گیارہویں جماعت میں، آپ نے سیکھا تھا کہ $p$-بلاک عناصر دوری جدول کے گروپ 13 سے 18 میں رکھے گئے ہیں۔ ان کی والینس شیل الیکٹرانک ترتیب $n s^{2} n p^{1-6}$ ہے (سوائے He کے جس کی ترتیب $1 \mathrm{~s}^{2}$ ہے)۔ $p$-بلاک عناصر کی خصوصیات بھی دوسروں کی طرح جوہری سائز، آئنائزیشن اینتھیلپی، الیکٹران گین اینتھیلپی اور الیکٹرو نیگیٹیویٹی سے بہت زیادہ متاثر ہوتی ہیں۔ دوسرے دور میں $d-$ اوربیٹلز کی غیر موجودگی اور بھاری عناصر (تیسرے دور سے شروع ہو کر) میں $d$ یا $d$ اور $f$ اوربیٹلز کی موجودگی عناصر کی خصوصیات پر اہم اثرات رکھتی ہے۔ اس کے علاوہ، تینوں قسم کے عناصر؛ دھاتیں، میٹیلائڈز اور غیر دھاتیں کی موجودگی ان عناصر کی کیمسٹری میں تنوع لاتی ہے۔

گیارہویں جماعت میں دوری جدول کے $p$-بلاک کے گروپ 13 اور 14 کے عناصر کی کیمسٹری سیکھنے کے بعد، آپ اس یونٹ میں بعد کے گروپوں کے عناصر کی کیمسٹری سیکھیں گے۔

7.1 گروپ 15 کے عناصر

گروپ 15 میں نائٹروجن، فاسفورس، آرسینک، اینٹی مونی، بسمتھ اور موسکوویم شامل ہیں۔ جیسے جیسے ہم گروپ میں نیچے جاتے ہیں، غیر دھاتی سے دھاتی کردار کی طرف میٹیلائڈک کردار کے ذریعے منتقلی ہوتی ہے۔ نائٹروجن اور فاسفورس غیر دھاتیں ہیں، آرسینک اور اینٹی مونی میٹیلائڈز ہیں، بسمتھ اور موسکوویم عام دھاتیں ہیں۔

7.1.1 وجود

مالیکیولر نائٹروجن فضا کے حجم کا $78 %$ پر مشتمل ہے۔ زمین کی پرت میں، یہ سوڈیم نائٹریٹ، $\mathrm{NaNO_3}$ (جسے چلی سالٹ پیٹر کہتے ہیں) اور پوٹاشیم نائٹریٹ (انڈین سالٹ پیٹر) کی شکل میں پایا جاتا ہے۔ یہ پودوں اور جانوروں میں پروٹین کی شکل میں پایا جاتا ہے۔ فاسفورس اپاٹائٹ خاندان کے معدنیات میں پایا جاتا ہے، $\mathrm{Ca_9}\left(\mathrm{PO_4}\right)_6$۔ $\mathrm{CaX_2}(\mathrm{X}=\mathrm{F}, \mathrm{Cl}$ یا $\mathrm{OH})$ (مثال کے طور پر، فلورو اپاٹائٹ $\left.\mathrm{Ca_9} \left(\mathrm{PO_4}\right)_6 \cdot \mathrm{CaF_2}\right.$) جو فاسفیٹ چٹانوں کے اہم اجزاء ہیں۔ فاسفورس جانوروں اور پودوں کے مادے کا ایک ضروری جزو ہے۔ یہ ہڈیوں کے ساتھ ساتھ زندہ خلیوں میں موجود ہوتا ہے۔ فاسفو پروٹین دودھ اور انڈوں میں موجود ہوتی ہیں۔ آرسینک، اینٹی مونی اور بسمتھ بنیادی طور پر سلفائیڈ معدنیات کے طور پر پائے جاتے ہیں۔ یہاں، موسکوویم کو چھوڑ کر، اس گروپ کے دیگر عناصر کی اہم جوہری اور طبیعی خصوصیات ان کی الیکٹرانک ترتیبات کے ساتھ جدول 7.1 میں دی گئی ہیں۔

گروپ کی کچھ جوہری، طبیعی اور کیمیائی خصوصیات کے رجحانات پر نیچے بحث کی گئی ہے۔

7.1.2 الیکٹرانک ترتیب

ان عناصر کی والینس شیل الیکٹرانک ترتیب ns2np3 ہے۔ ان عناصر میں s اوربیٹل مکمل طور پر بھرا ہوا ہے اور p اوربیٹلز آدھے بھرے ہوئے ہیں، جو ان کی الیکٹرانک ترتیب کو اضافی طور پر مستحکم بناتے ہیں۔

7.1.3 جوہری اور آئنک رداس

گروپ میں نیچے جانے پر کوویلنٹ اور آئنک (کسی خاص حالت میں) رداس سائز میں بڑھتے ہیں۔ N سے P تک کوویلنٹ رداس میں کافی اضافہ ہوتا ہے۔ تاہم، As سے Bi تک کوویلنٹ رداس میں صرف ایک چھوٹا سا اضافہ دیکھا جاتا ہے۔ یہ بھاری ارکان میں مکمل طور پر بھرے ہوئے d اور/یا f اوربیٹلز کی موجودگی کی وجہ سے ہے۔

