નાઇટ્રોજન (N): પરમાણુ સંરચના અને બંધન વર્તન

પરમાણુ પરિમાણોનો પરિચય

નાઇટ્રોજન (N) એ પરમાણુ ક્રમાંક 7 ધરાવતું એક રાસાયણિક તત્વ છે. તે અધાતુ છે, જે આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 15 (પનિકટોજેન્સ) અને આવર્ત 2 માં આવેલું છે.

• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 7
  • કેન્દ્રમાં 7 પ્રોટોન દર્શાવે છે.
  • તટસ્થ નાઇટ્રોજન પરમાણુમાં, 7 ઇલેક્ટ્રોન હોય છે.
• પરમાણુ દળ (A): આશરે 14 (સૌથી સામાન્ય સમસ્થાનિક, $^\{14\}$N માટે).
  • 7 ન્યુટ્રોન દર્શાવે છે (પરમાણુ દળ - પરમાણુ ક્રમાંક = 14 - 7 = 7).
• સમસ્થાનિકો: બે સ્થિર સમસ્થાનિકો $^\{14\}$N (99.634%) અને $^\{15\}$N (0.366%) છે.

પેટાકોષ ઇલેક્ટ્રોન રચના

તટસ્થ નાઇટ્રોજન પરમાણુ (Z=7) માટે વિવિધ પેટાકોષોમાં ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ નીચે મુજબ છે:

• સંપૂર્ણ ઇલેક્ટ્રોન રચના: 1s² 2s² 2p³
• નિષ્ક્રિય વાયુ રચના: [He] 2s² 2p³

કક્ષકીય આકૃતિ

હુંડના મહત્તમ બહુવિધતાના નિયમ અને પાઉલીના અપવર્જન સિદ્ધાંતને અનુસરીને, કક્ષકીય આકૃતિ ઇલેક્ટ્રોનના ભરણને દર્શાવે છે:

• 1s કક્ષક: [↑↓] (1s²)
• 2s કક્ષક: [↑↓] (2s²)
• 2p કક્ષકો: [↑] [↑] [↑] (2p³)

આ રચના અર્ધ-ભરેલા p-પેટાકોષને પ્રકાશિત કરે છે, જે નાઇટ્રોજન પરમાણુની સંબંધિત સ્થિરતામાં ફાળો આપે છે.

સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન અને સંયોજકતા

• સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન: નાઇટ્રોજનમાં 5 સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન હોય છે (2s પેટાકોષમાંથી 2 અને 2p પેટાકોષમાંથી 3). તેની બાહ્યતમ કક્ષાની રચના 2s² 2p³ છે.
• સંયોજકતા:
  • સામાન્ય સંયોજકતા: નાઇટ્રોજન સામાન્ય રીતે 3 ની સંયોજકતા દર્શાવે છે. આ નીચેની રીતે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે:
    • N³⁻ આયન બનાવવા માટે 3 ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને (દા.ત., Li₃N જેવા નાઇટ્રાઇડ્સમાં).
    • ત્રણ સહસંયોજક બંધ બનાવવા માટે 3 ઇલેક્ટ્રોનનું વિભાજન કરીને (દા.ત., NH₃ માં).
  • સહસંયોજકતા: ત્રણ સહસંયોજક બંધ ઉપરાંત, તેના એકલ ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મનો ઉપયોગ કરીને એક સવર્ગ (ડેટિવ) બંધ બનાવીને 4 ની સહસંયોજકતા પણ દર્શાવી શકે છે. આના પરિણામે એમોનિયમ આયન (NH₄⁺) જેવી પ્રજાતિઓનું નિર્માણ થાય છે.
  • મહત્તમ સહસંયોજકતા: 4 સુધી મર્યાદિત. આવર્ત 2 ના તત્વ તરીકે, નાઇટ્રોજન પાસે તેની સંયોજકતા કક્ષામાં ખાલી d-કક્ષકોનો અભાવ છે, જે તેને તેના અષ્ટકનો વિસ્તાર કરવાથી અટકાવે છે.
• ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: નાઇટ્રોજન -3 થી +5 સુધીની ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓની વિશાળ શ્રેણી દર્શાવે છે.
  • -3: એમોનિયા (NH₃), નાઇટ્રાઇડ્સ (દા.ત., Li₃N, Mg₃N₂)
  • -2: હાઇડ્રેઝાઇન (N₂H₄)
  • -1: હાઇડ્રોક્સાઇલામાઇન (NH₂OH)
  • 0: ડાયનાઇટ્રોજન (N₂)
  • +1: નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ (N₂O)
  • +2: નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડ (NO)
  • +3: ડાયનાઇટ્રોજન ટ્રાયઑક્સાઇડ (N₂O₃), નાઇટ્રસ ઍસિડ (HNO₂)
  • +4: નાઇટ્રોજન ડાયઑક્સાઇડ (NO₂), ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રાઑક્સાઇડ (N₂O₄)
  • +5: ડાયનાઇટ્રોજન પેન્ટાઑક્સાઇડ (N₂O₅), નાઇટ્રિક ઍસિડ (HNO₃)

બંધન વર્તન

નાઇટ્રોજન મુખ્યત્વે તેની ઊંચી વિદ્યુતઋણતા (પૉલિંગ સ્કેલ પર 3.04) અને નાના પરમાણુ કદને કારણે સહસંયોજક બંધ બનાવે છે. તે અત્યંત વિદ્યુતધન ધાતુઓ સાથે આયનીય બંધ પણ બનાવી શકે છે.

