ठोस नाइट्रोजन

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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 48 K भी उत्पन्न किया , उस समय एक विश्व रिकॉर्ड था।[3]

आधुनिक तकनीकें सामान्यतः एक समान दृष्टिकोण अपनाती हैं: ठोस नाइट्रोजन को सामान्यतः 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 की अधिकांश सतह ठोस नाइट्रोजन (बीटा क्रिस्टल चरण) के हेक्सागोनल रूप में ढकी हुई है, जिसे इस कृत्रिम रंग फोटोमोज़ेक में भूमध्य रेखा के चारों ओर एक नीले हरे रंग की पट्टी के रूप में देखा जा सकता है।

ट्राइटन (चंद्रमा) की अधिकांश सतह ठोस नाइट्रोजन (β क्रिस्टल चरण) के हेक्सागोनल रूप में आच्छादित है, जिसे इस कृत्रिम रंग फोटोमोज़ेक 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 ऊर्ध्वपातन कर सकता है, या नाइट्रोजन ठंढ में वापस संघनित हो सकता है। अन्य पदार्थों की तुलना में, ठोस नाइट्रोजन कम दबाव पर संसंजन खो देता है और एकत्रित होने पर हिमनदो 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। वास्तव में, न्यू होराइजन्स ने प्लूटो की सतह पर नाइट्रोजन की बर्फ के ऊपर तैरती हुई पानी की बर्फ देखी।[5]

ट्राइटन पर, ठोस नाइट्रोजन ठंढ क्रिस्टल और तापानुशीतित नाइट्रोजन बर्फ की एक पारदर्शी शीट परत का रूप ले लेती है, जिसे प्रायः शीशे का आवरण कहा जाता है।[7]वायेजर 2 द्वारा ट्राइटन के दक्षिणी ध्रुवीय बर्फ की उच्चतम सीमा के आसपास उपध्रुवीय क्षेत्रों से निकलने के लिए नाइट्रोजन गैस के उष्णोत्स 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, N2 का गलनांक 63.23 K है .[9]

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

N2के देखे गए गलनांक [10]
दबाव (GPa) तापमान (K)
2.8 308
4 368
7 484
50 1920
71[11] 1400


उर्ध्वपातन

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


सामान्य क्रायोजेन्स में घुलनशीलता

ठोस नाइट्रोजन तरल हाइड्रोजन में थोड़ा घुलनशील है। घुलनशीलता के आधार पर 60–75 K गैसीय हाइड्रोजन,[13] सेडल एट अल का अनुमान है कि तरल हाइड्रोजन पर 15 K (1–10)×1010 (molecule N2)/cm3 घुल सकता है।[14] अतिरिक्त ठोस नाइट्रोजन के साथ हाइड्रोजन के क्वथनांक पर, घुलित मोलर अंश 10−8 होता है. पर 32.5 K (H2 के क्वथनांक के ठीक नीचे ) और 15 atm, घुलित N2 की अधिकतम मोलर सान्द्रता 7.0×10−6है।[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 है अणु; कम तापमान पर लंदन फैलाव बल इन अणुओं को जमाने के लिए पर्याप्त है।[17]


α और β

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

35.6 K के नीचे, नाइट्रोजन अंतरिक्ष समूह Pa3 के साथ एक घन संरचना को अपनाती है; N2 अणु इकाई कोशिका घन के शरीर के विकर्णों पर स्थित होते हैं। कम तापमान पर α- चरण को इसके बदलने से पहले (γ तक ) 3500 atm पर संकुचित किया जा सकता है , और जैसे-जैसे तापमान 20 K से ऊपर उठता है , यह दबाव लगभग 4500 atm तक बढ़ जाता है।21 K पर , इकाई कोशिका आयाम 5.667 Å है , घटते हुए 3785 bar अंतर्गत 5.433 Å है।[10][18]

35.6 K के ऊपर (जब तक यह पिघल नहीं जाता), नाइट्रोजन एक इकाई कोशिकाअनुपात के साथ c⁄a ≈ 1.633 = √8⁄3 हेक्सागोनल बंद परिपूर्ण संरचना को अपनाता है।मजबूत चतुष्कोण-चतुष्कोण अंतःक्रिया के कारण, नाइट्रोजन अणु यादृच्छिक रूप से 55° के कोण पर झुके होते हैं।45 K पर इकाई कोशिका a = 4.050 Å और c = 6.604 Å है, लेकिन ये 4125 atm और 49 K पर a = 3.861 Å और c = 6.265 Å सिकुड़ जाते हैं। उच्च दबावों पर, c⁄a व्यावहारिक रूप से कोई भिन्नता प्रदर्शित नहीं करता है।[10][18]

