గాలి - ముఖ్య వాయువులు  

             వృక్షాలు, జంతువులు జీవించడానికి గాలి ముఖ్య అవసరం. ఆహారం లేకుండా మనిషి యాభైఅయిదు రోజులు జీవించే అవకాశం ఉంది. నీరు లేకుండా అయిదు రోజులు జీవించవచ్చు. కానీ గాలి లేకుండా అయిదు నిమిషాలు దాటి జీవించడం కష్టం. ఇంధనాలు మండటానికి, మంటలు ఆర్పడానికి గాలి ఉపయోగిస్తాం. గాలి అనేక వాయువుల మిశ్రమం. దీనిలో అనేక వాయువులు ఉన్నప్పటికీ అవి ఒకదానితో ఒకటి చర్యనొందవు. అందువల్ల గాలిలోని అనుఘటక వాయువులను వేరుచేయవచ్చు. 
               గాలిలో ఉండే నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్లు ముఖ్య అనుఘటకాలు. కార్బన్‌డైఆక్సైడ్, ఆర్గాన్లు అల్ప అనుఘటకాలు. ఇవికాకుండా నియాన్, హీలియం లాంటి అనేక వాయువులు సూక్ష్మ అనుఘటకాలు. ఈ సూక్ష్మ అనుఘటకాలను ppm యూనిట్లలో కొలుస్తారు. ppm అంటే పార్ట్స్ పర్ మిలియన్ అంటే మిలియన్ భాగాల్లో ఇన్ని భాగాలు అని అర్థం. గాలిలో ఇతర వాయువులు 0.07% మాత్రమే ఉంటాయి.

నైట్రోజన్:
            గాలిలో అత్యధికంగా ఉండే వాయువు నైట్రోజన్. గాలిలో నైట్రోజన్ 3/4 వ వంతు భారశాతంగా, 4/5 వ వంతు ఘన పరిమాణశాతంగా లభిస్తుంది. గాలిలో ముఖ్య అనుఘటకాలైన నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్ వాయువుల ఘనపరిమాణాల నిష్పత్తి 4 : 1 గా ఉంటుంది. నైట్రోజన్ దహనశీల వాయువు కాదు (స్వయంగా మండదు). అంతేకాకుండా అది దహన సహకారి కూడా కాదు.

(ఇతర పదార్థాలు మండటానికి సహకరించదు) N₂ వాయువును విద్యుత్ బల్బుల్లో జడ వాతావరణం కోసం నింపుతారు. జంతువుల కళేబరాలు కుళ్లినప్పుడు నైట్రోజన్ వాయువు వెలువడుతుంది. చిక్కుడు జాతి మొక్కలు (లెగ్యుమినేసి ఫ్యామిలి) గాలిలోని N₂ వాయువును గ్రహించి దాన్ని నైట్రేట్ల రూపంలో వేర్లలో నిల్వ చేస్తాయి. ఈ ప్రక్రియను నైట్రోజన్ స్థీరీకరణం అంటారు. 
            గాలిలో ఉరుములు వచ్చినప్పుడు 3000^oC ఉష్ణోగ్రత వెలువడి N₂, O₂ వాయువులు చర్యనొంది రంగులేని నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ అనే వాయువు ఏర్పడుతుంది.
                                                          3000^oC
                                              N₂ + O₂          2NO
      NO వాయువు రంగులేని విషపదార్థం కాని వాయువు. కానీ ఇది తిరిగి గాలిలోని O₂ వాయువుతో చర్యనొంది జేగురు రంగున్న నైట్రోజన్‌డైఆక్సైడ్ అనే విషవాయువు ఏర్పడుతుంది.
                                               2NO + O₂ →  2 NO₂
ప్రయోగశాలలో అమ్మోనియం నైట్రైట్‌ను వేడిచేసి N2 వాయువును తయారుచేస్తారు.
                                               NH₄NO₂     N₂ + 2H₂O 
భౌతిక ధర్మాలు:
             నైట్రోజన్ రంగు, రుచి, వాసనలేని వాయువు. నైట్రోజన్‌లో త్రిబంధం ఉండటం వల్ల ఇది జడవాయువు.

ఈ ధర్మం వల్ల చిప్స్ ప్యాకెట్లు, పచ్చడి జాడీల్లో ఫంగస్ చేరకుండా ఉండేందుకు వాటిని సీలు చేసే ముందు N₂ వాయువును నింపుతారు. నైట్రోజన్‌ను అమ్మోనియా, నైట్రిక్ ఆమ్లం లాంటి రసాయనాల తయారీలో ఉపయోగిస్తారు.
 

