नायट्रोजनच्या महत्त्वाच्या संयुगांचे पुनरावलोकन मार्गदर्शक

नायट्रोजनच्या प्रमुख संयुगांची ओळख

नायट्रोजन, गट 15 मधील मूलद्रव्य, -3 ते +5 पर्यंत ऑक्सिडेशन अवस्थांची विस्तृत श्रेणी दर्शवते, ज्यामुळे विविध रासायनिक गुणधर्मांसह अनेक संयुगे तयार होतात. अमोनिया, नायट्रिक आम्ल आणि विविध ऑक्साईड्स ही प्रमुख संयुगे आहेत, जी औद्योगिक वापरासाठी आणि जैविक प्रणालींसाठी अत्यंत महत्त्वाची आहेत.

अमोनिया (NH₃)

अमोनिया हा एक तीव्र गंध असलेला, रंगहीन वायू आहे, जो खतांमध्ये आणि रासायनिक संश्लेषणामध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो.

रासायनिक सूत्र आणि सामान्य नाव

• सूत्र: NH₃
• सामान्य नाव: अमोनिया

प्रयोगशाळेतील तयारी

प्रयोगशाळेत अमोनिया तयार करण्यासाठी, अमोनियम क्षार एका मजबूत आम्लारीसोबत गरम केला जातो. समीकरण: 2NH₄Cl(s) + Ca(OH)₂(s) → CaCl₂(s) + 2NH₃(g) + 2H₂O(l)

गुणधर्म आणि परीक्षेसाठी महत्त्वाच्या अभिक्रिया

भौतिक गुणधर्म

• रंगहीन वायू ज्याला एक विशिष्ट तीव्र वास असतो.
• हवेपेक्षा हलका.
• पाण्यात अत्यंत विद्राव्य, अमोनियम हायड्रॉक्साईड द्रावण तयार करतो जे अल्कधर्मी असते.
• दाबाखाली सहजपणे द्रवीकरण करता येतो, रेफ्रिजरंट म्हणून वापरला जातो.

रासायनिक गुणधर्म

1. आम्लारीधर्मी स्वरूप: पाण्यात विरघळून एक कमकुवत आम्लारी, अमोनियम हायड्रॉक्साईड तयार करतो. आम्लांसोबत अभिक्रिया करून अमोनियम क्षार तयार करतो.
   • NH₃(g) + H₂O(l) ⇌ NH₄OH(aq)
   • NH₄OH(aq) + HCl(aq) → NH₄Cl(aq) + H₂O(l)
   • 2NH₃(g) + H₂SO₄(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq)
2. क्षपणकारक (Reducing Agent): गरम केल्यावर धातूंच्या ऑक्साईड्सचे धातूंमध्ये क्षपण करू शकतो.
   • 2NH₃(g) + 3CuO(s) → 3Cu(s) + N₂(g) + 3H₂O(g)
3. हॅलोजेनसोबत अभिक्रिया:
   • अतिरिक्त अमोनियासह, नायट्रोजन वायू तयार होतो: 8NH₃(g) + 3Cl₂(g) → 6NH₄Cl(s) + N₂(g)
   • अतिरिक्त क्लोरीनसह, नायट्रोजन ट्रायक्लोराईड तयार होते (स्फोटक): NH₃(g) + 3Cl₂(g) → NCl₃(l) + 3HCl(g)
4. अमाईन्सची (संकुल) निर्मिती: अमोनिया लिगंड म्हणून कार्य करतो आणि संकुल संयुगे तयार करतो, विशेषतः संक्रमण धातूंसोबत.
   • CuSO₄(aq) + 4NH₄OH(aq) → [Cu(NH₃)₄]SO₄(aq) + 4H₂O(l) (गडद निळे द्रावण)

नायट्रिक आम्ल (HNO₃)

नायट्रिक आम्ल हे एक मजबूत खनिज आम्ल आणि एक शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक (oxidizing agent) आहे.