7.1.4 آئنائزیشن اینتھیلپی

جوہری سائز میں بتدریج اضافے کی وجہ سے آئنائزیشن اینتھیلپی گروپ میں نیچے جانے پر کم ہوتی ہے۔ اضافی مستحکم آدھے بھرے ہوئے $p$ اوربیٹلز الیکٹرانک ترتیب اور چھوٹے سائز کی وجہ سے، گروپ 15 عناصر کی آئنائزیشن اینتھیلپی متعلقہ ادوار میں گروپ 14 عناصر کی نسبت کہیں زیادہ ہے۔ متواتر آئنائزیشن اینتھیلپیز کا ترتیب، جیسا کہ توقع ہے، $\Delta_{i} \mathrm{H_1}<\Delta_{i} \mathrm{H_2}<\Delta_{i} \mathrm{H_3}$ ہے (جدول 7.1)۔

7.1.5 الیکٹرو نیگیٹیویٹی

الیکٹرو نیگیٹیویٹی کی قدر، عام طور پر، جوہری سائز بڑھنے کے ساتھ گروپ میں نیچے جانے پر کم ہوتی ہے۔ تاہم، بھاری عناصر میں، فرق اتنا واضح نہیں ہے۔

7.1.6 طبیعی خصوصیات

اس گروپ کے تمام عناصر پولی ایٹومک ہیں۔ ڈائی نائٹروجن ایک ڈائی ایٹومک گیس ہے جبکہ باقی تمام ٹھوس ہیں۔ دھاتی کردار گروپ میں نیچے جانے پر بڑھتا ہے۔ نائٹروجن اور فاسفورس غیر دھاتیں ہیں، آرسینک اور اینٹی مونی میٹیلائڈز ہیں اور بسمتھ ایک دھات ہے۔ یہ آئنائزیشن اینتھیلپی میں کمی اور جوہری سائز میں اضافے کی وجہ سے ہے۔ ابلنے کے نقطے، عام طور پر، گروپ میں اوپر سے نیچے تک بڑھتے ہیں لیکن پگھلنے کا نقطہ آرسینک تک بڑھتا ہے اور پھر بسمتھ تک کم ہوتا ہے۔ نائٹروجن کو چھوڑ کر، تمام عناصر ایلوٹروپی دکھاتے ہیں۔

7.1.7 کیمیائی خصوصیات

آکسیڈیشن حالتیں اور کیمیائی فعالیت میں رجحانات

ان عناصر کی عام آکسیڈیشن حالتیں $-3,+3$ اور +5 ہیں۔ -3 آکسیڈیشن حالت ظاہر کرنے کی رجحان گروپ میں نیچے جانے پر سائز اور دھاتی کردار میں اضافے کی وجہ سے کم ہوتی ہے۔ درحقیقت گروپ کا آخری رکن، بسمتھ مشکل سے ہی -3 آکسیڈیشن حالت میں کوئی مرکب بناتا ہے۔ +5 آکسیڈیشن حالت کی استحکام گروپ میں نیچے جانے پر کم ہوتی ہے۔ واحد اچھی طرح سے خصوصیات والا $\mathrm{Bi}(\mathrm{V})$ مرکب $\mathrm{BiF_5}$ ہے۔ +5 آکسیڈیشن حالت کی استحکام کم ہوتی ہے اور +3 حالت کی استحکام (غیر فعال جوڑا اثر کی وجہ سے) گروپ میں نیچے جانے پر بڑھتی ہے۔ نائٹروجن آکسیجن کے ساتھ رد عمل ظاہر کرنے پر $+1,+2,+4$ آکسیڈیشن حالتیں بھی ظاہر کرتا ہے۔ فاسفورس بھی کچھ آکسی ایسڈز میں +1 اور +4 آکسیڈیشن حالتیں دکھاتا ہے۔ نائٹروجن کے معاملے میں، +1 سے +4 تک تمام آکسیڈیشن حالتیں تیزاب کے محلول میں غیر متناسب ہونے کی طرف مائل ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر

$$ 3 \mathrm{HNO_2} \rightarrow \mathrm{HNO_3}+\mathrm{H_2} \mathrm{O}+2 \mathrm{NO} $$

اسی طرح، فاسفورس کے معاملے میں تقریباً تمام درمیانی آکسیڈیشن حالتیں الکلی اور تیزاب دونوں میں +5 اور –3 میں غیر متناسب ہو جاتی ہیں۔ تاہم آرسینک، اینٹی مونی اور بسمتھ کے معاملے میں +3 آکسیڈیشن حالت غیر متناسب ہونے کے حوالے سے بتدریج زیادہ مستحکم ہو جاتی ہے۔

نائٹروجن کوویلنسی کی زیادہ سے زیادہ 4 تک محدود ہے کیونکہ بانڈنگ کے لیے صرف چار (ایک $s$ اور تین $p$ ) اوربیٹلز دستیاب ہیں۔ بھاری عناصر کے بیرونی ترین شیل میں خالی $d$ اوربیٹلز ہوتے ہیں جنہیں بانڈنگ (کوویلنسی) کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے اور اس طرح، اپنی کوویلنسی کو پھیلاتے ہیں جیسا کہ $\mathrm{PF_6}^{-}$ میں۔

