নাইট্রোজেন (N): রাসায়নিক ধর্ম ও বিক্রিয়া স্টাডি গাইড

রাসায়নিক ধর্মাবলি সংক্ষিপ্ত বিবরণ

নাইট্রোজেন (N) পর্যায় সারণীর 15 নং গ্রুপের একটি p-ব্লক মৌল। এর ইলেকট্রন বিন্যাস ([He] 2s²2p³) এবং এর দ্বিপরমাণুক রূপে (N₂) শক্তিশালী ত্রিবন্ধন এর রাসায়নিক আচরণকে গভীরভাবে প্রভাবিত করে।

• সক্রিয়তা সারি অবস্থান: আণবিক নাইট্রোজেন (N₂) ঘরের তাপমাত্রায় উল্লেখযোগ্যভাবে নিষ্ক্রিয় থাকে কারণ এর N≡N ত্রিবন্ধনের বন্ধন বিয়োজন শক্তি (945 kJ/mol) অত্যন্ত উচ্চ। এই নিষ্ক্রিয়তা এটিকে সাধারণ সক্রিয়তা সারিতে থাকা অধিক সক্রিয় মৌলগুলি থেকে আলাদা করে।
• তড়িৎ ঋণাত্মকতা: উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মকতা মান (পাউলিং স্কেলে 3.04) সহ, নাইট্রোজেন শক্তিশালী পোলার সমযোজী বন্ধন তৈরি করতে সক্ষম। এটি -3 (যেমন, অ্যামোনিয়া, NH₃) থেকে +5 (যেমন, নাইট্রিক অ্যাসিড, HNO₃) পর্যন্ত বিস্তৃত জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
• সাধারণ সক্রিয়তা:
  • নিষ্ক্রিয়তা: N₂ একটি বর্ণহীন, গন্ধহীন এবং ambient পরিবেশে প্রায়শই বিক্রিয়াহীন গ্যাস, যা এটিকে পরীক্ষাগার এবং শিল্পে নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডল তৈরি করার জন্য একটি সাধারণ পছন্দ করে তোলে।
  • উচ্চ তাপমাত্রা/চাপে সক্রিয়তা: শুধুমাত্র কঠোর পরিস্থিতিতে, যেমন উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ, বা অনুঘটকের উপস্থিতিতে উল্লেখযোগ্য সক্রিয়তা পরিলক্ষিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, অত্যন্ত সক্রিয় ধাতু (যেমন, লিথিয়াম, ম্যাগনেসিয়াম) এবং অধাতু (যেমন, হাইড্রোজেন, অক্সিজেন) এর সাথে বিক্রিয়া।
  • পরিবর্তনশীল জারণ অবস্থা: নাইট্রোজেন -3, 0, +1, +2, +3, +4, এবং +5 জারণ অবস্থা প্রদর্শন করতে পারে, যা যৌগ গঠনে এর বহুমুখিতা প্রকাশ করে।

বাতাস এবং অক্সিজেনের সাথে ক্রিয়া

আণবিক নাইট্রোজেন (N₂) ঘরের তাপমাত্রায় বাতাসের বেশিরভাগ উপাদানের সাথে বিক্রিয়াহীন। অক্সিজেনের সাথে এর বিক্রিয়া একটি উচ্চ-শক্তির প্রক্রিয়া।

• অক্সিজেনের (O₂) সাথে:
  • অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রায় (যেমন, বজ্রপাতের সময়, অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনগুলিতে, বা বৈদ্যুতিক আর্ক-এ, সাধারণত 3000 K এর উপরে), নাইট্রোজেন সরাসরি অক্সিজেনের সাথে যুক্ত হয়ে নাইট্রিক অক্সাইড তৈরি করে। N₂(g) + O₂(g) $\xrightarrow\{\text\{High Temp / Electric Arc\}\}$ 2NO(g)
  • নাইট্রিক অক্সাইড (NO) একটি বর্ণহীন গ্যাস যা বায়ুমণ্ডলীয় অক্সিজেনের সাথে সহজেই বিক্রিয়া করে লালচে-বাদামী নাইট্রোজেন ডাই অক্সাইড (NO₂) তৈরি করে। 2NO(g) + O₂(g) $\rightarrow$ 2NO₂(g)
• বাতাসের অন্যান্য উপাদানের সাথে: সাধারণ অবস্থায় বায়ুমণ্ডলে উপস্থিত কার্বন ডাই অক্সাইড, নিষ্ক্রিয় গ্যাস বা জলীয় বাষ্পের সাথে নাইট্রোজেন কোনো সরাসরি রাসায়নিক বিক্রিয়া দেখায় না।

