નાઇટ્રોજનના મહત્વપૂર્ણ સંયોજનોનું પુનરાવર્તન માર્ગદર્શિકા

નાઇટ્રોજનના મુખ્ય સંયોજનોનો પરિચય

નાઇટ્રોજન, સમૂહ 15 નું તત્વ, -3 થી +5 સુધીની ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓની વિશાળ શ્રેણી દર્શાવે છે, જે વિવિધ રાસાયણિક ગુણધર્મો ધરાવતા સંયોજનોની વિવિધ શ્રેણી તરફ દોરી જાય છે. મુખ્ય સંયોજનોમાં એમોનિયા, નાઈટ્રિક ઍસિડ અને વિવિધ ઑક્સાઇડનો સમાવેશ થાય છે, જે બધા ઔદ્યોગિક ઉપયોગો અને જૈવિક પ્રણાલીઓ માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.

એમોનિયા (NH₃)

એમોનિયા એ તીવ્ર ગંધવાળો, રંગહીન વાયુ છે, જેનો ખાતરો અને રાસાયણિક સંશ્લેષણમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.

રાસાયણિક સૂત્ર અને સામાન્ય નામ

• સૂત્ર: NH₃
• સામાન્ય નામ: એમોનિયા

પ્રયોગશાળામાં બનાવટ

એમોનિયાને પ્રયોગશાળામાં એમોનિયમ ક્ષારને પ્રબળ બેઝ સાથે ગરમ કરીને બનાવવામાં આવે છે. સમીકરણ: 2NH₄Cl(s) + Ca(OH)₂(s) → CaCl₂(s) + 2NH₃(g) + 2H₂O(l)

ગુણધર્મો અને પરીક્ષા-સંબંધિત પ્રતિક્રિયાઓ

ભૌતિક ગુણધર્મો

• લાક્ષણિક તીવ્ર ગંધવાળો રંગહીન વાયુ.
• હવા કરતાં હલકો.
• પાણીમાં અત્યંત દ્રાવ્ય, આલ્કલાઇન હોય તેવો એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ દ્રાવણ બનાવે છે.
• દબાણ હેઠળ સરળતાથી પ્રવાહી બનાવી શકાય છે, રેફ્રિજરન્ટ તરીકે ઉપયોગ થાય છે.

રાસાયણિક ગુણધર્મો

1. બેઝિક પ્રકૃતિ: પાણીમાં ઓગળીને નબળો બેઝ, એમોનિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ બનાવે છે. એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને એમોનિયમ ક્ષાર બનાવે છે.
   • NH₃(g) + H₂O(l) ⇌ NH₄OH(aq)
   • NH₄OH(aq) + HCl(aq) → NH₄Cl(aq) + H₂O(l)
   • 2NH₃(g) + H₂SO₄(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq)
2. રિડ્યુસિંગ એજન્ટ: ગરમ કરવાથી મેટલ ઑક્સાઇડને ધાતુઓમાં રિડ્યુસ કરી શકે છે.
   • 2NH₃(g) + 3CuO(s) → 3Cu(s) + N₂(g) + 3H₂O(g)
3. હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા:
   • વધારાના એમોનિયા સાથે, નાઇટ્રોજન વાયુ બને છે: 8NH₃(g) + 3Cl₂(g) → 6NH₄Cl(s) + N₂(g)
   • વધારાના ક્લોરિન સાથે, નાઇટ્રોજન ટ્રાઇક્લોરાઇડ બને છે (વિસ્ફોટક): NH₃(g) + 3Cl₂(g) → NCl₃(l) + 3HCl(g)
4. એમાઇન્સ (સંકિર્ણ) ની રચના: એમોનિયા લિગાન્ડ તરીકે કાર્ય કરીને સંકિર્ણ સંયોજનો બનાવે છે, ખાસ કરીને સંક્રાંતિ ધાતુઓ સાથે.
   • CuSO₄(aq) + 4NH₄OH(aq) → [Cu(NH₃)₄]SO₄(aq) + 4H₂O(l) (ઘેરા વાદળી રંગનું દ્રાવણ)

નાઈટ્રિક ઍસિડ (HNO₃)

નાઈટ્રિક ઍસિડ એક પ્રબળ ખનિજ ઍસિડ અને શક્તિશાળી ઑક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે.