ఆక్సిజన్:
              గాలిలో N₂ తర్వాత అత్యధికంగా లభించేది ఆక్సిజన్ వాయువు. వృక్షాలు, జంతువులు శ్వాసించడానికి ఆక్సిజన్ అవసరం. ఆక్సిజన్ దహనశీల వాయువు కాదు (స్వయంగా మండదు). ఇది దహన సహకారి (ఇతర పదార్థాలు మండటానికి సహకరిస్తుంది). కాబట్టి ఇంధనాలు మండటానికి ఆక్సిజన్ అవసరం.
              ఆక్సిజన్‌ను ప్రీస్ట్లీ, షీలే అనే శాస్త్రవేత్తలు కనుక్కున్నారు. భూమి పొరల్లో అత్యధికంగా ఉండే మూలకం ఆక్సిజన్. సాధారణ పద్ధతుల్లో మెర్క్యురిక్ ఆక్సైడ్ లేదా పొటాషియం నైట్రేట్‌లను వేడి చేసినప్పుడు ఆక్సిజన్ వాయువు వెలువడుతుంది. 
                                                   2HgO   2Hg + O₂ ↑
                                                   2KNO₃  2KNO₂ + O₂ ↑
              రసాయనశాల పద్ధతిలో పొటాషియం క్లోరేట్‌ను వేడి చేసినప్పుడు అది వియోగం చెంది ఆక్సిజన్ వాయువు వెలువడుతుంది. ఈ పద్ధతిలో మాంగనీస్ డై ఆక్సైడ్‌ను ఉత్ప్రేరకంగా ఉపయోగిస్తారు.
                                                   MnO2       
                                         2KClO₃     2KCl + 3O₂­ ↑

భౌతిక ధర్మాలు:
               ఆక్సిజన్ రంగు, రుచి, వాసన లేని వాయువు. ఇది గాలి కంటే బరువైంది. ఆక్సిజన్ నీటిలో స్వల్పంగా కరుగుతుంది. ఈ ధర్మం వల్ల జలచరాలు నీటిలో ఆక్సిజన్‌ను గ్రహించి జీవిస్తాయి. కలుషితమైన నీటిలో కరిగి ఉన్న ఆక్సిజన్ శాతం తగ్గిపోతుంది. అందువల్ల జల కాలుష్యాన్ని ఆ నీటిలో కరిగివున్న ఆక్సిజన్ శాతం ఆధారంగా నిర్ణయిస్తారు.
 

రసాయన ధర్మాలు:
             అలోహాలు ఆక్సిజన్‌లో మండి సంబంధిత ఆక్సైడ్లు ఏర్పడతాయి. కార్బన్, సల్ఫర్, ఫాస్ఫరస్‌లు ఆక్సిజన్‌లో మండి వరుసగా కార్బన్‌డైఆక్సైడ్, సల్ఫర్‌డైఆక్సైడ్, ఫాస్ఫరస్ పెంటాక్సైడ్‌లు ఏర్పడతాయి. 
                                         C + O₂ → CO₂
                                         S + O₂→ SO₂
                                         P4 + 5O₂→ 2P₂O₅
సోడియం, మెగ్నీషియం లాంటి లోహాలు ఆక్సిజన్‌లో మండి వాటి ఆక్సైడ్లను ఏర్పరుస్తాయి. 
                                         4Na + O₂→ 2Na₂O
                                         2Mg + O₂→ 2MgO

ఉపయోగాలు:
1) రోగులకు శ్వాస కోసం ఆక్సిజన్, నైట్రోజన్ మిశ్రమాన్ని వినియోగిస్తారు.
2) సముద్రం లోతుల్లోకి ఈతకు వెళ్లేవారు ఆక్సిజన్, హీలియం వాయు మిశ్రమాన్ని శ్వాస కోసం ఉపయోగిస్తారు. సముద్రంలో అధిక పీడనం వద్ద N2 వాయువు రక్తంలో కలుస్తుంది. దీన్ని నివారించడానికి N₂ బదులు హీలియం ఉపయోగిస్తారు.
3) ఆక్సిజన్‌ను హైడ్రోజన్ వాయువుతో మండించినప్పుడు ఆక్సీహైడ్రోజన్ జ్వాల ఏర్పడుతుంది. ఈ జ్వాల 2200^oC ఉష్ణాన్ని ఇస్తుంది.
4) ఆక్సిజన్‌ను ఎసిటిలీన్ వాయువుతో మండించినప్పుడు ఆక్సీ ఎసిటిలీన్ జ్వాల ఏర్పడుతుంది. ఈ జ్వాల 3300^oC ఉష్ణాన్ని ఇస్తుంది.
5) ఆక్సిజన్‌ను రాకెట్ల ఇంధనాలతో కలిపి ఉపయోగిస్తారు.
 