रासायनिक सूत्र आणि सामान्य नाव

• सूत्र: HNO₃
• सामान्य नाव: नायट्रिक आम्ल

प्रयोगशाळेतील तयारी

प्रयोगशाळेत नायट्रिक आम्ल पोटॅशियम नायट्रेट (किंवा सोडियम नायट्रेट) ला संहत सल्फ्यूरिक आम्लासोबत गरम करून तयार केले जाते. समीकरण: NaNO₃(s) + H₂SO₄(conc.) → NaHSO₄(s) + HNO₃(g) (HNO₃ वायूला थंड करून द्रव नायट्रिक आम्लात रूपांतरित केले जाते.)

गुणधर्म आणि परीक्षेसाठी महत्त्वाच्या अभिक्रिया

भौतिक गुणधर्म

• शुद्ध नायट्रिक आम्ल रंगहीन द्रव आहे. व्यापारी नायट्रिक आम्ल अनेकदा विरघळलेल्या नायट्रोजन डायऑक्साईड (NO₂) मुळे पिवळसर दिसते.
• फ्युमिंग नायट्रिक आम्लातून लालसर-तपकिरी रंगाचे NO₂ चे धूर निघतात.
• अत्यंत संक्षारक (corrosive).

रासायनिक गुणधर्म

1. मजबूत आम्ल: पाण्यात पूर्णपणे वि dissociated होते.
   • HNO₃(aq) + H₂O(l) → H₃O⁺(aq) + NO₃⁻(aq)
2. शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक: त्याची ऑक्सिडीकारक क्रिया संहती आणि तापमानावर अवलंबून असते.
   • धातूंसोबत अभिक्रिया:
     • विरल HNO₃ (थंड) सह तांबे: नायट्रिक ऑक्साईड (NO) तयार करते. 3Cu(s) + 8HNO₃(dil.) → 3Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l)
     • संहत HNO₃ (गरम) सह तांबे: नायट्रोजन डायऑक्साईड (NO₂) तयार करते. Cu(s) + 4HNO₃(conc.) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
     • अत्यंत विरल HNO₃ सह जस्त: अमोनियम नायट्रेट तयार करते. 4Zn(s) + 10HNO₃(very dil.) → 4Zn(NO₃)₂(aq) + NH₄NO₃(aq) + 3H₂O(l)
     • विरल HNO₃ सह जस्त: नायट्रस ऑक्साईड (N₂O) तयार करते. 4Zn(s) + 10HNO₃(dil.) → 4Zn(NO₃)₂(aq) + N₂O(g) + 5H₂O(l)
     • संहत HNO₃ सह जस्त: नायट्रोजन डायऑक्साईड (NO₂) तयार करते. Zn(s) + 4HNO₃(conc.) → Zn(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
     • निष्क्रियता (Passivity): लोह, ॲल्युमिनियम आणि क्रोमियम संहत नायट्रिक आम्लाने उपचार केल्यास निष्क्रिय होतात (संरक्षक ऑक्साईडचा थर तयार करतात), ज्यामुळे पुढील अभिक्रिया थांबते.
   • अधातूंसोबत अभिक्रिया: अधातूंना त्यांच्या संबंधित ऑक्सो-आम्लांमध्ये ऑक्सिडीकरण करते.
     • कार्बन: C(s) + 4HNO₃(conc.) → CO₂(g) + 4NO₂(g) + 2H₂O(l)
     • गंधक (Sulphur): S₈(s) + 48HNO₃(conc.) → 8H₂SO₄(aq) + 48NO₂(g) + 16H₂O(l)
     • फॉस्फरस: P₄(s) + 20HNO₃(conc.) → 4H₃PO₄(aq) + 20NO₂(g) + 4H₂O(l)
3. ॲक्वा रेजिया (Aqua Regia): संहत HCl आणि संहत HNO₃ चे 3:1 मिश्रण, जे सोने आणि प्लॅटिनम सारख्या उदात्त धातूंना विरघळवू शकते.
   • Au(s) + 4HCl(aq) + HNO₃(aq) → H[AuCl₄](aq) + NO(g) + 2H₂O(l)

नायट्रोजनचे महत्त्वाचे ऑक्साईड्स

नायट्रोजन अनेक ऑक्साईड्स तयार करतो, जे विविध ऑक्सिडेशन अवस्था दर्शवतात. सर्वात सामान्य आणि परीक्षेसाठी महत्त्वाचे N₂O, NO, आणि NO₂ आहेत.

