নাইট্রোজেন (N)

ভূমিকা: সর্বত্র বিদ্যমান মৌল

নাইট্রোজেন (N) একটি মৌলিক রাসায়নিক মৌল, যা জীবনের জন্য এবং অসংখ্য শিল্প প্রক্রিয়ার জন্য অপরিহার্য। এটি পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের প্রায় 78% ডায়াটমিক নাইট্রোজেন গ্যাস (N₂) হিসাবে গঠিত। এর বাস্তব জীবনের গুরুত্ব ডিএনএ এবং প্রোটিনের মতো জৈবিক অণুগুলির একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হিসাবে, সার, বিস্ফোরক এবং নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডল তৈরিতে এর ব্যবহারের মধ্যে বিস্তৃত।

CBSE/JEE দ্রুত রিভিশন নোটস

• পারমাণবিক সংখ্যা: 7
• পারমাণবিক ভর: 14.01 g/mol
• ইলেকট্রন বিন্যাস: [He] 2s² 2p³
• যোজ্যতা: সাধারণত 3 (3টি সমযোজী বন্ধন তৈরি করে)। -3 থেকে +5 পর্যন্ত জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে।
• শ্রেণী: 15 (নিকটোজেন)
• পর্যায়: 2
• প্রকৃতি: অধাতব, ডায়াটমিক গ্যাস (N₂)।
• তড়িৎ ঋণাত্মকতা: 3.04 (পাউলিং স্কেল)।
• আয়নীকরণ এনথালপি: উচ্চ।
• পারমাণবিক ব্যাসার্ধ: ছোট।
• N₂ এ বন্ধন: একটি অত্যন্ত শক্তিশালী ত্রিবন্ধন সমযোজী বন্ধন (N≡N) গঠন করে, যা এর উচ্চ স্থিতিশীলতা এবং নিষ্ক্রিয়তায় অবদান রাখে।
• অ্যালোট্রোপস: ফসফরাসের মতো সাধারণ অবস্থায় অ্যালোট্রপি প্রদর্শন করে না।

ইলেকট্রন বিন্যাস এবং বন্ধন আচরণ

নাইট্রোজেনের ইলেকট্রন বিন্যাস, 1s² 2s² 2p³, এর 2p কক্ষপথে তিনটি অযুগ্ম ইলেকট্রনের উপস্থিতি নির্দেশ করে। এটি এটিকে তিনটি সমযোজী বন্ধন তৈরি করতে সাহায্য করে।

• স্থিতিশীলতা: যোজ্যতা কক্ষের অর্ধ-পূর্ণ p-কক্ষপথগুলি এর আপেক্ষিক স্থিতিশীলতায় অবদান রাখে।
• ডায়াটমিক অণু (N₂): নাইট্রোজেন একটি ডায়াটমিক অণু গঠন করে যেখানে দুটি নাইট্রোজেন পরমাণু একটি ত্রিবন্ধন (একটি সিগমা এবং দুটি পাই বন্ধন) দ্বারা যুক্ত থাকে। N≡N বন্ধনের উচ্চ বন্ধন বিয়োজন এনথালপি (946 kJ/mol) নাইট্রোজেন গ্যাসকে কক্ষ তাপমাত্রায় অত্যন্ত নিষ্ক্রিয় করে তোলে।
• জারণ অবস্থা: ইলেকট্রন ভাগ করে নেওয়া বা গ্রহণ করার ক্ষমতার কারণে নাইট্রোজেন -3 থেকে +5 পর্যন্ত জারণ অবস্থার বিস্তৃত পরিসর প্রদর্শন করে।
  • -3: অ্যামোনিয়া (NH₃), নাইট্রাইড (যেমন, Mg₃N₂) এ।
  • 0: ডায়াটমিক নাইট্রোজেন (N₂) এ।
  • +1: নাইট্রাস অক্সাইড (N₂O) এ।
  • +2: নাইট্রিক অক্সাইড (NO) এ।
  • +3: ডাইনাইট্রোজেন ট্রাইঅক্সাইড (N₂O₃), নাইট্রাস অ্যাসিড (HNO₂) এ।
  • +4: নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইড (NO₂), ডাইনাইট্রোজেন টেট্রাঅক্সাইড (N₂O₄) এ।
  • +5: ডাইনাইট্রোজেন পেন্টাঅক্সাইড (N₂O₅), নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO₃), নাইট্রেট (যেমন, KNO₃) এ।
• Pπ-Pπ বন্ধন: নাইট্রোজেন তার ছোট আকার এবং উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মকতার কারণে নিজের সাথে এবং কার্বন ও অক্সিজেনের মতো অন্যান্য ছোট, তড়িৎ ঋণাত্মক মৌলগুলির সাথে সহজেই একাধিক বন্ধন (দ্বিবন্ধন বা ত্রিবন্ধন) তৈরি করতে পারে।

