நைட்ரஜன் (N): அணு அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

அணு அளவீடுகளுக்கான அறிமுகம்

நைட்ரஜன் (N) என்பது அணு எண் 7 கொண்ட ஒரு வேதியியல் தனிமம். இது ஒரு அலோகம், தனிம வரிசை அட்டவணையின் தொகுதி 15 (நைட்ரஜன் தொகுதி) மற்றும் ஆவர்த்தனம் 2-ஐச் சேர்ந்தது.

• அணு எண் (Z): 7
  • அணுக்கருவில் 7 புரோட்டான்கள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது.
  • ஒரு நடுநிலை நைட்ரஜன் அணுவில் 7 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன.
• நிறை எண் (A): தோராயமாக 14 (மிகவும் பொதுவான ஐசோடோப்பிற்காக, $^\{14\}$N).
  • 7 நியூட்ரான்கள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது (நிறை எண் - அணு எண் = 14 - 7 = 7).
• ஐசோடோப்புகள்: இரண்டு நிலையான ஐசோடோப்புகள் $^\{14\}$N (99.634%) மற்றும் $^\{15\}$N (0.366%) ஆகும்.

துணைக்கூடு எலக்ட்ரான் அமைப்பு

ஒரு நடுநிலை நைட்ரஜன் அணுவில் (Z=7) பல்வேறு துணைக்கூடுகளில் எலக்ட்ரான்களின் பகிர்வு பின்வருமாறு:

• முழு எலக்ட்ரான் அமைப்பு: 1s² 2s² 2p³
• மந்த வாயு அமைப்பு: [He] 2s² 2p³

ஆர்பிட்டால் வரைபடம்

ஹுண்டின் அதிகபட்ச பன்மடங்கு விதி மற்றும் பாலியின் தவிர்ப்பு கொள்கையைப் பின்பற்றி, எலக்ட்ரான்கள் நிரப்புதலை ஆர்பிட்டால் வரைபடம் விளக்குகிறது:

• 1s ஆர்பிட்டால்: [↑↓] (1s²)
• 2s ஆர்பிட்டால்: [↑↓] (2s²)
• 2p ஆர்பிட்டால்கள்: [↑] [↑] [↑] (2p³)

இந்த அமைப்பு அரை நிரப்பப்பட்ட p-துணைக்கூட்டை எடுத்துக்காட்டுகிறது, இது நைட்ரஜன் அணுவின் ஒப்பீட்டு நிலைத்தன்மைக்கு பங்களிக்கிறது.

இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் இணைதிறன்

• இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள்: நைட்ரஜனில் 5 இணைதிறன் எலக்ட்ரான்கள் உள்ளன (2s துணைக்கூட்டிலிருந்து 2 மற்றும் 2p துணைக்கூட்டிலிருந்து 3). அதன் வெளிக்கூடு அமைப்பு 2s² 2p³.
• இணைதிறன்:
  • பொதுவான இணைதிறன்: நைட்ரஜன் பொதுவாக 3 இணைதிறனைக் காட்டுகிறது. இது பின்வருவனவற்றால் அடையப்படுகிறது:
    • 3 எலக்ட்ரான்களைப் பெற்று N³⁻ அயனியை உருவாக்குதல் (எ.கா., Li₃N போன்ற நைட்ரைடுகளில்).
    • மூன்று சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்க 3 எலக்ட்ரான்களைப் பகிர்வது (எ.கா., NH₃).
  • சகப்பிணைப்பு இணைதிறன்: அதன் தனித்த எலக்ட்ரான் இணையைப் பயன்படுத்தி ஒரு ஈதல் பிணைப்பை உருவாக்குவதன் மூலம் 4 என்ற சகப்பிணைப்பு இணைதிறனைக் காட்டலாம், மூன்று சகப்பிணைப்புகளுக்கு கூடுதலாக. இது அம்மோனியம் அயனி (NH₄⁺) போன்ற இனங்கள் உருவாவதற்கு வழிவகுக்கிறது.
  • அதிகபட்ச சகப்பிணைப்பு இணைதிறன்: 4 ஆக கட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. ஆவர்த்தனம் 2-ஐச் சேர்ந்த தனிமமாக, நைட்ரஜனுக்கு அதன் இணைதிறன் கூட்டில் காலியான d-ஆர்பிட்டால்கள் இல்லாததால், அதன் ஆக்டெட்டை விரிவாக்க முடியாது.
• ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்: நைட்ரஜன் -3 முதல் +5 வரை பரந்த அளவிலான ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளைக் காட்டுகிறது.
  • -3: அம்மோனியா (NH₃), நைட்ரைடுகள் (எ.கா., Li₃N, Mg₃N₂)
  • -2: ஹைட்ரஜின் (N₂H₄)
  • -1: ஹைட்ராக்ஸிலமைன் (NH₂OH)
  • 0: டைநைட்ரஜன் (N₂)
  • +1: நைட்ரஸ் ஆக்சைடு (N₂O)
  • +2: நைட்ரிக் ஆக்சைடு (NO)
  • +3: டைநைட்ரஜன் டிரைஆக்சைடு (N₂O₃), நைட்ரஸ் அமிலம் (HNO₂)
  • +4: நைட்ரஜன் டைஆக்சைடு (NO₂), டைநைட்ரஜன் டெட்ராக்சைடு (N₂O₄)
  • +5: டைநைட்ரஜன் பென்டாக்சைடு (N₂O₅), நைட்ரிக் அமிலம் (HNO₃)

பிணைப்பு நடத்தை

நைட்ரஜன் அதன் அதிக எலக்ட்ரான் கவர்ச்சி (பாலிங் அளவில் 3.04) மற்றும் சிறிய அணு அளவு காரணமாக முதன்மையாக சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது. இது அதிக எலக்ட்ரான் நேர்மறை கொண்ட உலோகங்களுடன் அயனிப் பிணைப்புகளையும் உருவாக்க முடியும்.

