే ఉంటుంది. మిగిలిన బూడిదను (కొద్దిగా పసుపు పొడి Mg3N2) సంగ్రహించి, కొద్ది మొత్తంలో నీటిని జోడించి, తడి ఎరుపు లిట్మస్ కాగితాన్ని నీలం రంగులోకి మార్చే వాయువు (అమోనియా)ను ఉత్పత్తి చేయండి. ప్రతిచర్య సమీకరణం: 3Mg + N2 = జ్వలన = Mg3N2 (మెగ్నీషియం నైట్రైడ్); Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
నత్రజని యొక్క బంధం లక్షణాలు మరియు వాలెన్స్ బాండ్ నిర్మాణం
ఒకే పదార్ధం N2 సాధారణ పరిస్థితులలో చాలా స్థిరంగా ఉంటుంది కాబట్టి, నత్రజని రసాయనికంగా క్రియారహిత మూలకం అని ప్రజలు తరచుగా తప్పుగా నమ్ముతారు. వాస్తవానికి, దీనికి విరుద్ధంగా, మూలక నత్రజని అధిక రసాయన చర్యను కలిగి ఉంటుంది. N (3.04) యొక్క ఎలెక్ట్రోనెగటివిటీ F మరియు O తర్వాత రెండవది, ఇది ఇతర మూలకాలతో బలమైన బంధాలను ఏర్పరుస్తుందని సూచిస్తుంది. అదనంగా, ఒకే పదార్ధం N2 అణువు యొక్క స్థిరత్వం కేవలం N అణువు యొక్క కార్యాచరణను చూపుతుంది. సమస్య ఏమిటంటే, గది ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద N2 అణువులను సక్రియం చేయడానికి ప్రజలు ఇంకా సరైన పరిస్థితులను కనుగొనలేదు. కానీ ప్రకృతిలో, మొక్కల నాడ్యూల్స్‌పై ఉండే కొన్ని బ్యాక్టీరియాలు సాధారణ ఉష్ణోగ్రత మరియు పీడనం వద్ద తక్కువ-శక్తి పరిస్థితులలో గాలిలోని N2ని నైట్రోజన్ సమ్మేళనాలుగా మార్చగలవు మరియు వాటిని పంట పెరుగుదలకు ఎరువుగా ఉపయోగిస్తాయి.
అందువల్ల, నత్రజని స్థిరీకరణ అధ్యయనం ఎల్లప్పుడూ ముఖ్యమైన శాస్త్రీయ పరిశోధన అంశం. కాబట్టి, నత్రజని యొక్క బంధం లక్షణాలు మరియు వాలెన్స్ బాండ్ నిర్మాణాన్ని వివరంగా అర్థం చేసుకోవడం మాకు అవసరం.
బాండ్ రకం
N పరమాణువు యొక్క వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్ పొర నిర్మాణం 2s2p3, అంటే 3 సింగిల్ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ఒక జత ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జతలు ఉన్నాయి. దీని ఆధారంగా, సమ్మేళనాలను ఏర్పరుచుకునేటప్పుడు, క్రింది మూడు బంధ రకాలను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు:
1. అయానిక్ బంధాలను ఏర్పరచడం 2. సమయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరచడం 3. సమన్వయ బంధాలను ఏర్పరచడం
1. అయానిక్ బంధాలను ఏర్పరచడం
N పరమాణువులు అధిక ఎలక్ట్రోనెగటివిటీని కలిగి ఉంటాయి (3.04). అవి Li (ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ 0.98), Ca (ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ 1.00), మరియు Mg (ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ 1.31) వంటి తక్కువ ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ కలిగిన లోహాలతో బైనరీ నైట్రైడ్‌లను ఏర్పరచినప్పుడు, అవి 3 ఎలక్ట్రాన్‌లను పొంది N3- అయాన్‌లను ఏర్పరుస్తాయి. N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ignite= Mg3N2 N3- అయాన్లు అధిక ఋణ ఛార్జ్ మరియు పెద్ద వ్యాసార్థం (171pm) కలిగి ఉంటాయి. నీటి అణువులను ఎదుర్కొన్నప్పుడు అవి బలంగా హైడ్రోలైజ్ చేయబడతాయి. అందువల్ల, అయానిక్ సమ్మేళనాలు పొడి స్థితిలో మాత్రమే ఉంటాయి మరియు N3- యొక్క హైడ్రేటెడ్ అయాన్లు ఉండవు.