نائٹروجن کی غیر معمولی خصوصیات

نائٹروجن اپنے چھوٹے سائز، زیادہ الیکٹرو نیگیٹیویٹی، زیادہ آئنائزیشن اینتھیلپی اور $d$ اوربیٹلز کی عدم دستیابی کی وجہ سے اس گروپ کے باقی ارکان سے مختلف ہے۔ نائٹروجن میں خود کے ساتھ اور چھوٹے سائز اور زیادہ الیکٹرو نیگیٹیویٹی (مثال کے طور پر، C, O) رکھنے والے دیگر عناصر کے ساتھ $p \pi-p \pi$ متعدد بانڈ بنانے کی منفرد صلاحیت ہے۔ اس گروپ کے بھاری عناصر $p \pi-p \pi$ بانڈ نہیں بناتے کیونکہ ان کے جوہری اوربیٹلز اتنے بڑے اور منتشر ہوتے ہیں کہ وہ مؤثر اوورلیپنگ نہیں کر سکتے۔ اس طرح، نائٹروجن ایک ڈائی ایٹومک مالیکیول کے طور پر موجود ہے جس میں دو ایٹموں کے درمیان ٹرپل بانڈ (ایک $s$ اور دو $p$ ) ہوتا ہے۔ نتیجتاً، اس کی بانڈ اینتھیلپی $\left(941.4 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}\right)$ بہت زیادہ ہے۔ اس کے برعکس، فاسفورس، آرسینک اور اینٹی مونی $\mathrm{P}-\mathrm{P}, \mathrm{As}-\mathrm{As}$ اور $\mathrm{Sb}-\mathrm{Sb}$ کے طور پر سنگل بانڈ بناتے ہیں جبکہ بسمتھ عنصری حالت میں دھاتی بانڈ بناتا ہے۔ تاہم، سنگل $\mathrm{N}-\mathrm{N}$ بانڈ سنگل $\mathrm{P}-\mathrm{P}$ بانڈ سے کمزور ہے کیونکہ چھوٹی بانڈ لمبائی کی وجہ سے غیر بانڈنگ الیکٹرانز کی زیادہ باہمی الیکٹرانک دھکیلاؤ ہوتی ہے۔ نتیجے کے طور پر کیٹینیشن رجحان نائٹروجن میں کمزور ہے۔ نائٹروجن کی کیمسٹری کو متاثر کرنے والا ایک اور عنصر اس کے والینس شیل میں $d$ اوربیٹلز کی غیر موجودگی ہے۔ اس کی کوویلنسی کو چار تک محدود کرنے کے علاوہ، نائٹروجن $d \pi-p \pi$ بانڈ نہیں بنا سکتا جیسا کہ بھاری عناصر بنا سکتے ہیں، مثال کے طور پر، $\mathrm{R_3} \mathrm{P}=\mathrm{O}$ یا $\mathrm{R_3} \mathrm{P}=\mathrm{CH_2}\mathrm{R}=$ الکیل گروپ۔ فاسفورس اور آرسینک منتقلی دھاتوں کے ساتھ $\boldsymbol{d} \pi-\boldsymbol{d} \pi$ بانڈ بھی بنا سکتے ہیں جب ان کے مرکبات جیسے $\mathrm{P}\left(\mathrm{C_2} \mathrm{H_5}\right)_{3}$ اور $\mathrm{As}\left(\mathrm{C_6} \mathrm{H_5}\right)_3$ لیگنڈ کے طور پر کام کرتے ہیں۔

(i) ہائیڈروجن کی طرف فعالیت: گروپ 15 کے تمام عناصر $\mathrm{EH_3}$ قسم کے ہائیڈرائڈز بناتے ہیں جہاں $\mathrm{E}=\mathrm{N}, \mathrm{P}, \mathrm{As}, \mathrm{Sb}$ یا $\mathrm{Bi}$۔ ان ہائیڈرائڈز کی کچھ خصوصیات جدول 7.2 میں دکھائی گئی ہیں۔ ہائیڈرائڈز اپنی خصوصیات میں باقاعدہ درجہ بندی دکھاتے ہیں۔ ہائیڈرائڈز کی استحکام $\mathrm{NH_3}$ سے $\mathrm{BiH_3}$ تک کم ہوتی ہے جو ان کی بانڈ ڈسوسی ایشن اینتھیلپی سے دیکھی جا سکتی ہے۔ نتیجتاً، ہائیڈرائڈز کی ریڈیوسنگ خصوصیت بڑھتی ہے۔ امونیا صرف ایک ہلکا ریڈیوسنگ ایجنٹ ہے جبکہ $\mathrm{BiH_3}$ تمام ہائیڈرائڈز میں سب سے مضبوط ریڈیوسنگ ایجنٹ ہے۔ بنیادیت بھی ترتیب $\mathrm{NH_3}>\mathrm{PH_3}>\mathrm{AsH_3}>\mathrm{SbH_3} \geq \mathrm{BiH_3}$ میں کم ہوتی ہے۔

