ठोस नाइट्रोजन: Difference between revisions

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Revision as of 21:41, 27 June 2023

पानी के बर्फ के पहाड़ों के बगल में प्लूटो पर स्पुतनिक प्लैनिटिया के मैदानों पर ठोस नाइट्रोजन

ठोस नाइट्रोजन तत्व नाइट्रोजन के कई ठोस रूप हैं, जिन्हें पहली बार 1884 में देखा गया था। ठोस नाइट्रोजन मुख्य रूप से अकादमिक शोध का विषय है, लेकिन कम तापमान, कम दबाव वाला ठोस नाइट्रोजन बाहरी सौर मंडल में निकायों का एक महत्वपूर्ण घटक है और उच्च तापमान, उच्च दबाव ठोस नाइट्रोजन एक शक्तिशाली विस्फोटक है, जिसमें किसी अन्य गैर-परमाणु सामग्री की तुलना में उच्च ऊर्जा घनत्व होता है।[1]


पीढ़ी

करोल ओल्ज़वेस्की ने पहली बार 1884 में ठोस नाइट्रोजन का अवलोकन किया, पहले तरल हाइड्रोजन को वाष्पित करने वाले तरल नाइट्रोजन के साथ, और फिर तरल हाइड्रोजन को नाइट्रोजन को जमने की अनुमति दी।[2] ठोस नाइट्रोजन से वाष्प को वाष्पित करके, ओल्ज़वेस्की ने अत्यंत निम्न तापमान भी उत्पन्न किया 48 K, उस समय एक विश्व रिकॉर्ड।[3] आधुनिक तकनीकें आमतौर पर एक समान दृष्टिकोण अपनाती हैं: ठोस नाइट्रोजन को आमतौर पर एक प्रयोगशाला में तरल नाइट्रोजन को एक निर्वात में वाष्पित करके बनाया जाता है। उत्पादित ठोस झरझरा होता है।[4]


प्रकृति में घटना

ठोस नाइट्रोजन प्लूटो (जहाँ यह ठोस कार्बन मोनोआक्साइड और मीथेन के साथ मिश्रित होता है) और नेप्च्यूनियन चंद्रमा ट्राइटन (चंद्रमा) की सतह का एक बड़ा हिस्सा बनाता है। प्लूटो पर इसे पहली बार जुलाई 2015 में नए क्षितिज अंतरिक्ष जांच द्वारा और ट्राइटन पर सीधे वोयाजर 2 अंतरिक्ष जांच द्वारा अगस्त 1989 में देखा गया था।[5][6][7]

ट्राइटन (चंद्रमा) की अधिकांश सतह ठोस नाइट्रोजन (β क्रिस्टल चरण) के हेक्सागोनल रूप में आच्छादित है, जिसे इस सिंथेटिक रंग फोटोमोसाइक में भूमध्य रेखा के चारों ओर एक नीले हरे बैंड के रूप में देखा जा सकता है।

ठोस नाइट्रोजन में बाहरी सौर मंडल में चट्टानों के निर्माण के लिए प्रासंगिक कई गुण होते हैं। ठोस नाइट्रोजन के कम तापमान पर भी यह काफी अस्थिर होता है और वातावरण बनाने के लिए उच्च बनाने की क्रिया (चरण संक्रमण) कर सकता है, या नाइट्रोजन ठंढ में वापस संघनित हो सकता है। अन्य सामग्रियों की तुलना में, ठोस नाइट्रोजन कम दबाव पर संसंजन (रसायन विज्ञान) खो देता है और एकत्रित होने पर हिमनदों के रूप में प्रवाहित होता है। फिर भी इसका घनत्व पानी की बर्फ की तुलना में अधिक है, इसलिए उछाल की ताकत स्वाभाविक रूप से पानी के बर्फ के ब्लॉक को सतह की ओर ले जाएगी। दरअसल, न्यू होराइजन्स ने प्लूटो की सतह पर नाइट्रोजन की बर्फ के ऊपर तैरती हुई पानी की बर्फ देखी।[5]