కార్బన్‌డైఆక్సైడ్:
             దీన్ని బొగ్గుపులుసు వాయువు లేదా కర్బన ద్వి ఆమ్లజని వాయువు అంటారు. వృక్షాలు, జంతువులు శ్వాసించడం, ఇంధనాలు మండటం, పదార్థాలు పులియడం వల్ల CO₂ వాయువు ఏర్పడుతుంది. కానీ కిరణజన్య సంయోగక్రియలో వృక్షాలు CO₂ వాయువును లోనికి పీల్చుకుంటాయి. O₂ వాయువును వెలువరిస్తాయి.
            గాలిలో CO₂ గాఢత 0.03 శాతం ఉంటుంది. ఈ శాతం పెరిగినప్పుడు హరిత గృహ ప్రభావం వల్ల వాతావరణం వేడెక్కుతుంది. CO₂ వాయువు హరితగృహ ప్రభావం చూపే వాయువులన్నింటిలోకి ముఖ్యమైంది. మోటారు వాహనాలు విచ్చలవిడిగా ఉపయోగించడం వల్ల పర్యావరణంలో CO₂ గాఢత బాగా పెరుగుతుంది.       
సాధారణ పద్ధతుల్లో సున్నపురాయి లేదా సోడియం బైకార్బొనేట్లను వేడిచేసి వియోగం చెందించి CO₂ వాయువును తయారుచేస్తారు.
                                                         CaCO₃  CaO + CO₂ ↑ 
                                               2NaHCO₃  Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑
            రసాయనశాల పద్ధతిలో చలువరాతి ముక్కలపై గాఢ హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం చర్య జరిపి CO₂ వాయువును తయారుచేస్తారు.             
                                CaCO₃ + 2HCl  → CaCl₂ + H₂O + CO₂ ↑
భౌతిక ధర్మాలు:
      కార్బన్‌డైఆక్సైడ్ రంగులేని పుల్లని వాసన ఉన్న వాయువు. ఇది గాలి కంటే బరువైంది. CO₂ సాంద్రత గాలి సాంద్రత కంటే 1½ రెట్లు ఎక్కువ.

రసాయన ధర్మాలు:
1) CO₂ వాయువు సున్నపు తేటను పాలలా తెల్లగా మారుస్తుంది. ఈ ధర్మం వల్ల CO₂ వాయువును గుర్తించవచ్చు.
                                Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
2) సోడియంహైడ్రాక్సైడ్ ద్రావణంలోకి CO₂ వాయువును పంపినప్పుడు మొదట సోడియం కార్బొనేట్ ఏర్పడుతుంది. 
                                2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

పై ద్రావణంలోకి అధికంగా CO₂ ను పంపినప్పుడు సోడియం బైకార్బొనేట్ ఏర్పడుతుంది. 
                                Na₂CO₃ + H₂O + CO₂→ 2NaHCO₃

ఉపయోగాలు:
1) CO₂ వాయువు నీటిలో కరిగినప్పుడు కార్బానిక్ ఆమ్లం ఏర్పడుతుంది. CO₂ + H₂O  H₂CO₃. ఈ ధర్మం వల్ల శీతలపానీయాల తయారీలో CO2 వాయువును ఉపయోగిస్తారు. కార్బానిక్ ఆమ్లంతో బ్యాక్టీరియా జీవించి ఉండదు. CO₂ నింపిన నీటిని సోడానీరు అంటారు.
2) CO₂ వాయువును నిప్పునార్పే యంత్రాల్లో ఉపయోగిస్తారు. CO₂ వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ అందక మంట ఆరిపోతుంది. సాధారణ అగ్నిమాపక సాధనాల్లో సోడియం బై కార్బొనేట్, గాఢ సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం ఉపయోగిస్తారు. ఇవి చర్య నొంది CO₂ వాయువు వెలువడుతుంది.
             నురగవచ్చే(ఫోమ్) అగ్నిమాపక యంత్రాల్లో సోడియం బైకార్బొనేట్, అల్యూమినియం సల్ఫేట్ ఉపయోగిస్తారు. ఇవి రెండు చర్యనొందినప్పుడు అల్యూమినియం హైడ్రాక్సైడ్ నురగలా వెలువడి మంటలను ఆర్పివేస్తుంది.
3) CO₂ వాయువును తేలికగా ఘనపదార్థంగా మార్చడానికి వీలవుతుంది. ఘన CO₂ ను పొడిమంచు అంటారు. దీన్ని చల్లబరిచే యంత్రాల్లో శీతలీకరణిగా ఉపయోగిస్తారు.
4) 10 శాతం CO₂, 90 శాతం O₂ వాయువుల మిశ్రమాన్ని 'కార్బోజన్' అంటారు. ఈ వాయు మిశ్రమాన్ని CO కాలుష్యానికి గురైన రోగికి శ్వాస కోసం ఉపయోగిస్తారు.
5) CO₂ వాయువును సాల్వే విధానంలో సోడియం కార్బొనేట్ తయారీలో ముడిపదార్థంగా ఉపయోగిస్తారు.
 