গুরুত্বপূর্ণ রাসায়নিক বিক্রিয়া

1. অ্যামোনিয়া প্রস্তুতি (হ্যাবার প্রক্রিয়া)

এটি অ্যামোনিয়ার শিল্প সংশ্লেষণ, যা সারের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। $\text\{N\}_2 \text\{(g)\} + 3\text\{H\}_2 \text\{(g)\} \rightleftharpoons 2\text\{NH\}_3 \text\{(g)\}$ ($\Delta H = -92.4 \text\{ kJ/mol\}$) শর্তাবলী: উচ্চ চাপ (200 atm), অনুকূল তাপমাত্রা (400-450 °C), অনুঘটক (মলিবেডেনাম প্রোমোটার হিসাবে সূক্ষ্মভাবে বিভক্ত আয়রন)।

2. অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া

নাইট্রোজেন শুধুমাত্র খুব উচ্চ তাপমাত্রায় অক্সিজেনের সাথে বিক্রিয়া করে, যা সাধারণত বজ্রপাত বা অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনে দেখা যায়। $\text\{N\}_2 \text\{(g)\} + \text\{O\}_2 \text\{(g)\} \rightleftharpoons 2\text\{NO (g)\}$ (প্রায় 2000 K এ)

3. নাইট্রাইড গঠন

নাইট্রোজেন অত্যন্ত তড়িৎ-ধনাত্মক ধাতুগুলির সাথে বিক্রিয়া করে আয়নিক নাইট্রাইড গঠন করে। $3\text\{Mg (s)\} + \text\{N\}_2 \text\{(g)\} \rightarrow \text\{Mg\}_3\text\{N\}_2 \text\{(s)\}$ (ম্যাগনেসিয়াম নাইট্রাইড)

4. অসওয়াল্ড প্রক্রিয়া (নাইট্রিক অ্যাসিডের জন্য গুরুত্বপূর্ণ নাইট্রোজেন বিক্রিয়া)

এই প্রক্রিয়ায় অ্যামোনিয়ার অনুঘটকীয় জারণের মাধ্যমে নাইট্রিক অ্যাসিড উৎপন্ন হয়।

• ধাপ 1: অ্যামোনিয়ার অনুঘটকীয় জারণ $4\text\{NH\}_3 \text\{(g)\} + 5\text\{O\}_2 \text\{(g)\} \xrightarrow\{\text\{Pt/Rh catalyst, 800 °C\}\} 4\text\{NO (g)\} + 6\text\{H\}_2\text\{O (g)\}$
• ধাপ 2: নাইট্রিক অক্সাইডের জারণ $2\text\{NO (g)\} + \text\{O\}_2 \text\{(g)\} \rightarrow 2\text\{NO\}_2 \text\{(g)\}$
• ধাপ 3: জলে নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইডের শোষণ $3\text\{NO\}_2 \text\{(g)\} + \text\{H\}_2\text\{O (l)\} \rightarrow 2\text\{HNO\}_3 \text\{(aq)\} + \text\{NO (g)\}$

5. পরীক্ষাগারে নাইট্রোজেন গ্যাস প্রস্তুতি

অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড এবং সোডিয়াম নাইট্রাইটের জলীয় দ্রবণ গরম করে পরীক্ষাগারে নাইট্রোজেন তৈরি করা যেতে পারে। $\text\{NH\}_4\text\{Cl (aq)\} + \text\{NaNO\}_2 \text\{(aq)\} \rightarrow \text\{N\}_2 \text\{(g)\} + 2\text\{H\}_2\text\{O (l)\} + \text\{NaCl (aq)\}$

অন্য একটি পদ্ধতিতে অ্যামোনিয়াম ডাইক্রোমেটের বিয়োজন জড়িত। $(\text\{NH\}_4)_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7 \text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{N\}_2 \text\{(g)\} + \text\{Cr\}_2\text\{O\}_3 \text\{(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{O (g)\}$