ट्राइटन पर, ठोस नाइट्रोजन फ्रॉस्ट क्रिस्टल और एनीलिंग (धातुकर्म) नाइट्रोजन बर्फ की एक पारदर्शी शीट परत का रूप ले लेती है, जिसे अक्सर शीशे का आवरण कहा जाता है।[7]वायेजर 2 द्वारा ट्राइटन के दक्षिणी ध्रुवीय बर्फ की टोपी के आसपास उपध्रुवीय क्षेत्रों से निकलने के लिए नाइट्रोजन गैस के गरम पानी का झरना देखे गए।[8] इस देखी गई घटना की एक संभावित व्याख्या यह है कि सूर्य नाइट्रोजन बर्फ की पारदर्शी परत के माध्यम से चमकता है, नीचे की परतों को गर्म करता है। नाइट्रोजन उर्ध्वपातित होती है और अंततः ऊपरी परत में छिद्रों के माध्यम से मिट जाती है, धूल को अपने साथ ले जाती है और काली धारियाँ बनाती है।

द्रव अलॉट्रोप्स में संक्रमण

पिघलना

मानक वायुमंडलीय दबाव पर, N का गलनांक2 है 63.23 K.[9] अधिकांश पदार्थों की तरह, नाइट्रोजन तब तक उच्च तापमान पर पिघलता है जब तक परिवेश का दबाव बढ़ जाता है 50 GPa, जब तरल नाइट्रोजन की बहुलकीकरण की भविष्यवाणी की जाती है।[10][11]उस क्षेत्र के भीतर, गलनांक लगभग की दर से बढ़ जाता है 190 K/GPa.[10] ऊपर 50 GPa, गलनांक गिर जाता है।[11]

Observed melting points of N2[10]
Pressure (GPa) Temperature (K)
2.8 308
4 368
7 484
50 1920
71[11] 1400


उच्च बनाने की क्रिया

नाइट्रोजन का त्रिगुण बिंदु होता है 63.14±0.06 K और 0.1255±0.0005 bar; इस दबाव के नीचे, ठोस नाइट्रोजन उर्ध्वपातन (चरण संक्रमण) सीधे गैस में।[12] इन कम दबावों पर, नाइट्रोजन केवल दो ज्ञात अपररूपों में मौजूद है: α-नाइट्रोजन (नीचे 35 K) और β-नाइट्रोजन (35–63 K). से वाष्प के दबाव का मापन 20–63 K निम्नलिखित अनुभवजन्य संबंध का सुझाव दें:[12]<ब्लॉककोट></ब्लॉककोट>

आम क्रायोजेन्स में घुलनशीलता

ठोस नाइट्रोजन तरल हाइड्रोजन में थोड़ा घुलनशील है। में घुलनशीलता के आधार पर 60–75 K गैसीय हाइड्रोजन,[13] सेडल एट अल। अनुमान है कि तरल हाइड्रोजन पर 15 K घुल सकता है (1–10)×1010 (molecule N2)/cm3.[14] अतिरिक्त ठोस नाइट्रोजन के साथ हाइड्रोजन के क्वथनांक पर, घुलित मोलर अंश 10 होता है−8. पर 32.5 K (क्वथनांक के ठीक नीचे H2) और 15 atm, भंग एन की अधिकतम दाढ़ एकाग्रता2 है 7.0×10−6.[15] नाइट्रोजन और ऑक्सीजन तरल अवस्था में मिश्रणीय होते हैं लेकिन ठोस अवस्था में अलग होते हैं। इस प्रकार अतिरिक्त नाइट्रोजन (63 K पर पिघलना) या ऑक्सीजन (55 K पर पिघलना) पहले जम जाता है, और यूटेक्टिक तरल हवा 50 K पर जम जाती है।[16]


क्रिस्टल संरचना

डिनाइट्रोजन क्रिस्टल

परिवेशी और मध्यम दबावों पर, नाइट्रोजन डाइनाइट्रोजन बनाती हैN2 अणु; कम तापमान पर लंदन फैलाव बल इन अणुओं को जमने के लिए पर्याप्त है।[17]