1. સહસંયોજક બંધન

• ડાયનાઇટ્રોજન (N₂):
  • ઊંચી બંધ વિયોજન એન્થાલ્પી (945 kJ/mol) સાથે ખૂબ જ મજબૂત ટ્રિપલ બંધ (N≡N) બનાવે છે, જે તેને ઓરડાના તાપમાને મોટાભાગે નિષ્ક્રિય બનાવે છે.
  • દરેક નાઇટ્રોજન પરમાણુ ત્રણ સહિયારા યુગ્મ બનાવવા માટે ત્રણ ઇલેક્ટ્રોનનું યોગદાન આપે છે, જે અષ્ટક પ્રાપ્ત કરે છે.
  • N₂ જેવા દ્વિપરમાણ્વીય અણુઓ માટે આ સંદર્ભમાં સામાન્ય રીતે કોઈ સંકરણની ચર્ચા કરવામાં આવતી નથી; તેના બદલે, તેની સમજૂતી આણ્વીય કક્ષક સિદ્ધાંત દ્વારા થાય છે.
• એમોનિયા (NH₃):
  • નાઇટ્રોજન પરમાણુ sp³ સંકૃત હોય છે.
  • ત્રણ N-H સિગ્મા બંધ બનાવે છે અને એકલ ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ ધરાવે છે.
  • ભૂમિતિ: પિરામિડલ (એકલ યુગ્મ-બંધ યુગ્મ પ્રતિકર્ષણને કારણે).
  • બંધકોણ: આશરે 107°.
• એમોનિયમ આયન (NH₄⁺):
  • જ્યારે એમોનિયા (એક લુઇસ બેઝ) તેના એકલ યુગ્મને પ્રોટોન (H⁺) ને દાન કરે છે, ત્યારે સવર્ગ સહસંયોજક બંધ બનાવીને રચાય છે.
  • નાઇટ્રોજન પરમાણુ sp³ સંકૃત હોય છે.
  • ચાર N-H સિગ્મા બંધ બનાવે છે.
  • ભૂમિતિ: સમચતુષ્ફલકીય.
  • બંધકોણ: 109.5°.
• નાઇટ્રેટ આયન (NO₃⁻):
  • નાઇટ્રોજન પરમાણુ sp² સંકૃત હોય છે.
  • ઑક્સિજન પરમાણુઓ સાથે એક દ્વિબંધ અને બે એકલ બંધ બનાવે છે (સંસ્પંદન રચનાઓ દ્વિબંધ અને વીજભારને વિસ્થાનિકૃત કરે છે).
  • ભૂમિતિ: ત્રિકોણીય સમતલીય.
• નાઇટ્રાઇટ આયન (NO₂⁻):
  • નાઇટ્રોજન પરમાણુ sp² સંકૃત હોય છે.
  • ઑક્સિજન પરમાણુઓ સાથે એક દ્વિબંધ અને એક એકલ બંધ બનાવે છે, અને એકલ ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ ધરાવે છે.
  • ભૂમિતિ: વળેલું અથવા V-આકારનું.

2. આયનીય બંધન

• નાઇટ્રોજન અત્યંત વિદ્યુતધન ધાતુઓ સાથે, ખાસ કરીને સમૂહ 1 અને સમૂહ 2 ના તત્વો સાથે આયનીય સંયોજનો (નાઇટ્રાઇડ્સ) બનાવે છે, જ્યાં તે N³⁻ આયન તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
• ઉદાહરણો: લિથિયમ નાઇટ્રાઇડ (Li₃N), મેગ્નેશિયમ નાઇટ્રાઇડ (Mg₃N₂). આ નાઇટ્રાઇડ્સ ઘણીવાર શુદ્ધ આયનીયને બદલે નોંધપાત્ર આયનીય લાક્ષણિકતા સાથે સહસંયોજક હોય છે.

3. સવર્ગ સહસંયોજક બંધન (ડેટિવ બંધ)

• નાઇટ્રોજન, એકલ ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ ધરાવતું હોવાથી, લુઇસ બેઝ તરીકે કાર્ય કરી શકે છે અને તેના એકલ યુગ્મને ઇલેક્ટ્રોન-ઊણપવાળી પ્રજાતિઓ (લુઇસ એસિડ) ને દાન કરી શકે છે.
• ઉદાહરણ: NH₃ અને H⁺ માંથી NH₄⁺ ની રચના, અથવા ધાતુ આયનો સાથે સંકીર્ણ રચના (દા.ત., [Cu(NH₃)₄]²⁺).