منوعات

غاز النيتروجين

النيتروجين

يعدّ غاز النيتروجين غازاً لا لون له ولا طعم ولا رائحة، ورمزه الكيميائي هو (N)، وعدده الذري 7، ويحتوي على خمسة إلكترونات في غلافه الخارجي، وهو غاز غير نشط كيميائياً ولا يميل إلى التفاعل مع العناصر الأخرى، وغير قابل للاشتعال، وصعب الذوبان في الماء، ويعدّ من اللافلزات، كما يوجد في الطبيعة على شكل غاز في درجات الحرارة والضغط القياسيين. يشكل النيتروجين النسبة الأكبر من الغلاف الجوي للأرض؛ حيث يشكل النيتروجين نسبة 78% من الهواء المحيط بنا، وهو يوجد عادة على شكل جزئ مكوّن من ذرتين N2، ويعدّ النيتروجين أهم جزء في البروتينات في أجسام الكائنات الحية؛ فهو يدخل في تركيب الأحماض الأمينية، وتم اكتشاف النيتروجين وعزله على يد طبيب اسكتلندي اسمه دانيال رذرفورد. [١]

استخدامات غاز النيتروجين

فوائد النيتروجين

لغاز النيتروجين العديد من الاستخدامات في الصناعة والحياة العملية، وهو يُستخدم في شكليه الغازي، والسائل، أو يدخل في إنتاج بعض المركبات الكيميائية المهمة، وفيما يأتي بيان لبعض هذه الاستخدامات:

  • يستخدم غاز النيتروجين في تعبئة إطارات الطائرات وسيارات السباق، بسبب خموله الكيميائي وعدم ميله للتفاعل والاحتراق، وبالتالي يقلل خطر الاشتعال بسبب الاحتكاك.
  • يستخدم النيتروجين كمادة أساسية في بعض أنواع الأدوية مثل المضادات الحيوية.
  • يستخدم النيتروجين في صناعة بعض الأجزاء الإلكترونية مثل الصمامات الإلكترونية، والديود، وفي تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ (الستانستيل)؛ لتقويته وزيادة مقاومته للتآكل.
  • يخزن البترول والمواد الأخرى القابلة للاشتعال في الخزانات في جو من النيتروجين.
  • تحضر الأمونيا أو ما يعرف باسم النشادر (NH3) عن طريق تفاعل الهايبر بوش، والتي تستخدم في تصنيع الأسمدة، ومخصبات التربة، وغيرها من الصناعات، وفي تحضير حمض النتريك الذي يدخل في صناعة المتفجرات.
  • يعدّ غاز النيتروجين مادة حافظة للأغذية المعلبة أو المغلفة للحفاظ عليها طازجة.
  • يستخدم النيتروجين في شكله الغازي في ملء بعض أنواع المصابيح المتوهجة بدلاً من غاز الآرغون؛ كبديل أرخص في الثمن.
  • يستخدم النيتروجين السائل في علاج الثآليل الجلدية فينما يعرف بالعلاج بالتبريد، وفي حفظ عينات الأجزاء الحيوية مثل الحيوانات المنوية والبويضات والدم بالتجميد.
  • يستخدم النيتروجين السائل في عمليات صناعة الأغذية لغايات التجميد السريع.
  • تستخدم مادة نترات البوتاسيوم KNO3 في صناعة البارود.
  • يستخدم أكسيد النيتروز N2O أو ما يعرف باسم غاز الضحك كغاز مخدر في بعض العمليات الجراحية وخاصة في طب الأسنان.

غاز النيتروجين للتبريد

يستخدم النيتروجين السائل في علاج الثآليل الجلدية فينما يعرف بالعلاج بالتبريد، وفي حفظ عينات الأجزاء الحيوية مثل الحيوانات المنوية والبويضات والدم بالتجميد.

غاز النيتروجين في الأكل

  • يدخل غاز النيتروجين المُسال في تركيبة بعض الأدوية الخاصة بعلاج الأورام الجلدية.
  • يستخدم كمادة فعالة في حفظ أطعمة التبريد السريع.
  • يدخل في بعض الصناعات المهمة؛ كصناعة الأمونيا المستخدمة في صناعة المخصبات الضرورية للتربة.
  • يُستفاد من خاصية عدم نشاطه في تخزين زيت البترول، والمواد المتفجرة، والمواد شديدة الاشتعال.
  • يدخل في صناعة البارود.
  • يعتبر عنصراً مهماً في تركيب جسم الكائنات الحية؛ حيث يدخل في تركيب جزيئات البروتين الموجودة في البروتوبلازم.
  • يُحفز التفاعل الكيميائي في جسم الكائنات الحية.
  • يستخدمه الكيميائيون في تحضير العينات في المختبرات، وذلك لما يقوم به من تجفيف للعينات، وزيادة تركيزها.
  • يدخل في صناعة الفولاذ، وأنظمة وقود الطائرات.