γ ==

चतुष्कोणीय γ रूप नीचे कम तापमान 44.5 K पर और चारों ओर दबाव 0.3–3 GPa पर उपस्थित है। α/β/γ2 त्रिगुण बिंदु पर होता है 0.47 GPa और 44.5 K पर होता है। γ-डाइनिट्रोजन का निर्माण पर्याप्त संतुलन स्थिरांक समस्थानिक प्रतिस्थापन का प्रभाव प्रदर्शित करता है: पर 20 K, समस्थानिक15N दाब 400 atm (0.041 GPa) पर प्राकृतिक नाइट्रोजन से कम γ रूप में परिवर्तित होता है।

γ चरण का अंतरिक्ष समूह P42/ एमएनएम है। और 20 K और 4000 bar, इकाई कोशिका में जाली स्थिरांक a = 3.957 Å और c = 5.109 Å होते हैं।

नाइट्रोजन के अणु स्वयं P42/ एमएनएम पैटर्न एफ में व्यवस्थित होते हैं[Note 1] और लंबे आयाम 4.34 Å और व्यास 3.39 Å.के साथ लम्बी गोलाकार आकृति लें लेते हैं। [Note 2] अणु ab सतह पर 10° और ऊपर की दिशा में c अक्ष पर 15° तक कंपन कर सकते हैं।[10][18]

डी, डीloc, और ε

उच्च दबाव (लेकिन परिवेश के तापमान) पर, अंतरिक्ष समूह pm3n और आठ अणु प्रति इकाई कोशिकाके साथ डाइनाइट्रोजन घन δ रूप को ग्रहण करता है। यह चरण एक जाली स्थिरांक 6.164 Å (पर 300 K और 4.9 GPa)को स्वीकार करता है।[19] δ-N2 दो तिहरा बिंदु स्वीकार करता है। (δ-N2, बी-N2, द्रव) त्रिक बिंदु 8–10 GPa और 555–578 K के कहीं आस-पास होता है।[10] (δ-N2, बी-N2, सी-N2) 2.3 GPa और 150 K त्रिक बिंदु पर होता है।[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 (स्थूल रूप से 2–13 GPa) और कम तापमान,[Note 3] डाइनाइट्रोजन अणु अभिविन्यास पूरी तरह से तिर्यगायत षडनीक ε चरण में व्यवस्थित होता है, जो अंतरिक्ष समूह R3c का अनुसरण करता है।[10][20][23] कोशिका आयाम a = 8.02 Å , b = 8.02 Å, c = 11.104 Å, α = β = 90°, γ = 120°, आयतन 618.5 Å3, Z = 24[24]हैं।

विघटित He ε-N2 को उच्च तापमान या कम दबाव में δ-N2 में बदलने से (देखना § संबंधित पदार्थ) स्थिर कर सकते हैं।[20]

ζ

69 GPa के ऊपर, ζ- N2 द्वारा नामित 6% मात्रा में कमी के साथ N2 विषमलंबाक्ष चरण मेंबदल जाता है। ζ-N2 का अंतरिक्ष समूह P2221 है। जाली स्थिरांक प्रति इकाई कोशिका आठ परमाणुओं के साथ a = 4.159 Å, b = 2.765 Å, c = 5.039 Å हैं । ζ प्रावस्था में नाइट्रोजन परमाणुओं के बीच अंतराअणुक 0.982–1.93 Å दूरी होती है और एक अलग अणु में निकटतम नाइट्रोजन परमाणु 1.73–2.38 Å है (दबाव पर निर्भर करता है; कम दबाव उच्च अंतराअणुक और कम अंतराअणुक दूरी के अनुरूप होता है)।[1]

θ और ι

आगे संपीड़न और ताप आश्चर्यजनक मितस्थायित्वके साथ नाइट्रोजन के दो क्रिस्टलीय चरणों का उत्पादन करता है।[25]

A ζ-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-N2 को 750 K पर 65 GPa द्वारा पहुँचा जा सकता है या θ- का समतापीय विसंपीड़न θ-N2 को 69 GPa पर 850 K द्वारा पहुँचा जा सकता है।[26] ι-N2 क्रिस्टल संरचना की इकाई-कोशिका आयामों के साथ आदिम एकनताक्ष 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 है। अंतरिक्ष समूह P2 है1/c और इकाई कोशिकामें 48 N2 अणु एक स्तरित संरचना में व्यवस्थित होते हैं।[27]

दबाव मुक्त होने पर, θ-N2 ε-N2 पर 30 GPa के आसपास तक वापस नहीं आता है ; ι-N2, 23 GPa के आसपास तक ε-N2 में बदल जाता है।[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, Cmce अंतरिक्ष समूह) के समान एक क्रिस्टल संरचना (बीपी-एन) को अपनाती 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 244 GPa और 3300 K पर संश्लेषित किया गया था।यह एक टेट्रागोनल इकाई कोशिका(P42bc) को अपनाता है।जिसमें एकल-बंधित नाइट्रोजन परमाणु आपस में जुड़ी N6 षट्भुज की दो परतों का निर्माण करते हैं। HPL-N कम से कम 66 GPa तक मितस्थायी है।[33]

