کارل شیل، ایک سویڈش کیمیا دان، اور ڈینیل ردرفورڈ، ایک سکاٹش ماہر نباتات، نے 1772 میں الگ الگ نائٹروجن دریافت کی۔ نائٹروجن کو سب سے پہلے Lavoisier نے ایک عنصر کے طور پر تسلیم کیا، جس نے اسے "azo" یعنی "بے جان" کا نام دیا۔ چیپٹل نے 1790 میں عنصر کو نائٹروجن کا نام دیا۔ یہ نام یونانی لفظ "نائٹر" (نائٹریٹ میں نائٹروجن پر مشتمل نائٹریٹ) سے ماخوذ ہے۔
نائٹروجن پروڈکشن مینوفیکچررز - چین نائٹروجن پروڈکشن فیکٹری اور سپلائرز (xinfatools.com)
نائٹروجن کے ذرائع
نائٹروجن زمین پر 30 واں سب سے زیادہ وافر عنصر ہے۔ اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ نائٹروجن ماحولیاتی حجم کا 4/5، یا 78% سے زیادہ ہے، ہمارے پاس نائٹروجن کی تقریباً لامحدود مقدار موجود ہے۔ نائٹروجن مختلف معدنیات میں نائٹریٹ کی شکل میں بھی موجود ہے، جیسے چلی سالٹ پیٹر (سوڈیم نائٹریٹ)، سالٹ پیٹر یا نائٹری (پوٹاشیم نائٹریٹ)، اور امونیم نمکیات پر مشتمل معدنیات۔ نائٹروجن بہت سے پیچیدہ نامیاتی مالیکیولز میں موجود ہے، بشمول تمام جانداروں میں موجود پروٹین اور امینو ایسڈ
جسمانی خصوصیات
نائٹروجن N2 کمرے کے درجہ حرارت پر بے رنگ، بے ذائقہ اور بو کے بغیر گیس ہے، اور عام طور پر غیر زہریلی ہوتی ہے۔ معیاری حالات میں گیس کی کثافت 1.25g/L ہے۔ نائٹروجن کل ماحول (حجم کا حصہ) کا 78.12 فیصد ہے اور ہوا کا اہم جز ہے۔ فضا میں تقریباً 400 ٹریلین ٹن گیس موجود ہے۔
معیاری ماحول کے دباؤ کے تحت، جب -195.8℃ تک ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تو یہ ایک بے رنگ مائع بن جاتا ہے۔ جب -209.86 ℃ تک ٹھنڈا کیا جاتا ہے تو، مائع نائٹروجن برف کی طرح ٹھوس بن جاتا ہے۔
نائٹروجن غیر آتش گیر ہے اور اسے دم گھٹنے والی گیس سمجھا جاتا ہے (یعنی خالص نائٹروجن سانس لینے سے انسانی جسم آکسیجن سے محروم ہو جاتا ہے)۔ پانی میں نائٹروجن کی حل پذیری بہت کم ہوتی ہے۔ 283K پر، پانی کا ایک حجم N2 کے تقریباً 0.02 حجم کو تحلیل کر سکتا ہے۔
کیمیائی خصوصیات
نائٹروجن بہت مستحکم کیمیائی خصوصیات رکھتا ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر دیگر مادوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کرنا مشکل ہے، لیکن یہ اعلی درجہ حرارت اور اعلی توانائی کے حالات میں بعض مادوں کے ساتھ کیمیائی تبدیلیوں سے گزر سکتا ہے، اور انسانوں کے لیے مفید نئے مادے پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
نائٹروجن مالیکیولز کا سالماتی مداری فارمولا KK σs2 σs*2 σp2 σp*2 πp2 ہے۔ الیکٹران کے تین جوڑے بانڈنگ میں حصہ ڈالتے ہیں، یعنی دو π بانڈز اور ایک σ بانڈ بنتے ہیں۔ بانڈنگ میں کوئی شراکت نہیں ہے، اور بانڈنگ اور اینٹی بانڈنگ توانائیاں تقریباً آفسیٹ ہیں، اور وہ تنہا الیکٹران جوڑوں کے برابر ہیں۔ چونکہ N2 مالیکیول میں ایک ٹرپل بانڈ N≡N ہے، اس لیے N2 مالیکیول میں زبردست استحکام ہے، اور اسے ایٹموں میں گلنے کے لیے 941.69 kJ/mol توانائی درکار ہوتی ہے۔ N2 مالیکیول معلوم ڈائیٹومک مالیکیولز میں سب سے زیادہ مستحکم ہے، اور نائٹروجن کا رشتہ دار مالیکیول ماس 28 ہے۔ مزید برآں، نائٹروجن کو جلانا آسان نہیں ہے اور یہ دہن کی حمایت نہیں کرتا ہے۔
