غاز النيتروجين
غاز النيتروجين (بالإنجليزية: Nitrogen) هو عنصر غير فلزي عديم اللون والرائحة والطعم، يتواجد ضمن عناصر المجموعة الخامسة عشر، ويُرمز له بالرمز N، وله عدد ذري يساوي 7. يُعتبر النيتروجين العنصر الأكثر وفرة في الغلاف الجوي للأرض، حيث يشكل حوالي 78% من غلافنا الجوي، بالإضافة إلى كونه سادس العناصر وفرةً في الكون. يُعتبر غاز النيتروجين هو المصدر الرئيسي للعملية الزراعية والصناعية، ويتواجد أيضًا بشكل كميات ضئيلة متغيرة من أملاح الأمونيوم، والأمونيا، وحمض النيتريك، وأكاسيد النيتروجين. يُلاحظ أيضًا وجود النيتروجين الحر في عدد من النيازك، وفي الغازات الناتجة عن الثورات البركانية، وبعض الينابيع المعدنية، وفي بعض النجوم والسُدم، وأيضًا في الشمس.
دور غاز النيتروجين
الأهمية البيولوجية للنيتروجين
يلعب النيتروجين دورًا حيويًا هامًا في جميع الكائنات الحية، كونه أحد مكونات الأحماض الأمينية التي تُستخدم في بناء البروتينات والأحماض النووية، ويعتبر عنصرًا أساسيًا في تكوين معظم النواقل العصبية. يتم تدوير النيتروجين بشكل طبيعي بين الكائنات الحية من خلال ما يُعرف بدورة النيتروجين، حيث تستفيد النباتات والطحالب من النيتروجين في شكل نترات، بينما تحصل الحيوانات على النيتروجين من خلال تناول الكائنات الأخرى الغنية بالبروتينات والأحماض النووية. تقوم البكتيريا الموجودة في التربة بتحويل مركبات النيتروجين إلى نترات مرة أخرى لاستخدامها، كما تقوم البكتيريا المثبتة للنيتروجين بتجديد إمدادات النترات بشكل مباشر من الغلاف الجوي.
تطبيقات النيتروجين الصناعية
تتعدد استخدامات النيتروجين في مختلف الصناعات، ومن أبرزها:
- يستخدم غاز النيتروجين في تعبئة المواد الغذائية كبديل للأكسجين، مما يساهم في إطالة عمر الطعام، ويعتبر أيضًا حاجزًا لحماية الطعام أثناء نقله.
- يُستخدم النيتروجين في عمليات لحام الإلكترونيات.
- يدخل النيتروجين في تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ كطلاء لزيادة قوته ومقاومته للتآكل.
- يمكن استخدام غاز النيتروجين في إزالة المركبات العضوية المتطايرة من السوائل قبل التخلص منها، مما يُسهم في تقليل التلوث.
- يُستخدم غاز النيتروجين في إنتاج اللمبات، حيث يُعتبر خيارًا أقل تكلفة مقارنة بالأرجون في المصابيح المتوهجة.
- يستفيد مجال التعدين من غاز النيتروجين لإطفاء الحرائق المحتملة عن طريق تقليل نسبة الأكسجين، مما يمنع انفجارات في أماكن العمل الحساسة مثل المنشآت الكيميائية.
- أيضًا يستخدم غاز النيتروجين في نفخ الإطارات، مما يحسن من ضغط الغاز داخلها ويطيل عمرها.
- يقدم النيتروجين خدماته في الصناعة البترولية، حيث يُستخدم في تحضير الخزانات الكبيرة لتخزين النفط.
- يتميز باستخدامه في صناعة المواد المختلفة مثل اللدائن والمطاط.
- تحتاج شركات الأدوية إلى غاز نيتروجين مكرر وعالي الجودة لتخزين وتشكيل المركبات الطبية.
- يعتبر غاز النيتروجين المجفف والمضغوط عازلًا ممتازًا لمعدات الجهد العالي، ويُستخدم أيضًا في دفع السوائل عبر الأنابيب.
- يعد النيتروجين أحد العناصر الأساسية في تصنيع الأسمدة لتحسين خصوبة التربة.
- يدخل النيتروجين في تصنيع المواد المتفجرة مثل الديناميت، فضلاً عن مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية ذات التفاعل العالي.
حقائق عن النيتروجين
هناك العديد من الحقائق المثيرة حول غاز النيتروجين، من بينها:
- وزن النيتروجين الذري يبلغ 14.0067.
- يكون النيتروجين في حالة غازية عند درجة حرارة الغرفة.
- تم اكتشاف النيتروجين من قبل الكيميائي والطبيب دانيال رذرفورد عام 1772.
- تصل درجة غليان النيتروجين إلى -195.79 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة انصهاره -210 درجة مئوية.
- يمتلك النيتروجين 16 نظيرًا، اثنان منهما مستقران.
- يلعب غاز الأكسجين دورًا في تكوين ظاهرة الشفق القطبي، كما تشير وكالة ناسا، حيث يحدث ذلك نتيجة اصطدام الإلكترونات السريعة بالنيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي.
- يستخدم النيتروجين السائل بشكل واسع باعتباره مادة تبريد، ويُستخدم في تخزين الحيوانات المنوية والبويضات، وكذلك الخلايا المستخدمة في عيادات الخصوبة أو الأبحاث الطبية.
- يمكن إنتاج غاز النيتروجين من خلال تسخين محلول مائي لنترات الأمونيوم (NH4NO3)، التي تُستخدم عادةً في الأسمدة.
- يتواجد النيتروجين في 95% من غلاف قمر “تيتان”، أكبر أقمار زحل.
- وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء، تم إنتاج النتروجين من مزيج البول والملح والفضلات الحيوانية في مصر القديمة على شكل كلوريد الأمونيوم (NH4Cl).
- تعتمد الطريقة التجارية لإنتاج النيتروجين على التقطير التجزيئي للهواء السائل، ويمكن أيضًا إنتاجه من خلال حرق الكربون أو الهيدروكربونات.
- تشكل أكاسيد النيتروجين مجموعة من الغازات والمركبات المكونة من الأكسجين والنيتروجين، وأشهرها أكسيد النيتريك وثاني أكسيد النيتروجين، التي تتسبب في الكثير من الأضرار مثل تكوين الضباب الدخاني والأمطار الحمضية.