रेखीय रूप (N6 और N8)

रैखिक N8, EEE समावयवी (ट्रांस; EZE समावयवी - नहीं दिखाया गया - सिस है) हिर्शबर्ग एट अल के बाद। (2014)[34]

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

रैखिक N6 हिर्शबर्ग एट अल के बाद। (2014)[36]

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

अनाकार और नेटवर्क अपररूप

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

μ

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

=

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

क्यूबिक गौचे

110 GPa से अधिक दाब पर और 2000 K के आसपास का तापमान 2000 K, नाइट्रोजन एक ठोस नेटवर्क बनाता है, जो क्यूबिक गौचे संरचना में सहसंयोजक बंधों से बंधा होता है, जिसे cg-N के रूप में संक्षिप्त किया जाता है।क्यूबिक-गौचे फॉर्म में अंतरिक्ष समूह I213 है।प्रत्येक एकक कोष्ठिका के किनारे की लंबाई 3.805 Å होती है , 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 बंध लंबाई, 114.0° के बंध 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 है तो इसे सीस कहा जाता है,और यदि 180° इसे ट्रांस कहा जाता है। डायहेड्रल कोण Φ बंध कोण θ से sec(Φ) = sec(θ) - 1 से संबंधित है। x, x, x पर इकाई कोशिका में एक परमाणु का समन्वय cos(θ) = x(x-1/4)/(x2+(x-1/4)2) द्वारा बंध कोण को भी निर्धारित करता है।[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 बंध में एक ही अनुबंध आदेश होता है: जो एकल बंधन 4.94 eV/atom वहन कर रहा है इसके विपरीत नाइट्रोजन गैस में त्रिक बंधन ही0.83 eV/atom वहन करता है , ताकि गैसीय रूप में शिथिलीकरण में जबरदस्त ऊर्जा मुक्ति सम्मिलित हो: किसी भी अन्य गैर-परमाणु अभिक्रिया से अधिक हो।[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: अनुकरण भविष्यवाणी करते हैं 10–33 kJ/g की भविष्यवाणी की है, जो है 160%–300% HMX का ऊर्जा घनत्व है।[42][43]

सीजी-एन भी चारों ओर एक थोक मापांक के साथ 298 GPa, हीरे के समान बहुत कठोर है।[40]

पॉली-एन

2006 में पॉली-एन और संक्षिप्त पीएन नामक एक अन्य नेटवर्क ठोस नाइट्रोजन की भविष्यवाणी की गई थी।[23]pN में अंतरिक्ष समूह C2/c और कोशिका आयाम 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'-N2 और κ-एन2 कहा जाता है।[37]

थोक गुण

58 K पर परम संपीड़न शक्ति 0.24 MPa है। जैसे-जैसे ताकत बढ़ती जाती है तापमान 40.6 K पर 0.54 MPa तक कम होता जाता है। लोचदार मापांक समान सीमा में 161 से 225 MPa तक भिन्न होता है।[45]

ठोस नाइट्रोजन की तापीय चालकता 0.7 W m−1 K−1 है।[46] तापीय चालकता तापमान के साथ बदलती है और संबंध k = 0.1802 × T0.1041  W m−1 K−1 द्वारा दिया जाता है।[47] विशिष्ट ऊष्मा 926.91×e0.0093T जूल प्रति किलोग्राम प्रति केल्विन द्वारा दी जाती है।[47]50 केल्विन पर इसका स्वरूप पारदर्शी होता है, जबकि 20 K पर यह सफेद होता है।

नाइट्रोजन ठंढ 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 2 − 0.6981T + 1038.1 kg/m3 द्वारा दिया गया है।[47]प्रसार का आयतन गुणांक 2×10−6T2 − 0.0002T + 0.006 K−1 द्वारा दिया जाता है।[47]

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

ध्वनि की गति 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 सीमा में अनुप्रस्थ वेग 900 से 800 मी/से के बीच बहुत कम है।[17]

s-N2 के थोक मापांक 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, विशेषरूप में अगर तनाव जल्दी से लगाया जाता है। इस तापमान से ऊपर विफलता मोड नमनीय विफलता है। 10 K 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 विषमलंबाक्ष चरण बना सकता है।[49] हीलियम के साथ He(N2)11 बन गया है।[20] N2 नाइट्रोजन जालक में पानी के साथ और ऑक्सीजन O2 के मिश्रण में क्रिस्टलीकृत होता है और हवा जालक में पानी के साथ होता है।[50]