ٹیسٹ کا طریقہ
جلتی ہوئی Mg بار کو نائٹروجن سے بھری گیس جمع کرنے والی بوتل میں ڈالیں، اور Mg بار جلتا رہے گا۔ باقی راکھ (تھوڑا سا پیلا پاؤڈر Mg3N2) نکالیں، تھوڑی مقدار میں پانی ڈالیں، اور ایک گیس (امونیا) پیدا کریں جو گیلے سرخ لٹمس پیپر کو نیلا کر دیں۔ رد عمل کی مساوات: 3Mg + N2 = اگنیشن = Mg3N2 (میگنیشیم نائٹرائڈ)؛ Mg3N2 + 6H2O = 3Mg (OH) 2 + 2NH3↑
بانڈنگ کی خصوصیات اور نائٹروجن کی والینس بانڈ کی ساخت
چونکہ واحد مادہ N2 عام حالات میں انتہائی مستحکم ہوتا ہے، لوگ اکثر غلطی سے یہ مان لیتے ہیں کہ نائٹروجن ایک کیمیائی طور پر غیر فعال عنصر ہے۔ درحقیقت، اس کے برعکس، عنصری نائٹروجن میں اعلیٰ کیمیائی سرگرمی ہوتی ہے۔ N (3.04) کی الیکٹرونگیٹیویٹی F اور O کے بعد دوسرے نمبر پر ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ یہ دوسرے عناصر کے ساتھ مضبوط بندھن بنا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، واحد مادہ N2 مالیکیول کا استحکام صرف N ایٹم کی سرگرمی کو ظاہر کرتا ہے۔ مسئلہ یہ ہے کہ لوگوں کو ابھی تک کمرے کے درجہ حرارت اور دباؤ پر N2 مالیکیولز کو فعال کرنے کے لیے بہترین حالات نہیں ملے ہیں۔ لیکن فطرت میں، پودوں کے نوڈول پر کچھ بیکٹیریا ہوا میں موجود N2 کو عام درجہ حرارت اور دباؤ میں کم توانائی والے حالات میں نائٹروجن مرکبات میں تبدیل کر سکتے ہیں، اور انہیں فصل کی نشوونما کے لیے کھاد کے طور پر استعمال کر سکتے ہیں۔
لہذا، نائٹروجن فکسیشن کا مطالعہ ہمیشہ سے ایک اہم سائنسی تحقیقی موضوع رہا ہے۔ لہذا، ہمارے لیے نائٹروجن کی بانڈنگ کی خصوصیات اور والینس بانڈ کی ساخت کو تفصیل سے سمجھنا ضروری ہے۔
بانڈ کی قسم
N ایٹم کی ویلنس الیکٹران پرت کا ڈھانچہ 2s2p3 ہے، یعنی 3 واحد الیکٹران اور اکیلے الیکٹران کے جوڑے کا ایک جوڑا ہے۔ اس کی بنیاد پر، مرکبات بناتے وقت، مندرجہ ذیل تین بانڈ کی قسمیں پیدا کی جا سکتی ہیں:
1. آئنک بانڈز کی تشکیل 2. ہم آہنگی بانڈز کی تشکیل 3. کوآرڈینیشن بانڈز کی تشکیل
1. آئنک بانڈز بنانا
N ایٹموں کی برقی منفی صلاحیت (3.04) زیادہ ہوتی ہے۔ جب وہ کم الیکٹرونگیٹیویٹی والی دھاتوں کے ساتھ بائنری نائٹرائڈز بناتے ہیں، جیسے کہ Li (الیکٹرو نیگیٹیویٹی 0.98)، Ca (برقی منفی 1.00)، اور Mg (برقی منفی 1.31)، تو وہ 3 الیکٹران حاصل کر سکتے ہیں اور N3- آئن بنا سکتے ہیں۔ N2+ 6 Li == 2 Li3N N2+ 3 Ca == Ca3N2 N2+ 3 Mg =ignite= Mg3N2 N3- آئنوں کا منفی چارج زیادہ ہے اور ایک بڑا رداس (171pm)۔ جب وہ پانی کے انووں کا سامنا کریں گے تو وہ مضبوطی سے ہائیڈولائزڈ ہوں گے۔ لہذا، آئنک مرکبات صرف خشک حالت میں موجود ہوسکتے ہیں، اور N3- کے کوئی ہائیڈریٹڈ آئن نہیں ہوں گے۔