هل غاز النيتروجين قابل للاشتعال

إن النتروجين الجزيئي هو عبارة عن غاز عديم اللون والرائحة والمذاق، وغير قابل للاشتعال. يتكثف النتروجين ويتسيّل عند -196 °س (77 كلفن) ليصبح سائلاً عديم اللون (النتروجين السائل)، وهو سائل أقل كثافة من الماء (0.808 غ/مل)، ويستخدم في التبريد العميق.

تحضير غاز النيتروجين

الخواص الفيزيائية:غاز عديم اللون والطعم والرائحة ، أخف من الهواء وأقل ذوبانية في الماء من الأكسجين ويصعب إسالة النيتروجين إذ أن درجته الحرجة – 147٫1˚ م عند ضغط 33٫5 جو .ودرجة انصهاره تقرب من – 210 ˚ م وغليان – 198 ˚ م. وتعود درجات تغير الحالة هذه المنخفضة والمتقاربة بعضها من بعض إلى ضعف قوى الربط الكائنة بين الجزيئات ” قوى فاندرفالس ” في حالات النيتروجين الثلاث الصلبة والسائلة والغازية .. وأيضاً بقوة الرابطة بين ذرات الجزيء.

وبالنسبة للتوصيل للحرارة :فهو يقترب من الأكسجين بالنسبة لتوصيله للحرارة ، ولكنه ضعيف وأقل كثيراً من توصيل الهيدروجين .

ويتمتع جزيء النيتروجين بصفة المغناطيسية المضادة ” ديامغناطيسية ” .

ويوجد في حالته الغازية على هيئة جزيئات N2 .. وتتميز بدرجة كبيرة من الاستقرار حتى في درجة 3000 م إلا أنه يمكن أن تتفكك هذه الجزيئات إلى ذرات في أنابيب التفريغ الكهربائي .

ويعتبر النيتروجين غاز خامل في درجات الحرارة العادية أما في الدرجات المرتفعة فإنه يتفاعل مع بعض المواد.

طريقة التحضير:

يتم تحضير غاز النيتروجين في المختبر بعدة طرق :

بالتفكك الحراري لأحد أملاحه الحاوية له . ” وهذه الطريقة هي الموجودة في منهج الصف الثالث ثانوي ”

وذلك بتسخين محلول مركز من نيتريت الأمونيوم أو نيتريت الصوديوم في وجود كلوريد الأمونيوم الصلب .

أما الطريقة الآخرى فهي :

من خلال الهواء الجوي :يُحضر النيتروجين من الهواء الجوي بامرار الهواء أولاً عبر محلول من هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم لإمتصاص الكميات القليلة من ثاني أكسيد الكربون المتواجدة فيه،والبعض يضيف أيضاً دورق يحتوي على حمض الكبريتيك المركز وذلك لإزالة بخار الماء ، وأخيراً يتم امراره فوق فلز النحاس المحمَّى لإزالة الأكسجين ، والناتج هو تقريباً نيتروجين نقي تقريباً ،ومن ثم يُجمع النيتروجين فوق الماء

كيفية الكشف عن غاز النيتروجين :

1.تقريب عود ثقاب مشتعل من الغاز المتصاعد في المخبار ونلاحظ انطفاء الشظية .” إذن لا يساعد على الإشتعال ”

2.اشعال شريط مغنيسيوم ومن ثم يُنكّس فوقه المخبار المحتوي على غاز النيتروجين : فنلاحظ تكون مادة بيضاء ” وهي عبارة عن نيتريد وأكسيد المغنيسيوم ” . ويمكن الكشف عن هذه المادة من خلال إضافة القليل من الماء : فنلاحظ تصاعد غاز له رائحة نفاذة جداً ويحول ورقة تباع الشمس الحمراء المبللة بالماء إلى اللون الأزرق ،