جدول 7.2: گروپ 15 عناصر کے ہائیڈرائڈز کی خصوصیات

(ii) آکسیجن کی طرف فعالیت: یہ تمام عناصر دو قسم کے آکسائڈز بناتے ہیں: $\mathrm{E_2} \mathrm{O_3}$ اور $\mathrm{E_2} \mathrm{O_5}$۔ عنصر کی زیادہ آکسیڈیشن حالت میں آکسائڈ کم آکسیڈیشن حالت والے آکسائڈ سے زیادہ تیزابی ہوتا ہے۔ ان کی تیزابی خصوصیت گروپ میں نیچے جانے پر کم ہوتی ہے۔ نائٹروجن اور فاسفورس کے $\mathrm{E_2} \mathrm{O_3}$ قسم کے آکسائڈ خالص تیزابی ہیں، آرسینک اور اینٹی مونی کے ایمفیٹیرک ہیں اور بسمتھ کے بنیادی طور پر بنیادی ہیں۔

(iii) ہیلوجنز کی طرف فعالیت: یہ عناصر دو سیریز کے ہیلائڈز بنانے کے لیے رد عمل ظاہر کرتے ہیں: $\mathrm{EX_3}$ اور $\mathrm{EX_5}$۔ نائٹروجن پینٹا ہیلائڈ نہیں بناتا کیونکہ اس کے والینس شیل میں $d$ اوربیٹلز دستیاب نہیں ہیں۔ پینٹا ہیلائڈز ٹرائی ہیلائڈز سے زیادہ کوویلنٹ ہوتے ہیں۔ ان عناصر کے تمام ٹرائی ہیلائڈز سوائے نائٹروجن کے مستحکم ہوتے ہیں۔ نائٹروجن کے معاملے میں، صرف $\mathrm{NF_3}$ مستحکم جانا جاتا ہے۔ ٹرائی ہیلائڈز سوائے $\mathrm{BiF_3}$ کے فطرت میں بنیادی طور پر کوویلنٹ ہوتے ہیں۔

(iv) دھاتوں کی طرف فعالیت: یہ تمام عناصر دھاتوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے اپنے بائنری مرکبات بناتے ہیں جو -3 آکسیڈیشن حالت ظاہر کرتے ہیں، جیسے، $\mathrm{Ca_3} \mathrm{~N_2}$ (کیلشیم نائٹرائڈ) $\mathrm{Ca_3} \mathrm{P_2}$ (کیلشیم فاسفائڈ)، $\mathrm{Na_3} \mathrm{As_2}$ (سوڈیم آرسینائڈ)، $\mathrm{Zn_3} \mathrm{Sb_2}$ (زنک اینٹی مونائڈ) اور $\mathrm{Mg_3} \mathrm{Bi_2}$ (میگنیشیم بسمتھائڈ)۔

جواب

جیسے جیسے ہم گروپ میں نیچے جاتے ہیں، جوہری سائز بڑھتا ہے اور گروپ 15 عناصر کے ہائیڈرائڈز کی استحکام کم ہوتی ہے۔ چونکہ ہائیڈرائڈز کی استحکام $\mathrm{NH_3}$ سے $\mathrm{BiH_3}$ کی طرف جانے پر کم ہوتی ہے، اس لیے ہائیڈرائڈز کی ریڈیوسنگ خصوصیت $\mathrm{NH_3}$ سے $\mathrm{BiH_3}$ کی طرف جانے پر بڑھتی ہے۔

7.2 ڈائی نائٹروجن

تیاری

ڈائی نائٹروجن تجارتی طور پر ہوا کے مائع بنانے اور جزوی تقطیر کے ذریعے تیار کیا جاتا ہے۔ مائع ڈائی نائٹروجن (ابلتا نقطہ $77.2 \mathrm{~K}$ ) پہلے خارج ہوتی ہے جس کے پیچھے مائع آکسیجن (ابلتا نقطہ $90 \mathrm{~K}$ ) رہ جاتی ہے۔

لیبارٹری میں، ڈائی نائٹروجن امونیم کلورائیڈ کے آبی محلول کو سوڈیم نائٹرائٹ کے ساتھ علاج کر کے تیار کیا جاتا ہے۔

$$ \mathrm{NH_4} \mathrm{CI}(\mathrm{aq})+\mathrm{NaNO_2}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{N_2}(\mathrm{~g})+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{NaCl}(\mathrm{aq}) $$

اس رد عمل میں $\mathrm{NO}$ اور $\mathrm{HNO_3}$ کی تھوڑی مقدار بھی بنتی ہے؛ یہ نجاستیں گیس کو پوٹاشیم ڈائی کرومیٹ پر مشتمل آبی سلفیورک ایسڈ سے گزار کر دور کی جا سکتی ہیں۔ یہ امونیم ڈائی کرومیٹ کے تھرمل تحلیل سے بھی حاصل کیا جا سکتا ہے۔

$$ \left(\mathrm{NH_4}\right)_{2} \mathrm{Cr_2} \mathrm{O_7} \xrightarrow{\text { Heat }} \mathrm{N_2}+4 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+\mathrm{Cr_2} \mathrm{O_3} $$

