طرق إنتاج غاز النيتروجين

التحضير المختبري لغاز النيتروجين

يُمكن الحصول على غاز النيتروجين في المختبر من خلال عملية تسخين لمحلول مائي يحتوي على كلوريد الأمونيوم (NH₄Cl) ونيتريت الصوديوم (NaNO₂). يتم هذا التفاعل وفقًا للمعادلة الكيميائية التالية:

NH₄Cl (aq) + NaNO₂ (aq) → NaCl (aq) + 2H₂O (l) + N₂ (g)

خلال هذا التفاعل، قد تتكون كميات قليلة من أكسيد النيتريك وحمض النيتريك كمنتجات ثانوية. لتنقية غاز النيتروجين الناتج، يتم تمريره عبر محلول مائي من حمض الكبريتيك (H₂SO₄) الذي يحتوي على ثنائي كرومات البوتاسيوم. هذه العملية تضمن الحصول على غاز النيتروجين بدرجة نقاء عالية.

إنتاج النيتروجين عبر التحلل الحراري لثنائي كرومات الأمونيوم

طريقة أخرى للحصول على غاز النيتروجين تتضمن تسخين بلورات حمراء من ثنائي كرومات الأمونيوم. عند تسخين هذه المادة، يحدث تفاعل قوي مصحوب بومضات ضوئية، وينتج عن هذا التفاعل غاز النيتروجين. المعادلة الكيميائية لهذا التفاعل هي:

2Cr₂O₇(NH₄) → N₂ + 4H₂O + Cr₂O₃

الحصول على النيتروجين عن طريق أكسدة الأمونيا

يمكن الحصول على غاز النيتروجين من خلال أكسدة الأمونيا (NH₃) باستخدام طريقتين مختلفتين:

1. أكسدة الأمونيا بأكسيد النحاس الأحمر الساخن (CuO)، وفقًا للمعادلة التالية:

2NH₃ + 3CuO → N₂ + 3H₂O + 3Cu

2. أكسدة الأمونيا بالكلور (Cl₂)، وفقًا للمعادلة التالية:

8NH₃ + 3Cl₂ → N₂ + 6NH₄Cl

تكوين غاز النيتروجين بواسطة التحلل الحراري لأزيد الصوديوم

لإنتاج غاز نيتروجين ذي نقاء عالٍ جدًا، يمكن استخدام التحلل الحراري لأزيد الصوديوم (NaN₃) أو أزيد الباريوم (Ba(N₃)₂). التفاعلات التي تحدث في هذه العملية هي:

• تحلل أزيد الصوديوم:

2NaN₃ → 2Na + 3N₂

• تحلل أزيد الباريوم:

Ba(N₃)₂ → Ba + 3N₂

استخدامات غاز النيتروجين

غاز النيتروجين له استخدامات متعددة ومهمة في مختلف المجالات، منها:

• الصناعات الغذائية: يُستخدم في حفظ الأطعمة وتعبئتها، حيث يوفر بيئة معتدلة ونقية تحافظ على نضارة المنتج وتمنع تلفه الناتج عن الأكسدة.
• صناعة المصابيح الكهربائية: يُستخدم لملء المصابيح، سواء كان بمفرده أو مع غازات خاملة أخرى مثل الأرجون والهيليوم، لمنع احتراق سلك التنغستن.
• أنظمة إخماد الحرائق: يُستخدم في طفايات الحريق لتقليل تركيز الأكسجين وإخماد النيران.
• تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ: يُضاف إلى الفولاذ أثناء عملية التصنيع لمنع الأكسدة وتحسين مقاومته للصدأ.
• أنظمة تعبئة الإطارات: يُفضل استخدامه في نفخ إطارات سيارات السباق والطائرات لتقليل المشاكل المرتبطة بالرطوبة الموجودة في الهواء.
• أنظمة وقود الطائرات: يُستخدم لتقليل مخاطر الحريق في بعض الطائرات.
• التحليل الكيميائي والصناعات الكيماوية: يُستخدم في تحضير العينات في التحاليل الكيميائية وتقليل حجم العينات السائلة. كما يُستخدم في إنتاج الأسمدة وحمض النيتريك والنايلون والأصباغ وبعض المتفجرات.

مميزات غاز النيتروجين

يتميز غاز النيتروجين بعدة خصائص، منها:

• غاز عديم اللون والرائحة والطعم.
• غير قابل للاشتعال.
• قليل الذوبان في الماء.
• يتكثف إلى سائل عديم اللون عند درجة غليان (-195.8 درجة مئوية).
• غير نشط كيميائيًا، وبالتالي لا يتفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى.
• له تأثير محايد على ورق عباد الشمس.