α और β

ठोस नाइट्रोजन परिवेश के दबाव में दो चरणों को स्वीकार करता है: α- और β-नाइट्रोजन।

नीचे 35.6 K, नाइट्रोजन अंतरिक्ष समूह Pa3 के साथ एक घन संरचना को गोद लेती है; N2 अणु यूनिट सेल क्यूब के शरीर के विकर्णों पर स्थित होते हैं। कम तापमान पर α- चरण को संकुचित किया जा सकता है 3500 atm इसके बदलने से पहले (γ तक), और जैसे-जैसे तापमान ऊपर उठता है 20 K, यह दबाव लगभग बढ़ जाता है 4500 atm. पर 21 K, इकाई सेल आयाम है 5.667 Å, घटते हुए 5.433 Å अंतर्गत 3785 bar.[10][18] ऊपर 35.6 K (जब तक यह पिघल नहीं जाता), नाइट्रोजन एक हेक्सागोनल बंद पैक संरचना को अपनाता है, यूनिट सेल अनुपात के साथ c⁄a ≈ 1.633 = √8⁄3. नाइट्रोजन के अणुओं को बेतरतीब ढंग से के कोण पर इत्तला दे दी जाती है 55°, मजबूत चौगुनी-चतुर्भुज अंतःक्रिया के कारण। पर 45 K यूनिट सेल है a = 4.050 Å और c = 6.604 Å, लेकिन ये सिकुड़ जाते हैं 4125 atm और 49 K को a = 3.861 Å और c = 6.265 Å. उच्च दबावों पर, c⁄a व्यावहारिक रूप से कोई भिन्नता प्रदर्शित नहीं करता है।[10][18]


γ ==

चतुष्कोणीय γ रूप नीचे कम तापमान पर मौजूद है 44.5 K और चारों ओर दबाव 0.3–3 GPa. ए/बी/सी2 त्रिगुण बिंदु पर होता है 0.47 GPa और 44.5 K. γ-डाइनिट्रोजन का निर्माण पर्याप्त संतुलन स्थिरांक # समस्थानिक प्रतिस्थापन का प्रभाव प्रदर्शित करता है: पर 20 K, आइसोटोप 15N दाब पर γ रूप में परिवर्तित होता है 400 atm (0.041 GPa) प्राकृतिक नाइट्रोजन से कम।

γ चरण का अंतरिक्ष समूह P4 है2/ एमएनएम। और 20 K और 4000 bar, यूनिट सेल में जाली स्थिरांक होते हैं a = 3.957 Å और c = 5.109 Å.

नाइट्रोजन के अणु स्वयं P4 में व्यवस्थित होते हैं2/ एमएनएम पैटर्न एफ[Note 1] और लंबे आयाम के साथ लम्बी गोलाकार आकृति लें 4.34 Å और व्यास 3.39 Å.[Note 2] अणु तक कंपन कर सकते हैं 10° पर ab विमान, और ऊपर 15° की दिशा में c एक्सिस।[10][18]


डी, डीloc, और ε

उच्च दबाव (लेकिन परिवेश के तापमान) पर, डाइनाइट्रोजन घन δ रूप को ग्रहण करता है, अंतरिक्ष समूह pm3n और आठ अणु प्रति यूनिट सेल के साथ। यह चरण एक जाली स्थिरांक को स्वीकार करता है 6.164 Å (पर 300 K और 4.9 GPa).[19] डी-N2 दो ट्रिपल अंक स्वीकार करता है। (δ-N2, बी-N2, द्रव) त्रिक बिंदु कहीं आस-पास होता है 8–10 GPa और 555–578 K.[10] (δ-N2, बी-N2, सी-N2) त्रिक बिंदु पर होता है 2.3 GPa और 150 K.[19]

जाली कोशिकाओं के भीतर, अणुओं में स्वयं अव्यवस्थित अभिविन्यास होता है,[20]लेकिन दबाव में वृद्धि एक चरण संक्रमण को थोड़ा अलग चरण में बदल देती है, δloc, जिसमें आणविक अभिविन्यास उत्तरोत्तर क्रमबद्ध होते हैं, एक भेद जो केवल रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से दिखाई देता है।[21] उच्च दबाव पर (मोटे तौर पर 2–13 GPa) और कम तापमान,[Note 3] डाइनाइट्रोजन अणु अभिविन्यास पूरी तरह से rhombohedral ε चरण में व्यवस्थित होता है, जो अंतरिक्ष समूह R का अनुसरण करता है3सी।[10][20][23] सेल आयाम हैं a = 8.02 Å, b = 8.02 Å, c = 11.104 Å, α = β = 90°, γ = 120°, आयतन 618.5 Å3, Z = 24.[24] भंग He स्थिर कर सकते हैं ε-N2 उच्च तापमान या कम दबाव में δ- में बदलने सेN2 (देखना § Related substances).[20]