জল এবং বাষ্পের সাথে ক্রিয়া

মৌলিক নাইট্রোজেন (N₂) সাধারণ পরীক্ষাগার বা শিল্প অবস্থার পরিসরে জল বা বাষ্পের সাথে কোনো রাসায়নিক সক্রিয়তা দেখায় না। এটি জলে স্বল্প দ্রবণীয়।

• N₂(g) + H₂O(l) $\rightarrow$ No Reaction
• N₂(g) + H₂O(g) (Steam) $\rightarrow$ No Reaction

দ্রষ্টব্য: অ্যামোনিয়া (NH₃), নাইট্রোজেনের একটি যৌগ, জলে অত্যন্ত দ্রবণীয় এবং অ্যামোনিয়াম হাইড্রোক্সাইড (NH₄OH) তৈরি করে। তবে, এটি অ্যামোনিয়ার একটি ধর্ম, মৌলিক নাইট্রোজেনের জলের সাথে সরাসরি বিক্রিয়া নয়।

অ্যাসিড এবং ক্ষারের সাথে ক্রিয়া

N≡N ত্রিবন্ধনের ব্যতিক্রমী স্থিতিশীলতা এবং এর অন্তর্নিহিত নিষ্ক্রিয়তার কারণে, আণবিক নাইট্রোজেন (N₂) সাধারণ অ্যাসিড (তা লঘু বা গাঢ় যাই হোক না কেন) বা শক্তিশালী ক্ষারকের (অ্যালকালি) সাথে স্ট্যান্ডার্ড অবস্থায় বিক্রিয়া করে না।

• N₂(g) + Acids (e.g., HCl, H₂SO₄, HNO₃) $\rightarrow$ No Reaction
• N₂(g) + Bases (e.g., NaOH, KOH) $\rightarrow$ No Reaction

প্রধান পরীক্ষাগার পরীক্ষা/শনাক্তকরণ বিক্রিয়া

যদিও মৌলিক নাইট্রোজেন (N₂) নিজেই প্রধানত এর নিষ্ক্রিয় গ্যাসীয় ধর্ম দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, গুণগত বিশ্লেষণে রাসায়নিক শনাক্তকরণ পদ্ধতিগুলি সাধারণত এর সাধারণ আয়নিক রূপগুলির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে: অ্যামোনিয়াম (NH₄⁺), নাইট্রাইট (NO₂⁻), এবং নাইট্রেট (NO₃⁻)।

1. অ্যামোনিয়াম আয়ন (NH₄⁺) এর শনাক্তকরণ

• অ্যামোনিয়া গ্যাস মুক্তি: যখন একটি অ্যামোনিয়াম লবণকে একটি শক্তিশালী ক্ষারকের (যেমন, সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড দ্রবণ বা ক্যালসিয়াম হাইড্রোক্সাইড) সাথে উত্তপ্ত করা হয়, তখন অ্যামোনিয়া গ্যাস (NH₃) নির্গত হয়। NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq) $\xrightarrow\{\text\{Heat\}\}$ NH₃(g) + H₂O(l) নির্গমিত NH₃ গ্যাস নিম্নলিখিত দ্বারা চিহ্নিত করা হয়:
  • এর বৈশিষ্ট্যপূর্ণ তীব্র গন্ধ।
  • ভিজা লাল লিটমাস পেপারকে নীল করা (অ্যামোনিয়া ক্ষারকীয়)।
  • গাঢ় হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিডে ডুবানো একটি কাঁচদণ্ড টেস্ট টিউবের মুখের কাছে আনলে অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড (NH₄Cl) এর ঘন সাদা ধোঁয়া তৈরি হওয়া। NH₃(g) + HCl(g) $\rightarrow$ NH₄Cl(s) (Dense white fumes)
• নেসলার বিকারক পরীক্ষা: অ্যামোনিয়া গ্যাস, নেসলার বিকারকের (পটাসিয়াম টেট্রাআয়োডোমারকিউরেট(II) এর ক্ষারকীয় দ্রবণ, K₂[HgI₄]) মধ্য দিয়ে চালিত হলে, একটি বৈশিষ্ট্যপূর্ণ বাদামী অধঃক্ষেপ বা হলুদ-বাদামী বর্ণ তৈরি করে। 2K₂HgI₄ + NH₃(g) + 3KOH(aq) $\rightarrow$ O(HgI)(HgNH₂)(s) (Brown ppt, Iodide of Millon’s Base) + 7KI(aq) + 2H₂O(l)