بہت خالص نائٹروجن سوڈیم یا بیریم ازائڈ کے تھرمل تحلیل سے حاصل کی جا سکتی ہے۔

$$ \mathrm{Ba}\left(\mathrm{N_3}\right)_{2} \rightarrow \mathrm{Ba}+3 \mathrm{~N_2} $$

خصوصیات

ڈائی نائٹروجن ایک بے رنگ، بے بو، بے ذائقہ اور غیر زہریلی گیس ہے۔ نائٹروجن ایٹم کے دو مستحکم آئسوٹوپ ہیں: ${ }^{14} \mathrm{~N}$ اور ${ }^{15} \mathrm{~N}$۔ اس کی پانی میں حل پذیری بہت کم ہے $\left(23.2 \mathrm{~cm}^{3}\right.$ فی لیٹر پانی میں $273 \mathrm{~K})$ اور 1 bar دباؤ پر اور کم جماؤ اور ابلتے نقطے (جدول 7.1)۔

ڈائی نائٹروجن کمرے کے درجہ حرارت پر کافی غیر فعال ہے کیونکہ $\mathrm{N} \equiv \mathrm{N}$ بانڈ کی اینتھیلپی زیادہ ہے۔ تاہم، فعالیت درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ تیزی سے بڑھتی ہے۔ زیادہ درجہ حرارت پر، یہ براہ راست کچھ دھاتوں کے ساتھ مل کر بنیادی طور پر آئنک نائٹرائڈز اور غیر دھاتوں کے ساتھ کوویلنٹ نائٹرائڈز بناتی ہے۔ چند مخصوص رد عمل ہیں:

$$ \begin{aligned} & 6 \mathrm{Li}+\mathrm{N_2} \xrightarrow{\text { Heat }} 2 \mathrm{Li_3} \mathrm{~N} \ & 3 \mathrm{Mg}+\mathrm{N_2} \xrightarrow{\text { Heat }} \mathrm{Mg_3} \mathrm{~N_2} \end{aligned} $$

یہ ہائیڈروجن کے ساتھ تقریباً $773 \mathrm{~K}$ پر کیٹالسٹ (ہیبر کا عمل) کی موجودگی میں مل کر امونیا بناتی ہے:

$$ \mathrm{N_2}(\mathrm{~g})+3 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g}) \quad 773 \mathrm{k} \quad 2 \mathrm{NH_3}(\mathrm{~g}) ; \quad \Delta_{f} \mathrm{H}^{\ominus}=-46.1 \mathrm{kJmol}^{-1} $$

ڈائی نائٹروجن ڈائی آکسیجن کے ساتھ صرف بہت زیادہ درجہ حرارت پر (تقریباً $2000 \mathrm{~K}$ پر) مل کر نائٹرک آکسائڈ، NO بناتی ہے۔

$$ \mathrm{N_2}+\mathrm{O_2}(\mathrm{~g}) \quad \text { Heat } \quad 2 \mathrm{NO}(\mathrm{g}) $$

استعمال: ڈائی نائٹروجن کا اہم استعمال امونیا اور نائٹروجن پر مشتمل دیگر صنعتی کیمیکلز (مثال کے طور پر، کیلشیم سایانا مائڈ) کی تیاری میں ہے۔ یہ ان جگہوں پر بھی استعمال ہوتی ہے جہاں غیر فعال ماحول درکار ہوتا ہے (مثال کے طور پر، لوہے اور اسٹیل کی صنعت میں، فعال کیمیکلز کے لیے غیر فعال diluent)۔ مائع ڈائی نائٹروجن حیاتیاتی مواد، خوراک کی اشیاء اور کرائیو سرجری میں محفوظ کرنے کے لیے ریفریجرنٹ کے طور پر استعمال ہوتی ہے۔

مثال 7.1 سوڈیم ازائڈ کے تھرمل تحلیل کا رد عمل لکھیں۔

حل سوڈیم ازائڈ کا تھرمل تحلیل ڈائی نائٹروجن گیس دیتا ہے۔

$$ 2 \mathrm{NaN_3} \rightarrow 2 \mathrm{Na}+3 \mathrm{~N_2} $$

7.3 امونیا

تیاری امونیا ہوا اور مٹی میں تھوڑی مقدار میں موجود ہوتی ہے جہاں یہ نائٹروجنس نامیاتی مادے کے گلنے سڑنے سے بنتی ہے، مثال کے طور پر، یوریا۔

$$ \mathrm{NH_2} \mathrm{CONH_2}+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \rightarrow\left(\mathrm{NH_4}\right)_{2} \mathrm{CO_3} \rightleftharpoons 2 \mathrm{NH_3}+\mathrm{H_2} \mathrm{O}+\mathrm{CO_2} $$