హైడ్రోజన్: ఈ వాయువు అనేక ఇంధనాల్లో సంయోగ రూపంలో ఉంటుంది. హైడ్రోజన్‌ను హెన్రీ కెవెండిష్ (1766) అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నారు. హైడ్రోజన్ అంటే నీటిని ఏర్పరచేదని అర్థం. ఈ అర్థం వచ్చేటట్లు లెవోయిజర్ ఈ వాయువుకు హైడ్రోజన్ అని పేరు పెట్టారు. విశ్వంలో అత్యధికంగా (90%) ఉండే మూలకం హైడ్రోజన్. దీనికి ప్రోటియం (₁H¹), డ్యుటీరియం (₁H²), ట్రిటియం (₁H³) అనే మూడు ఐసోటోప్‌లు ఉన్నాయి. భారజలం (D₂O) అణువులో రెండు డ్యుటీరియం పరమాణువులు, ఒక ఆక్సిజన్ పరమాణువు ఉంటుంది. భారజలాన్ని యూరే (1932) అనే అమెరికా శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నారు. ఈ భార జలాన్ని అణురియాక్టర్లలో న్యూట్రాన్ల వేగాన్ని తగ్గించే మితకారి (Moderator) గా ఉపయోగిస్తారు. భారతదేశంలో అతిపెద్ద భారజల తయారీ కేంద్రాన్ని ఖమ్మం జిల్లా మణుగూరులో ఏర్పాటు చేశారు. సాధారణ పద్ధతుల్లో సోడియం, కాల్షియం లాంటి లోహాలు నీటితో చర్య జరిపినప్పుడు H₂ వాయువు ఏర్పడుతుంది.
                                            2Na + 2H₂O   2NaOH + H₂ ­↑
                                            Ca + 2H₂O   Ca (OH)₂ + H₂ ­↑
           అంతేకాకుండా స్వల్పంగా ఆమ్లం (H₂SO₄) కలిపిన నీటిని విద్యుద్విశ్లేషణం జరిపినప్పుడు H₂ వాయువు వెలువడుతుంది. 
                                                      H₂SO₄
                                            2H₂O   2H₂­ + O₂ ­↑      

             రసాయనశాల పద్ధతిలో జింకు ముక్కలపై సజల హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం చర్య జరిపినప్పుడు H₂ వాయువును సంగ్రహిస్తారు. 
                                            Zn + 2HCl  ZnCl₂ + H₂ ­↑

భౌతిక ధర్మాలు:
              హైడ్రోజన్ రంగులేని వాయువు. ఇది నీటిలో కరగదు. గాలి కంటే తేలికైంది. హైడ్రోజన్ దహనశీల వాయువు (ఇది స్వయంగా మండుతుంది) మండుతున్న పుడకను H₂ వాయువు ఉన్న జాడీలో ఉంచినప్పుడు నీలిరంగు మంటతో వెంటనే మండి 'పాప్' అనే శబ్దం చేస్తుంది. హైడ్రోజన్ దహన సహకారి కాదు (ఇతర వాయువులు మండటానికి ఇది సహకరించదు)
 

రసాయన ధర్మాలు:
1) హైడ్రోజన్‌ను ఆక్సిజన్‌తో కలిపి వేడిచేసినప్పుడు నీరు ఏర్పడుతుంది.
                         2H₂ + O₂  → 2H₂O
2) హైడ్రోజన్ నైట్రోజన్‌తో కలిపి వేడిచేసినప్పుడు అమ్మోనియా ఏర్పడుతుంది. 
                         N₂ + 3H₂ → 2NH₂

