நைட்ரஜன் (N)

அறிமுகம்: எங்கும் நிறைந்த தனிமம்

நைட்ரஜன் (N) ஒரு அடிப்படை வேதியியல் தனிமம், இது வாழ்க்கைக்கும் பல தொழில்துறை செயல்முறைகளுக்கும் இன்றியமையாதது. இது புவி வளிமண்டலத்தின் தோராயமாக 78% ஈரணு நைட்ரஜன் வாயுவாக (N₂) உள்ளது. அதன் நிஜ வாழ்க்கை முக்கியத்துவம் DNA மற்றும் புரதங்கள் போன்ற உயிரியல் மூலக்கூறுகளின் முக்கிய அங்கமாக இருப்பதிலிருந்து, உரங்கள், வெடிபொருட்கள் மற்றும் மந்த வளிமண்டலமாகப் பயன்படுத்தப்படுவது வரை பரவியுள்ளது.

CBSE/JEE விரைவு திருத்தக் குறிப்புகள்

• அணு எண்: 7
• அணு நிறை: 14.01 g/mol
• எலக்ட்ரான் அமைப்பு: [He] 2s² 2p³
• இணைதிறன்: பொதுவாக 3 (3 சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்குகிறது). ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள் -3 முதல் +5 வரை இருக்கும்.
• தொகுதி: 15 (Pnictogens)
• தொடர்: 2
• தன்மை: அலோக, ஈரணு வாயு (N₂).
• எலக்ட்ரான் கவர்தன்மை: 3.04 (பாலிங் அளவுக்கோல்).
• அயனியாக்கும் ஆற்றல்: அதிகம்.
• அணு ஆரம்: சிறியது.
• N₂ இல் பிணைப்பு: மிகவும் வலிமையான முப்பிணைப்பு சகப்பிணைப்பை (N≡N) உருவாக்குகிறது, இது அதன் அதிக நிலைத்தன்மைக்கும் மந்தத்தன்மைக்கும் காரணமாகிறது.
• புறவேற்றுமை வடிவங்கள்: பாஸ்பரஸைப் போலல்லாமல், சாதாரண சூழ்நிலைகளில் பொதுவான புறவேற்றுமை வடிவங்களைக் காட்டுவதில்லை.

எலக்ட்ரான் அமைப்பு மற்றும் பிணைப்பு நடத்தை

நைட்ரஜனின் எலக்ட்ரான் அமைப்பு, 1s² 2s² 2p³, அதன் 2p ஆர்பிட்டால்களில் மூன்று தனித்த எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதைக் குறிக்கிறது. இது மூன்று சகப்பிணைப்புகளை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது.

• நிலைத்தன்மை: இணைதிறன் கூட்டில் உள்ள பாதி நிரப்பப்பட்ட p-ஆர்பிட்டால்கள் அதன் ஒப்பீட்டு நிலைத்தன்மைக்கு பங்களிக்கின்றன.
• ஈரணு மூலக்கூறு (N₂): நைட்ரஜன் ஒரு ஈரணு மூலக்கூறை உருவாக்குகிறது, அங்கு இரண்டு நைட்ரஜன் அணுக்கள் ஒரு முப்பிணைப்பால் (ஒரு சிக்மா மற்றும் இரண்டு பை பிணைப்புகள்) இணைக்கப்பட்டுள்ளன. N≡N பிணைப்பின் அதிக பிணைப்பு பிளவு ஆற்றல் (946 kJ/mol) நைட்ரஜன் வாயுவை அறை வெப்பநிலையில் மிகவும் வினைபுரியாததாக ஆக்குகிறது.
• ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகள்: நைட்ரஜன் எலக்ட்ரான்களைப் பகிரும் அல்லது பெறும் திறனால் -3 முதல் +5 வரையிலான பரந்த அளவிலான ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளைக் காட்டுகிறது.
  • -3: அம்மோனியாவில் (NH₃), நைட்ரைடுகளில் (எ.கா., Mg₃N₂).
  • 0: ஈரணு நைட்ரஜனில் (N₂).
  • +1: நைட்ரஸ் ஆக்சைடில் (N₂O).
  • +2: நைட்ரிக் ஆக்சைடில் (NO).
  • +3: டைநைட்ரஜன் ட்ரைஆக்சைடு (N₂O₃), நைட்ரஸ் அமிலம் (HNO₂) ஆகியவற்றில்.
  • +4: நைட்ரஜன் டைஆக்சைடு (NO₂), டைநைட்ரஜன் டெட்ராக்சைடு (N₂O₄) ஆகியவற்றில்.
  • +5: டைநைட்ரஜன் பென்டாக்சைடு (N₂O₅), நைட்ரிக் அமிலம் (HNO₃), நைட்ரேட்டுகளில் (எ.கா., KNO₃).
• Pπ-Pπ பிணைப்பு: நைட்ரஜன் அதன் சிறிய அளவு மற்றும் அதிக எலக்ட்ரான் கவர்தன்மை காரணமாக தன்னுடன் மற்றும் கார்பன், ஆக்சிஜன் போன்ற சிறிய, எலக்ட்ரான் கவர்திறன் கொண்ட பிற தனிமங்களுடன் பல பிணைப்புகளை (இரட்டை அல்லது முப்பிணைப்பு) எளிதாக உருவாக்க முடியும்.