2. নাইট্রেট আয়ন (NO₃⁻) এর শনাক্তকরণ

• ব্রাউন রিং টেস্ট: এটি নাইট্রেট আয়নের জন্য নির্দিষ্ট পরীক্ষা। নাইট্রেটযুক্ত দ্রবণে, সদ্য প্রস্তুত ফেরাস সালফেট (FeSO₄) দ্রবণ যোগ করা হয়। তারপর সাবধানে টেস্ট টিউবের পাশ দিয়ে গাঢ় সালফিউরিক অ্যাসিড (H₂SO₄) যোগ করা হয়, যা দুটি স্তরের সংযোগস্থলে একটি স্পষ্ট বাদামী বলয় তৈরি করে।
  • ধাপ 1: নাইট্রেটের বিজারণ: অম্লীয় মাধ্যমে Fe²⁺ দ্বারা নাইট্রেট আয়ন নাইট্রিক অক্সাইডে (NO) বিজারিত হয়। NO₃⁻(aq) + 3Fe²⁺(aq) + 4H⁺(aq) $\rightarrow$ NO(g) + 3Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l)
  • ধাপ 2: ব্রাউন রিং কমপ্লেক্স গঠন: নাইট্রিক অক্সাইড গ্যাস তখন অতিরিক্ত Fe²⁺ আয়নের সাথে যুক্ত হয়ে একটি বাদামী রঙের জটিল যৌগ, পেন্টাঅ্যাকুয়ানিট্রোসিলআয়রন(II) তৈরি করে। Fe²⁺(aq) + NO(g) $\rightarrow$ [Fe(H₂O)₅NO]²⁺ (Brown ring complex)

3. নাইট্রাইট আয়ন (NO₂⁻) এর শনাক্তকরণ

• স্টার্চ-আয়োডাইড টেস্ট: পটাসিয়াম আয়োডাইড (KI) এবং স্টার্চ দ্রবণের উপস্থিতিতে নাইট্রাইট আয়নযুক্ত একটি দ্রবণকে অম্লীয় করলে একটি নীল-কালো বর্ণ ধারণ করে। নাইট্রাইট আয়ন আয়োডাইড আয়ন (I⁻) কে আয়োডিনে (I₂) জারিত করে, যা তখন স্টার্চের সাথে একটি নীল-কালো জটিল যৌগ গঠন করে। 2NO₂⁻(aq) + 2I⁻(aq) + 4H⁺(aq) $\rightarrow$ 2NO(g) + I₂(aq) + 2H₂O(l) I₂(aq) + Starch solution $\rightarrow$ Blue-black color
• লঘু অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া: একটি লঘু অ্যাসিড (যেমন, HCl) দিয়ে অম্লীয় করলে, নাইট্রাইট আয়ন নাইট্রাস অ্যাসিড (HNO₂) তৈরি করে, যা অস্থির এবং উত্তপ্ত করলে বিয়োজিত হয়ে নাইট্রিক অক্সাইড (NO) নির্গত করে। এই NO তখন বায়ুমণ্ডলীয় অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে লালচে-বাদামী নাইট্রোজেন ডাই অক্সাইড (NO₂) এর ধোঁয়া তৈরি করে। NO₂⁻(aq) + H⁺(aq) $\rightarrow$ HNO₂(aq) 3HNO₂(aq) $\rightarrow$ HNO₃(aq) + 2NO(g) + H₂O(l) 2NO(g) + O₂(g) $\rightarrow$ 2NO₂(g) (Reddish-brown fumes)