नाइट्रोजन गैस और स्थिरीकरण
नाइट्रोजन समूह 15 (VA) में है, उसके पाँच बाहरी इलेक्ट्रॉन हैं। दो N परमाणु तीन जोड़ी इलेक्ट्रॉन बाँटते हैं: N≡N। यह बहुत मज़बूत बंध है, इसलिए N₂ रंगहीन, गंधहीन और निष्क्रिय है।
जीवों को प्रोटीन और DNA के लिए नाइट्रोजन चाहिए, पर वे N₂ गैस सीधे नहीं ले सकते। नाइट्रोजन स्थिरीकरण N₂ को NH₃ या नाइट्रेट में बदलता है।
- बिजली: N₂ + O₂ → 2NO, जो आगे मिट्टी में नाइट्रेट बनता है।
- जैविक: मटर, चना, मूँग जैसी दालों की जड़ ग्रंथिकाओं में राइज़ोबियम जीवाणु।
- औद्योगिक: हैबर प्रक्रम।
अमोनिया, हैबर प्रक्रम और अमोनियम लवण
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (ऊष्माक्षेपी)।
- दाब लगभग 200 atm: 4 गैस अणु 2 बनते हैं, ऊँचा दाब साम्य को दाईं ओर धकेलता है।
- ताप लगभग 450 °C: कम ताप पर उत्पाद ज़्यादा पर बहुत धीमा; यह समझौता है।
- उत्प्रेरक: लोहा। बची गैसें फिर से भेजी जाती हैं।
अमोनिया के गुण
तीखी गंध वाली रंगहीन गैस, हवा से हल्की, पानी में बहुत घुलनशील (फव्वारा प्रयोग)। NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻, इसलिए दुर्बल क्षार, लाल लिटमस को नीला करती है। NH₃ + HCl → NH₄Cl (सफ़ेद धुआँ)।
अमोनियम लवण
NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃। सब घुलनशील। परीक्षण: NaOH के साथ गरम करो; अमोनिया निकलकर गीले लाल लिटमस को नीला करती है।
नाइट्रोजन के ऑक्साइड, नाइट्रिक अम्ल और अम्ल वर्षा
| NO | NO₂ |
|---|---|
| रंगहीन, पानी में लगभग अघुलनशील | लाल-भूरी, दम घोंटने वाली, पानी में घुलती है |
| N₂ + O₂ → 2NO (बिजली, इंजन) | 2NO + O₂ → 2NO₂ (हवा में) |
3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO। उद्योग में (ऑस्टवाल्ड प्रक्रम): NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃।
नाइट्रिक अम्ल
- प्रबल अम्ल: क्षारक, कार्बोनेट और धातु ऑक्साइड से नाइट्रेट बनाता है।
- प्रबल ऑक्सीकारक: ताँबे के साथ तनु HNO₃ से NO, सांद्र से भूरी NO₂ बनती है, हाइड्रोजन नहीं।
- रोशनी में टूटकर पीला पड़ता है, इसलिए भूरी बोतल में रखते हैं।
नाइट्रेट (NO₃⁻) उर्वरक और विस्फोटक में; नाइट्राइट (NO₂⁻) मांस को सुरक्षित रखते हैं पर ज़्यादा मात्रा में विषैले।
अम्ल वर्षा
सामान्य बारिश का pH लगभग 5.6 है (घुली CO₂ से)। NO₂ और SO₂ से नाइट्रिक व सल्फ्यूरिक अम्ल बनते हैं, pH 4 या कम हो सकता है। असर: जंगल व झीलें खराब, धातुओं में जंग, संगमरमर का क्षरण (ताजमहल की चिंता इसी कारण)। उपाय: गाड़ियों में उत्प्रेरक परिवर्तक, साफ़ ईंधन, बिजलीघरों में स्क्रबर, झीलों में चूना।
फॉस्फोरस और N, P उर्वरक
फॉस्फोरस समूह 15 में नाइट्रोजन के नीचे है। श्वेत फॉस्फोरस (P₄) बहुत क्रियाशील है और पानी में रखा जाता है; लाल फॉस्फोरस सुरक्षित है और माचिस की डिब्बी पर लगता है। जलने पर P₄O₁₀ बनता है, जो पानी से फॉस्फोरिक अम्ल H₃PO₄ देता है। फॉस्फेट हड्डियों, दाँतों, DNA और ATP में होते हैं।
पौधों को पत्तियों के लिए N और जड़ों व ऊर्जा के लिए P चाहिए। उर्वरक: यूरिया CO(NH₂)₂ (46% N), अमोनियम नाइट्रेट, अमोनियम सल्फेट, सुपरफॉस्फेट और DAP। ज़्यादा उर्वरक झीलों में जाकर शैवाल बढ़ाता है (सुपोषण)।
घर पर करके देखो
मूँग के दाने दो कप में उगाओ: एक में सादा पानी, दूसरे में चुटकी भर यूरिया घुला पानी। एक हफ़्ते बाद पत्तियों का रंग और लंबाई मिलाओ।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (Fe, ~450 °C, ~200 atm, ऊष्माक्षेपी)
- NH₃ + HCl → NH₄Cl; NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O (परीक्षण)
- N₂ + O₂ → 2NO; 2NO + O₂ → 2NO₂
- 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO
- यूरिया में % N = 28/60 × 100 ≈ 46.7%
हल किए गए उदाहरण
1. 30 L H₂ से (N₂ अधिक) कितने लीटर NH₃ बनेगी (समान परिस्थिति)?
3 L H₂ → 2 L NH₃, तो 30 L H₂ → 20 L NH₃।
2. हैबर प्रक्रम में ऊँचा दाब क्यों?
बाईं ओर 4 मोल गैस, दाईं ओर 2। ऊँचा दाब कम अणुओं वाली ओर ले जाता है, NH₃ ज़्यादा बनती है।
3. अमोनियम नाइट्रेट NH₄NO₃ में नाइट्रोजन का प्रतिशत? (N 14, H 1, O 16)
मोलर द्रव्यमान 80; N = 28 g; 28/80 × 100 = 35%।
4. एक सफ़ेद लवण NaOH के साथ गरम करने पर गैस देता है जो लाल लिटमस नीला करती है। लवण और गैस?
अमोनियम लवण; गैस अमोनिया।
आम गलतियाँ
- NO को भूरा समझना। NO रंगहीन है; NO₂ भूरी है।
- धातु + नाइट्रिक अम्ल से हाइड्रोजन लिखना। NO या NO₂ बनती है।
- कहना कि 450 °C पर सबसे ज़्यादा उत्पाद मिलता है। यह समझौते का ताप है।
- हर थोड़ी अम्लीय बारिश को अम्ल वर्षा कहना। सामान्य बारिश pH 5.6 की होती है।