नायट्रस ऑक्साईड (N₂O)

• सूत्र: N₂O
• N ची ऑक्सिडेशन अवस्था: +1
• तयारी: अमोनियम नायट्रेटला हळूवारपणे गरम करून. NH₄NO₃(s) → N₂O(g) + 2H₂O(l)
• गुणधर्म: रंगहीन, उदासीन वायू. “हास्य वायू” (laughing gas) म्हणून ओळखला जातो. ऑक्सिजनसारखा ज्वलनास मदत करतो.

नायट्रिक ऑक्साईड (NO)

• सूत्र: NO
• N ची ऑक्सिडेशन अवस्था: +2
• तयारी: विरल नायट्रिक आम्लासोबत तांब्याची अभिक्रिया (वर दर्शविल्याप्रमाणे). 3Cu(s) + 8HNO₃(dil.) → 3Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO(g) + 4H₂O(l)
• गुणधर्म: रंगहीन, उदासीन वायू. वायुरूपातील अवस्थेत पॅरामॅग्नेटिक (paramagnetic) असतो. ऑक्सिजनसोबत त्वरित अभिक्रिया करून लालसर-तपकिरी नायट्रोजन डायऑक्साईड तयार करतो. 2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)

नायट्रोजन डायऑक्साईड (NO₂)

• सूत्र: NO₂
• N ची ऑक्सिडेशन अवस्था: +4
• तयारी:
  • संहत नायट्रिक आम्लासोबत तांब्याची अभिक्रिया (वर दर्शविल्याप्रमाणे). Cu(s) + 4HNO₃(conc.) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
  • जड धातूंच्या नायट्रेट्सचे अपघटन: 2Pb(NO₃)₂(s) → 2PbO(s) + 4NO₂(g) + O₂(g)
• गुणधर्म: लालसर-तपकिरी, तीव्र गंध असलेला, विषारी वायू. आम्लधर्मी ऑक्साईड (पाण्यासोबत नायट्रिक आणि नायट्रस आम्लांचे मिश्रण तयार करतो). रंगहीन डायनायट्रोजन टेट्राऑक्साईड (N₂O₄) सोबत समतोलावस्थेत अस्तित्वात असतो. 2NO₂(g) (brown) ⇌ N₂O₄(g) (colourless) (तापमानानुसार समतोल बदलतो.)

नायट्रोजनच्या प्रमुख संयुगांचे तुलनात्मक गुणधर्म

संयुग	सूत्र	N ची ऑक्सिडेशन अवस्था	स्वरूप	तयारीची मुख्य पद्धत	महत्त्वाच्या अभिक्रिया/गुणधर्म
अमोनिया	NH₃	-3	आम्लारीधर्मी	हेबर प्रक्रिया: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)	अमोनियम क्षार तयार करतो; Cu²⁺ सोबत गडद निळे द्रावण तयार करतो
नायट्रिक आम्ल	HNO₃	+5	आम्लधर्मी, ऑक्सिडीकारक	ओस्टवाल्ड प्रक्रिया (औद्योगिक): NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃	बहुतेक धातू आणि अधातूंना ऑक्सिडीकरण करतो; ॲक्वा रेजिया तयार करतो
नायट्रस ऑक्साईड	N₂O	+1	उदासीन	NH₄NO₃ चे औष्णिक अपघटन: NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O	”हास्य वायू” (laughing gas); ज्वलनास मदत करतो (O₂ प्रमाणे)
नायट्रिक ऑक्साईड	NO	+2	उदासीन	विरल HNO₃ सोबत Cu ची अभिक्रिया: 3Cu + 8HNO₃(dil) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O	O₂ सोबत अभिक्रिया करून तपकिरी NO₂ तयार करतो; पॅरामॅग्नेटिक
नायट्रोजन डायऑक्साईड	NO₂	+4	आम्लधर्मी	संहत HNO₃ सोबत Cu ची अभिक्रिया: Cu + 4HNO₃(conc) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O	लालसर-तपकिरी वायू; रंगहीन N₂O₄ सोबत समतोलावस्थेत असतो