2. సమయోజనీయ బంధాల ఏర్పాటు
N పరమాణువులు అధిక ఎలెక్ట్రోనెగటివిటీతో కాని లోహాలతో సమ్మేళనాలను ఏర్పరచినప్పుడు, క్రింది సమయోజనీయ బంధాలు ఏర్పడతాయి:
⑴N అణువులు sp3 హైబ్రిడైజేషన్ స్థితిని తీసుకుంటాయి, మూడు సమయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరుస్తాయి, ఒక జత ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జతలను కలిగి ఉంటాయి మరియు పరమాణు ఆకృతీకరణ NH3, NF3, NCl3 వంటి త్రిభుజాకార పిరమిడ్‌గా ఉంటుంది. నాలుగు సమయోజనీయ ఏక బంధాలు ఏర్పడితే, పరమాణు ఆకృతీకరణ NH4+ అయాన్ల వంటి సాధారణ టెట్రాహెడ్రాన్.
⑵N పరమాణువులు sp2 హైబ్రిడైజేషన్ స్థితిని తీసుకుంటాయి, రెండు సమయోజనీయ బంధాలు మరియు ఒక బంధాన్ని ఏర్పరుస్తాయి మరియు ఒక జత ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జతలను కలిగి ఉంటాయి మరియు పరమాణు కాన్ఫిగరేషన్ Cl—N=O వంటి కోణీయంగా ఉంటుంది. (N పరమాణువు Cl పరమాణువుతో σ బంధం మరియు π బంధాన్ని ఏర్పరుస్తుంది మరియు N పరమాణువుపై ఒక జత ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జతల అణువును త్రిభుజాకారంగా చేస్తుంది.) ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జత లేకుంటే, పరమాణు ఆకృతీకరణ త్రిభుజాకారంగా ఉంటుంది, HNO3 అణువు లేదా NO3- అయాన్. నైట్రిక్ యాసిడ్ అణువులో, N అణువు వరుసగా మూడు O అణువులతో మూడు σ బంధాలను ఏర్పరుస్తుంది మరియు దాని π కక్ష్యపై ఒక జత ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రెండు O పరమాణువుల సింగిల్ π ఎలక్ట్రాన్లు మూడు-కేంద్ర నాలుగు-ఎలక్ట్రాన్ డీలోకలైజ్డ్ π బంధాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. నైట్రేట్ అయాన్‌లో, మూడు O అణువులు మరియు కేంద్ర N పరమాణువు మధ్య నాలుగు-కేంద్ర ఆరు-ఎలక్ట్రాన్ డీలోకలైజ్డ్ పెద్ద π బంధం ఏర్పడుతుంది. ఈ నిర్మాణం నైట్రిక్ యాసిడ్ +5లో N అణువు యొక్క స్పష్టమైన ఆక్సీకరణ సంఖ్యను చేస్తుంది. పెద్ద π బంధాల ఉనికి కారణంగా, నైట్రేట్ సాధారణ పరిస్థితుల్లో తగినంత స్థిరంగా ఉంటుంది. ⑶N పరమాణువు ఒక సమయోజనీయ ట్రిపుల్ బంధాన్ని ఏర్పరచడానికి sp హైబ్రిడైజేషన్‌ను అవలంబిస్తుంది మరియు ఒక జత ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జతలను కలిగి ఉంటుంది. పరమాణు కాన్ఫిగరేషన్ సరళంగా ఉంటుంది, N2 అణువు మరియు CN-లోని N అణువు యొక్క నిర్మాణం వంటివి.
3. సమన్వయ బంధాల ఏర్పాటు
నత్రజని అణువులు సాధారణ పదార్ధాలు లేదా సమ్మేళనాలను ఏర్పరుచుకున్నప్పుడు, అవి తరచుగా ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జతలను కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి అటువంటి సాధారణ పదార్థాలు లేదా సమ్మేళనాలు లోహ అయాన్లకు సమన్వయం చేయడానికి ఎలక్ట్రాన్ జత దాతలుగా పనిచేస్తాయి. ఉదాహరణకు, [Cu(NH3)4]2+ లేదా [Tu(NH2)5]7, మొదలైనవి.
ఆక్సీకరణ స్థితి-గిబ్స్ ఉచిత శక్తి రేఖాచిత్రం
నైట్రోజన్ యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి-గిబ్స్ ఫ్రీ ఎనర్జీ రేఖాచిత్రం నుండి కూడా చూడవచ్చు, NH4 అయాన్లు మినహా, ఆక్సీకరణ సంఖ్య 0 కలిగిన N2 అణువు రేఖాచిత్రంలో వక్రరేఖ యొక్క అత్యల్ప బిందువు వద్ద ఉంటుంది, ఇది N2 థర్మోడైనమిక్‌గా ఉందని సూచిస్తుంది. ఇతర ఆక్సీకరణ సంఖ్యలతో నత్రజని సమ్మేళనాలకు సంబంధించి స్థిరంగా ఉంటుంది.
0 మరియు +5 మధ్య ఆక్సీకరణ సంఖ్యలతో వివిధ నత్రజని సమ్మేళనాల విలువలు HNO3 మరియు N2 (రేఖాచిత్రంలో చుక్కల రేఖ) అనే రెండు పాయింట్లను కలిపే రేఖకు పైన ఉంటాయి, కాబట్టి ఈ సమ్మేళనాలు థర్మోడైనమిక్‌గా అస్థిరంగా ఉంటాయి మరియు అసమాన ప్రతిచర్యలకు గురవుతాయి. రేఖాచిత్రంలో N2 అణువు కంటే తక్కువ విలువ కలిగినది NH4+ అయాన్ మాత్రమే. [1] నైట్రోజన్ యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి-గిబ్స్ ఫ్రీ ఎనర్జీ రేఖాచిత్రం మరియు N2 అణువు యొక్క నిర్మాణం నుండి, ఎలిమెంటల్ N2 క్రియారహితంగా ఉన్నట్లు చూడవచ్చు. అధిక ఉష్ణోగ్రత, అధిక పీడనం మరియు ఉత్ప్రేరకం ఉండటం వల్ల మాత్రమే నైట్రోజన్ హైడ్రోజన్‌తో చర్య జరిపి అమ్మోనియాను ఏర్పరుస్తుంది: ఉత్సర్గ పరిస్థితులలో, నైట్రోజన్ ఆక్సిజన్‌తో కలిసి నైట్రిక్ ఆక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది: N2+O2=డిశ్చార్జ్=2NO నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ త్వరగా ఆక్సిజన్‌తో కలిసిపోతుంది రూపం నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్ 2NO+O2=2NO2 నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్ నీటిలో కరిగి నైట్రిక్ యాసిడ్, నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ 3NO2+H2O=2HNO3+NO అభివృద్ధి చెందిన జలవిద్యుత్ ఉన్న దేశాల్లో, ఈ చర్య నైట్రిక్ యాసిడ్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపయోగించబడింది. అమ్మోనియాను ఉత్పత్తి చేయడానికి N2 హైడ్రోజన్‌తో చర్య జరుపుతుంది: N2+3H2=== (రివర్సిబుల్ సైన్) 2NH3 N2 తక్కువ అయనీకరణ సంభావ్యత కలిగిన లోహాలతో చర్య జరుపుతుంది మరియు దీని నైట్రైడ్‌లు అయానిక్ నైట్రైడ్‌లను ఏర్పరచడానికి అధిక లాటిస్ శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. ఉదాహరణకు: N2 గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద మెటాలిక్ లిథియంతో నేరుగా ప్రతిస్పందిస్తుంది: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 ప్రకాశించే ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఆల్కలీన్ ఎర్త్ మెటల్స్ Mg, Ca, Sr, Baతో చర్య జరుపుతుంది: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 చేయవచ్చు ప్రకాశించే ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బోరాన్ మరియు అల్యూమినియంతో మాత్రమే ప్రతిస్పందిస్తుంది: 2 B + N2=== 2 BN (స్థూల కణ సమ్మేళనం) N2 సాధారణంగా 1473K కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద సిలికాన్ మరియు ఇతర సమూహ మూలకాలతో చర్య జరుపుతుంది.
నైట్రోజన్ అణువు మూడు జతల ఎలక్ట్రాన్‌లను బంధానికి దోహదపడుతుంది, అంటే రెండు π బంధాలు మరియు ఒక σ బంధాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఇది బంధానికి దోహదపడదు మరియు బంధం మరియు వ్యతిరేక బంధం శక్తులు సుమారుగా ఆఫ్‌సెట్ చేయబడతాయి మరియు అవి ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ జతలకు సమానం. N2 అణువులో N≡N ట్రిపుల్ బాండ్ ఉన్నందున, N2 అణువు గొప్ప స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు దానిని అణువులుగా విడదీయడానికి 941.69kJ/mol శక్తి పడుతుంది. తెలిసిన డయాటోమిక్ అణువులలో N2 అణువు అత్యంత స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు నత్రజని యొక్క సాపేక్ష పరమాణు ద్రవ్యరాశి 28. అంతేకాకుండా, నత్రజని దహనం చేయడం సులభం కాదు మరియు దహనానికి మద్దతు ఇవ్వదు.
పోస్ట్ సమయం: జూలై-23-2024