ఉపయోగాలు:
1) శాఖీయనూనెలను వనస్పతి (డాల్డా)గా మార్చే ప్రక్రియలో H₂ వాయువును ఉపయోగిస్తారు.
2) హేబరు విధానంలో అమ్మోనియా తయారీలో H₂ వాయువును ముడి పదార్థంగా వాడతారు.
3) బెర్జియస్ విధానంలో కృత్రిమ పెట్రోలు తయారీలో హైడ్రోజన్‌ను ఉపయోగిస్తారు.
4) హైడ్రోజన్ వాయువు బొగ్గు, పెట్రోలియం లాంటి ఇంధనాల కంటే అధిక కెలోరిఫిక్ విలువున్న ఇంధనం. కాబట్టి దీన్ని రాకెట్లలో ఇంధనంగా ఉపయోగిస్తారు.
5) ఆక్సీహైడ్రోజన్ జ్వాల తయారీకి H₂ వాయువు వాడతారు. ఈ జ్వాల 2200^oC ఉష్ణాన్ని ఇస్తుంది.
 

జడవాయువులు:
               హీలియం (He), నియాన్ (Ne), ఆర్గాన్ (Ar), క్రిప్టాన్ (Kr), గ్జీనాన్ (Xe) , రేడాన్ (Rn) లు జడవాయు మూలకాలు. ఇవి ఆవర్తన పట్టికలో సున్నా గ్రూపునకు చెందినవి. వీటిని గాలి నుంచి సంగ్రహిస్తారు కాబట్టి ఏరోజన్లు అంటారు. ఇవి రసాయన చర్యల్లో పాల్గొనవు. అందువల్ల నోబుల్ వాయువులు లేదా మందకొడి వాయువులు అంటారు. రేడాన్ అనేది ప్రకృతిలో లభించని జడవాయువు. జడవాయు మూలకాల ఉపయోగాల రీత్యా అవి విశేష ప్రజాదరణను పొందాయి. రాంసే, రాలీ అనే శాస్త్రవేత్తలు జడవాయు మూలకాలను కనుక్కున్నందుకు నోబెల్ బహుమతిని పొందారు.
1) హీలియంను జాన్‌సెన్, లాకీయర్ అనే శాస్త్రవేత్తలు కనుక్కున్నారు. హీలియోస్ అంటే సూర్యుడని అర్థం.
2) నియాన్‌ను రాంసే, ట్రావర్స్ అనే శాస్త్రవేత్తలు కనుక్కున్నారు. నియాన్ అంటే కొత్త అని అర్థం.
3) ఆర్గాన్‌ను రాలీ అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నారు. ఆర్గాన్ అంటే బద్ధకం అని అర్థం.
4) క్రిప్టాన్‌ను రాంసే అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నారు. క్రిప్టాన్ అంటే దాగిఉన్న అని అర్థం.
5) గ్జీనాన్‌ను రాంసే అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నారు. గ్జీనాన్ అంటే కొత్త అని అర్థం.
6) రేడాన్‌ను డార్న్ అనే శాస్త్రవేత్త కనుక్కున్నారు. ఇది రేడియో ధార్మికతను ప్రదర్శించే జడవాయువు.
 

ఉపయోగాలు:
1) వాతావరణ పరిశోధనలకు వాడే బెలూన్లలోను, విమానాల టైర్లలోను నింపడానికి హీలియం వాయువును ఉపయోగిస్తారు.
2) హీలియం, ఆక్సిజన్ వాయువుల మిశ్రమాన్ని ఆస్త్మా పేషెంట్లకు శ్వాస కోసం ఉపయోగిస్తారు.
3) నియాన్ వాయువును విద్యుత్ బల్బుల్లో నింపినప్పుడు ఆరంజి ఎరుపు కాంతిని ఇస్తుంది. ఈ లైట్లను అలంకరణ దీపాలుగా, విమానాల హెడ్‌లైట్లుగా వాడతారు.
4) ఆర్గాన్, మెర్క్యురి బాష్పాన్ని ఫ్లోరోసెంట్ ట్యూబుల్లో నింపుతారు.
5) బొగ్గుగని కార్మికులు శిరస్సుపై ధరించే మైనర్స్‌లాంప్‌లో ఎర్రని కాంతి కోసం క్రిప్టాన్ వాయువును నింపుతారు.
6) గ్జీనాన్ వాయువును ఫొటోగ్రఫీలో వాడే ఫ్లాష్ బల్బులకు, టీవీ పిక్చర్ ట్యూబుల్లో నింపడానికి వాడతారు.
7) క్యాన్సర్ పుండ్ల నివారణకు వాడే ఆయింట్‌మెంట్ల తయారీలో రేడాన్ సమ్మేళనాలు ఉపయోగిస్తారు.