2. ہم آہنگی بانڈز کی تشکیل
جب N ایٹم غیر دھاتوں کے ساتھ زیادہ برقی منفیت کے ساتھ مرکبات بناتے ہیں، تو درج ذیل ہم آہنگی بانڈز بنتے ہیں:
⑴N ایٹم sp3 ہائبرڈائزیشن حالت اختیار کرتے ہیں، تین ہم آہنگی بانڈز بناتے ہیں، اکیلے الیکٹران کے جوڑوں کا ایک جوڑا برقرار رکھتے ہیں، اور مالیکیولر کنفیگریشن ٹرائیگنل اہرام ہے، جیسے NH3، NF3، NCl3، وغیرہ۔ اگر چار ہم آہنگی سنگل بانڈز بنتے ہیں، تو مالیکیولر کنفیگریشن ایک باقاعدہ ٹیٹراہیڈرون، جیسے NH4+ آئن۔
⑵N ایٹم sp2 ہائبرڈائزیشن حالت لیتے ہیں، دو ہم آہنگی بانڈز اور ایک بانڈ بناتے ہیں، اور تنہا الیکٹران کے جوڑے کا ایک جوڑا برقرار رکھتے ہیں، اور سالماتی ترتیب کونیی ہے، جیسے Cl—N=O۔ (N ایٹم Cl ایٹم کے ساتھ ایک σ بانڈ اور ایک π بانڈ بناتا ہے، اور N ایٹم پر اکیلے الیکٹران کے جوڑوں کا جوڑا مالیکیول کو مثلث بناتا ہے۔) اگر کوئی اکیلا الیکٹران جوڑا نہیں ہے، تو سالماتی ترتیب تکونی ہے، جیسے HNO3 مالیکیول یا NO3- آئن۔ نائٹرک ایسڈ مالیکیول میں، N ایٹم بالترتیب تین O ایٹموں کے ساتھ تین σ بانڈ بناتا ہے، اور اس کے π مداری پر الیکٹرانوں کا ایک جوڑا اور دو O ایٹموں کے واحد π الیکٹران تین سینٹر والے چار الیکٹران ڈی لوکلائزڈ π بانڈ بناتے ہیں۔ نائٹریٹ آئن میں، تین O ایٹموں اور مرکزی N ایٹم کے درمیان چار سنٹر چھ الیکٹران ڈی لوکلائزڈ بڑا π بانڈ بنتا ہے۔ یہ ڈھانچہ نائٹرک ایسڈ +5 میں N ایٹم کے ظاہری آکسیڈیشن نمبر کو بناتا ہے۔ بڑے π بانڈز کی موجودگی کی وجہ سے، نائٹریٹ عام حالات میں کافی مستحکم ہوتا ہے۔ ⑶N ایٹم covalent ٹرپل بانڈ بنانے کے لیے sp ہائبرڈائزیشن کو اپناتا ہے اور تنہا الیکٹران کے جوڑے کو برقرار رکھتا ہے۔ سالماتی ترتیب لکیری ہے، جیسے N2 مالیکیول میں N ایٹم کی ساخت اور CN-۔
3. کوآرڈینیشن بانڈز کی تشکیل
جب نائٹروجن ایٹم سادہ مادے یا مرکبات بناتے ہیں، تو وہ اکثر الیکٹران کے اکیلے جوڑے کو برقرار رکھتے ہیں، اس لیے اس طرح کے سادہ مادے یا مرکبات دھاتی آئنوں سے ہم آہنگ ہونے کے لیے الیکٹران کے جوڑے کے عطیہ دہندگان کے طور پر کام کر سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، [Cu(NH3)4]2+ یا [Tu(NH2)5]7، وغیرہ۔
آکسیڈیشن سٹیٹ-گبز فری انرجی ڈایاگرام
یہ نائٹروجن کی آکسیڈیشن سٹیٹ-گِبس فری انرجی ڈایاگرام سے بھی دیکھا جا سکتا ہے کہ NH4 آئنوں کے علاوہ، N2 مالیکیول جس کا آکسیڈیشن نمبر 0 ہے، خاکہ میں منحنی خطوط کے سب سے نچلے مقام پر ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ N2 تھرموڈینامیکل طور پر ہے۔ دیگر آکسیڈیشن نمبروں کے ساتھ نائٹروجن مرکبات کی نسبت مستحکم۔