हीलियम

ठोस नाइट्रोजन γ-चरण जैसे अव्यवस्थित चरणों में दबाव में 2 मोल% हीलियम को विघटित कर सकता है। उच्च दाब 9mol% में हीलियम ,He ε-नाइट्रोजन के साथ अभिक्रिया कर एक हेक्सागोनल द्विप्रतिरोधी क्रिस्टलीय वैन डेर वाल्स यौगिक बना सकता है। इकाई कोशिका में 22 नाइट्रोजन परमाणु और 2 हीलियम परमाणु होते हैं। इसका आयतन 580Å3 है 11 GPa के दबाव के लिए 14 GPa पर घटकर 515Å3 हो जाता है।[20]यह ε-चरण जैसा दिखता है।[51] 14.5 GPa और 295 K पर इकाई कोशिकामें अंतरिक्ष समूह P6 3/m और a=7.936 Å c=9.360 Å है। 28 GPa पर एक परिवर्तन होता है जिसमें N2 का अभिविन्यास होता है अणु अधिक व्यवस्थित हो जाते हैं। जब He(N2)11पर दबाव 135 GPa से अधिक होने पर पदार्थ स्पष्ट से काले रंग में बदल जाता है, और η-N2 के समान आकारहीन रूप धारण कर लेता है।[52]

मीथेन

ठोस नाइट्रोजन सम्मिलित कुछ ठोस मीथेन के साथ क्रिस्टलीकृत हो सकता है। 55 K पर मोलर प्रतिशत 16.35% CH4 तक हो सकता है, और 40 K पर केवल 5% होता है। पूरक स्थिति में, ठोस मीथेन अपने क्रिस्टल में कुछ नाइट्रोजन, 17.31% नाइट्रोजन तक सम्मिलित कर सकता है। जैसे ही तापमान गिरता है, कम मीथेन ठोस नाइट्रोजन में घुल सकता है और α-N2 में 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 का जालक और नाइट्रोजन 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 अवरक्त रेखा की चौडाई में भिन्नताएं सांद्रता को प्रकट कर सकती हैं।[55]

नोबल गैसें

नियोन या जीनॉन परमाणुओं को β और δ चरणों में ठोस नाइट्रोजन में भी सम्मिलित 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 उपस्थित होता है।[56]रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके नियॉन और नाइट्रोजन के वैन डेर वाल्स यौगिक को दिखाया गया था।[56]यौगिक का सूत्र (N2)6Ne7 है। इसकी हेक्सागोनल संरचना , a=14.400 c=8.0940 8 GPa के दबाव पर है। आर्गन के साथ वैन डेर वाल्स यौगिक ज्ञात नहीं है।[58]

हाइड्रोजन

डाइड्यूटेरियम के साथ, एक जालक (N2)12D2 लगभग 70 जीपीए से बाहर निकलता है।[59]


ऑक्सीजन

ठोस नाइट्रोजन ऑक्सीजन O2 द्वारा एक पाँचवें प्रतिस्थापन ले सकती है और अभी भी वही क्रिस्टल संरचना रखती है ।[60] δ-N2 95% O2 तक प्रतिस्थापित किया जा सकता है और उसी संरचना को बनाए रखता है । ठोस O2 केवल 5% या उससे कम N2 का ठोस घोल हो सकता है.[60]


प्रयोग करें

तरल नाइट्रोजन की तुलना में तेजी से ठंडा करने के लिए ठोस नाइट्रोजन का उपयोग तरल नाइट्रोजन के साथ हलके मिश्रण में किया जाता है, जो शुक्राणु हिमतापीय परिरक्षण जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होता है।[61] अर्ध-ठोस मिश्रण को हलका नाइट्रोजन या SN2 भी कहा जा सकता है[62]।[63]

ठोस नाइट्रोजन का उपयोग एक मैट्रिक्स के रूप में किया जाता है, जिस पर अभिक्रियाशील रासायनिक प्रजातियों जैसे मुक्त कण या पृथक परमाणु को संग्रहीत और अध्ययन किया जाता है।[64] एक उपयोग अन्य अणुओं से विलगन में धातुओं के डाइनाइट्रोजन परिसरों का अध्ययन करना है।[65]


अभिक्रियाएं

जब उच्च गति के प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉनों द्वारा ठोस नाइट्रोजन का विकिरण किया जाता है, तो परमाणु नाइट्रोजन (N), नाइट्रोजन केशन (N+) सहित कई अभिक्रियाशील मूलक बनते हैं, डाइनाइट्रोजन धनायन (N2+), ट्राइनाइट्रोजन रेडिकल्स (N3 और N3+), और ऐजाइड (N3-)सम्मिलित हैं।[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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