=

ऊपर 69 GPa, उह-N2 ζ- द्वारा नामित ऑर्थोरोम्बिक चरण में बदल जाता हैN2 के साथ 6% मात्रा में कमी। ζ- का अंतरिक्ष समूहN2 P222 है1. जाली स्थिरांक हैं a = 4.159 Å, b = 2.765 Å, c = 5.039 Å प्रति यूनिट सेल आठ परमाणुओं के साथ। ζ प्रावस्था में नाइट्रोजन परमाणुओं के बीच अंतराअणुक दूरी होती है 0.982–1.93 Å और एक अलग अणु में निकटतम नाइट्रोजन परमाणु है 1.73–2.38 Å (दबाव पर निर्भर करता है; कम दबाव उच्च इंट्रामोल्युलर और कम इंटरमॉलिक्युलर दूरी के अनुरूप होता है)।[1]


θ और ι

आगे संपीड़न और ताप आश्चर्यजनक मेटास्टेबिलिटी के साथ नाइट्रोजन के दो क्रिस्टलीय चरणों का उत्पादन करता है।[25] एक जी-N2 चरण के लिए संकुचित 95 GPa और फिर गर्म करने के लिए 600 K एक समान रूप से पारभासी संरचना का निर्माण करता है जिसे θ-नाइट्रोजन कहा जाता है।[25]

ι चरण को समदाबीय रूप से ताप ε- द्वारा पहुँचा जा सकता हैN2 को 750 K पर 65 GPa या θ- का इज़ोटेर्माल विसंपीड़नN2 को 69 GPa पर 850 K.[26] ι-N2 क्रिस्टल संरचना की इकाई-कोशिका आयामों के साथ आदिम मोनोक्लिनिक जाली की विशेषता है: a = 9.899(2) Å, b = 8.863(2) Å, c = 8.726(2) Å और β = 91.64(3)° पर 56 GPa और परिवेश का तापमान। अंतरिक्ष समूह P2 है1/c और यूनिट सेल में 48 होते हैं N2 अणु एक स्तरित संरचना में व्यवस्थित होते हैं।[27] दबाव मुक्त होने पर, θ-N2 ε- पर वापस नहीं आता हैN2 आसपास तक 30 GPa; मैं-N2 ε- में बदल जाता हैN2 आसपास तक 23 GPa.[25]


ब्लैक फॉस्फोरस नाइट्रोजन

दबाव में नाइट्रोजन को संपीड़ित करते समय 120–180 GPa और तापमान ऊपर 4000 °C,[28][29] नाइट्रोजन काला फास्फोरस (ऑर्थोरोम्बिक, सीएमसीई अंतरिक्ष समूह) के समान एक क्रिस्टल संरचना (बीपी-एन) को गोद लेती है।[30] काले फास्फोरस की तरह, बीपी-एन एक विद्युत कंडक्टर है।[31] बीपी-एन संरचना का अस्तित्व भारी निक्टोजन के व्यवहार से मेल खाता है, और इस प्रवृत्ति की पुष्टि करता है कि उच्च दबाव वाले तत्व कम दबाव पर समूह (आवर्त सारणी) के समान संरचनाओं को अपनाते हैं।[32]


ओलिगोमेर क्रिस्टल

हेक्सागोनल स्तरित बहुलक नाइट्रोजन

हेक्सागोनल स्तरित बहुलक नाइट्रोजन (एचएलपी-एन) को प्रयोगात्मक रूप से संश्लेषित किया गया था 244 GPa और 3300 K. यह एक टेट्रागोनल यूनिट सेल (P4) को अपनाता है।2बीसी) जिसमें एकल-बंधित नाइट्रोजन परमाणु आपस में जुड़ी दो परतों का निर्माण करते हैं N6 षट्भुज। HPL-N कम से कम 66 GPa तक मेटास्टेबल है।[33]