0 اور +5 کے درمیان آکسیڈیشن نمبروں کے ساتھ مختلف نائٹروجن مرکبات کی قدریں تمام دو پوائنٹس HNO3 اور N2 (ڈائیگرام میں نقطے والی لائن) کو جوڑنے والی لائن کے اوپر ہیں، لہذا یہ مرکبات تھرموڈینامیکل طور پر غیر مستحکم اور غیر متناسب رد عمل کا شکار ہیں۔ ڈایاگرام میں N2 مالیکیول سے کم قیمت والا واحد NH4+ آئن ہے۔ نائٹروجن کی آکسیڈیشن سٹیٹ-گبز فری انرجی ڈایاگرام اور N2 مالیکیول کی ساخت سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ عنصری N2 غیر فعال ہے۔ صرف اعلی درجہ حرارت، زیادہ دباؤ اور اتپریرک کی موجودگی میں نائٹروجن ہائیڈروجن کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے امونیا بنا سکتا ہے: خارج ہونے والے حالات میں، نائٹروجن آکسیجن کے ساتھ مل کر نائٹرک آکسائیڈ بنا سکتا ہے: N2+O2=discharge=2NO نائٹرک آکسائیڈ تیزی سے آکسیجن کے ساتھ مل جاتا ہے۔ نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ 2NO+O2=2NO2 نائٹروجن ڈائی آکسائیڈ پانی میں گھل کر نائٹرک ایسڈ بناتی ہے، نائٹرک آکسائیڈ 3NO2+H2O=2HNO3+NO ترقی یافتہ ہائیڈرو پاور والے ممالک میں، یہ رد عمل نائٹرک ایسڈ بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ N2 امونیا پیدا کرنے کے لیے ہائیڈروجن کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے: N2+3H2=== (الٹنے والا نشان) 2NH3 N2 ان دھاتوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے جن کے آئنائزیشن کی صلاحیت کم ہوتی ہے اور جن کے نائٹرائڈز میں آئنک نائٹرائڈز بنانے کے لیے اعلی جالی توانائی ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر: N2 کمرے کے درجہ حرارت پر دھاتی لتیم کے ساتھ براہ راست رد عمل ظاہر کر سکتا ہے: 6 Li + N2=== 2 Li3N N2 تاپدیپت درجہ حرارت پر الکلائن زمینی دھاتوں Mg, Ca, Sr, Ba کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے: 3 Ca + N2=== Ca3N2 N2 کر سکتا ہے۔ تاپدیپت درجہ حرارت پر صرف بوران اور ایلومینیم کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے: 2 B + N2=== 2 BN (macromolecule مرکب) N2 عام طور پر 1473K سے زیادہ درجہ حرارت پر سلکان اور دیگر گروپ عناصر کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔
نائٹروجن مالیکیول بانڈنگ میں الیکٹران کے تین جوڑے کا حصہ ڈالتا ہے، یعنی دو π بانڈ اور ایک σ بانڈ بناتا ہے۔ یہ بانڈنگ میں حصہ نہیں ڈالتا ہے، اور بانڈنگ اور اینٹی بانڈنگ توانائیاں تقریباً آفسیٹ ہیں، اور وہ تنہا الیکٹران جوڑوں کے برابر ہیں۔ چونکہ N2 مالیکیول میں ایک ٹرپل بانڈ N≡N ہوتا ہے، N2 مالیکیول میں زبردست استحکام ہوتا ہے، اور اسے ایٹموں میں گلنے کے لیے 941.69kJ/mol توانائی درکار ہوتی ہے۔ N2 مالیکیول معلوم ڈائیٹومک مالیکیولز میں سب سے زیادہ مستحکم ہے، اور نائٹروجن کا رشتہ دار مالیکیولر ماس 28 ہے۔ مزید برآں، نائٹروجن کو جلانا آسان نہیں ہے اور یہ دہن کی حمایت نہیں کرتا ہے۔
پوسٹ ٹائم: جولائی 23-2024