چھوٹے پیمانے پر امونیا امونیم نمکیات سے حاصل کی جاتی ہے جو کاسٹک سوڈا یا کیلشیم ہائیڈرو آکسائیڈ کے ساتھ علاج کرنے پر تحلیل ہو جاتی ہیں۔

$$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{NH_4} \mathrm{Cl}+\mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_2 \rightarrow 2 \mathrm{NH_3}+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+\mathrm{CaCl_2} \\ & \left(\mathrm{NH_4}\right)_2 \mathrm{SO_4}+2 \mathrm{NaOH} \rightarrow 2 \mathrm{NH_3}+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+\mathrm{Na_2} \mathrm{SO_4} \end{aligned} $$

بڑے پیمانے پر، امونیا ہیبر کے عمل کے ذریعے تیار کی جاتی ہے۔

$$ \mathrm{N_2}(\mathrm{~g})+3 \mathrm{H_2}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons 2 \mathrm{NH_3}(\mathrm{~g}) ; \quad \quad \Delta_{f} H^{\ominus}=-46.1 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1} $$

لی شاٹیلیئر کے اصول کے مطابق، زیادہ دباؤ امونیا کی تشکیل کو فروغ دے گا۔ امونیا کی پیداوار کے لیے مثالی حالات $200 \times 10^{5} \mathrm{~Pa}$ کا دباؤ (تقریباً 200 atm)، $\sim 700 \mathrm{~K}$ کا درجہ حرارت اور توازن کے حصول کی شرح بڑھانے کے لیے آئرن آکسائیڈ جیسے کیٹالسٹ کا استعمال ہے جس میں تھوڑی مقدار میں $\mathrm{K_2} \mathrm{O}$ اور $\mathrm{Al_2} \mathrm{O_3}$ ہوں۔ امونیا کی پیداوار کے لیے فلو چارٹ شکل 7.1 میں دکھایا گیا ہے۔ پہلے، آئرن کو مولیبڈینم کے ساتھ پروموٹر کے طور پر استعمال کرتے ہوئے کیٹالسٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا تھا۔

خصوصیات

امونیا ایک بے رنگ گیس ہے جس میں تیز بو ہوتی ہے۔ اس کے جماؤ اور ابلتے نقطے بالترتیب 198.4 اور $239.7 \mathrm{~K}$ ہیں۔ ٹھوس اور مائع حالتوں میں، یہ ہائیڈروجن بانڈز کے ذریعے منسلک ہوتی ہے جیسا کہ پانی کے معاملے میں ہوتا ہے اور یہ اس کے پگھلنے اور ابلتے نقطوں کو اس کے مالیکیولر ماس کی بنیاد پر متوقع نقطوں سے زیادہ ہونے کی وضاحت کرتا ہے۔ امونیا مالیکیول ٹرائگونل پرامڈل ہے جس میں نائٹروجن ایٹم چوٹی پر ہوتا ہے۔ اس کے تین بانڈ جوڑے اور ایک تنہا الیکٹران جوڑا ہوتا ہے جیسا کہ ساخت میں دکھایا گیا ہے۔

امونیا گیس پانی میں بہت زیادہ حل پذیر ہے۔ اس کا آبی محلول $\mathrm{OH}^{-}$ آئنز کی تشکیل کی وجہ سے کمزور بنیادی ہوتا ہے۔

$$ \mathrm{NH_3}(\mathrm{~g})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{NH_4}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq}) $$

یہ تیزابوں کے ساتھ امونیم نمکیات بناتی ہے، مثال کے طور پر، $\mathrm{NH_4} \mathrm{Cl},\left(\mathrm{NH_4}\right)_{2} \mathrm{SO_4}$، وغیرہ۔ ایک کمزور بنیاد کے طور پر، یہ بہت سی دھاتوں کے ان کے نمک کے محلول سے ہائیڈرو آکسائیڈز (کچھ دھاتوں کے معاملے میں ہائیڈریٹڈ آکسائیڈز) تہ نشین کرتی ہے۔ مثال کے طور پر،

$$ \begin{aligned} & \mathrm{ZnSO_4}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{NH_4} \mathrm{OH}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Zn} \mathrm{OH}_2(\mathrm{~s})+\left(\mathrm{NH_4}\right)_2 \mathrm{SO_4}(\mathrm{aq}) \\ & \text { (white ppt) } \\ & \mathrm{FeCl_3} \text { aq } \quad \mathrm{NH_4} \mathrm{OH} \text { aq } \quad \mathrm{Fe_2} \mathrm{O_3} \cdot x \mathrm{H_2} \mathrm{O} \quad \mathrm{NH_4} \mathrm{Cl} \text { aq } \\ & \text { brown ppt } \end{aligned} $$

امونیا مالیکیول کے نائٹروجن ایٹم پر تنہا الیکٹران جوڑے کی موجودگی اسے لیوس بیس بناتی ہے۔ یہ الیکٹران جوڑا عطیہ کرتا ہے اور دھاتی آئنوں کے ساتھ تعلق بناتا ہے اور اس طرح کے پیچیدہ مرکبات کی تشکیل دھاتی آئنوں جیسے $\mathrm{Cu}^{2+}, \mathrm{Ag}^{+}$ کی شناخت میں اطلاقات پاتی ہے:

$$ \underset{\text { (blue) }}{\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+4 \mathrm{NH_3}(\mathrm{aq})} \rightleftharpoons \underset{\text { (deep blue) }}{\left[\mathrm{Cu}\left(\mathrm{NH_3}\right)_{4}\right]^{2+}(\mathrm{aq})} $$

$$ \underset{\text { (colourless) }}{\mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})}+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \underset{{(\text white ppt) }}{\operatorname{AgCl}(\mathrm{s})} $$

$$ \operatorname{AgCl}(\mathrm{s})+2 \mathrm{NH_3}(\mathrm{aq}) \rightarrow\left[\mathrm{Ag}\left(\mathrm{NH_3}\right)_{2}\right] \mathrm{Cl}(\mathrm{aq}) $$