रेखीय रूप (एन6 और n8)

रैखिक एन8, ईईई आइसोमर (ट्रांस; ईज़ी आइसोमर - नहीं दिखाया गया - सीआईएस है) हिर्शबर्ग एट अल के बाद। (2014)[34]

उच्च दबाव और कम तापमान पर हाइड्राज़ीनियम एजाइड का अपघटन 8 नाइट्रोजन परमाणुओं की रैखिक श्रृंखलाओं से बना एक आणविक ठोस बनाता है (N≡N+−N−−N=N−N−−N+≡N). सिमुलेशन सुझाव देते हैं N8 कम तापमान और दबावों पर स्थिर है (<20 GPa); व्यवहार में, सूचना दी N8 25 GPa से नीचे ε एलोट्रोप में विघटित हो जाता है लेकिन एक अवशेष 3 GPa जितना कम दबाव में रहता है।[34][35]

रैखिक एन6 हिर्शबर्ग एट अल के बाद। (2014)[36]

ग्रीचनर एट अल। 2016 में भविष्यवाणी की गई थी कि परिवेशी परिस्थितियों में छह नाइट्रोजेन के साथ एक समान आबंटन मौजूद होना चाहिए।[36]


अनाकार और नेटवर्क आवंटन

ठोस नाइट्रोजन के गैर-आणविक रूप उच्चतम ज्ञात गैर-परमाणु ऊर्जा घनत्व प्रदर्शित करते हैं।[1]


μ

जब ζ-N2 चरण कमरे के तापमान पर संकुचित होता है 150 GPa एक अनाकार रूप निर्मित होता है।[1]यह एक नैरो गैप सेमीकंडक्टर है, और इसे μ-फेज नामित किया गया है। μ-चरण को पहले ठंडा करके वायुमंडलीय दबाव में लाया गया है 100 K.[37]


=

η-N नाइट्रोजन का अर्धचालक अक्रिस्टलीय रूप है। यह आसपास के दबावों पर बनता है 80–270 GPa और तापमान 10–510 K. परावर्तित प्रकाश में यह काला दिखाई देता है, लेकिन कुछ लाल या पीले रंग का प्रकाश संचारित करता है। इन्फ्रारेड में चारों ओर एक अवशोषण बैंड होता है 1700 cm−1. इससे भी अधिक दबाव में लगभग 280 GPa, ऊर्जा अंतराल बंद हो जाता है और η-नाइट्रोजन धातुकृत हो जाता है।[38]


क्यूबिक गौचे

से अधिक दाब पर 110 GPa और आसपास का तापमान 2000 K, नाइट्रोजन एक ठोस नेटवर्क बनाता है, जो क्यूबिक-लेफ्ट संरचना में सहसंयोजक बंधों से बंधा होता है, जिसे cg-N के रूप में संक्षिप्त किया जाता है। क्यूबिक-गौचे फॉर्म में स्पेस ग्रुप I2 है13. प्रत्येक एकक कोष्ठिका के किनारे की लंबाई होती है 3.805 Å, और इसमें आठ नाइट्रोजन परमाणु होते हैं।[23] एक नेटवर्क के रूप में, cg-N में नाइट्रोजन परमाणुओं के जुड़े हुए छल्ले होते हैं; प्रत्येक परमाणु पर, बंधन कोण टेट्राहेड्रल के बहुत करीब होते हैं। इलेक्ट्रॉनों के एकाकी युग्मों की स्थिति को इस प्रकार परासित किया जाता है कि उनका अतिच्छादन कम से कम हो।[37]

