डाइनाइट्रोजनपेन्टाऑक्साइड

डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड (जिसे नाइट्रोजन पेंटोक्साइड या नाइट्रिक एनहाइड्राइड के रूप में भी जाना जाता है) रासायनिक सूत्र N2O5 के साथ रासायनिक यौगिक है। यह युग्मक [[नाइट्रोजन ऑक्साइड]] में से एक यौगिकों का एक वर्ग है जिसमें केवल नाइट्रोजन और ऑक्सीजन होते हैं। यह रंगहीन स्फटिक के रूप में उपस्थित होता है जो कमरे के तापमान से थोड़ा ऊपर उठता है और रंगहीन वाष्प उत्पन्न करता है।

डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड एक अस्थिर और संभावित हानिकारक ऑक्सीकारक है जिसे एक बार नाइट्रीकरण के लिए क्लोरोफार्म में घोलने पर एक अभिकर्मक के रूप में उपयोग किया गया था लेकिन नाइट्रोनियम टेट्राफ्लोरोबोरेट द्वारा बड़े मापक्रम पर इसका स्थान ले लिया गया है।

N2O5 एक यौगिक का दुर्लभ उदाहरण है जो परिस्थिति के आधार पर दो संरचनाओं को अधिग्रहण करता है। ठोस एक अम्ल, नाइट्रोनियम नाइट्रेट है, जिसमें अलग-अलग नाइट्रोनियम आयन [NO2]+ और नाइट्रेट [NO3]- होते हैं; लेकिन वाष्प चरण में और कुछ अन्य स्थितियों में यह एक सहसंयोजक बंधन है।

इतिहास
N2O5 को पहली बार 1840 में हेनरी एटिने सैंट-क्लेयर डेविल द्वारा सूचित किया गया था, जिन्होंने इसे सिल्वर नाइट्रेट (AgNO3) का क्लोरीन के साथ उपचार करके तैयार किया था।

संरचना और भौतिक गुण
शुद्ध ठोस N2O5 एक अम्ल (रसायन) है, जिसमें अलग-अलग रैखिक नाइट्रोनियम आयन NO2+ और तलीय त्रिकोणी आयन NO3- होते हैं। दोनों नाइट्रोजन केंद्रों में ऑक्सीकरण अवस्था +5 है। यह स्थल समूह D$-0 cm^{3}&thinsp;mol^{−1}$ (C6/mmc) में Z = 2 के साथ स्फटिकीकृत होता है, D3h स्थल में NO3- आयन और  D3d  उद्धरण स्थल में NO2+ के साथ स्फटिकीकृत होता है।

वाष्प दबाव P (एटीएम में) तापमान T (केल्विन में) के एक फलन के रूप में, 211 to 305 K सीमा में, निम्न सूत्र द्वारा अच्छी तरह से अनुमानित है
 * $$ \ln P = 23.2348 - \frac{7098.2}{T}$$

0 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 48 टॉर, 25 डिग्री सेल्सियस पर 424 टॉर और 32 डिग्री सेल्सियस पर 760 टॉर (गलनांक से 9 डिग्री सेल्सियस नीचे) है।

वाष्प चरण में, या कार्बन टेट्राक्लोराइड जैसे गैर-ध्रुवीय विलायक में भंग होने पर, यौगिक सहसंयोजक-बंधित अणुओं O2N-O-NO2 के रूप में उपस्थित होता है। वाष्प चरण में, न्यूनतम-ऊर्जा विन्यास के लिए सैद्धांतिक गणना दर्शाती है कि प्रत्येक −NO2 खण्ड़ में O−N−O कोण लगभग 134° है और N−O−N कोण लगभग 112° है। उस विन्यास में, दो \sNO2 समूहों को N\sO\sN तल से दूर, केंद्रीय ऑक्सीजन के बांड के चारों ओर लगभग 35 डिग्री घुमाया जाता है। अणु में इस प्रकार एक प्रेरक आकार होता है, जिसमें 180 डिग्री घूर्णन समरूपता (C2) की एक धुरी होती है।

जब वाष्पीय N2O5 को तीव्रता से ठंडा किया जाता है (बुझाया जाता है), कोई मितस्थायी आणविक रूप प्राप्त कर सकता है, जो ऊष्माक्षेपी रूप से -70 डिग्री सेल्सियस से ऊपर आयनिक रूप में परिवर्तित हो जाता है।

वाष्पीय N2O5 मुक्त कणों नाइट्रोजन डाइऑक्साइड में पृथक्करण के साथ पराबैंगनी प्रकाश NO2^{•} और नाइट्रोजन ट्राइऑक्साइड NO3^{•} (अपरिवर्तित नाइट्रेट) को अवशोषित करता है। अवशोषण वर्णक्रम में अधिकतम 160 नैनोमीटर तरंग दैर्ध्य के साथ एक व्यापक पट्ट होता है।

तैयारी
अनुशंसित प्रयोगशाला संश्लेषण में निर्जलन नाइट्रिक अम्ल (HNO3) फॉस्फोरस (v) ऑक्साइड के साथ होता है :
 * P4O10 + 12 HNO3 → 4 H3PO4 + 6 N2O5

एक अन्य प्रयोगशाला प्रक्रिया लिथियम नाइट्रेट की प्रतिक्रिया LiNO3 और ब्रोमीन पेंटाफ्लोराइड BrF5 3:1 से अधिक के अनुपात में है। प्रतिक्रिया पहले नाइट्राइल फ्लोराइड FNO2 बनाती है जो आगे लिथियम नाइट्रेट के साथ प्रतिक्रिया करता है:

BrF5 + 3 LiNO3 → 3 LiF + BrONO2 + O2 + 2 FNO2
 * FNO2 + LiNO3 → LiF + N2O5

यौगिक को नाइट्रोजन डाइऑक्साइड NO2 या N2O4 ओजोन के साथ प्रतिक्रिया करके वाष्प चरण में भी बनाया जा सकता है:

2 NO2 + O3 → N2O5 + O2

हालांकि, उत्पाद ओजोन के तीव्रता से अपघटन को उत्प्रेरित करता है:

2 O3 + N2O5 → 3 O2 + N2O5

डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड भी तब बनता है जब ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के मिश्रण को एक विद्युत् विसर्जन के माध्यम से पारित किया जाता है। एक अन्य मार्ग फॉस्फोरिल क्लोराइड की प्रतिक्रिया POCl3 या नाइट्राइल क्लोराइड NO2Cl सिल्वर नाइट्रेट के साथ AgNO3 है।

प्रतिक्रियाएं
नाइट्रिक अम्ल का उत्पादन करने के लिए डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड पानी (हाइड्रोलिसिस) HNO3 के साथ प्रतिक्रिया करता है। इस प्रकार, डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड नाइट्रिक अम्ल का अम्लीय ऑक्साइड निम्न है:

N2O5 + H2O → 2 HNO3

नाइट्रिक अम्ल में डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड के विलयन को 100% से अधिक सांद्रता वाले नाइट्रिक अम्ल के रूप में देखा जा सकता है। प्रणाली का चरण आरेख H2O−N2O5 60% पर प्रसिद्ध नकारात्मक स्थिरक्वाथी N2O5 (अर्थात, 70% HNO3), 85.7% पर एक सकारात्मक स्थिरक्वाथी N2O5 (100% HNO3), और दूसरा नकारात्मक 87.5% पर N2O5 ( 102% HNO3 ) दिखाता है।

हाइड्रोजन क्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया HCl नाइट्रिक अम्ल और नाइट्राइल क्लोराइड NO2Cl भी देता है:
 * N2O5 + HCl → HNO3 + NO2Cl

डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड अंततः कमरे के तापमान पर नाइट्रोजन डाइऑक्साइड में विघटित हो जाता है। अपघटन नगण्य है यदि ठोस को उपयुक्त रूप से अक्रिय कंटेनरों में 0 डिग्री सेल्सियस पर रखा जाता है।

डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड अमोनिया, नाइट्रस ऑक्साइड N2O सहित कई उत्पाद देने के लिए NH3 के साथ अभिक्रिया करता है, अमोनियम नाइट्रेट NH4NO3, नाइट्रामाइड NH2NO2 और अमोनियम डाइनाइट्रामाइड NH4N(NO2)2, प्रतिक्रिया की स्थिति पर निर्भर करता है।

उच्च तापमान पर डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड का अपघटन
600 and(-) के उच्च तापमान के बीच डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड, लगातार दो उचित तत्वानुपातकीय चरणों में विघटित होता है:
 * N2O5 → NO2 + NO3
 * 2 NO3 → 2 NO2 + O2

प्रघात तरंग में, N2O5 नाइट्रोजन डाइऑक्साइड और ऑक्सीजन में उचित तत्वानुपातकीय रूप से विघटित हो गया है। 600 K और अधिक के तापमान पर, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड नाइट्रोजन ऑक्साइड और ऑक्सीजन के संबंध में अस्थिर है। 1000 K पर 0.1 मिमी नाइट्रोजन डाइऑक्साइड के ऊष्मीय अपघटन के लिए लगभग दो सेकंड की आवश्यकता होती है।

30 डिग्री सेल्सियस पर कार्बन टेट्राक्लोराइड में डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड का अपघटन
N2O5 के अपघटन के अतिरिक्त उच्च तापमान पर, इसे कार्बन टेट्राक्लोराइड CCl4 पर 30 C में भी विघटित किया जा सकता है। दोनों N2O5 और NO2 में CCl4 घुलनशील हैं और विलयन में रहते हैं जबकि ऑक्सीजन अघुलनशील होता है और निकल जाता है। प्रतिक्रिया में गठित ऑक्सीजन की मात्रा को वाष्प ब्यूरेट में मापा जा सकता है। इस कदम के बाद हम O2 मात्रा को मापते हुए अपघटन के साथ आगे बढ़ सकते हैं जो समय के साथ निर्मित होता है क्योंकि O2 प्राप्त करने का एकमात्र स्वरुप N2O5 अपघटन के साथ है। नीचे दिया गया समीकरण N2O5 में CCl4 के अपघटन को संदर्भित करता है :


 * 2 N2O5 → 4 NO2 + O2(g)

और यह प्रतिक्रिया पहले आदेश दर नियम का पालन करती है जो कहती है:


 * $$-\frac{d[\mathrm{A}]}{dt} = k [\mathrm{A}]$$

नाइट्रिक ऑक्साइड की उपस्थिति में नाइट्रोजन पेंटोक्साइड का अपघटन
N2O5 नाइट्रिक ऑक्साइड NO की उपस्थिति में भी विघटित हो सकता है :


 * N2O5 + NO → 3 NO2

प्राथमिक एकाण्विक अपघटन के डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड और नाइट्रिक ऑक्साइड के बीच प्रारंभिक प्रतिक्रिया की दर है।

कार्बनिक यौगिकों का नाइट्रीकरण
डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड, उदाहरण के लिए क्लोरोफॉर्म में एक विलयन के रूप में, नाइट्रो यौगिक \sNO2 कार्बनिक यौगिकों में कार्यक्षमता को प्रस्तुत करने के लिए एक अभिकर्मक के रूप में उपयोग किया गया है। इस नाइट्रीकरण प्रतिक्रिया को निम्नानुसार दर्शाया गया है:


 * N2O5 + Ar\sH → HNO3 + Ar\sNO2

जहाँ Ar एक ऐरेने अंश का प्रतिनिधित्व करता है। HNO2(2+) की प्रतिक्रियाशीलता NO2+ को शक्तिशाली अम्ल के साथ और बढ़ाया जा सकता है जो सुपर-इलेक्ट्रॉनरागी उत्पन्न करता है।

इस प्रयोग में, N2O5 को काफी हद तक नाइट्रोनियम टेट्राफ्लोरोबोरेट [NO2]+[BF4]- द्वारा बदल दिया गया है। यह अम्ल की उच्च प्रतिक्रियाशीलता NO2+ को सुरक्षित रखता है, लेकिन यह ऊष्मीय रूप से स्थिर है, लगभग 180 °C (NO2F और BF3) पर विघटित हो रहा है।

डाइनाइट्रोजन पेन्टॉक्साइड विस्फोटकों की तैयारी के लिए प्रासंगिक है।

वायुमंडलीय घटना
वातावरण में, डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड NOx प्रजातियों का एक महत्वपूर्ण जलाशय है जो ओजोन रिक्तीकरण के लिए जिम्मेदार हैं: इसका गठन एक अशक्त चक्र प्रदान करता है जिसके साथ NO और NO2 अस्थायी रूप से एक अप्राप्य अवस्था में रहते हैं। रात के समय के क्षोभमंडल के प्रदूषित क्षेत्रों में मात्रा के हिसाब से प्रति अरब कई भागों का मिश्रण अनुपात देखा गया है। डाइनाइट्रोजन पेंटोक्साइड समताप मंडल में भी देखा गया है जलाशय गठन को 50 डिग्री n से ऊपर समतापमंडलीय NO2 स्तरों में अचानक गिरावट की पेचीदा टिप्पणियों पर विचार करने के लिए तथाकथित 'नॉक्सन क्लिफ' प्रकाशित किया गया है।

एरोसोल में N2O5 प्रतिक्रियात्मकता में भिन्नता के परिणामस्वरूप ट्रोपोस्फेरिक ओजोन, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स और NO_{x} सांद्रता में महत्वपूर्ण हानि हो सकती है। वायुमंडलीय एरोसोल में N2O5 की दो महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाएं नाइट्रिक अम्ल बनाने के लिए हाइड्रोलिसिस हैं और हलाइड आयनों के साथ प्रतिक्रिया, विशेष रूप से Cl-, ClNO2 अणु बनाने के लिए जो वायुमंडल में प्रतिक्रियाशील क्लोरीन परमाणुओं के अग्रदूत के रूप में काम कर सकते हैं।

जोखिम
N2O5 एक प्रबल आक्सीकारक है जो कार्बनिक यौगिकों और अमोनियम लवणों के साथ विस्फोटक मिश्रण बनाता है। डाइनाइट्रोजन पेन्टॉक्साइड का अपघटन अत्यधिक विषैले नाइट्रोजन डाइऑक्साइड वाष्प का उत्पादन करता है।

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