1. சகப்பிணைப்பு

• டைநைட்ரஜன் (N₂):
  • மிகவும் வலிமையான முப்பிணைப்பை (N≡N) உருவாக்குகிறது, அதிக பிணைப்பு பிளவு ஆற்றலுடன் (945 kJ/mol), இது அறை வெப்பநிலையில் பெரும்பாலும் செயலற்றதாக மாற்றுகிறது.
  • ஒவ்வொரு நைட்ரஜன் அணுவும் மூன்று எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டு மூன்று பகிரப்பட்ட இணைகளை உருவாக்கி, ஒரு ஆக்டெட்டை அடைகிறது.
  • N₂ போன்ற ஈரணு மூலக்கூறுகளுக்கு இந்தச் சூழலில் பொதுவாக கலப்பினத்தைப் பற்றி விவாதிக்கப்படுவதில்லை; மாறாக, இது மூலக்கூறு ஆர்பிட்டால் கோட்பாட்டால் விளக்கப்படுகிறது.
• அம்மோனியா (NH₃):
  • நைட்ரஜன் அணு sp³ கலப்பினம் அடைந்துள்ளது.
  • மூன்று N-H சிக்மா பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது மற்றும் ஒரு தனித்த எலக்ட்ரான் இணையை கொண்டுள்ளது.
  • வடிவம்: பிரமிடு (தனித்த இணை-பிணைப்பு இணை விலக்கம் காரணமாக).
  • பிணைப்பு கோணம்: தோராயமாக 107°.
• அம்மோனியம் அயனி (NH₄⁺):
  • அம்மோனியா (ஒரு லூயிஸ் காரம்) அதன் தனித்த இணையை ஒரு புரோட்டானுக்கு (H⁺) நன்கொடையாக வழங்குவதன் மூலம் உருவாகிறது, ஒரு ஈதல் சகப்பிணைப்பை உருவாக்குகிறது.
  • நைட்ரஜன் அணு sp³ கலப்பினம் அடைந்துள்ளது.
  • நான்கு N-H சிக்மா பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது.
  • வடிவம்: நான்முகி.
  • பிணைப்பு கோணம்: 109.5°.
• நைட்ரேட் அயனி (NO₃⁻):
  • நைட்ரஜன் அணு sp² கலப்பினம் அடைந்துள்ளது.
  • ஒரு இரட்டைப் பிணைப்பு மற்றும் இரண்டு ஒற்றைப் பிணைப்புகளை ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் உருவாக்குகிறது (ஒத்திசைவு கட்டமைப்புகள் இரட்டைப் பிணைப்பு மற்றும் மின்னூட்டத்தை பரவலாக்குகின்றன).
  • வடிவம்: முக்கோணத் தளம்.
• நைட்ரைட் அயனி (NO₂⁻):
  • நைட்ரஜன் அணு sp² கலப்பினம் அடைந்துள்ளது.
  • ஒரு இரட்டைப் பிணைப்பு மற்றும் ஒரு ஒற்றைப் பிணைப்பை ஆக்ஸிஜன் அணுக்களுடன் உருவாக்குகிறது, மேலும் ஒரு தனித்த எலக்ட்ரான் இணையை கொண்டுள்ளது.
  • வடிவம்: வளைந்த அல்லது V-வடிவம்.

2. அயனிப் பிணைப்பு

• நைட்ரஜன் அதிக எலக்ட்ரான் நேர்மறை கொண்ட உலோகங்களுடன், குறிப்பாக தொகுதி 1 மற்றும் தொகுதி 2 தனிமங்களுடன் அயனி சேர்மங்களை (நைட்ரைடுகளை) உருவாக்குகிறது, அங்கு அது N³⁻ அயனியாக உள்ளது.
• எடுத்துக்காட்டுகள்: லித்தியம் நைட்ரைடு (Li₃N), மக்னீசியம் நைட்ரைடு (Mg₃N₂). இந்த நைட்ரைடுகள் பெரும்பாலும் தூய அயனி சேர்மங்களாக இல்லாமல் குறிப்பிடத்தக்க அயனி பண்புகளுடன் கூடிய சகப்பிணைப்பு சேர்மங்களாகும்.

3. ஈதல் சகப்பிணைப்பு (Dative Bond)

• ஒரு தனித்த எலக்ட்ரான் இணையை வைத்திருக்கும் நைட்ரஜன், ஒரு லூயிஸ் காரமாக செயல்பட்டு, எலக்ட்ரான் குறைபாடுள்ள இனங்களுக்கு (லூயிஸ் அமிலங்கள்) அதன் தனித்த இணையை நன்கொடையாக வழங்க முடியும்.
• எடுத்துக்காட்டு: NH₃ மற்றும் H⁺ இலிருந்து NH₄⁺ உருவாக்கம், அல்லது உலோக அயனிகளுடன் அணைவுச் சேர்மங்கள் உருவாக்கம் (எ.கா., [Cu(NH₃)₄]²⁺).