नाइट्रोजन के लिए क्यूबिक-गौचे संरचना में 1.40 Å की बॉन्ड लंबाई, 114.0° के बॉन्ड कोण और -106.8° के डायहेड्रल कोण होने की भविष्यवाणी की गई है। गॉचे शब्द विषम डायहेड्रल कोणों को संदर्भित करता है, यदि यह 0° होता तो इसे सीस-ट्रांस आइसोमेरिज़्म कहा जाता, और यदि 180° इसे ट्रांस कहा जाता। डायहेड्रल कोण Φ बॉन्ड कोण θ से sec(Φ) = sec(θ) - 1 से संबंधित है। x, x, x पर यूनिट सेल में एक परमाणु का समन्वय cos(θ) = द्वारा बॉन्ड कोण को भी निर्धारित करता है। एक्स(एक्स-1/4)/(एक्स2+(x-1/4)2).[39] सीजी-एन में सभी बंधनों की लंबाई समान होती है: 1.346 Å पर 115 GPa.[1][40] इससे पता चलता है कि सभी बॉन्ड में एक ही अनुबंध आदेश होता है: एकल बंधन कैरीइंग 4.94 eV/atom. इसके विपरीत नाइट्रोजन गैस में त्रिक बंधन ही वहन करता है 0.83 eV/atom, ताकि गैसीय रूप में छूट में जबरदस्त ऊर्जा रिलीज शामिल हो: किसी भी अन्य गैर-परमाणु प्रतिक्रिया से अधिक।[1][41] इस कारण विस्फोटकों और रॉकेट ईंधन में उपयोग के लिए क्यूबिक-गौचे नाइट्रोजन की जांच की जा रही है।[1] इसके ऊर्जा घनत्व के अनुमान भिन्न होते हैं: सिमुलेशन भविष्यवाणी करते हैं 10–33 kJ/g की भविष्यवाणी की है, जो है 160%–300% HMX का ऊर्जा घनत्व।[42][43] सीजी-एन भी चारों ओर एक थोक मापांक के साथ बहुत कठोर है 298 GPa, हीरे के समान।[40]


पॉली-एन

2006 में पॉली-एन और संक्षिप्त पीएन नामक एक अन्य नेटवर्क ठोस नाइट्रोजन की भविष्यवाणी की गई थी।[23]pN में स्पेस ग्रुप C2/c और सेल डायमेंशन a = 5.49 Å, β = 87.68° है। अन्य उच्च दबाव बहुलक रूपों की सिद्धांत में भविष्यवाणी की जाती है, और दबाव पर्याप्त होने पर धातु के रूप की अपेक्षा की जाती है।[44]


अन्य

फिर भी ठोस डाइनाइट्रोजन के अन्य चरणों को ζ'-N कहा जाता है2 और κ-एन2.[37]


थोक गुण

पर 58 K परम संपीड़न शक्ति 0.24 एमपीए है। जैसे-जैसे तापमान 40.6 K पर 0.54 MPa घटता है, शक्ति बढ़ती है। लोचदार मापांक समान सीमा में 161 से 225 MPa तक भिन्न होता है।[45] ठोस नाइट्रोजन की तापीय चालकता 0.7 W m है−1 के-1.[46] तापीय चालकता तापमान के साथ बदलती है और संबंध k = 0.1802 × T द्वारा दिया जाता है0.1041  डब्ल्यू मी−1 के-1.[47] विशिष्ट ऊष्मा 926.91×e द्वारा दी जाती है0.0093T जूल प्रति किलोग्राम प्रति केल्विन।[47]50 केल्विन पर इसका स्वरूप पारदर्शी होता है, जबकि 20 K पर यह सफेद होता है।

नाइट्रोजन फ्रॉस्ट का घनत्व 0.85 ग्राम सेमी है−3.[48] एक थोक सामग्री के रूप में क्रिस्टल एक साथ दबाए जाते हैं और घनत्व पानी के करीब होता है। यह तापमान पर निर्भर है और ρ = 0.0134T द्वारा दिया गया है2 − 0.6981T + 1038.1 kg/m3</उप>।[47]प्रसार का आयतन गुणांक 2×10 द्वारा दिया जाता है−6टी2 − 0.0002T + 0.006 K-1.[47]

6328 Å पर अपवर्तन का सूचकांक 1.25 है और तापमान के साथ शायद ही बदलता है।[48]

ध्वनि की गति[clarification needed] ठोस नाइट्रोजन में 1452 m/s 20 K और 1222 m/s 44 K पर है। अनुदैर्ध्य वेग 1850 m/s से 5 K से 1700 m/s 35 K पर है। तापमान वृद्धि के साथ नाइट्रोजन परिवर्तन चरण और अनुदैर्ध्य वेग एक छोटी सी तापमान सीमा पर तेजी से 1600 मीटर/सेकेंड से नीचे गिर जाता है और फिर यह धीरे-धीरे 1400 मीटर/सेकंड के गलनांक के पास गिर जाता है। समान तापमान रेंज में अनुप्रस्थ वेग 900 से 800 मी/से के बीच बहुत कम है।[17]

