நைட்ரஜனை அளந்தறிதல்

நைட்ரஜனை அளந்தறிதல்: நைட்ரஜனை அளந்தறிய இருமுறைகள் உள்ளன. அவையாவன 1.டுமாஸ் முறை 2. கெல்டால் முறை.

1. டுமாஸ்முறை இம்முறையானது நைட்ரஜனின் சேர்மங்களை, குப்ரிக் ஆக்சைடுடன்,CO2 சூழலில் வெப்படுத்தும்போது தனித்த நைட்ரஜன் வெளிவிடப்படுகிறது என்பதனை அடிப்படையாகக் கொண்டது.

Cx Hy Nz + (2x+y/2) CuO → x CO2 + y/2 H2O + (2x+y/2) Cu + z/2 N2

சில நேர்வுகளில் உருவாக வாய்ப்புள்ள சிறிய அளவிலான நைட்ரஜனின் ஆக்சைடுகளை வெப்படுத்தப்பட்ட காப்பர் சுருளின் வழியே செலுத்தி தனிம நிலை நைட்ரஜனாக ஒடுக்கப்படுகிறது.

டுமாஸ் முறையில் பயன்படும் உபகரணமானது, CO2 உருவாக்கி, எரிகுழாய், ஷிப்ஸ் நைட்ரோமீட்டர் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது.

CO2 உருவாக்கி:

இம்முறைக்கு தேவைப்படும் கார்பன் டை ஆக்சைடானது மாக்னடைட் அல்லது சோடியம் பை கார்பனேட்டை கடினமான கண்ணாடி குழாயில் வெப்பப்படுத்துவதன் மூலமோ அல்லது கிப்ஸ் உபகரணத்தில் உள்ள சுண்ணாம்பு கல்லின் மீது நீர்த்த HCl ஐ வினைபுரிய செய்வதன் மூலமாகவோ, பெறப்படுகிறது. இந்த CO2 வாயுவானது அடர் H2SO4 வழியே செலுத்தி உலரவைக்கப்பட்டு பின் எரிக்குழாயினுள் செலுத்தப்படுகிறது.

எரிகுழாய்: இக்குழாய் உலையினுள் வைத்து வெப்பபடுத்தப்படுகிறது. இது i) ஆக்ஸிஜனேற்றம் செய்யப்பட்ட காப்பர் சுருளால் நிரப்பப்பட்டுள்ளது. இது எரிதலால் உருவாகும் விளை பொருட்கள் பின்னோக்கி மீளவும் விரவுதலை தடுக்க பயன்படுகிறது. மேலும் கதிர்வீச்சின் மூலம் CuO உடன் சேர்த்து வெப்பப்படுத்த பயன்படுகிறது. ii) எடை அறிந்த கரிமச் சேர்மம் அதிக அளவு CuO உடன் கலக்கப்பட்டு வைக்கப்பட்டுள்ளது. iii) சொரசொரப்பான காப்பர் ஆக்சைடானது குழாயின் நீளத்தில் மூன்றில் இருபங்கு முழுநீளத்திற்கு தளர்வான கல்நாருடன் இருபுறமும் பொதியப்பட்டுள்ளது. இதன் வழி கடந்து செல்லும் கரிம சேர்ம ஆவிகளை இது ஆக்ஸிஜனேற்றம் செய்கிறது. iv) நைட்ரஜன், எரிக்கப்படும்போது ஏதேனும் நைட்ரஜன் ஆக்சைடுகள் உருவானால் அதனை ஒடுக்க ஒடுக்கப்பட்ட காப்பர் சுருள் உள்ளது.

ஷிப்ஸ் நைட்ரோமீட்டர்: எரிகுழாயில் சிதைவுற்ற கரிம சேர்மத்திலிருந்து நைட்ரஜனுடன் குறிப்பிட தகுந்த அதிக அளவு CO2 உடன் கலக்கப்படுகிறது. பின் நைட்ரோ மீட்டரில் செலுத்தும் போது, CO2 ஆனது KOHஆல் உறிஞ்சப்படும். மேற்புறத்திலுள்ள அளவீடுகள் உடைய குழாயில் நைட்ரஜனானது சேகரிக்கப்படுகிறது. (படம்: 11.2)

செய்முறை: முதலில் நைட்ரோ மீட்டர் உள்ளகுழாய் திறக்கப்பட்டு, எரிகுழாயினுள் உள்ள காற்றை நீக்க CO2 செலுத்தப்படுகிறது. வெளியேறும் CO2 ஆனது பொட்டாஷ் கரைசலின் வழியே செல்லும்போது முழுவதும் உறிஞ்சப்படுகிறது. எனவே மேற்பகுதியினை அடைவதில்லை. இதிலிருந்து எரிகுழாயில் உள்ள காற்று முழுவதும் வெளியேறியுள்ளது என அறியலாம். பின் நைட்ரோமீட்டரின் சேமிப்புக்கலன் கீழ் இறக்கப்பட்டு KOH கரைசலால் நிரப்பப்பட்டு குழாய் அடைக்கப்படுகிறது. எரிகுழாய் உலையில் வைத்து சூடுபடுத்தப்பட்டு வெப்பநிலை சீராக உயர்த்தப்படுகிறது. சேர்மத்திலுள்ள வெளியேறும் தனித்த நைட்ரஜன் நைட்ரோ மீட்டரில் சேகரிக்கப்படுகிறது. எரிதல் நிறைவுற்ற பின் குழாயினுள் ஏதேனும் சிறிதளவு நைட்ரஜன் இருப்பின் அதனை நீக்கும் பொருட்டு விரைவாக CO2 செலுத்தப்படுகிறது. அளவீட்டுக் குழாயில் உள்ள அளவீடும், கலவைகள் அளவீடும் சமமாக இருக்கும் வகையில் சேமிப்புக்கலனை சரிசெய்து சேகரிக்கப்பட்ட வாயுவின் கன அளவு குறித்துக்கொள்ளப்படுகிறது.