শিল্প ও জৈব গুরুত্ব

শিল্প গুরুত্ব

• অ্যামোনিয়া উৎপাদন: সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ শিল্প ব্যবহার হলো হ্যাবার প্রক্রিয়ায় অ্যামোনিয়া (NH₃) সংশ্লেষণ, যা পরে সার (যেমন, ইউরিয়া, অ্যামোনিয়াম নাইট্রেট) এবং নাইট্রিক অ্যাসিড উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়।
• নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডল: গ্যাসীয় নাইট্রোজেন রাসায়নিক বিক্রিয়ার জন্য একটি নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডল তৈরি করতে, সংবেদনশীল খাদ্যদ্রব্য প্যাকেজিং করতে এবং ফিলামেন্টের জারণ রোধ করতে ভাস্বর আলোর বাল্ব পূরণে ব্যবহৃত হয়।
• ক্রায়োজেনিক এজেন্ট: তরল নাইট্রোজেন, যার স্ফুটনাঙ্ক -196 °C (77 K), জৈবিক নমুনাগুলির দ্রুত হিমায়নের জন্য (যেমন, শুক্রাণু, ডিম্বাণু, টিস্যু), চিকিৎসা পদ্ধতিতে (ক্রায়োসার্জারি) এবং ইলেকট্রনিক উপাদান শীতল করার জন্য একটি ক্রায়োজেনিক এজেন্ট হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
• বিস্ফোরক: ট্রাইনাইট্রোটলুইন (TNT) এবং নাইট্রোগ্লিসারিনের মতো নাইট্রোজেন যৌগগুলি বিস্ফোরকগুলিতে মূল উপাদান, কারণ স্থিতিশীল N₂ গ্যাস গঠনের সময় উচ্চ শক্তি নির্গত হয়।
• ধাতু প্রক্রিয়াকরণ: পৃষ্ঠের কঠোরতা এবং পরিধান প্রতিরোধ ক্ষমতা বাড়াতে স্টিল নাইট্রাইডিংয়ে ব্যবহৃত হয়।

জৈব গুরুত্ব

• অপরিহার্য জৈব-অণুর উপাদান: নাইট্রোজেন এর একটি মৌলিক উপাদান:
  • প্রোটিন: অ্যামিনো অ্যাসিডে অ্যামিনো গ্রুপ (-NH₂) গঠন করে, যা প্রোটিনের বিল্ডিং ব্লক।
  • নিউক্লিক অ্যাসিড: ডিএনএ এবং আরএনএ-তে নাইট্রোজেনাস বেসগুলির (অ্যাডেনিন, গুয়ানিন, সাইটোসিন, থাইমিন, ইউরাসিল) একটি মূল অংশ।
  • ATP: অ্যাডেনোসিন ট্রাইফসফেট (ATP) এর একটি উপাদান, যা কোষের প্রাথমিক শক্তি মুদ্রা।
  • ক্লোরোফিল: উদ্ভিদে সালোকসংশ্লেষণের জন্য অপরিহার্য।
  • ভিটামিন: অনেক ভিটামিনে (যেমন, বি গ্রুপ ভিটামিন) পাওয়া যায়।
• নাইট্রোজেন চক্র: নাইট্রোজেন ক্রমাগত বায়ুমণ্ডল, মাটি এবং জীবন্ত প্রাণীর মধ্য দিয়ে আবর্তিত হয়।
  • নাইট্রোজেন সংবন্ধন (ফিক্সেশন): বায়ুমণ্ডলীয় নাইট্রোজেন (N₂) নাইট্রোজেন-সংবন্ধনকারী ব্যাকটেরিয়া (যেমন, লেগুম মূলের নডিউলে রাইজোবিয়াম, মাটিতে অ্যাজোটোব্যাক্টার) বা বজ্রপাতের দ্বারা অ্যামোনিয়া বা অ্যামোনিয়াম আয়নে রূপান্তরিত হয়।
  • নাইট্রিফিকেশন: অ্যামোনিয়া নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া দ্বারা নাইট্রাইট এবং তারপর নাইট্রেটে জারিত হয়। উদ্ভিদ বৃদ্ধির জন্য নাইট্রেট শোষণ করে।
  • ডিনাইট্রিফিকেশন: কিছু ব্যাকটেরিয়া নাইট্রেটকে আবার গ্যাসীয় নাইট্রোজেনে রূপান্তরিত করে, এটিকে বায়ুমণ্ডলে ফিরিয়ে দেয়।