एस एन के थोक मापांक2 20 K पर 2.16 GPa और 44 K पर 1.47 GPa है।[17]30 K से कम तापमान पर ठोस नाइट्रोजन भंगुर विफलता से गुजरेगा, खासकर अगर तनाव जल्दी से लगाया जाता है। इस तापमान से ऊपर विफलता मोड नमनीय विफलता है। 10K छोड़ने से ठोस नाइट्रोजन 10 गुना कठोर हो जाता है।[17]


संबंधित पदार्थ

दबाव में नाइट्रोजन अन्य अणुओं के साथ क्रिस्टलीय वैन डेर वाल्स यौगिक बना सकती है। यह 5 GPa से ऊपर मीथेन के साथ ऑर्थोरोम्बिक चरण बना सकता है।[49] हीलियम के साथ वह (एन2)11 बन गया है।[20] N2 नाइट्रोजन क्लैथ्रेट में पानी के साथ और ऑक्सीजन ओ के मिश्रण में क्रिस्टलीकृत होता है2 और हवा क्लैथ्रेट में पानी।[50]


हीलियम

ठोस नाइट्रोजन γ-चरण जैसे अव्यवस्थित चरणों में दबाव में 2 मोल% हीलियम को भंग कर सकता है। उच्च दाब 9mol% हीलियम में, वह ε-नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया कर एक हेक्सागोनल द्विप्रतिरोधी क्रिस्टलीय वैन डेर वाल्स यौगिक बना सकता है। यूनिट सेल में 22 नाइट्रोजन परमाणु और 2 हीलियम परमाणु होते हैं। इसका आयतन 580Å है3 11 GPa के दबाव के लिए घटकर 515 Å हो जाता है14 GPa पर 3।[20]यह ε-चरण जैसा दिखता है।[51] 14.5 GPa और 295 K पर यूनिट सेल में स्पेस ग्रुप P6 है3/m और a=7.936 Å c=9.360 Å. 28 GPa पर एक ट्रांज़िशन होता है जिसमें N का ओरिएंटेशन होता है2 अणु अधिक व्यवस्थित हो जाते हैं। जब उस पर दबाव (एन2)11 135 GPa से अधिक होने पर पदार्थ स्पष्ट से काले रंग में बदल जाता है, और η-N के समान आकारहीन रूप धारण कर लेता है2.[52]


मीथेन

ठोस नाइट्रोजन शामिल कुछ ठोस मीथेन के साथ क्रिस्टलीकृत हो सकता है। 55 K पर मोलर प्रतिशत 16.35% CH तक हो सकता है4, और 40 हज़ार पर केवल 5%। पूरक स्थिति में, ठोस मीथेन अपने क्रिस्टल में कुछ नाइट्रोजन, 17.31% नाइट्रोजन तक शामिल कर सकता है। जैसे ही तापमान गिरता है, कम मीथेन ठोस नाइट्रोजन में और α-N में घुल सकता है2 मीथेन घुलनशीलता में भारी गिरावट आई है। ये मिश्रण बाहरी सौर मंडल की वस्तुओं जैसे प्लूटो में प्रचलित हैं जिनकी सतह पर नाइट्रोजन और मीथेन दोनों हैं।[53] कमरे के तापमान पर मीथेन और नाइट्रोजन का clathrate 1:1 के अनुपात में 5.6 GPa से अधिक दबाव पर बनता है।[54]


कार्बन मोनोऑक्साइड

कार्बन मोनोऑक्साइड अणु (CO) आकार में डाइनाइट्रोजन के समान है, और यह क्रिस्टल संरचना को बदले बिना ठोस नाइट्रोजन के साथ सभी अनुपातों में मिश्रित हो सकता है। प्लूटो और ट्राइटन (चंद्रमा) की सतहों पर 1% से कम स्तरों पर कार्बन मोनोऑक्साइड भी पाया जाता है। कार्बन मोनोऑक्साइड अवशोषण के इन्फ्रारेड लाइनविड्थ में भिन्नताएं एकाग्रता को प्रकट कर सकती हैं।[55]