” وهو غاز النشادر ”

مصادر النيتروجين في الطبيعة

أما النيتروجين في التربة الذي يمكن أن تستخدمه النباتات في نهاية المطاف فهو يحتوي على مصدرين: المعادن المحتوية على النيتروجين ومخزن النيتروجين الضخم في الغلاف الجوي. يتم إطلاق النيتروجين في المعادن التربة كما تتحلل المعادن. وهذه العملية بطيئة عموما، ولا تسهم إلا قليلا في تغذية النيتروجين في معظم أنواع التربة. على التربة التي تحتوي على كميات كبيرة من NH4 + الطين الغني (إما الطبيعية أو التي وضعت من خلال تثبيت NH4 + إضافة كأسمدة)، ومع ذلك، النيتروجين التي يوفرها جزء المعدنية قد تكون كبيرة في بعض السنوات.

ويعتبر النيتروجين في الغلاف الجوي مصدرا رئيسيا للنيتروجين في التربة. في الغلاف الجوي، فإنه موجود في شكل N2 خامل جدا ويجب أن يتم تحويلها قبل أن يصبح مفيدا في التربة. كمية النتروجين المضافة إلى التربة بهذه الطريقة ترتبط مباشرة بالنشاط العواصف الرعدية، ولكن معظم المناطق ربما لا تتلقى أكثر من 20 رطلا من النيتروجين / فدان سنويا من هذا المصدر.

البكتيريا مثل رازوبيا التي تصيب (عقيدية) جذور، وتلقي الكثير من الطاقة الغذائية من نباتات البقوليات يمكن إصلاح أكثر من النيتروجين سنويا (بعض أكثر من 100 رطل من النيتروجين / فدان). عندما كمية من النيتروجين التي يحددها ريزوبيا تتجاوز تلك التي تحتاجها الميكروبات أنفسهم، يتم تحريرها لاستخدامها من قبل النبات البقول المضيف. وهذا هو السبب في أن البقوليات التي لا تستجيب بشكل جيد لا تستجيب في كثير من الأحيان لإضافات الأسمدة النيتروجينية. وهم يتلقون بالفعل ما يكفي من البكتيريا.

النيتروجين يمكن أن تمر من خلال العديد من التحولات في التربة. وغالبا ما يتم تجميع هذه التحولات في نظام يسمى دورة النيتروجين، والتي يمكن تقديمها بدرجات متفاوتة من التعقيد. دورة النيتروجين مناسبة لفهم المغذيات وإدارة الأسمدة. ونظرا لأن الكائنات الحية الدقيقة مسؤولة عن معظم هذه العمليات، فإنها تحدث ببطء شديد، إذا كانت على الإطلاق، عندما تكون درجات حرارة التربة أقل من 50 درجة فهرنهايت، ولكن معدلاتها تزداد بسرعة مع زيادة تربة التربة.

قلب دورة النيتروجين هو تحويل غير العضوية إلى النيتروجين العضوي، والعكس بالعكس. كما تنمو الكائنات الحية الدقيقة، فإنها إزالة H4 + و NO3- من التربة غير العضوية، تجمع النيتروجين المتاحة، وتحويله إلى النيتروجين العضوي في عملية تسمى الشلل. عندما تموت هذه الكائنات وتتحلل من قبل الآخرين، يمكن أن يطلق NH4 + زائد مرة أخرى إلى تجمع غير العضوية في عملية تسمى التمعدن. ويمكن أيضا أن تكون النيتروجين معدنة عندما تتحلل الكائنات الحية الدقيقة مادة تحتوي على المزيد من النيتروجين مما يمكن استخدامها في وقت واحد، مثل مواد بقايا البقوليات أو السماد العضوي. يتم إجراء التجميد والتمعدن من قبل معظم الكائنات الدقيقة، وتكون أسرع عندما تكون التربة دافئة ورطبة، ولكن ليس مشبعة بالماء. وكثيرا ما تعتمد كمية النيتروجين غير العضوي المتاح لاستخدام المحاصيل على كمية التعدين التي تحدث والميزان بين التمعدن والتجميد.