கணக்கீடு:

கரிமச் சேர்மத்தின் எடை = wg

ஈரமான நைட்ரஜனின் கன அளவு= V1L 

அறை வெப்பநிலை = T1 K

வளிமண்டல அழுத்தம் = P mm Hg

அறைவெப்பநிலையில் நீராவி அழுத்தம் = P1 mm Hg

உலர் நைட்ரஜனின் அழுத்தம் = (P-P1) = P1 mm Hg. 

STP, உலர் நைட்ரஜனின் அழுத்தம், கனஅளவு மற்றும் வெப்பநிலை முறையே P0 V0 மற்றும் T0 என்க.

நைட்ரஜனின் சதவீதம் கணக்கிடுதல்

STP ல் 22.4L N2 ன் நிறை 28g

ஃ STP ல் V0 L N2 ன் நிறை 28/22.4 × V0 

Wg கரிமச்சேர்மத்தில் (28/22.4 × V0/W)g நைட்ரஜன் உள்ளது

ஃ நைட்ரஜனின் % = (28/22.4 × V0/W) × 100

எடுத்துக்காட்டு: 0.1688g எடையுள்ள சேர்மம் டுமாஸ் முறையில் பகுப்பிற்கு உட்படும்போது 140C, 758 mm Hg யில் 31.7ml ஈரமான நைட்ரஜனை தருகிறது, எனில் அச்சேர்மத்தில் உள்ள நைட்ரஜனின் சதவீதத்தினை கணக்கிடுக. 

கரிமச் சேர்மத்தின் எடை = 0.168g

ஈரமான நைட்ரஜனின் கன அளவு (V1) = 31.7mL

= 31.7 × 10-3 L

வெப்பநிலை (T1) = 14°C

= 14 + 273

= 287K

ஈரமான நைட்ரஜனின் அழுத்தம் = 758 mm Hg 

14°C யில் நீர்ம அழுத்தம் = 12 mm of Hg

ஃ உலர் நைட்ரஜனின் அழுத்தம் = (P-P1)

= 758 – 12

= 746 mm Hg

= 21.90%

உங்களுக்குத் தெரியுமா?

டுமாஸ்முறை உயர் துல்லியமான முறையாகும். இது கெல்டால் முறையை விட பொதுவாக விரும்பப்படுவதாகும்

கெல்டால்முறை

இம்முறை டுமாஸ் முறையை விட எளிதில் கையாளக்கூடியதாகும். உணவுப் பொருள்கள், உரங்கள் போன்றவற்றின் பகுப்பாய்விற்கு பெருமளவில் இம்முறை பயன்படுகிறது. நைட்ரஜன் அடங்கிய கரிமச்சேர்மத்தினை அடர் H2SO4 உடன் சேர்த்து சூடுபடுத்தும் போது, அதிலுள்ள நைட்ரஜன் ஆனது அம்மோனியம் சல்பேட்டாக மாறுகிறது. பின்னர் உருவான கரைசலை அதிக அளவு காரத்துடன் சேர்க்கும் போது வெளிப்படும் அம்மோனியா வாயுவானது அதிக அளவு திட்ட அமிலத்தால் உறிஞ்சப்படுகிறது. பயன்படுத்தப்பட்ட திட்ட காரத்தினை நடுநிலையாக்க தேவைப்படும் அமிலத்தின் கனஅளவினை தரம் பார்த்தலின் மூலம் கண்டறியலாம். இதிலிருந்து வெளியேறிய அம்மோனியாவின் அளவு கண்டறியப்பட்டு நைட்ரஜனின் எடை அறியப்படுகிறது. (படம்:11.3))

செய்முறை:

நீண்ட கழுத்துடைய பைரக்ஸ் கண்ணாடியால் ஆன கெல்டால் குடுவையில் எடைத்தெரிந்த கரிமச்சேர்மம், சிறிது K2SO4 , வினையூக்கியான CuSO4 , சுமார் 25ml அடர் H2SO4 ஆகியன எடுத்துக்கொள்ளப்படுகின்றன. பின் குடுவை கண்ணாடி குமிழியால் தளர்வாக மூடப்பட்டு சாய்வாக வைக்கப்பட்டு, மிதமாக சூடுபடுத்தப்படுகிறது. முதலில் கரைசல் பழுப்பு நிறமாகி, பின் முன்பிருந்தது போன்ற தெளிவான கரைசல் உருவாகும் வரை சூடுபடுத்தப்படுகிறது இந்நிலையில் நைட்ரஜன் முழுவதும் (NH4)2 SO4 ஆக மாற்றப்படுகிறது. பின் கெல்டால் குழாய் குளிர்விக்கப்பட்டு அதிலுள்ளவை நீர்க்கப்பட்டு, பின்னர் ஒரு லிட்டர் கனஅளவுள்ள குடுவைக்கு கரைசல் மாற்றப்படுகிறது. குடுவையின் பக்கவாட்டின் வழியே அதிக அளவு NaOH கரைசல் சேர்க்கப்படுகிறது. பின்குடுவையானது, கெல்டால் சேகரிக்கும் அமைப்பு மற்றும் நீர்க்குளிர்விப்பான் ஆகியவற்றுடன் பொருத்தப்படுகிறது. குளிர்விப்பானின் கீழ்முனை கணக்கிடப்பட்ட கன அளவைக் கொண்ட அதிகளவு N/20 H2SO4 கரைசலில் வைக்கப்படுகிறது. குடுவையிலுள்ள நீர்மம் பின் கொதிக்கவைக்கப்படுகிறது. மேலும் இதனால் வெளியேற்றப்பட்ட அம்மோனியா வாலை வடிக்கப்பட்டு, சல்பியூரிக் அமிலத்தால் உறிஞ்சப்படுகிறது. கரைசல் நன்கு கொதிக்கும் போது, காரம் தெறிக்காமல் கெல்டால் சேகரிக்கும் அமைப்பு தடுக்கிறது.

அம்மோனியா வெளியாவது நிறைவுற்ற பின் (கரைசல், சிவப்பு லிட்மஸால் சோதனை செய்யப்பட வேண்டும்) சேகரிப்பான் நீக்கப்படுகிறது. அதிகப்படியான அமிலம் பீனாப்தலீன் நிறங்காட்டியை பயன்படுத்தி, காரத்துடன் தரம் பார்க்கப்படுகிறது.

கணக்கீடு

கரிம சேர்மத்தின் எடை = Wg.

வெளிவிடப்பட்ட NH3 வாயுவை முழுமையாக நடுநிலையாக்க தேவைப்படும் H2SO4 ன் கன அளவு = V mL.

NH3 யை நடுநிலையாக்க தேவைப்படும் H2SO4 ன் திறன் = N

உருவான NH3 ன் கனஅளவு V1 எனவும் செறிவு N1 எனவும் கொள்க. எனவே V1N1  = VN

கரிமச் சேர்மத்தில் உள்ள நைட்ரஜனின் எடை

= 14 × NV / 1 × 1000 × w

நைட்ரஜனின் சதவீதம் = (14× NV/100× w) × 100%

எடுத்துக்காட்டு - 6;

கெல்டால் முறைக்கு உட்படுத்தப்பட்ட 0.6g எடையுள்ள கரிம சேர்மத்தால் வெளியிடப்பட்ட NH3 வாயு 50ml செமி நார்மல் (semi normal) H2SO4 ஆல் உறிஞ்சப்படுகிறது. மீதமுள்ள அமில கரைசல், வாலை வடிநீரால் நீர்க்கப்பட்டு, கரைசலின் கனஅளவு 150 மிலி ஆக மாற்றப்படுகிறது. 20 மி.லி நீர்க்கப்பட்ட கரைசலை முழுமையாக நடுநிலையாக்க 35 மிலி (N/20) NaOH கரைசல் தேவைப்பட்டது எனில், நைட்ரஜனின் சதவீதத்தை கணக்கீடு.

கரிம சேர்மத்தின் எடை = 0.6g 

எடுத்துக்கொண்ட H2SO4 ன் பருமன் = 50 மி.லி 

எடுத்துக்கொண்ட H2SO4 ன் திறன் = 0.5 N 

வினைபுரியாத, 20ml நீர்த்த H2SO4 அமிலக் கரைசல், 35ml 0.05N சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு கரைசலால் நடுநிலையாக்கப்பட்டது எனில், 

நீர்க்கப்பட்ட சல்ஃபியூரிக் அமிலத்தின் திறன்

= 35 × 0.05 / 20

= 0.0875 N

கரிம சேர்மத்துடன் வினைபட்டு எஞ்சிய 

H2SO4 ன் பருமன் = V1 mL

H2SO4 ன் திறன் = 0.5N

நீர்க்கப்பட்ட H2SO4 ன் பருமன் = 150 mL

நீர்க்கப்பட்ட சல்ஃபியூரிக் அமிலத்தின் திறன் = 0.0875 N

V1 = 150 × 0.087 / 0.5 = 26.25 mL

அம்மோனியாவால் உறிஞ்சப்பட்ட H2SO4 ன் பருமன் = 23.75 mL

23.75 mL 0.5 N H2SO4 ≡ 23.75 mL 0.5N NH3

0.6g கரிமச் சேர்மத்தில் நைட்ரஜனின் எடை

= 27.66 %