استعمال: امونیا کا استعمال مختلف نائٹروجنس کھادوں (امونیم نائٹریٹ، یوریا، امونیم فاسفیٹ اور امونیم سلفیٹ) کی پیداوار اور کچھ غیر نامیاتی نائٹروجن مرکبات کی تیاری میں ہوتا ہے، جن میں سب سے اہم نائٹرک ایسڈ ہے۔ مائع امونیا ریفریجرنٹ کے طور پر بھی استعمال ہوتی ہے۔

مثال 7.2 $\mathrm{NH_3}$ لیوس بیس کے طور پر کیوں کام کرتا ہے؟

حل $\mathrm{NH_3}$ میں نائٹروجن ایٹم کے پاس ایک تنہا الیکٹران جوڑا ہوتا ہے جو عطیہ کے لیے دستیاب ہوتا ہے۔ اس لیے، یہ لیوس بیس کے طور پر کام کرتا ہے۔

7.4 نائٹروجن کے آکسائڈز

نائٹروجن مختلف آکسیڈیشن حالات میں کئی آکسائڈز بناتی ہے۔ ان آکسائڈز کے نام، فارمولے، تیاری اور طبیعی ظہور جدول 7.3 میں دیے گئے ہیں۔

مثال 7.3 $\mathrm{NO_2}$ ڈائمرائز کیوں ہوتا ہے؟

حل $\mathrm{NO_2}$ میں والینس الیکٹرانز کی طاق تعداد ہوتی ہے۔ یہ ایک عام طاق مالیکیول کی طرح برتاؤ کرتا ہے۔ ڈائمرائزیشن پر، یہ مستحکم $\mathrm{N_2} \mathrm{O_4}$ مالیکیول میں تبدیل ہو جاتا ہے جس میں الیکٹرانز کی جفت تعداد ہوتی ہے۔

7.5 نائٹرک ایسڈ

نائٹروجن آکسی ایسڈز بناتی ہے جیسے $\mathrm{H_2} \mathrm{~N_2} \mathrm{O_2}$ (ہائپو نائٹرس ایسڈ)، $\mathrm{HNO_2}$ (نائٹرس ایسڈ) اور $\mathrm{HNO_3}$ (نائٹرک ایسڈ)۔ ان میں $\mathrm{HNO_3}$ سب سے اہم ہے۔

تیاری لیبارٹری میں، نائٹرک ایسڈ $\mathrm{KNO_3}$ یا $\mathrm{NaNO_3}$ اور مرتکز $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ کو گلاس ریٹورٹ میں گرم کر کے تیار کیا جاتا ہے۔

$$ \mathrm{NaNO_3}+\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4} \rightarrow \mathrm{NaHSO_4}+\mathrm{HNO_3} $$

بڑے پیمانے پر یہ بنیادی طور پر اوسٹوالڈ کے عمل کے ذریعے تیار کیا جاتا ہے۔

یہ طریقہ فضا کی آکسیجن کے ذریعے $\mathrm{NH_3}$ کی کیٹیالٹک آکسیڈیشن پر مبنی ہے۔

$$ 4 \mathrm{NH_3}(\mathrm{~g})+\underset{\text { (from air) }}{5 \mathrm{O_2}(\mathrm{~g})} \frac{\mathrm{Pt} / \mathrm{Rh} \text { gauge catalyst }}{500 \mathrm{~K}, 9 \text { bar }} 4 \mathrm{NO}(\mathrm{g})+6 \mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) $$

اس طرح بننے والا نائٹرک آکسائڈ آکسیجن کے ساتھ مل کر $\mathrm{NO_2}$ دیتا ہے۔

$$ 2 \mathrm{NO}(\mathrm{g})+\mathrm{O_2}(\mathrm{~g}) \rightleftharpoons 2 \mathrm{NO_2}(\mathrm{~g}) $$

اس طرح بننے والا نائٹروجن ڈائی آکسائڈ، پانی میں حل ہو کر $\mathrm{HNO_3}$ دیتا ہے۔

$$ 3 \mathrm{NO_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow 2 \mathrm{HNO_3}(\mathrm{aq})+\mathrm{NO}(\mathrm{g}) $$

اس طرح بننے والا NO دوبارہ چکر میں لگایا جاتا ہے اور آبی $\mathrm{HNO_3}$ کو تقطیر کے ذریعے کمیت کے لحاظ سے $\sim 68 %$ تک مرتکز کیا جا سکتا ہے۔ مزید مرتکز کر کے $98 %$ تک مرتکز $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ کے ساتھ ڈی ہائیڈریشن کے ذریعے حاصل کیا جا سکتا ہے۔

