طرق تحضير غاز النيتروجين
يمكن إنتاج غاز النيتروجين صناعيًا بطريقة تشبه تركيبه الكيميائي الطبيعي، وهناك عدة طرق لتحقيق ذلك. من أبرز هذه الطرق:
الطريقة المخبرية لتحضير غاز النيتروجين
في المختبر، يتم تحضير النيتروجين عن طريق تسخين محلول مائي من كلوريد الأمونيوم (NH4Cl) ونتريت الصوديوم (NaNO2) معًا. المعادلة الكيميائية التي تعبر عن هذا التفاعل تكون كالتالي:
NH4Cl (aq) + NaNO2 (aq) → NaCl (aq) + 2H2O (l) + N2 (g)
يتكون أيضًا كميات صغيرة من أكسيد النيتريك وحمض النيتريك خلال هذا التفاعل، بينما يُنقى غاز النيتروجين الناتج عبر تمرير الغاز المتصاعد من خلال محلول مائي يحتوي على حمض الكبريتيك (H2SO4) وثنائي كرومات البوتاسيوم، مما يؤدي إلى الحصول على غاز النيتروجين المطلوب.
طريقة التحلل الحراري لثنائي كرومات الأمونيوم
يمكن أيضًا تحضير غاز النيتروجين من خلال تسخين بلورات حمراء من ثنائي كرومات الأمونيوم، حيث تحدث تفاعلات قوية عند التسخين ترافقها ومضات من الضوء. المعادلة الكيميائية لهذا التفاعل هي:
2Cr2O7(NH4) → N2 + 4H2O + Cr2O3
طريقة أكسدة الأمونيا
يمكن الحصول على النيتروجين من خلال أكسدة الأمونيا (NH3) عبر طريقتين مختلفتين:
- الأكسدة باستخدام أكسيد النحاس الأحمر الساخن (CuO)، وفقًا للتفاعل التالي:
2NH3 + 3CuO → N2 + 3H2O + 3Cu
- الأكسدة باستخدام الكلور (Cl2)، ويكون التفاعل كالتالي:
8NH3 + 3Cl2 → N2 + 6NH4Cl
طريقة التحلل الحراري لأزيد الصوديوم
يمكن أيضًا إنتاج غاز النيتروجين النقي جدًا من خلال تسخين أزيد الصوديوم (NaN3) أو أزيد الباريوم (Ba(N3)2)، كما يلي:
- 2NaN3 → 2Na + 3N2
- Ba(N3)2 → Ba + 3N2
استخدامات غاز النيتروجين
يستخدم غاز النيتروجين في مجموعة متنوعة من التطبيقات الحيوية، من أبرزها:
- الصناعات الغذائية
يعمل غاز النيتروجين على حفظ الأطعمة من خلال توفير بيئة خالية من الأكسجين، مما يساعد في الحفاظ على نضارة الأطعمة سواء كانت معبأة أو متاحة بشكل سائب، ويؤخر درجات التلف وتغير الألوان الناجم عن الأكسدة.
- صناعة المصابيح الكهربائية
تُعبأ المصابيح الغازية باستخدام غاز النيتروجين أو غازات أخرى مثل الأرجون والهيليوم، إذ يوفر ذلك حماية لسلك التنغستن من الاحتراق في وجود الأكسجين، مما يمنع تكسير المصباح بسبب فرق الضغط.
- أنظمة إخماد الحرائق
تُصنع طفايات الحريق عادة باستخدام غاز النيتروجين، حيث تعمل أنظمة إطفاء الحرائق على تقليل تركيز الأكسجين لوقف انتشار اللهب.
- تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ
يتم إدخال النيتروجين في عملية تصنيع الفولاذ، سواء أثناء الصهر أو في عمليات الصب، لتفادي تفاعل الفولاذ مع الأكسجين والتعرض للأكسدة.
- أنظمة تعبئة الإطارات
يفضل استخدام غاز النيتروجين في نفخ إطارات سيارات السباق والطائرات بدلاً من الهواء العادي، حيث أن ذلك يقلل من المشكلات المرتبطة بالرطوبة.
- أنظمة وقود الطائرات
يستخدم غاز النيتروجين لتقليل خطر الاشتعال في بعض أنظمة وقود الطائرات.
- التحليل الكيميائي والصناعات الكيماوية
يعتبر النيتروجين عنصرًا أساسيًا في تحضير العينات في التحاليل الكيميائية، حيث يساعد في تقليل حجم العينات السائلة. وهو أيضًا مفتاح في الصناعات الكيميائية لإنتاج الأسمدة، حمض النيتريك، النايلون، والأصباغ، وبعض المتفجرات.
خصائص غاز النيتروجين
يمتاز غاز النيتروجين بالعديد من الخصائص الهامة، منها:
- غاز عديم اللون والرائحة والمذاق.
- غير قابل للاشتعال.
- قليل الذوبان في الماء.
- يتكثف عند درجة غليان (-195.8) مئوية ليصبح سائلًا عديم اللون أخف من الماء.
- غير فعال كيميائيًا، لذا فهو لا يتفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى.
- تأثير محايد على ورق عباد الشمس.