முக்கியமான வேதி வினைகள்

1. அம்மோனியா தயாரிப்பு (ஹேபர் முறை)

இது அம்மோனியாவின் தொழில்துறை தொகுப்பு ஆகும், இது உரங்களுக்கு மிகவும் முக்கியமானது. $\text\{N\}_2 \text\{(g)\} + 3\text\{H\}_2 \text\{(g)\} \rightleftharpoons 2\text\{NH\}_3 \text\{(g)\}$ ($\Delta H = -92.4 \text\{ kJ/mol\}$) நிபந்தனைகள்: உயர் அழுத்தம் (200 atm), உகந்த வெப்பநிலை (400-450 °C), வினையூக்கி (மொலிப்டினம் ஊக்குவிப்பானாக உள்ள நன்றாகப் பிரிக்கப்பட்ட இரும்பு).

2. ஆக்சிஜனுடன் வினை

நைட்ரஜன் ஆக்சிஜனுடன் மிக அதிக வெப்பநிலைகளில் மட்டுமே வினைபுரிகிறது, பொதுவாக மின்னல் அல்லது உள் எரி பொறிகளில் இது காணப்படுகிறது. $\text\{N\}_2 \text\{(g)\} + \text\{O\}_2 \text\{(g)\} \rightleftharpoons 2\text\{NO (g)\}$ (at ~2000 K)

3. நைட்ரைடுகள் உருவாக்கம்

நைட்ரஜன் அதிக எலக்ட்ரான் நேர் தன்மை கொண்ட உலோகங்களுடன் வினைபுரிந்து அயனி நைட்ரைடுகளை உருவாக்குகிறது. $3\text\{Mg (s)\} + \text\{N\}_2 \text\{(g)\} \rightarrow \text\{Mg\}_3\text\{N\}_2 \text\{(s)\}$ (மக்னீசியம் நைட்ரைடு)

4. ஆஸ்ட்வால்ட் முறை (நைட்ரிக் அமிலத்திற்கான முக்கிய நைட்ரஜன் வினைகள்)

இந்த செயல்முறை அம்மோனியாவின் வினையூக்க ஆக்சிஜனேற்றம் மூலம் நைட்ரிக் அமிலத்தை உற்பத்தி செய்வதை உள்ளடக்கியது.

• படி 1: அம்மோனியாவின் வினையூக்க ஆக்சிஜனேற்றம் $4\text\{NH\}_3 \text\{(g)\} + 5\text\{O\}_2 \text\{(g)\} \xrightarrow\{\text\{Pt/Rh catalyst, 800 °C\}\} 4\text\{NO (g)\} + 6\text\{H\}_2\text\{O (g)\}$
• படி 2: நைட்ரிக் ஆக்சைடின் ஆக்சிஜனேற்றம் $2\text\{NO (g)\} + \text\{O\}_2 \text\{(g)\} \rightarrow 2\text\{NO\}_2 \text\{(g)\}$
• படி 3: நைட்ரஜன் டைஆக்சைடை நீரில் உறிஞ்சுதல் $3\text\{NO\}_2 \text\{(g)\} + \text\{H\}_2\text\{O (l)\} \rightarrow 2\text\{HNO\}_3 \text\{(aq)\} + \text\{NO (g)\}$

5. நைட்ரஜன் வாயுவின் ஆய்வகத் தயாரிப்பு

ஆய்வகத்தில் அம்மோனியம் குளோரைடு மற்றும் சோடியம் நைட்ரைட்டின் நீர்க்கரைசலை சூடுபடுத்துவதன் மூலம் நைட்ரஜனைத் தயாரிக்கலாம். $\text\{NH\}_4\text\{Cl (aq)\} + \text\{NaNO\}_2 \text\{(aq)\} \rightarrow \text\{N\}_2 \text\{(g)\} + 2\text\{H\}_2\text\{O (l)\} + \text\{NaCl (aq)\}$

மற்றொரு முறை அம்மோனியம் டைகுரோமேட்டின் சிதைவை உள்ளடக்கியது. $(\text\{NH\}_4)_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7 \text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{N\}_2 \text\{(g)\} + \text\{Cr\}_2\text\{O\}_3 \text\{(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{O (g)\}$