રાસાયણિક સૂત્ર અને સામાન્ય નામ

• સૂત્ર: HNO₃
• સામાન્ય નામ: નાઈટ્રિક ઍસિડ

પ્રયોગશાળામાં બનાવટ

નાઈટ્રિક ઍસિડને પ્રયોગશાળામાં પોટેશિયમ નાઇટ્રેટ (અથવા સોડિયમ નાઇટ્રેટ) ને સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે ગરમ કરીને બનાવવામાં આવે છે. સમીકરણ: NaNO₃(s) + H₂SO₄(conc.) → NaHSO₄(s) + HNO₃(g) (HNO₃ ની વરાળને પ્રવાહી નાઈટ્રિક ઍસિડમાં ઠારવામાં આવે છે.)

ગુણધર્મો અને પરીક્ષા-સંબંધિત પ્રતિક્રિયાઓ

ભૌતિક ગુણધર્મો

• શુદ્ધ નાઈટ્રિક ઍસિડ રંગહીન પ્રવાહી છે. વાણિજ્યિક નાઈટ્રિક ઍસિડ ઘણીવાર ઓગળેલા નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ (NO₂) ને કારણે પીળાશ પડતો હોય છે.
• ફ્યુમિંગ નાઈટ્રિક ઍસિડ NO₂ ના લાલ-ભૂરા ધુમાડા બહાર કાઢે છે.
• અત્યંત સક્રિય.

રાસાયણિક ગુણધર્મો

1. પ્રબળ ઍસિડ: પાણીમાં સંપૂર્ણપણે વિયોજિત થાય છે.
   • HNO₃(aq) + H₂O(l) → H₃O⁺(aq) + NO₃⁻(aq)
2. શક્તિશાળી ઑક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ: તેની ઑક્સિડાઇઝિંગ ક્રિયા સાંદ્રતા અને તાપમાન પર આધાર રાખે છે.
   • ધાતુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા:
     • કોપર મંદ HNO₃ (ઠંડા) સાથે: નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડ (NO) બનાવે છે. 3Cu(s) + 8HNO₃(dil.) → 3Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l)
     • કોપર સાંદ્ર HNO₃ (ગરમ) સાથે: નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ (NO₂) બનાવે છે. Cu(s) + 4HNO₃(conc.) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
     • ઝિંક અતિ મંદ HNO₃ સાથે: એમોનિયમ નાઇટ્રેટ બનાવે છે. 4Zn(s) + 10HNO₃(very dil.) → 4Zn(NO₃)₂(aq) + NH₄NO₃(aq) + 3H₂O(l)
     • ઝિંક મંદ HNO₃ સાથે: નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ (N₂O) બનાવે છે. 4Zn(s) + 10HNO₃(dil.) → 4Zn(NO₃)₂(aq) + N₂O(g) + 5H₂O(l)
     • ઝિંક સાંદ્ર HNO₃ સાથે: નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ (NO₂) બનાવે છે. Zn(s) + 4HNO₃(conc.) → Zn(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
     • નિષ્ક્રિયતા: આયર્ન, એલ્યુમિનિયમ અને ક્રોમિયમ સાંદ્ર નાઈટ્રિક ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરતા નિષ્ક્રિય (રક્ષણાત્મક ઑક્સાઇડ સ્તર બનાવે છે) બને છે, જે આગળની પ્રતિક્રિયાને અટકાવે છે.
   • અધાતુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા: અધાતુઓને તેમના સંબંધિત ઑક્સિઍસિડમાં ઑક્સિડાઇઝ કરે છે.
     • કાર્બન: C(s) + 4HNO₃(conc.) → CO₂(g) + 4NO₂(g) + 2H₂O(l)
     • સલ્ફર: S₈(s) + 48HNO₃(conc.) → 8H₂SO₄(aq) + 48NO₂(g) + 16H₂O(l)
     • ફોસ્ફરસ: P₄(s) + 20HNO₃(conc.) → 4H₃PO₄(aq) + 20NO₂(g) + 4H₂O(l)
3. એક્વા રીજિયા: સાંદ્ર HCl અને સાંદ્ર HNO₃ નું 3:1 મિશ્રણ, જે સોનું અને પ્લેટિનમ જેવી ઉમદા ધાતુઓને ઓગાળી શકે છે.
   • Au(s) + 4HCl(aq) + HNO₃(aq) → H[AuCl₄](aq) + NO(g) + 2H₂O(l)

નાઇટ્રોજનના મહત્વપૂર્ણ ઑક્સાઇડ

નાઇટ્રોજન વિવિધ ઑક્સિડેશન અવસ્થાઓ દર્શાવતા ઘણા ઑક્સાઇડ બનાવે છે. સૌથી સામાન્ય અને પરીક્ષા-સંબંધિત N₂O, NO અને NO₂ છે.

નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ (N₂O)

• સૂત્ર: N₂O
• N ની ઑક્સિડેશન અવસ્થા: +1
• બનાવટ: એમોનિયમ નાઇટ્રેટને ધીમેથી ગરમ કરવાથી. NH₄NO₃(s) → N₂O(g) + 2H₂O(l)
• ગુણધર્મો: રંગહીન, તટસ્થ વાયુ. “લાફિંગ ગેસ” તરીકે ઓળખાય છે. ઓક્સિજનની જેમ દહનને ટેકો આપે છે.

નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડ (NO)

• સૂત્ર: NO
• N ની ઑક્સિડેશન અવસ્થા: +2
• બનાવટ: કોપરની મંદ નાઈટ્રિક ઍસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા (ઉપર દર્શાવ્યા મુજબ). 3Cu(s) + 8HNO₃(dil.) → 3Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l)
• ગુણધર્મો: રંગહીન, તટસ્થ વાયુ. વાયુ અવસ્થામાં પેરામેગ્નેટિક. ઓક્સિજન સાથે તરત જ પ્રતિક્રિયા કરીને લાલ-ભૂરા નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ બનાવે છે. 2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ (NO₂)

• સૂત્ર: NO₂
• N ની ઑક્સિડેશન અવસ્થા: +4
• બનાવટ:
  • કોપરની સાંદ્ર નાઈટ્રિક ઍસિડ સાથેની પ્રતિક્રિયા (ઉપર દર્શાવ્યા મુજબ). Cu(s) + 4HNO₃(conc.) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
  • ભારે ધાતુ નાઇટ્રેટનું વિઘટન: 2Pb(NO₃)₂(s) → 2PbO(s) + 4NO₂(g) + O₂(g)
• ગુણધર્મો: લાલ-ભૂરા, તીવ્ર ગંધવાળો, ઝેરી વાયુ. ઍસિડિક ઑક્સાઇડ (પાણી સાથે નાઈટ્રિક અને નાઇટ્રસ ઍસિડનું મિશ્રણ બનાવે છે). રંગહીન ડાયનાઇટ્રોજન ટેટ્રાઓક્સાઇડ (N₂O₄) સાથે સંતુલનમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. 2NO₂(g) (brown) ⇌ N₂O₄(g) (colourless) (આ સંતુલન તાપમાન સાથે બદલાય છે.)

મુખ્ય નાઇટ્રોજન સંયોજનોના તુલનાત્મક ગુણધર્મો

સંયોજન	સૂત્ર	N ની ઑક્સિડેશન અવસ્થા	પ્રકૃતિ	મુખ્ય બનાવટ પદ્ધતિ	મહત્વપૂર્ણ પ્રતિક્રિયા/ગુણધર્મ
એમોનિયા	NH₃	-3	બેઝિક	હેબર પ્રક્રિયા: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)	એમોનિયમ ક્ષાર બનાવે છે; Cu²⁺ સાથે ઘેરા વાદળી રંગનું દ્રાવણ બનાવે છે
નાઈટ્રિક ઍસિડ	HNO₃	+5	ઍસિડિક, ઑક્સિડાઇઝિંગ	ઓસ્ટવાલ્ડ પ્રક્રિયા (ઔદ્યોગિક): NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃	મોટાભાગની ધાતુઓ અને અધાતુઓને ઑક્સિડાઇઝ કરે છે; એક્વા રીજિયા બનાવે છે
નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ	N₂O	+1	તટસ્થ	NH₄NO₃ નું ઉષ્મીય વિઘટન: NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O	”લાફિંગ ગેસ”; દહનને ટેકો આપે છે (O₂ ની જેમ)
નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડ	NO	+2	તટસ્થ	Cu ની મંદ HNO₃ સાથે પ્રતિક્રિયા: 3Cu + 8HNO₃(dil) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O	O₂ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ભૂરા રંગનો NO₂ બનાવે છે; પેરામેગ્નેટિક
નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ	NO₂	+4	ઍસિડિક	Cu ની સાંદ્ર HNO₃ સાથે પ્રતિક્રિયા: Cu + 4HNO₃(conc) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O	લાલ-ભૂરા વાયુ; રંગહીન N₂O₄ સાથે સંતુલનમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે