গ্রুপ ১৫-এর মৌলগুলি হল নাইট্রোজেন (N), ফসফরাস (P), আর্সেনিক (As), অ্যান্টিমনি (Sb) এবং বিসমাথ (Bi)। এদের যোজ্যতা কক্ষের সাধারণ ইলেকট্রন বিন্যাস হল ns2 np3। p-উপকক্ষ অর্ধপূর্ণ হওয়ায় এরা বিশেষ তাপগতীয় সুস্থিতি প্রদর্শন করে। গ্রুপ বরাবর ওপর থেকে নিচে নামলে পরমাণুর আকার বৃদ্ধি পায়, তড়িৎ-ঋণাত্মকতা ও আয়নন এনথ্যালপি হ্রাস পায় এবং ধাতব ধর্ম বৃদ্ধি পায় (N ও P অধাতু, As ও Sb ধাতুকল্প এবং Bi বাস্তব ধাতু)।
নিষ্ক্রিয় জোড় প্রভাব (Inert Pair Effect): গ্রুপের নিচে নামার সাথে সাথে অভ্যন্তরীণ d ও f ইলেকট্রন দ্বারা দুর্বল আবরণী প্রভাবের কারণে সর্ববহিঃস্থ s-ইলেকট্রন জোড় (ns2) রাসায়নিক বন্ধনে অংশগ্রহণ করতে অনিচ্ছা প্রকাশ করে। ফলে +৫ জারণ অবস্থার সুস্থিতি হ্রাস পায় এবং +৩ জারণ অবস্থার সুস্থিতি বৃদ্ধি পায়। তাই বিসমাথের ক্ষেত্রে Bi(III) অত্যন্ত সুস্থিত, কিন্তু Bi(V) তীব্র জারক পদার্থ হিসেবে কাজ করে (যেমন: BiF5)।
দ্বিতীয় পর্যায়ের সদস্য হওয়ায় নাইট্রোজেনের বৈশিষ্ট্য অন্যান্য মৌল থেকে স্বতন্ত্র:
- ক্ষুদ্র পারমাণবিক ব্যাসার্ধ ও উচ্চ তড়িৎ-ঋণাত্মকতা: নাইট্রোজেন নিজের সাথে এবং অক্সিজেন ও কার্বনের সাথে শক্তিশালী pπ-pπ বহুযোজী বন্ধন গঠন করতে পারে। ফলে এটি দ্বিপরমাণুক অণু (:N≡N:) হিসেবে অবস্থান করে। ত্রিবন্ধনের বন্ধন বিয়োজন এনথ্যালপি অত্যন্ত উচ্চ (৯৪৫.৪ kJ/mol) হওয়ায় সাধারণ তাপমাত্রায় N2 গ্যাস কার্যত নিষ্ক্রিয়।
- যোজ্যতা কক্ষে ফাঁকা d-কক্ষকের অনুপস্থিতি: নাইট্রোজেনের প্রধান কোয়ান্টাম সংখ্যা n=২ হওয়ায় কোনো 2d কক্ষক নেই। ফলে নাইট্রোজেন অষ্টক সম্প্রসারণ করতে পারে না এবং এর সর্বোচ্চ সমযোজ্যতা ৪-এ সীমাবদ্ধ। এই কারণে NCl5 বা NF5 গঠিত হতে পারে না, অথচ ফসফরাসের ফাঁকা 3d কক্ষক থাকায় তা sp3d সংকরায়ণের মাধ্যমে PCl5 গঠন করে।
- দুর্বল N-N একক বন্ধন: নাইট্রোজেন পরমাণুর ক্ষুদ্র আকারের জন্য দুটি পরমাণুর নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড়ের মধ্যে তীব্র আন্তঃইলেকট্রনীয় বিকর্ষণ ক্রিয়া করে। ফলে N-N একক বন্ধন শক্তি (১৬০ kJ/mol) P-P একক বন্ধন শক্তি (২০১ kJ/mol)-র চেয়ে কম, যা নাইট্রোজেনের ক্যাটিনেশন ধর্ম সীমিত করে দেয়।
বিশুদ্ধ ও শুষ্ক নাইট্রোজেন এবং হাইড্রোজেন গ্যাসকে ১:৩ আয়তন অনুপাতে মিশিয়ে অ্যামোনিয়া সংশ্লেষ করা হয়:
লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুযায়ী অনুকূল শর্তাবলী: (ক) উচ্চ চাপ: প্রায় ২০০ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (20 MPa), কারণ সম্মুখ বিক্রিয়ায় গ্যাসের মোল সংখ্যা হ্রাস পায় (৪ মোল → ২ মোল); (খ) অনুকূল তাপমাত্রা: প্রায় ৭০০ K (৪৫০-৫০০°C), যা তাপমোচী সাম্যাবস্থা ও বিক্রিয়ার গতির মধ্যে ভারসাম্য রক্ষা করে; (গ) অনুঘটক ও উদ্দীপক: আয়রন অক্সাইড (Fe2O3) অনুঘটক এবং এর কার্যক্ষমতা বৃদ্ধিতে অ্যালুমিনা (Al2O3) ও পটাশিয়াম অক্সাইড (K2O) উদ্দীপক হিসেবে ব্যবহৃত হয়।
আণবিক গঠন ও লিউইস ক্ষারকত্ব: অ্যামোনিয়া অণুতে নাইট্রোজেন পরমাণুটি sp3 সংকরিত অবস্থায় থাকে। তিনটি বন্ধন জোড় এবং একটি নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড় থাকায় নিঃসঙ্গ জোড়-বন্ধন জোড় বিকর্ষণের জন্য এর গঠন ত্রিকোণীয় পিরামিডীয় হয় এবং বন্ধন কোণ ১০৯.৫° থেকে সংকুচিত হয়ে ১০৭.৮° হয়। নাইট্রোজেনের এই নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন জোড়টি সহজেই দান করতে পারায় NH3 একটি উৎকৃষ্ট লিউইস ক্ষারক। এটি কপার আয়নের সাথে বিক্রিয়া করে গাঢ় নীল বর্ণের জটিল যৌগ গঠন করে:
| অক্সাইডের সংকেত | N-এর জারণ অবস্থা | ভৌত অবস্থা ও অম্ল-ক্ষার ধর্ম | চৌম্বক ধর্ম ও বিশেষ বৈশিষ্ট্য |
|---|---|---|---|
| N₂O (নাইট্রাস অক্সাইড) | +১ | বর্ণহীন গ্যাস, প্রশম | ডায়াম্যাগনেটিক, রৈখিক গঠন (লাফিং গ্যাস) |
| NO (নাইট্রিক অক্সাইড) | +২ | বর্ণহীন গ্যাস, প্রশম | গ্যাসীয় অবস্থায় প্যারাম্যাগনেটিক (বিজোড় ইলেকট্রনযুক্ত); তরল বা কঠিন অবস্থায় ডাইমার গঠন করে ডায়াম্যাগনেটিক হয় |
| N₂O₃ (ডাইনাইট্রোজেন ট্রাইঅক্সাইড) | +৩ | নীল বর্ণের কঠিন, অম্লীয় | ডায়াম্যাগনেটিক, সমতলীয় গঠন, HNO₂-এর অ্যানহাইড্রাইড |
| NO₂ (নাইট্রোজেন ডাই-অক্সাইড) | +৪ | বাদামী গ্যাস, অম্লীয় | প্যারাম্যাগনেটিক বিজোড় ইলেকট্রন অণু; শীতলীকরণে সহজেই বর্ণহীন ডায়াম্যাগনেটিক N₂O₄ ডাইমারে পরিণত হয় |
| N₂O₅ (ডাইনাইট্রোজেন পেন্টাঅক্সাইড) | +৫ | বর্ণহীন কঠিন, তীব্র অম্লীয় | কঠিন অবস্থায় আয়নিক [NO₂]⁺[NO₃]⁻ (নাইট্রোনিয়াম নাইট্রেট) হিসেবে থাকে; HNO₃-এর অ্যানহাইড্রাইড |
শিল্পক্ষেত্রে অসওয়াল্ড পদ্ধতিতে ৩টি ধাপে HNO3 প্রস্তুত করা হয়:
- ১ম ধাপ (অনুঘটকীয় জারণ): 4NH₃ + 5O₂ xrightarrow[১১০০ K, ৯ বার]{Pt/Rh তারজালি} 4NO + 6H₂O (তাপমোচী, দ্রুত বিক্রিয়া)।
- ২য় ধাপ: 2NO + O₂ ⇌ 2NO₂।
- ৩য় ধাপ (শোষণ): 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO↑ (উৎপন্ন NO পুনরায় ১ম ধাপে পাঠানো হয়)।
তামার সাথে বিক্রিয়া (লঘু বনাম গাঢ়):
গাঢ় HNO₃ (~৭০%)-এর সাথে: Cu + 4HNO₃(conc) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O (বাদামী NO₂ নির্গত হয়)
ধাতুর নিষ্ক্রিয়তা (Passivity): গাঢ় HNO3-এ Al, Cr, Fe ধাতু নিমজ্জিত করলে ধাতুপৃষ্ঠে অনুদ্বায়ী ও অবিচ্ছেদ্য অক্সাইডের (যেমন Al2O3, Cr2O3) একটি পাতলা সুরক্ষামূলক স্তর গঠিত হয়, যা ধাতুকে পরবর্তী রাসায়নিক আক্রমণ থেকে সম্পূর্ণ নিষ্ক্রিয় করে তোলে।
ধূসর বলয় পরীক্ষা (Brown Ring Test): নাইট্রেট লবণের জলীয় দ্রবণে সদ্য প্রস্তুত FeSO4 যোগ করে টেস্টটিউবের গা বেয়ে সাবধানে গাঢ় H2SO4 যোগ করলে দুই তরলের সংযোগস্থলে একটি বাদামী রঙের বলয় সৃষ্টি হয়:
এই জটিল আয়নে NO মূলকটি Fe(II)-কে একটি ইলেকট্রন প্রদান করে নিজে NO⁺ (নাইট্রোসোনিয়াম)-এ পরিণত হয় এবং আয়রন বিরল Fe⁺¹ জারণ অবস্থায় (3d⁷, ৩টি বিজোড় ইলেকট্রন, μ ≈ ৩.৮৭ BM) অবস্থান করে।