وعادة ما يتم تحويل أيونات الأمونيوم (NH4 +) التي لا يتم تجميدها أو أخذها بسرعة من قبل النباتات العليا بسرعة إلى NO3- أيونات بواسطة عملية تسمى النترجة. هذا هو عملية من خطوتين، خلالها البكتيريا تسمى نيتروسوموناس تحويل NH4 + إلى النتريت (NO2-)، ومن ثم البكتيريا الأخرى، نيتروباكتر، تحويل NO2- إلى NO3-. وتتطلب هذه العملية تربة جيدة التهوية وتحدث بسرعة كافية بحيث يجد المرء في الغالب NO3 بدلا من NH4 + في التربة خلال موسم النمو.

تحتوي دورة النيتروجين على عدة طرق يمكن من خلالها فقدان النيتروجين المتاح من التربة من التربة. وعادة ما يكون نترات النيتروجين أكثر عرضة لخسارة من النيتروجين الأمونيوم. وتشمل آليات الخسارة الكبيرة الترشيح ونزع النتروجين والتطاير وإزالة المحاصيل.

شكل النترات من النيتروجين هو قابل للذوبان بحيث أنه يرشح بسهولة عندما المياه الزائدة ترشح من خلال التربة. يمكن أن يكون هذا آلية خسارة كبيرة في التربة الخشنة محكم حيث المياه ترشح بحرية، ولكن هو أقل من مشكلة في التربة محكم، أكثر نفاذية، حيث الترشيح بطيئة جدا.

هذه التربة الأخيرة تميل إلى أن تصبح مشبعة بسهولة، وعندما الكائنات الحية الدقيقة العادم إمدادات الأكسجين الحرة في التربة الرطبة، والبعض الحصول عليها عن طريق تحلل NO3-. في هذه العملية، ويسمى إزالة النتروجين، NO3- يتم تحويلها إلى أكاسيد الغازية من النيتروجين أو الغاز N2، وكلاهما غير متاح للنباتات. يمكن أن يسبب إزالة النتروجين خسائر كبيرة من النيتروجين عندما تكون التربة دافئة وتبقى مشبعة لأكثر من بضعة أيام.

وخسائر NH4 + النيتروجين أقل شيوعا وتحدث أساسا عن طريق التطاير. أيونات الأمونيوم هي في الأساس جزيئات الأمونيا اللامائية (NH3) مع أيون الهيدروجين إضافية (H +) المرفقة. عندما يتم إزالة هذا H + إضافي من أيون NH4 بواسطة أيون آخر مثل الهيدروكسيل (OH-)، يمكن أن جزيء NH3 الناتجة تتبخر، أو تتطاير من التربة. هذه اآللية هي األكثر أهمية في التربة عالية الحموضة التي تحتوي على كميات كبيرة من األحماض.

تمثل إزالة المحاصيل خسارة لأن النيتروجين في الأجزاء المحصودة من مصنع المحاصيل يتم إزالتها من الحقل تماما. يتم إعادة تدوير النيتروجين في مخلفات المحاصيل مرة أخرى إلى النظام، ويتم التفكير بشكل أفضل كما يجمد بدلا من إزالتها. ويتم في نهاية المطاف تمعدن الكثير، ويمكن إعادة تغذيتها بواسطة محصول.

أضرار غاز النيتروجين

بالرغم من الأهمية البالغة التي يجنيها غاز النيتروجين؛ إلا أنّ هناك أضرارٌ في بعض الحالات التي يجب تفاديها حفاظاً على حياة الأفراد، وتتمثل الخطورة فيما يأتي:

  • يتسبب بالاختناق في حال إطلاقه بسرعة فائقة في مكان مغلق، ويحدث الاختناق نتيجة إزاحته للأكسجين من المكان.
  • يترك أثراً تخديرياً يُعرف باسم تخدير الأعماق؛ ويحدث ذلك عندما يٌستنشق عند ضغوط جزئية مرتفعة والتي من الممكن أن تصل إلى أعماق أقل من 30 متراً تحت مستوى سطح البحر؛ فيُصاب الغوّاص بفقدان جزئي لوعيه.
  • يؤثر سلباً على جسم الإنسان في بعض الحالات؛ حيث يتسبب بالخفض المفاجئ لضغط الدم؛ ويحدث ذلك خاصةً عندما يتجّه الغواص صاعداً إلى سطح البحر، فيتسبب بحدوث مرض تخفيف الضغط.

 

السابق
دواء جي-برايد g-pride علاج السكري من النوع الثاني
التالي
دواء جياد giad يستخدم لضبط ارتفاع ضغط الدم الشرياني الرئوي المزمن.

اترك تعليقاً