नोबल गैसें

नियोन या क्सीनन परमाणुओं को β और δ चरणों में ठोस नाइट्रोजन में भी शामिल किया जा सकता है। नियॉन का समावेश β-δ चरण सीमा को उच्च दबावों की ओर धकेलता है।[56] आर्गन भी ठोस नाइट्रोजन में बहुत मिश्रणीय है।[56]60% से 70% नाइट्रोजन के साथ आर्गन और नाइट्रोजन की रचनाओं के लिए, हेक्सागोनल रूप 0 K तक स्थिर रहता है।[57] जेनॉन और नाइट्रोजन का वैन डेर वाल्स यौगिक 5.3 GPa से ऊपर मौजूद होता है।[56]रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके नियॉन और नाइट्रोजन के वैन डेर वाल्स यौगिक को दिखाया गया था।[56]यौगिक का सूत्र है (N2)6हाँ7. इसकी हेक्सागोनल संरचना है, a=14.400 c=8.0940 8 GPa के दबाव पर। आर्गन के साथ वैन डेर वाल्स यौगिक ज्ञात नहीं है।[58]


हाइड्रोजन

डाइड्यूटेरियम के साथ, एक क्लैथ्रेट (एन2)12D2 लगभग 70 जीपीए से बाहर निकलता है।[59]


ऑक्सीजन

ठोस नाइट्रोजन ऑक्सीजन O द्वारा एक पाँचवें प्रतिस्थापन तक ले सकता है2 और अभी भी वही क्रिस्टल संरचना रखें।[60] डी-एन2 95% O तक प्रतिस्थापित किया जा सकता है2 और उसी संरचना को बनाए रखें। ठोस ओ2 केवल 5% या उससे कम N का ठोस समाधान हो सकता है2.[60]


प्रयोग करें

तरल नाइट्रोजन की तुलना में तेजी से ठंडा करने के लिए ठोस नाइट्रोजन का उपयोग तरल नाइट्रोजन के साथ स्लश मिश्रण में किया जाता है, जो शुक्राणु क्रियोप्रेज़र्वेशन जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होता है।[61] अर्ध-ठोस मिश्रण को स्लश नाइट्रोजन भी कहा जा सकता है[62] या SN2।[63] ठोस नाइट्रोजन का उपयोग एक मैट्रिक्स के रूप में किया जाता है, जिस पर प्रतिक्रियाशील रासायनिक प्रजातियों को संग्रहीत और अध्ययन किया जाता है, जैसे मुक्त कण या पृथक परमाणु।[64] एक उपयोग अन्य अणुओं से अलगाव में धातुओं के डाइनाइट्रोजन परिसरों का अध्ययन करना है।[65]


प्रतिक्रियाएं

जब उच्च गति के प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉनों द्वारा ठोस नाइट्रोजन का विकिरण किया जाता है, तो परमाणु नाइट्रोजन (N), नाइट्रोजन केशन (N) सहित कई प्रतिक्रियाशील मूलक बनते हैं।+), डाइनाइट्रोजन धनायन (N2+), ट्राइनाइट्रोजन रेडिकल्स (N3 और n3+), और अब्द (एन3-).[66]

टिप्पणियाँ

  1. ↑ Within the unit cell, atoms are located at positions (x,x,0), (-x,-x,0), (1⁄2+x,1⁄2-x,1⁄2), (1⁄2-x,1⁄2+x,1⁄2) where x = (molecular interatomic distance) / (√8a). This corresponds to molecules lined up in rows end to end diagonally on the ab plane. These rows stack side by side with molecules offset by half their length to form layers in the (001) plane, perpendicular to the c-axis. The layers then stack on top of each other, each rotated by 90° compared to the plane below.
  2. ↑ Because of the uncertainty principle, the electron wavefunctions for N2 have infinite extent. The quoted dimensions correspond to an arbitrary cutoff at electron density 0.0135 (e−)/Å3.
  3. ↑ The ε-δ phase transition temperature varies substantially with pressure. At 2 GPa, the transition occurs around 50 K.[22]


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बाहरी संबंध

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