خصوصیات

یہ ایک بے رنگ مائع ہے (جمتا نقطہ $231.4 \mathrm{~K}$ اور ابلتا نقطہ $355.6 \mathrm{~K}$ )۔ لیبارٹری گریڈ نائٹرک ایسڈ میں کمیت کے لحاظ سے $\sim 68 %$ $\mathrm{HNO_3}$ ہوتا ہے اور اس کی مخصوص کشش ثقل 1.504 ہوتی ہے۔

گیسی حالت میں، $\mathrm{HNO_3}$ ایک ہموار مالیکیول کے طور پر موجود ہوتا ہے جس کی ساخت دکھائی گئی ہے۔

آبی محلول میں، نائٹرک ایسڈ ایک مضبوط تیزاب کی طرح برتاؤ کرتا ہے جو ہائیڈرونیم اور نائٹریٹ آئن دیتا ہے۔

$$ \mathrm{HNO_3}(\mathrm{aq})+\mathrm{H_2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{H_3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{NO_3}^{-}(\mathrm{aq}) $$

مرتکز نائٹرک ایسڈ ایک مضبوط آکسیڈائزنگ ایجنٹ ہے اور زیادہ تر دھاتوں پر حملہ کرتا ہے سوائے عالی دھاتوں جیسے سونے اور پلاٹینم کے۔ آکسیڈیشن کے مصنوعات ایسڈ کی ارتکاز، درجہ حرارت اور آکسیڈیشن سے گزرنے والے مادے کی نوعیت پر منحصر ہوتے ہیں۔

$$ \begin{aligned} & 3 \mathrm{Cu}+8 \mathrm{HNO_3} \text { (dilute) } \rightarrow 3 \mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO_3}\right)_{2}+2 \mathrm{NO}+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\ & \mathrm{Cu}+4 \mathrm{HNO_3} \text { (conc.) } \rightarrow \mathrm{Cu}\left(\mathrm{NO}_3\right)_2+2 \mathrm{NO_2}+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O} \end{aligned} $$

زنک ہلکے نائٹرک ایسڈ کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے $\mathrm{N_2} \mathrm{O}$ دیتا ہے اور مرتکز ایسڈ کے ساتھ $\mathrm{NO_2}$ دیتا ہے۔

$$ \begin{aligned} & 4 \mathrm{Zn}+10 \mathrm{HNO_3} \text { (dilute) } \rightarrow 4 \mathrm{Zn}\left(\mathrm{NO_3}\right)_2+5 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+\mathrm{N_2} \mathrm{O} \ & \mathrm{Zn}+4 \mathrm{HNO_3} \text { (conc.) } \rightarrow \mathrm{Zn}\left(\mathrm{NO_3}\right)_2+2 \mathrm{H_2} \mathrm{O}+2 \mathrm{NO_2} \end{aligned} $$

کچھ دھاتیں (مثال کے طور پر، Cr, Al) مرتکز نائٹرک ایسڈ میں حل نہیں ہوتیں کیونکہ سطح پر آکسائیڈ کی ایک غیر فعال فلم بن جاتی ہے۔

مرتکز نائٹرک ایسڈ غیر دھاتوں اور ان کے مرکبات کو بھی آکسائیڈائز کرتا ہے۔ آیوڈین آیوڈک ایسڈ میں، کاربن کاربن ڈائی آکسائیڈ میں، سلفر $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ میں، اور فاسفورس فاسفورک ایسڈ میں آکسائیڈائز ہو جاتا ہے۔

$$ \begin{aligned} & \mathrm{I}_2 + 10 \mathrm{HNO_3} \rightarrow 2 \mathrm{HIO}_3+10 \mathrm{NO}_2 + 4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\ & \mathrm{C}+4 \mathrm{HNO_3} \rightarrow \mathrm{CO_2}+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+4 \mathrm{NO}_2 \\ & \mathrm{~S}_8+48 \mathrm{HNO}_3 \rightarrow 8 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4+48 \mathrm{NO}_2+16 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\ & \mathrm{P}_4+20 \mathrm{HNO}_3 \rightarrow 4 \mathrm{H}_3 \mathrm{PO}_4+20 \mathrm{NO}_2+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \end{aligned} $$

براؤن رنگ ٹیسٹ: نائٹریٹس کے لیے مشہور براؤن رنگ ٹیسٹ $\mathrm{Fe}^{2+}$ کی نائٹریٹس کو نائٹرک آکسائیڈ میں کم کرنے کی صلاحیت پر منحصر ہے، جو $\mathrm{Fe}^{2+}$ کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے بھورے رنگ کا پیچیدہ بناتا ہے۔ ٹیسٹ عام طور پر نائٹریٹ آئن پر مشتمل آبی محلول میں ہلکا فیرس سلفیٹ محلول شامل کر کے کیا جاتا ہے، اور پھر احتیاط سے ٹیسٹ ٹیوب کے اطراف کے ساتھ مرتکز سلفیورک ایسڈ شامل کیا جاتا ہے۔ محلول اور سلفیورک ایسڈ کی تہوں کے درمیان انٹرفیس پر بھورا رنگ محلول میں نائ