தொழில்துறை மற்றும் உயிரியல் முக்கியத்துவம்

தொழில்துறை முக்கியத்துவம்

• அம்மோனியா உற்பத்தி: ஹேபர் முறையில் அம்மோனியா (NH₃) தொகுப்பு அதன் மிக முக்கியமான தொழில்துறை பயன்பாடாகும், இது பின்னர் உரங்கள் (எ.கா., யூரியா, அம்மோனியம் நைட்ரேட்) மற்றும் நைட்ரிக் அமிலம் தயாரிக்கப் பயன்படுகிறது.
• மந்த வளிமண்டலம்: வாயு நைட்ரஜன் வேதி வினைகளுக்கு ஒரு மந்தமான வளிமண்டலத்தை வழங்கவும், உணர்திறன் மிக்க உணவுப் பொருட்களைப் பொட்டலமிடவும், இழை ஆக்சிஜனேற்றத்தைத் தடுக்க ஒளிரும் மின் விளக்குகளை நிரப்பவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• குளிர்ப்பூட்டி (Cryogenic Agent): -196 °C (77 K) கொதிநிலையைக் கொண்ட திரவ நைட்ரஜன், உயிரியல் மாதிரிகளை (எ.கா., விந்து, முட்டைகள், திசுக்கள்) விரைவாக உறையவைக்கவும், மருத்துவ நடைமுறைகளிலும் (குளிர் அறுவை சிகிச்சை), மற்றும் மின்னணு பாகங்களைக் குளிர்விக்கவும் ஒரு குளிர்ப்பூட்டியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• வெடிபொருட்கள்: ட்ரைநைட்ரோடொலுயீன் (TNT) மற்றும் நைட்ரோகிளிசரின் போன்ற நைட்ரஜன் சேர்மங்கள் வெடிபொருட்களின் முக்கிய அங்கங்களாகும், ஏனெனில் நிலையான N₂ வாயு உருவாவதில் அதிக ஆற்றல் வெளியிடப்படுகிறது.
• உலோக சிகிச்சை: எஃகின் மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையையும் தேய்மான எதிர்ப்பையும் மேம்படுத்த நைட்ரைடிங் செயல்முறையில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

உயிரியல் முக்கியத்துவம்

• அத்தியாவசிய உயிரியல் மூலக்கூறு கூறு: நைட்ரஜன் இவற்றின் ஒரு அடிப்படை அங்கமாகும்:
  • புரதங்கள்: அமினோ அமிலங்களில் அமினோ குழுவை (-NH₂) உருவாக்குகிறது, அவை புரதங்களின் கட்டுமானத் தொகுதிகள்.
  • நியூக்ளிக் அமிலங்கள்: DNA மற்றும் RNA இல் உள்ள நைட்ரஜன் காரங்கள் (அடினைன், குவானைன், சைட்டோசின், தைமின், யுராசில்) ஆகியவற்றின் ஒரு முக்கிய பகுதி.
  • ATP: செல்கள் செயல்படத் தேவையான முதன்மை ஆற்றல் நாணயமாகிய அடினோசின் ட்ரைபாஸ்பேட்டின் (ATP) ஒரு கூறு.
  • பச்சையம்: தாவரங்களில் ஒளிச்சேர்க்கைக்கு அத்தியாவசியமானது.
  • வைட்டமின்கள்: பல வைட்டமின்களில் (எ.கா., B குழு வைட்டமின்கள்) காணப்படுகிறது.
• நைட்ரஜன் சுழற்சி: நைட்ரஜன் வளிமண்டலம், மண் மற்றும் உயிரினங்கள் வழியாகத் தொடர்ந்து சுழற்சி செய்யப்படுகிறது.
  • நைட்ரஜன் நிலைப்படுத்துதல்: வளிமண்டல நைட்ரஜன் (N₂) நைட்ரஜனை நிலைப்படுத்தும் பாக்டீரியாக்களால் (எ.கா., பருப்பு வகைத் தாவரங்களின் வேர் முடிச்சுகளில் Rhizobium, மண்ணில் Azotobacter) அல்லது மின்னல் மூலம் அம்மோனியா அல்லது அம்மோனியம் அயனிகளாக மாற்றப்படுகிறது.
  • நைட்ரேட்டாக்கம்: அம்மோனியா நைட்ரைஃபயிங் பாக்டீரியாக்களால் நைட்ரைட்டுகள் மற்றும் பின்னர் நைட்ரேட்டுகளாக ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகிறது. தாவரங்கள் வளர்ச்சிக்காக நைட்ரேட்டுகளை உறிஞ்சுகின்றன.
  • நைட்ரேட் நீக்கம்: சில பாக்டீரியாக்கள் நைட்ரேட்டுகளை மீண்டும் வாயு நைட்ரஜனாக மாற்றி, அதை வளிமண்டலத்திற்குத் திருப்பி அனுப்புகின்றன.